同分異構(gòu)體的考點(diǎn)剖析及復(fù)習(xí)策略

林增輝

同分異構(gòu)體的書寫及數(shù)目判斷是高考的熱門考點(diǎn)，占有一定的分值，但由于該考點(diǎn)的難度通常較大，得分率相對偏低。為了提高該考點(diǎn)的復(fù)習(xí)效率，筆者分析了近年來全國各地的高考化學(xué)試題，總結(jié)梳理了該考點(diǎn)的考查方式和考查要點(diǎn)，希望能幫助同學(xué)們攻克同分異構(gòu)體的難點(diǎn)。

同分異構(gòu)體的試題可分為三個難度層次，第一層次是對一些簡單物質(zhì)的判斷，如葡萄糖與果糖互為同分異構(gòu)體;第二層次屬于“技巧型”的題目，這類題目需要一定的技巧方法才能快速解決;第三層次屬于綜合型題目，也幾乎是近年來必考的題目，需要同學(xué)們在信息分析的基礎(chǔ)上綜合判斷，難度較大。第一層次的題目較為簡單，這里重點(diǎn)剖析第二、第三層次的題型。

一、“技巧型”題目

該一類題目以選擇題為主，難度和考查頻率都屬中等水平，技巧性強(qiáng)，常見的考查角度有組合法、換元法、基元法等，只要掌握該解題技巧，便可迎刃而解。

角度一：數(shù)學(xué)組合法

【例1】（2009·海南）分子式為C5H10O2的酯共有（不考慮立體異構(gòu)）（ ）

A. 7種? B. 8種? ? C. 9種? D. 10種

解析：根據(jù)題目信息，該酯含有兩個氧原子，可知只有一個酯基，是由一分子羧酸和一分子醇酯化而成的。而分子中含有5個碳原子，羧酸可能含有1～4個碳原子，而相應(yīng)的醇則含有4～1個碳原子，因此，這些酯可能是：甲酸丁酯4種（有4種丁醇）、乙酸丙酯2種（有2種丙醇）、丙酸乙酯1種、丁酸甲酯2種（有2種丁酸），共9種，故答案為C。

【例2】（2013·新課標(biāo)Ⅰ）分子式為C5H10O2的有機(jī)物在酸性條件下可水解為酸和醇，若不考慮立體異構(gòu)，這些醇和酸重新組合可形成的酯共有（ ）

A. 15種? ??? B. 28種? ??? C. 32種? ??? D. 40種

解析：根據(jù)題干信息可知，該分子只含有一個酯基，而含5個碳的酯類物質(zhì)，水解生成的羧酸可能是甲酸（1種）、乙酸（1種）、丙酸（1種）、丁酸（2種），共5種，而生成的醇可能為甲醇（1種）、乙醇（1種）、丙醇（2種）、丁醇（4種），共8種，從5種羧酸中任取一種，8種醇中任取一種反應(yīng)生成酯，共有5×8=40種，故答案為D。

角度二：換元法

【例3】已知化學(xué)式為C12H12的物質(zhì)其結(jié)構(gòu)簡式為，該環(huán)上的二溴代物有9種同分異構(gòu)體，由此推斷該環(huán)上的四溴代物的同分異構(gòu)體數(shù)目有（?? ）

A. 4種? ??? B. 9種? ??? C. 12種? ? D. 6種

解析：該物質(zhì)苯環(huán)上有6個氫原子可被取代，那么四溴代物的同分異構(gòu)體數(shù)目與二溴代物的同分異構(gòu)體數(shù)目是相同的，因此題目的答案為B。這一類題目的技巧核心就在于前后兩種取代的原子數(shù)之和等于可取代的總原子數(shù)，又如二氯苯（C6H4Cl2）有3種同分異構(gòu)體，四氯苯也有3種同分異構(gòu)體（將H和Cl互換）。

角度三：等效氫法

【例4】（2014·新課標(biāo)Ⅱ）四聯(lián)苯的一氯代物有（?? ）

A. 3種? B. 4種? ? C. 5種? D. 6種

解析：等效氫法的題目主要的考查角度是分析有機(jī)物的對稱性，如軸對稱、面對稱和中心對稱等，處于對稱位置的原子或原子團(tuán)是等效的。分析題目的物質(zhì)，四聯(lián)苯具有兩條對稱軸，即，這兩條對稱軸將四聯(lián)苯分成四個部分，這四部分上下、左右都是對稱的，根據(jù)等效氫的原理，在其中的一部分上有幾種不同的氫原子（包括對稱軸上的氫原子），就有幾種一氯代物，四聯(lián)苯有5種不同的氫原子，故有5種一氯代物，答案為C。

值得一提的是，在進(jìn)行對稱性分析時，我們往往是將取代基看成“球狀”的，可等分的，例如，可將—CCl2CH3看成球體，從而確定對稱軸。

除了上述的特技巧以外，還有很多解題的技巧，例如基元法，該方法是指不同的官能團(tuán)接在相同的烴基上，有相同數(shù)目的同分異構(gòu)體。例如丁基有4種結(jié)構(gòu)，則丁醇、戊醛、戊酸都有4種同分異構(gòu)體。對于其他的特殊方法，由于在考試中并不常見，不展開討論。

二、綜合型題目

這類題目主要出現(xiàn)在有機(jī)綜合題中，其考查特點(diǎn)是提供某種陌生有機(jī)物，附帶一定的條件，要求同學(xué)們書寫該物質(zhì)的同分異構(gòu)體，或判斷同分異構(gòu)體的數(shù)目。從近年來的高考統(tǒng)計情況來看，該考點(diǎn)的得分率是比較低的，應(yīng)引起同學(xué)們的高度重視。

角度四：定二移一法——多官能團(tuán)物質(zhì)的位置異構(gòu)

【例5】（2021·全國乙卷）C（）的同分異構(gòu)體中，含有苯環(huán)并能發(fā)生銀鏡反應(yīng)的化合物共有種_______種。

解析：根據(jù)題目信息，C物質(zhì)的同分異構(gòu)體中，含有苯環(huán)，而且能發(fā)生銀鏡反應(yīng)，則可知C物質(zhì)的同分異構(gòu)體含有醛基，由于該物質(zhì)只有7個碳原子，因此氯原子和氟原子不可能和醛基在同一個基團(tuán)上，因此該物質(zhì)的苯環(huán)上含有醛基、氟原子、氯原子三個取代基。由于苯上有多個氫原子可取代，對于這種多官能團(tuán)物質(zhì)，可采用控制變量的方法，即先固定兩個官能團(tuán)，再移動第三個官能團(tuán)，例如先將醛基和氯原子放在苯環(huán)的鄰位、間位和對位，再移動氟原子，則可系統(tǒng)書寫同分異構(gòu)體。其同分異構(gòu)體如下：、、、、 、 、、、，故其同分異構(gòu)體為10種。

角度五：多條件的綜合分析法

【例6】（2021·全國甲卷）化合物B（）的同分異構(gòu)體中能同時滿足下列條件的有???????? 。

a. 含苯環(huán)的醛、酮

b. 不含過氧鍵（—O—O—）

c. 核磁共振氫譜顯示四組峰，且峰面積比為 3∶2∶2∶1

A. 2 個? ? B. 3 個???????? C. 4 個????? ??? D. 五個

解析：題目中提供了B物質(zhì)的結(jié)構(gòu)式（分子式C8H8O3），同時指出同分異構(gòu)體能同時滿足下列條件：a. 含苯環(huán)的醛、酮;b. 不含過氧鍵（—O—O—）;c. 核磁共振氫譜顯示四組峰，且峰面積比為3∶2∶2∶1。由核磁共振氫譜可知存在等效氫原子，分子有對稱性，而8個氫原子分成4組，其中有一組含3個氫原子，可推斷應(yīng)該物質(zhì)可能含有甲基。結(jié)合分子式和限制條件，除去苯環(huán)的6個碳原子，還有2個碳原子在取代基上，其中一個形成甲基，則另一個碳原子形成羰基，羰基用了1個氧原子，還有2個氧原子，且不能形成—O—O—，那應(yīng)該是形成2個酚羥基（因?yàn)橐呀?jīng)沒有苯環(huán)以外的碳能結(jié)合羥基），結(jié)合核磁共振氫譜峰面積比，“3”為甲基峰，還有兩個“2”的峰，可知兩個羥基應(yīng)處于對稱的位置。因此可寫出同分異構(gòu)體：

、、和，故有4種，答案為C。

【例7】（2021·廣東）化合物Ⅵ（）的芳香族同分異構(gòu)體中，同時滿足如下條件的有_______種，寫出其中任意一種的結(jié)構(gòu)簡式：_______。

解析：條件：a. 能與NaHCO3反應(yīng);b. 最多能與2倍物質(zhì)的量的NaOH反應(yīng);c. 能與3倍物質(zhì)的量的Na發(fā)生放出H2的反應(yīng);d. 核磁共振氫譜確定分子中有6個化學(xué)環(huán)境相同的氫原子;e. 不含手性碳原子（手性碳原子是指連有4個不同的原子或原子團(tuán)的飽和碳原子）。

根據(jù)題干可知，化合物Ⅵ的分子式為C10H12O4，形成的同分異構(gòu)體為芳香化合物，含有苯形，且只能是一個苯環(huán);根據(jù)條件信息推斷，能與NaHCO3反應(yīng)可知含有羧基;最多能與2倍物質(zhì)的量的NaOH反應(yīng)，說明除了一個羧基外，還含有酚羥基、羧基、酯基三種官能團(tuán)中的一個;能與3倍物質(zhì)的量的鈉發(fā)生放出H2，說明分子中含有三個能與鈉反應(yīng)放出H2的官能團(tuán)（可能是醇羥基、酚羥基或羧基）。綜上信息，由于化合物Ⅵ只含4個氧原子，不可能含有兩個羧基，只能是含有一個羧基，一個酚羥基和一個醇羥基。再結(jié)合條件信息，核磁共振氫譜確定分子中有6個化學(xué)環(huán)境相同的氫原子;不含手性碳原子（手性碳原子是指連有4個不同的原子或原子團(tuán)的飽和碳原子），由于苯環(huán)上含酚羥基和其他基團(tuán)，不可能形成苯環(huán)的6個等效氫，而側(cè)鏈只含4個碳原子，其中一個形成羧基，不可能形成3個等效的—CH2—，因此可推斷應(yīng)為兩個甲基，而且是對稱的。綜上所述，可確定苯環(huán)上的取代基為分別是—OH、—COOH和，按“定二移一”的方法，可寫出以下同分異構(gòu)體：

、、、、 、、、、、? ;綜上分析該有機(jī)物的同分異構(gòu)體共有10種。

對于多種限制條件的題目，同學(xué)們要充分挖掘題干和條件中的信息，才能做出準(zhǔn)確的判斷，一般來說，這類題目的信息主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1. 結(jié)構(gòu)式或分子式。在題干中往往會提供目標(biāo)物質(zhì)的分子式或結(jié)構(gòu)式，準(zhǔn)確分析分子式，有助于快速判斷分子中基團(tuán)的種類和數(shù)目，例如例7中，確定了分子式為C10H12O4，對判斷除苯環(huán)外的基團(tuán)起了很大的輔助作用。但值得一提的是，由于多數(shù)題目并不是直接提供分子式，而是提供結(jié)構(gòu)式或者鍵線式，同學(xué)們在數(shù)碳原子或氫原子時，要格外細(xì)心，不要漏算碳原子或氫原子，特別是氫原子。

2. 化學(xué)性質(zhì)的信息。對這類信息，則要求同學(xué)們要熟練掌握典型的有機(jī)官能團(tuán)的基本性質(zhì)，筆者將常見的官能團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)歸納如下。

上述官能團(tuán)在近年來高考中出現(xiàn)頻率比較高，同學(xué)們可有針對性地重點(diǎn)復(fù)習(xí)。

3. 核磁共振氫譜。在近年來的高考題中，作為附加條件的核磁共振氫譜出現(xiàn)的頻率比較高。核磁共振氫譜主要是呈現(xiàn)物質(zhì)的氫原子種類和比例，同學(xué)們可結(jié)合分子式，判斷是否存在等效氫，分子是否有對稱性，而對于一些比較特殊的數(shù)字，例如3、6、9等，這些數(shù)字是甲基氫原子的整數(shù)倍，可推斷可能存在甲基，對解題有一定的輔助作用。

此外，通過對近年來各地高考題的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)這類題目有一定的特點(diǎn)，首先，目標(biāo)物質(zhì)的碳原子一般在6～10個之間，而且多數(shù)要求書寫成芳香化合物;同學(xué)們可先減掉苯環(huán)的6個碳原子，再將剩下的碳原子寫成題目要求的其他基團(tuán);其次，核磁共振氫譜提示存在等效氫，而且往往存在苯環(huán)對位取代基;第三，銀鏡反應(yīng)及物質(zhì)與NaHCO3反應(yīng)生成氣體等主干知識，也是高頻考點(diǎn)，同學(xué)們在復(fù)習(xí)過程中不要走偏;第四，對于官能團(tuán)的異構(gòu)，在題目中往往明確提示同分異構(gòu)體存中在什么官能團(tuán)，因此同學(xué)們在平時練習(xí)中，雖然要掌握一些官能團(tuán)的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，如醛酮的異構(gòu)、醇醚的異構(gòu)等，但不必做漫無邊際地推斷，以免事倍功半。

三、復(fù)習(xí)建議

1. 夯實(shí)基礎(chǔ)，細(xì)心審題。同分異構(gòu)的數(shù)目判斷或書寫，雖然難度比較大，但其考查的內(nèi)容依然是一些基礎(chǔ)知識。同學(xué)們要全面地捕捉題目的信息，特別是題目的補(bǔ)充信息，如有機(jī)物的性質(zhì)描述，通過分析有機(jī)物所能發(fā)生的反應(yīng)，推斷有機(jī)物可能含有的官能團(tuán);又如核磁共振氫譜，由于核磁共振氫譜能呈現(xiàn)出有機(jī)物中氫原子的種類和數(shù)目，在結(jié)合有機(jī)物分子式的基礎(chǔ)上，對推斷有機(jī)物的結(jié)構(gòu)有很大的幫助。因此，同學(xué)們要認(rèn)真審題，準(zhǔn)確分析題目的信息，綜合利用題目信息，結(jié)合碳原子的成鍵特點(diǎn)，做出準(zhǔn)確的判斷。但在復(fù)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)，很多同學(xué)都存在畏難心理，對這一考點(diǎn)常常采用直接放棄的態(tài)度，這是大可不必的，只要多進(jìn)行有針對性地訓(xùn)練，掌握基本的解題方法，這一考點(diǎn)依然是可以輕松攻克的。

2. 思維有序，避免錯漏。在書寫同分異構(gòu)體時，思維的有序性是非常重要的，特別是在同分異構(gòu)體數(shù)目比較多時更為重要。怎樣才能培養(yǎng)思維的有序性呢？首先我們得了解同分異構(gòu)的類型，同學(xué)們已經(jīng)學(xué)過碳鏈異構(gòu)、位置異構(gòu)、官能團(tuán)異構(gòu)、順反異構(gòu)和手性異構(gòu)等多種同分異構(gòu)現(xiàn)象，后兩者考的頻率較低，只作了解。而對于前三種異構(gòu)方式，筆者認(rèn)為，在進(jìn)行同分異構(gòu)分析時，可先進(jìn)行官能團(tuán)異構(gòu)，即先確定物質(zhì)的種類，再進(jìn)行碳鏈異構(gòu)，最后進(jìn)行官能團(tuán)的位置異構(gòu)，這樣可避免出現(xiàn)漏寫的情況，當(dāng)然確定官能團(tuán)位置時，也要注意結(jié)構(gòu)的對稱性，避免重復(fù)。同學(xué)們在復(fù)習(xí)過程中，要有意識地訓(xùn)練自己的解題方法，養(yǎng)成良好的思維模式。

3. 精選題目，有效練習(xí)。同分異體的題目在高考、模擬考、教輔資料中都很常見，題目的難度不一，有些題目難度很大，解題過程需要花費(fèi)大量的時間和精力，這對同學(xué)們的復(fù)習(xí)備考并沒有太大的幫助。那該如何挑選這一考點(diǎn)的習(xí)題呢？筆者認(rèn)為，考查同分異構(gòu)體的高考題是很多的，而且這些題目的針對性都比較強(qiáng)，值得同學(xué)們多加關(guān)注。因此同學(xué)們在復(fù)習(xí)過程中，可側(cè)重選擇高考真題進(jìn)行練習(xí)，提高復(fù)習(xí)的有效性。

【本文系2020年中山市教育科研立項課題“落實(shí)高考評價體系‘引導(dǎo)教學(xué)核心功能的高中化學(xué)實(shí)踐研究”（Z2020010）階段性成果。】

責(zé)任編輯 李平安