把握考查特點 突破同分異構體

尉言勛 侯建麗

（安徽省碭山第四中學）

同分異構體是高考的高頻考點，2021年全國卷及各省市高考題均進行了考查.在《普通高中化學課程標準(2017年版2020年修訂)》中明確要求：知道有機化合物存在同分異構現象(必修)，認識有機化合物的分子結構決定于原子間的連接順序、成鍵方式和空間排布，認識有機化合物存在構造異構和立體異構等同分異構現象(選擇性必修).從高考命題來看，同分異構體的識別、辨認、種類的確定以及結構簡式的書寫一直是命題的熱點，本文總結了高考試題的考查特點，對典型例題進行了分類解析.

1 考查特點

2021年各地高考試題關于同分異構體的考查特點如表1所示.

表1

從整體上看，對同分異構體相關知識的考查既可以選擇題的形式呈現，也可以非選擇題的形式呈現，重點考查同分異構體的基本概念、數目的判斷以及結構簡式的書寫等.非選擇題中試題信息新穎、陌生度大，一般對結構特點、官能團的性質、核磁共振氫譜、紅外光譜等相關性質進行限定.

2 典例解析

2.1 同分異構體的判斷

例1(2021年全國甲卷)下列各項敘述正確的是( ).

A.甲醇既可發生取代反應也可發生加成反應

B.用飽和碳酸氫鈉溶液可以鑒別乙酸和乙醇

C.烷烴的沸點高低僅取決于碳原子數的多少

D.戊二烯與環戊烷互為同分異構體

解析

甲醇為一元飽和醇，不能發生加成反應，選項A錯誤.乙酸可與飽和碳酸氫鈉反應，產生氣泡，乙醇與飽和碳酸氫鈉互溶，兩者現象不同，可以鑒別，選項B正確.含相同碳原子數的烷烴，其支鏈越多，沸點越低，所以烷烴的沸點高低不僅僅取決于碳原子數的多少，選項C錯誤.戊二烯分子結構中含2個不飽和度，其分子式為C5H8，環戊烷分子結構中含1個不飽和度，其分子式為C5H10，兩者分子式不同，不能互為同分異構體，選項D錯誤.答案為B.

點評

分子式相同而結構不同的化合物互為同分異構體，選項D考查同分異構體的基本概念.注意：同分異構體可以是同類物質(含有相同的官能團)，也可以是不同類的物質(所含官能團不同).

2.2 同分異構體結構簡式的書寫

例2(2021年河北卷，節選)丁苯酞(NBP)是我國擁有完全自主知識產權的化學藥物，臨床上用于治療缺血性腦卒中等疾病.合成中間產物D有多種同分異構體，其中能同時滿足下列條件的芳香族化合物的結構簡式為________、________.

①可發生銀鏡反應，也能與FeCl3溶液發生顯色反應；

②核磁共振氫譜有四組峰，峰面積比為1∶2∶2∶3.

解析

①可發生銀鏡反應，說明結構中含有醛基；能與FeCl3溶液發生顯色反應，說明結構中含有酚羥基，由D的結構簡式可知其分子式為C8H8O3(不飽和度為5)，因此可推知該結構中除醛基外不含其他不飽和鍵；②核磁共振氫譜有四組峰，峰面積比為1∶2∶2∶3，說明該結構具有對稱性，且含有1個甲基.若含有1個—CHO，2個—OH(酚)符合條件的結構簡式為若含有1個—OOCH，1個—OH，則不能滿足峰面積之比.

【歸納總結】給定條件的同分異構體書寫方法，如圖1所示.

圖1

2.3 同分異構體數目的判斷

1)等效氫法

例3(2021年河北卷)苯并降冰片烯是一種重要的藥物合成中間體，結構簡式為關于該化合物，下列說法正確的是( ).

A.是苯的同系物

B.分子中最多8個碳原子共平面

C.一氯代物有6種(不考慮立體異構)

D.分子中含有4個碳碳雙鍵

解析

苯的同系物必須是只含有1個苯環，側鏈為烷烴基的同類芳香烴，苯并降冰片烯的側鏈不是烷烴基，不屬于苯的同系物，選項A錯誤.苯并降冰片烯分子中苯環上的6個碳原子和連在苯環上的2個碳原子共平面，共有8個碳原子，選項B正確.苯并降冰片烯分子的結構上下對稱，在不考慮立體異構的情況下，分子中含有5類氫原子，即所以一氯代物有5種，選項C錯誤.苯環不是單雙鍵交替的結構，苯并降冰片烯分子中只含有1個碳碳雙鍵，選項D錯誤.答案為B.

【歸納總結】有機物分子中，化學環境相同的氫原子稱為等效氫原子，有多少種等效氫，就有多少種一元取代物.

b)同一個C原子上所連甲基上的氫原子是等效的，如圖2中①和②位置上的6個H原子等效.

圖2

c)處于對稱位置(軸對稱或鏡面對稱)上的氫原子是等效的.如圖3有機物中，①和⑥、②和⑦、③和⑧、④和⑨位置上的4組H原子分別等效.

圖3

2)分類討論法

例4(2021年全國甲卷，節選)化合物B)的同分異構體中能同時滿足下列條件的有_________(填標號).

a.含苯環的醛、酮

b.不含過氧鍵(—O—O—)

c.核磁共振氫譜顯示4組峰，且峰面積比為3∶2∶2∶1

A.2個 B.3個

C.4個 D.5個

解析

核磁共振氫譜顯示4組峰，且峰面積比為3∶2∶2∶1，有4種不同的等效氫，且原子個數比為為3∶2∶2∶1，則其中1個取代基為甲基，且呈對稱結構.a)當為含苯環的醛時，有2種同分異構體，分別是b)當為含苯環的酮時，有2種同分異構體，分別是.故滿足條件的同分異構體有4種，答案為C.

點評

本題考查官能團分類不同出現的異構.根據題目給予的信息可將其分為含苯環的醛、含苯環的酮兩種情況進行討論，逐個突破，化難為簡.

3)定一移一法或定二移一法

例5(2021年廣東卷，節選)化合物Ⅵ的芳香族同分異構體中，同時滿足如下條件的有 種________，寫出其中任意一種的結構簡式：_______.

a.能與NaHCO3反應；

b.最多能與2倍物質的量的NaOH反應；

c.能與3倍物質的量的Na發生放出H2的反應；

d.核磁共振氫譜確定分子中有6個化學環境相同的氫原子；

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的飽和碳原子).

解析

化合物Ⅵ的不飽和度是5，苯環的不飽和度是4.Ⅵ的芳香族同分異構體同時滿足如下條件：a)能與NaHCO3反應，說明含有—COOH，根據其不飽和度可知不含酯基或碳碳雙鍵；b)最多能與2倍物質的量的NaOH反應，說明含有1個酚羥基；c)能與3倍物質的量的Na發生放出H2的反應，說明含有1個醇羥基；d)核磁共振氫譜確定分子中有6個化學環境相同的氫原子，說明含有2個甲基；e)不含手性碳原子，說明苯環上取代基有3個.綜上可得苯環上含有3個不同取代基，分別為—COOH、酚羥基、，利用“定二移一”法，可得同分異構體有10種，其中1種結構簡式為

【歸納總結】“定一移一”法即分析二元取代物時(三元取代物可類推)，可固定一個取代基，再移動另外一個取代基，以確定同分異構體數目.例如，在苯環上連有2個原子或原子團時，可固定一個移動另一個，從而寫出鄰、間、對3種異構體；苯環上連有3個原子或原子團時，可先固定2個原子或原子團，得到3種結構，然后結合等效氫法，就能寫全含有芳香環的同分異構體.以苯的三元取代物的種數為例，可建立以下模型.

總之，同分異構體是高考的熱點和難點之一，在備考時要引起我們的重視.高考試題在選擇題中側重基礎知識的考查，在非選擇題中注重能力的考查，本文對高考真題進行了分類解析，探尋命題的規律，希望對學生的復習起到一定的幫助作用.

鏈接練習

A.能發生取代反應，不能發生加成反應

B.既是乙醇的同系物也是乙酸的同系物

D.1mol該物質與碳酸鈉反應得44gCO2

鏈接練習參考答案

1.C.2.10.