“模型認知”在解決新高考試題中的應用
——以“限制條件的同分異構體書寫”為例

孔德坤 劉緊娥

(1.云南省昆明市第一中學 2.云南省安寧中學)

“限制條件的同分異構體書寫”可以很好地考查學生的有序思維能力,一直是近年高考的熱點和難點問題.特別是隨著新課程改革,新高考方案施行下,“限制條件的同分異構體書寫”受到各省命題者的青睞.如何快速突破“限制條件的同分異構體書寫”? 本文從“模型認知”的角度闡述自己對“限制條件的同分異構體書寫”的思考,以供學生參考及應用.

1 “限制條件的同分異構體書寫”必備基礎知識

1.1 新教材中對同分異構體的分類

圖1

1.2 識記常見烷烴、烷烴一元取代、烷烴二元取代、苯環二元、苯環三元取代的種類

表1

1.3 常考限制條件歸納總結

1)隱性限制條件

表2

2)顯性限制條件

近3年高考試題中出現一些顯性限制性條件,例如,不含—O—O—、—CN 直接與苯環相連、苯環上只有2個取代基、含—NH2、含2個六元環、屬于α-氨基酸(1個—NH2和1個—COOH 連接在同一個碳上)、二元酚、含苯環的醛酮、只含1個—CH2—、含—COOCH==CH2等.

1.4 模型認知

“模型認知”是解決新高考試題的一種思維方法,化學問題的解決是不斷進行模型建構、模型優化、模型完善的過程.“限制條件同分異構體書寫”的思維模型可總結如圖2所示.

圖2

2 “模型認知”在解決“限制條件的同分異構體書寫”中的應用

2.1 模型核心思想一——分類討論與等效替代

例1(2022年6月浙江卷,節選)寫出同時符合下列條件的化合物的同分異構體的結構簡式_________.

①1H-NMR 譜和IR 譜檢測表明:分子中共有3種不同化學環境的氫原子,有N—H 鍵.

②分子中含有1個環,其成環原子數≥4.

解析

根據化合物F的結構及分子中只含有1個環,其成環原子數≥4,結合N 可以形成3條共價鍵,可以參與成環分析,可形成七元環、六元環、五元環、四元環;再根據信息①可得七元環、六元環不可能滿足題意,只考慮五元環和四元環,又可以形成氮雜環,故只能考慮結構高度對稱的環.解題模型建構如圖3所示.

圖3

例2(2022年遼寧卷,節選)化合物的同分異構體滿足以下條件的有_________種(不考慮立體異構).①含有苯環且苯環上只有一個取代基;②紅外光譜無醚鍵吸收峰.其中,苯環側鏈上有3種不同化學環境的氫原子,且個數比為6∶2∶1的結構簡式為________(任寫一種).

解析

根據化合物I的結構及限制條件①可以推知,去除苯環剩余的碳只能形成1個飽和烴基,即取代基為丁基,又根據限制條件②無醚鍵,說明只能是—OH 取代烴基上的氫.解題模型建構如圖4所示.

圖4

2.2 模型核心思想二——定一移一

例3(2022年山東卷,節選)化合物的同分異構體中,僅含—OCH2CH3、—NH2和苯環結構的有_________種.

解析

根據僅含—OCH2CH3、—NH2和苯環,說明該同分異構體為苯環上連接3 個—OCH2CH3和1 個—NH2,解題模型建構如圖5所示.

圖5

2.3 模型核心思想三——插入

例4(2022年湖南卷,節選)是一種重要的化工原料,其同分異構體中能夠發生銀鏡反應的有_________種(考慮立體異構),其中核磁共振氫譜有3組峰,峰面積之比為4∶1∶1的結構簡式為_________.

解析

圖6

(完)