高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)教師用書 63 第十二章　第59講　有機(jī)化合物的空間結(jié)構(gòu)　同系物　同分異構(gòu)體

第59講有機(jī)化合物的空間結(jié)構(gòu)同系物同分異構(gòu)體[課程標(biāo)準(zhǔn)]1.掌握有機(jī)化合物中原子的共線與共面?zhèn)€數(shù)的判斷。2.了解同系物、同分異構(gòu)體的概念。3.掌握有機(jī)化合物中同分異構(gòu)體的書寫與判斷?？键c(diǎn)一有機(jī)化合物的空間結(jié)構(gòu)1．熟記四種基本模型(1)甲烷分子中所有原子一定不共平面，最多有3個(gè)原子處在一個(gè)平面上，即分子中碳原子若以四個(gè)單鍵與其他原子相連，則所有原子一定不能共平面(如圖1)。(2)乙烯分子中所有原子一定共平面，若用其他原子代替其中的任何H原子，所得有機(jī)物中的所有原子仍然共平面(如圖2)。(3)苯分子中所有原子一定共平面，若用其他原子代替其中的任何H原子，所得有機(jī)物中的所有原子也仍然共平面(如圖3)。(4)乙炔分子中所有原子共直線，若用其他原子代替H原子，所得有機(jī)物中的所有原子仍然共直線(如圖4)。2．注意碳碳單鍵的旋轉(zhuǎn)碳碳單鍵兩端碳原子所連原子或原子團(tuán)能以“C－C”為軸旋轉(zhuǎn)，例如，因①鍵可以旋轉(zhuǎn)，故的平面和確定的平面可能重合，也可能不重合。因而分子中的所有原子可能共面，也可能不共面。3．結(jié)構(gòu)不同的基團(tuán)連接后原子共面分析(1)直線與平面連接，則直線在這個(gè)平面上。如苯乙炔，所有原子共平面。(2)平面與平面連接：如果兩個(gè)平面結(jié)構(gòu)通過(guò)單鍵相連，由于單鍵的旋轉(zhuǎn)性，兩個(gè)平面可以重合，但不一定重合。(3)平面與立體連接：如果甲基與平面結(jié)構(gòu)通過(guò)單鍵相連，則由于單鍵的旋轉(zhuǎn)性，甲基的一個(gè)氫原子可能暫時(shí)處于這個(gè)平面上。4．審準(zhǔn)題目要求題目要求中常有“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等限制條件。如分子中所有原子可能共平面，分子中所有碳原子一定共平面而所有原子一定不能共平面。[正誤辨析](1)結(jié)構(gòu)中若出現(xiàn)一個(gè)飽和碳原子，則整個(gè)分子不可能共平面()(2)結(jié)構(gòu)中每出現(xiàn)一個(gè)碳碳雙鍵，則最多6個(gè)原子共面()(3)結(jié)構(gòu)中每出現(xiàn)一個(gè)碳碳三鍵，則至少4個(gè)原子共線()學(xué)生用書第287頁(yè)(4)結(jié)構(gòu)中每出現(xiàn)一個(gè)苯環(huán)，則最多有12個(gè)原子共面()(5)與或直接相連的原子一定共面()答案：(1)√(2)×(3)√(4)×(5)√1．有機(jī)物分子中最多有個(gè)碳原子在同一平面內(nèi)，最多個(gè)原子在同一條直線上，與苯環(huán)共面的碳原子至少有個(gè)。解析：以碳碳雙鍵為中心，根據(jù)乙烯、苯、乙炔、甲烷的結(jié)構(gòu)，可以畫出如圖所示結(jié)構(gòu)：由于碳碳單鍵可以繞軸自由旋轉(zhuǎn)，炔直線一定在苯平面內(nèi)，苯平面和烯平面可能共面，也可能不共面。因而該有機(jī)物分子中的所有碳原子可能共面，最多有11個(gè)碳原子共面，至少有6＋2＋1＝9個(gè)碳原子在苯平面內(nèi)。由于苯分子、乙烯分子的鍵角均為120°，炔直線與所在苯環(huán)正六邊形對(duì)角線上的碳原子共線，因而5個(gè)碳原子和炔基上的1個(gè)氫原子共線，即5＋1＝6。答案：11692．某有機(jī)物結(jié)構(gòu)為，回答下列問(wèn)題。(1)最多有個(gè)碳原子在同一條直線上。(2)最多有個(gè)碳原子在同一平面上。(3)最多有個(gè)原子在同一平面上。解析：以碳碳雙鍵為中心，根據(jù)乙烯、苯、乙炔、甲烷的結(jié)構(gòu)，可以畫出如圖所示結(jié)構(gòu)：答案：(1)4(2)13(3)21考點(diǎn)二同系物同分異構(gòu)體1．同系物(1)定義：結(jié)構(gòu)相似，在分子組成上相差一個(gè)或若干個(gè)CH2原子團(tuán)的物質(zhì)互稱為同系物。(2)特點(diǎn)：官能團(tuán)種類、數(shù)目均相同；具有相同的分子通式。(3)性質(zhì)：同系物的化學(xué)性質(zhì)相似，物理性質(zhì)呈現(xiàn)一定的遞變規(guī)律。2．同分異構(gòu)現(xiàn)象同分異構(gòu)體(1)定義：分子式相同、結(jié)構(gòu)不同的現(xiàn)象稱為同分異構(gòu)現(xiàn)象。存在同分異構(gòu)現(xiàn)象的化合物互為同分異構(gòu)體。(2)同分異構(gòu)體類型異構(gòu)類型形成途徑示例碳架異構(gòu)碳骨架不同而產(chǎn)生的異構(gòu)CH3CH2CH2CH3和位置異構(gòu)官能團(tuán)位置不同而產(chǎn)生的異構(gòu)CH2=CH—CH2—CH3和CH3—CH=CH—CH3官能團(tuán)異構(gòu)官能團(tuán)種類不同而產(chǎn)生的異構(gòu)CH3CH2OH與CH3—O—CH3順?lè)串悩?gòu)碳碳雙鍵兩端的原子或原子團(tuán)在空間的排列方式不同而產(chǎn)生的異構(gòu)(3)常見官能團(tuán)異構(gòu)組成通式可能的類別CnH2n烯烴、環(huán)烷烴CnH2n－2炔烴、二烯烴、環(huán)烯烴CnH2n＋2O醇、醚CnH2nO醛、酮、烯醇、環(huán)醇、環(huán)醚CnH2nO2羧酸、酯、羥基醛、羥基酮CnH2n－6O酚、芳香醇、芳香醚CnH2n＋1NO2硝基烷烴、氨基酸(1)烴基法：將有機(jī)物看作由基團(tuán)連接而成，由基團(tuán)的異構(gòu)數(shù)目可推斷有機(jī)物的異構(gòu)體數(shù)目。如：丁基有4種，C4H9Cl、C4H9OH、C4H9COOH均為4種。(2)代換法：將有機(jī)物分子中的不同原子或基團(tuán)換位進(jìn)行思考。如：乙烷分子中共有6個(gè)H，若有一個(gè)氫原子學(xué)生用書第288頁(yè)被Cl取代所得一氯乙烷只有一種結(jié)構(gòu)，那么五氯乙烷也只有一種。假設(shè)把五氯乙烷分子中的Cl看作H，而H看成Cl，其情況跟一氯乙烷完全相同，故五氯乙烷也有一種結(jié)構(gòu)。同理二氯乙烷和四氯乙烷均有2種，二氯苯和四氯苯均有3種。(3)等效氫法：分子中等效氫原子有如下情況：①分子中同一個(gè)碳原子上連接的氫原子等效；②同一個(gè)碳原子上所連接的甲基氫原子等效；③分子中處于對(duì)稱位置上的氫原子等效。(4)定一移一法：分析二元取代產(chǎn)物的方法：如分析C3H6Cl2的同分異構(gòu)體數(shù)目，可先固定其中一個(gè)氯原子位置，然后移動(dòng)另一個(gè)氯原子。(5)組合法：飽和酯R1COOR2，—R1有m種，—R2有n種，則酯共有m×n種。[正誤辨析](1)烷烴(CnH2n＋2)從丁烷開始有同分異構(gòu)體，n值越大，同分異構(gòu)體種數(shù)越多()(2)分子式為C3H6和C4H8的兩種有機(jī)物一定互為同系物()(3)CH2Cl2不存在同分異構(gòu)體()(4)與互為官能團(tuán)異構(gòu)()(5)同分異構(gòu)體可以是同一類物質(zhì)，也可以是不同類物質(zhì)()答案：(1)√(2)×(3)√(4)×(5)√1．寫出C7H16的同分異構(gòu)體(用碳架結(jié)構(gòu)表示)。2．寫出C4H10O的同分異構(gòu)體(只寫出骨架和官能團(tuán))。答案：eq\a\vs4\al(反思?xì)w納)烷烴同分異構(gòu)體的書寫技巧——減碳法3．某有機(jī)物的化學(xué)式為C8H8O2，寫出符合下列條件的有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。①含有苯環(huán)；②屬于酯類。答案：4．M的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式如圖，它的同分異構(gòu)體有多種，寫出符合下列條件的一種同分異構(gòu)體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：。①能與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng)②能發(fā)生銀鏡反應(yīng)③核磁共振氫譜有4個(gè)峰答案：、(任選一種)eq\a\vs4\al(反思?xì)w納)含苯環(huán)同分異構(gòu)體數(shù)目的確定技巧1．若苯環(huán)上連有2個(gè)取代基，其結(jié)構(gòu)有鄰、間、對(duì)3種。2．若苯環(huán)上連有3個(gè)相同的取代基，其結(jié)構(gòu)有3種。3．若苯環(huán)上連有—X、—X、—Y3個(gè)取代基，其結(jié)構(gòu)有6種。4．若苯環(huán)上連有—X、—Y、—Z3個(gè)不同的取代基，其結(jié)構(gòu)有10種。學(xué)生用書第289頁(yè)真題演練明確考向1．(2022·1浙江選擇考，15)關(guān)于化合物，下列說(shuō)法正確的是()A．分子中至少有7個(gè)碳原子共直線B．分子中含有1個(gè)手性碳原子C．與酸或堿溶液反應(yīng)都可生成鹽D．不能使酸性KMnO4稀溶液褪色C[A.圖中所示的C理解為與甲烷的C相同，故右側(cè)所連的環(huán)可以不與其在同一直線上，分子中至少有5個(gè)碳原子共直線，A錯(cuò)誤；B．，分子中含有2個(gè)手性碳原子(箭頭所指)，B，與酸或堿溶液反應(yīng)都可生成鹽，C，能使酸性KMnO4稀溶液褪色，D錯(cuò)誤。]2．[2022·廣東選擇考，21(5)]化合物有多種同分異構(gòu)體，其中含OC結(jié)構(gòu)的有種，核磁共振氫譜圖上只有一組峰的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為。解析：化合物的分子式為C3H6O，其同分異構(gòu)體中含有，則符合條件的同分異構(gòu)體有，共2種，其中核磁共振氫譜中只有一組峰的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為。答案：23．[2022·6浙江選擇考，31(5)]寫出同時(shí)符合下列條件的化合物的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。①1H－NMR譜和IR譜檢測(cè)表明：分子中共有3種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，有N－H鍵。②分子中含一個(gè)環(huán)，其成環(huán)原子數(shù)≥4。解析：化合物的分子式為C5H12N2，其同分異構(gòu)體有3種等效氫，含有N—H鍵，且分子中含有一個(gè)環(huán)，其成環(huán)原子數(shù)≥4，則這樣的結(jié)構(gòu)有、、、。答案：、、、4．[2021·河北選擇考，18(2)]有多種同分異構(gòu)體，其中能同時(shí)滿足下列條件的芳香族化合物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為、。①可發(fā)生銀鏡反應(yīng)，也能與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng)；②核磁共振氫譜有四組峰，峰面積比為1∶2∶2∶3。解析：CHOO—HO的同分異構(gòu)體滿足：①可發(fā)生銀鏡反應(yīng)，也能與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng)，說(shuō)明結(jié)構(gòu)中含有醛基和酚羥基，根據(jù)不飽和度可知該結(jié)構(gòu)中除醛基和苯環(huán)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(shuō)明該結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性，根據(jù)該結(jié)構(gòu)中氧原子數(shù)可知該結(jié)構(gòu)中含有1個(gè)醛基、2個(gè)酚羥基、1個(gè)甲基，滿足該條件的同分異構(gòu)體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為。答案：課時(shí)精練(五十九)有機(jī)化合物的空間結(jié)構(gòu)同系物同分異構(gòu)體eq\a\vs4\al(\f(對(duì)應(yīng)學(xué)生,用書P473))(本欄目?jī)?nèi)容，在學(xué)生用書中以獨(dú)立形式分冊(cè)裝訂！)1．下列化合物分子中的所有碳原子不可能處于同一平面的是()A．甲苯 B．硝基苯C．2-甲基丙烯 D．2-甲基丙烷D[2-甲基丙烷可以看作甲烷分子中3個(gè)氫原子被3個(gè)甲基代替，這4個(gè)碳原子不可能在同一平面上，D項(xiàng)符合題意。]2．分子式為C7H8，分子中含有苯環(huán)的烴的一氯代物有()A．3種B．4種C．5種D．7種B[依據(jù)信息可知該烴為，該有機(jī)物中等效氫為4種，分別為，其一氯代物有4種。]3．分子式為C4H8BrCl的有機(jī)物共有(不含立體異構(gòu))()A．8種B．10種C．12種D．14種C[C4H8BrCl可看成是C4H10分子中的2個(gè)H被1個(gè)Br和1個(gè)Cl取代得到的產(chǎn)物。C4H10有正丁烷和異丁烷2種，被Br和Cl取代時(shí)，可先確定Br的位置，再確定Cl的位置。正丁烷的碳骨架結(jié)構(gòu)為，Br分別取代1號(hào)碳原子和2號(hào)碳原子上的氫原子時(shí)，Cl均有4種位置關(guān)系，異丁烷的碳骨架結(jié)構(gòu)為，Br分別取代1號(hào)碳原子和2號(hào)碳原子上的氫原子時(shí)，Cl分別有3種和1種位置關(guān)系，綜上可知C4H8BrCl共有12種結(jié)構(gòu)，C項(xiàng)正確。]4．苯環(huán)上的一氯代物只有一種的的同分異構(gòu)體(不考慮立體異構(gòu))有()A．6種B．5種C．4種D．3種C[本題易因不會(huì)巧妙利用結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性而出錯(cuò)。苯環(huán)上的一氯代物只有一種就意味著苯環(huán)上只有一種類型的H原子。則整個(gè)結(jié)構(gòu)需要高度對(duì)稱，符合條件的同分異構(gòu)體有、、，C項(xiàng)正確。]5．下列化合物中同分異構(gòu)體數(shù)目最少的是()A．戊烷 B．戊醇C．戊烯 D．乙酸乙酯答案：A6．分子式為C5H10O2，并能與飽和NaHCO3溶液反應(yīng)放出氣體的有機(jī)物有(不含立體異構(gòu))()A．3種B．4種C．5種D．6種B[由該有機(jī)物的分子式及其能與飽和NaHCO3溶液反應(yīng)放出氣體這一性質(zhì)可知，該有機(jī)物屬于飽和一元羧酸，其分子組成可表示為C4H9—COOH，丁基(—C4H9)有4種結(jié)構(gòu)，所以該有機(jī)物有4種同分異構(gòu)體，B項(xiàng)正確。]7．有機(jī)物C4H9ClO的同分異構(gòu)體中(不考慮羥基與氯原子在同一個(gè)碳原子上)，能與Na反應(yīng)放出氫氣的共有(不含立體異構(gòu))()A．8種B．9種C．10種D．12種B[有機(jī)物C4H9ClO的同分異構(gòu)體中能與Na反應(yīng)放出氫氣，說(shuō)明其分子中含有羥基，該有機(jī)物可以看作Cl取代丁醇中氫原子形成的。丁醇的同分異構(gòu)體有：CH3CH2CH2CH2OH、CH3CH2CH(CH3)OH、(CH3)3COH、CH3CH(CH3)CH2OH，共4種。其中CH3CH2CH2CH2OH分子的烴基中含有4種等效H，不考慮羥基與氯原子在同一個(gè)碳原子上時(shí)，其一氯代物有3種；CH3CH2CH(CH3)OH分子的烴基中含有4種H原子，不考慮羥基與氯原子在同一個(gè)碳原子上時(shí)，其一氯代物有3種；(CH3)3COH分子中的烴基中含有1種H，其一氯代物有1種；CH3CH(CH3)CH2OH分子的烴基上含有3種等效H，不考慮羥基與氯原子在同一個(gè)碳原子上時(shí)，其一氯代物有2種，根據(jù)分析可知，有機(jī)物C4H9ClO的同分異構(gòu)體中能與Na反應(yīng)放出氫氣的共有3＋3＋1＋2＝9種，故選B。]8．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D[分子式為C5H10O2的酯可能是HCOOC4H9、CH3COOC3H7、C2H5COOC2H5、C3H7COOCH3，其水解得到的醇分別是C4H9OH(有4種)、C3H7OH(有2種)、C2H5OH、CH3OH，水解得到的酸分別是HCOOH、CH3COOH、CH3CH2COOH、C3H7COOH(有2種)。C4H9OH與上述酸形成的酯有4＋4＋4＋4×2＝20種；C3H7OH與上述酸形成的酯有2＋2＋2＋2×2＝10種；C2H5OH、CH3OH與上述酸形成的酯都是1＋1＋1＋1×2＝5種，以上共有40種。]9．利用Heck反應(yīng)合成一種藥物中間體需要經(jīng)歷下列反應(yīng)過(guò)程。有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．a(chǎn)、b、c中只有a是苯的同系物B．c既可發(fā)生氧化反應(yīng)也可發(fā)生聚合反應(yīng)C．a(chǎn)、b、c中所有碳原子均有可能共面D．b的同分異構(gòu)體中屬于芳香族化合物的有12種D[，b中含有氯原子，c中含有碳碳雙鍵，b、c結(jié)構(gòu)與苯均不相似，因此三種物質(zhì)中只有a是苯的同系物，A，所以c既可發(fā)生氧化反應(yīng)也可發(fā)生聚合反應(yīng)，，且單鍵可以旋轉(zhuǎn)，所以a、b、c中所有碳原子均有可能共面，C，如果只有一個(gè)取代基，該取代基是—CH2CH2Cl，如果有兩個(gè)取代基，可以是—CH3和—CH2Cl或—CH2CH3和—Cl，均有鄰間對(duì)三種，如果含有3個(gè)取代基，分別是2個(gè)甲基和1個(gè)氯原子，有6種不同結(jié)構(gòu)，因此共計(jì)是13種，D錯(cuò)誤。]10．關(guān)于化合物1，4-二氫萘()，下列說(shuō)法正確的是()A．是苯的同系物B．分子中所有原子處于同一平面C．一氯代物有3種(不考慮立體異構(gòu))D．與互為同分異構(gòu)體D[，1，4-二氫萘除含一個(gè)苯環(huán)外還有一個(gè)環(huán)，二者結(jié)構(gòu)不相似，故二者不互為同系物，A，碳碳雙鍵為平面結(jié)構(gòu)，但分子結(jié)構(gòu)中含有亞甲基，分子中所有原子不可能處于同一平面上，B，4-二氫萘上下對(duì)稱，有4種氫原子()，故一氯代物有4種(不考慮立體異構(gòu))，C錯(cuò)誤；D.和的分子式相同，均為C10H10，但結(jié)構(gòu)不同，互為同分異構(gòu)體，D正確。]11．(1)寫出分子式為C7H6O2的含有苯環(huán)的所有同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：。(2)與苯氯乙酮()互為同分異構(gòu)體，且能發(fā)生銀鏡反應(yīng)，分子中含有苯環(huán)，但不含—CH3的化合物有多種，它們的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是、，還有、、、(根據(jù)本題要求，必須寫出全部同分異構(gòu)體，但不一定填滿)。12．判斷下列特定有機(jī)物的同分異構(gòu)體的數(shù)目。(1)分子式是C8H8O2的芳香酯的化合物有種。(2)有機(jī)物HOCOOH有多種同分異構(gòu)體，其中含有1個(gè)醛基和2個(gè)羥基的芳香族化合物有種。(3)有機(jī)物的同分異構(gòu)體很多，符合下列條件的同分異構(gòu)體有種。①苯的衍生物②含有羧基和羥基③分子中無(wú)甲基解析：(1)C8H8O2可拆成C6H5—C2H3O2，甲酸的酯有4種，分別是、、；乙酸的酯有1種：；苯甲酸的酯有1種：，共6種。(2)將中的羧基—COOH拆成—CHO和—OH，可以使苯甲醛的2個(gè)苯環(huán)氫原子被2個(gè)羥基取代，方法是逐一取代，一羥基取代物有，二羥基取代物有、，共6種。(