再談如何確定有機物同分異構體的數量

摘要：為了快速確定有機物的同分異構體，對限制性條件下同分異構體的確定策略進行了歸納與提煉，并通過例題解析及思路點撥，說明所歸納的解題策略對培養學生邏輯思維能力和問題解決能力是很有幫助的。

關鍵詞：有機物同分異構體；確定同分異構體的策略；有機化學教學

文章編號：1005–6629（2013）10–0063–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

在近幾年各省市或國家教育考試中心命制的高考題中，均會對有機物同分異構體進行考查。考查形式由選擇題轉為填空題，即在有機框圖推斷中呈現。這類試題不僅能很好地考查學生對有機物結構特點和官能團特性等的掌握程度和應用能力，還能全面考查學生的自學能力、邏輯思維能力、問題解決能力。題型以限制性條件下的同分異構體為主，幾乎不涉及通過分子式直接書寫其所有的同分異構體。已有文獻對同分異構體的相關研究相當多，其中確定高中有機化學同分異構體的相關論文達74篇（萬方數據庫查詢結果），這些研究可大致分為兩類：一類是研究某一類有機物的同分異構體，如鹵代烴、苯的同系物、酯的同分異構體；另一類是對同分異構體的確定策略進行研究，包括插入法[1]、“定一動一”、移位法、碎片組合法等[2] ，書寫時按“碳鏈異構、官能團異構、類別異構”進行“有序思維”。對特定條件下同分異構體的書寫大多采用“確定碎片+組裝分子”[3]的途徑進行，但就如何解決限制性條件下的同分異構體數量卻缺乏系統歸納與分析。筆者就此類問題經過深入研究，總結了確定限定條件下同分異構體數量的教學策略，經教學實踐與檢驗，效果好且受學生歡迎。

1 單官能團的同分異構體的書寫

1.1 含端基官能團的有機物的同分異構體書寫

此時同分異構體的數目等于6×Y的異構體數目。

（2）當苯環上的三個取代基各不相同時，可先在苯環上引入任意兩個取代基，再引入第三個取代基。

例3 [2013年高考重慶卷第10題第（4）小題]：

3 多官能團有機物的同分異構體的書寫

含有多個官能團的同分異構體的書寫相對較為復雜，在高考試題中，這類同分異構體的書寫多為限制條件下的同分異構體的書寫。在近幾年的高考試題中，這類試題的解答，需要找出物質的特征結構基團或物質的結構特點。在近幾年高考中此類試題出現的限制性條件如表3所示。

此類試題的解題程序可按下列步驟進行：先在苯環上進行基團定位→再考慮取代基的碳鏈異構→接著考慮取代基在苯環上的位置異構→最后考慮官能團異構[4]。

例4 （2013年高考山東理綜第38題）……產物時滿足以下條件的所有同分異構體X有 種。

①1，3，5-三取代苯；

②屬于酯類且既能與FeCl3溶液顯紫色，又能發生銀鏡反應；

③1 mol X最多能與3 mol NaOH反應。

由于丙基有2種異構體，則X的結構有兩種。

例5 （2013年高考天津卷）寫出同時符合下列條件的水楊酸所有同分異構體的結構簡式：

①分子中含有6個碳原子在一條直線上；

②分子中所含官能團包括水楊酸具有的官能團。

解析：要使6個碳原子位于同一條直線上，有機物必須具備“-C≡CC≡C-”結構單元，又條件②可知該有機物具有羥基和羧基兩種官能團。根據水楊酸的分子式可以寫出符合這些條件的同分異構體：HOCH2CH2C≡CC≡CCOOH、CH3CH（OH）C≡CC≡CCOOH、CH3C≡CC≡CCH（OH）COOH、HOCH2C≡CC≡CCH2COOH。

思路點撥：解決限制條件下的同分異構體，需要關注兩方面的問題：一是官能團之間的轉換問題，如芳香醇、芳香醚與酚類物質之間的轉化、羧與酯（或甲酸酯）、醛醇（或銅醇）之間的相互轉化等。二是熟記官能團的特征反應，能夠根據特征反應確定有機物所含的官能團，如有機物能夠發生銀鏡反應，可以推斷其含有醛基或甲酸酯結構；能與FeCl3溶液作用生成紫色溶液或與溴水反應產生白色沉淀，可以推知含有酚羥基結構等。

[跟蹤熱練]

1.回答下列問題：

（1）（2012年高考全國課標卷）E（C7H5O2Cl）的同分異構體中含有苯環且能發生銀鏡反應的共有 種，其中核磁共振氫譜有三種不同化學環境的氫，且峰面積比為2：2：1的是 （寫結構簡式）。

（2）（2013年高考全國卷Ⅰ）①D（C7H6O2）的芳香類同分異構體H既能發生銀鏡反應，又能發生水解反應，H在酸催化劑下發生水解反應的化學方程式為

。

②F（ ）的同分異構體中，既能發生銀鏡反應又能與FeCl3溶液反應的共有 種，其中核磁共振氫譜為5組峰，且峰面積比為2：2：2：1：1的為 （寫結構簡式）。

（3）（2013年廣東高考理綜卷）①化合物Ⅲ（ ）與NaOH乙醇溶液共熱生成化合物Ⅳ，Ⅳ的核磁共振氫譜除苯環峰外還有四組峰，峰面積之比為為1：1：1：2，Ⅳ的結構簡式為 。

②由CH3COOCH2CH3可合成化合物Ⅰ（CH3COCH2-COOCH2CH3），化合物Ⅴ是

CH3COOCH2CH3的一種無支鏈同分異構體，碳鏈兩端呈對稱結構，且在Cu催化下與過量O2反應生成能發生銀鏡反應的化合物Ⅵ。Ⅴ的結構簡式為 ，Ⅵ的結構簡式為 。

2.（2013年高考四川卷）寫出同時滿足下列條件的式 。

①只含一種官能團；

②鏈狀結構且無-O-O-；

③核磁共振氫譜只有2種峰。

答案：

1.（1）13；

②13；（3）①

②HOCH2CH=CHCH2OH OHCCH=CHCHO

2. CH3COOCH2CH2OOCCH3 CH3CH2OOCCOOCH2CH3 CH3OOCCH2CH2COOCH3

通過對有機物同分異體書寫的總結和梳理，進一步明確抓有機物官能團特性和有機物結構特點，是正確解決同分異構體書寫的關鍵。在有機化學教學中，應引導學生學會整理，掌握技巧，突破重難點。

參考文獻：

[1]王義.插入法書寫同分異構體的方法與技巧[J].化學教學，2011，（12）：61～62.

[2]陳筱勇.書寫同分異構體的六種思想[J].化學教學，2009，（10）：71～73.

[3]朱建兵，袁春仙，王秋霞.有限制條件的同分異構體書寫策略[J].化學教學，2012，（8）：62～63.

[4]許文華.淺析有限制條件同分異構體引入的意義及解題策略[J].化學教育，2012，（11）：54～56.