1.1.2有机化合物的同分异构现象 课件 2024-2025学年高二化学人教版（2019）选择性必修3

第一章 有机化合物的结构特点与研究方法 第一节　有机化合物的结构特点 第2课时　有机化合物中的共价键和同分异构现象 1.认识有机化合物的同分异构现象与同分异构体。 2.掌握同分异构体的书写方法与规律 3.能判断有机物的同分异构体。 学习目标: 1、什么是同系物、同分异构体？ 回顾：同系物 1、定义：结构相似，分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的有机化合物互称同系物。 （1）必须结构相似，即组成元素相同，官能团种类、个数及连接方式相同，分子组成通式相同。 （2）同系物间相对分子质量相差14的整数倍。（C原子数一定不同） （3）同系物有相似的化学性质，物理性质随碳原子数的递增有一定的递变规律。 2、对同系物的理解 (4)具有相同通式的有机物除烷烃外都不能确定是不是同系物。 如CH2=CH2与H2CCH2CH2不是同系物，因为二者不是同一类物质(前者属于烯烃，后者属于环烷烃)。 概念 内涵 分子式相同： 同相对分子量、同组成元素、同质量分数、同最简式； 结构不同 ： 原子连接方式不同、原子的连接顺序不同、不同物质； 1.概念: (1)化合物分子式相同而结构不同的现象，叫做同分异构现象 一、有机化合物的同分异构现象 (2)具有相同分子式不同结构的化合物互称为同分异构体 结构不同（可能相似也可能完全不同）性质不同（可能相似也可能完全不同） ①同分异构体概念的外延是化合物，不仅在有机化合物中存在同分异构现象，在无机化合物中也存在同分异构现象，在有机化合物与无机化合物之间也存在同分异构现象。 ②烷烃分子中碳原子数越多，其连接方式就越多，同分异构体也就越多。如戊烷有3种、己烷有5种、庚烷有9种，而癸烷则有75种之多。 注意： (3) 同分异构体性质: 支链越多，熔沸点 密度 [练习] ①丁烷 ②异丁烷 ③戊烷 ④异戊烷 ⑤新戊烷 ⑥丙烷，物质的沸点由高到低的排列顺序是_____________________. C原子数不同：C原子数越多，沸点越高 C原子数相同：支链越多，沸点越低 同系物、同分异构体、同素异形体、同位素的区别 同系物 同分异构体 同素异形体 同位素 组成 结构 类别 分子相差一个或若干个CH2原子团 分子组成相同 分子组成不同 质子数相同，中子数不同 结构相似 结构不同 结构不同 —— 有机化合物 同一元素的不同单质 化合物 同一元素的不同核素 做题方法：同系物、同分异构体及同种物质的判： 分子式 不同:考虑同系物（两分子式相减得整数个CH2，一般是同系物） 相同:考虑同分异构和同种物质 结构不同是同分异构 结构相同是同种物质 2.常见有机物结构的表示方法(以乙烷为例) (1)分子式：用元素符号和数字的组合表示物质分子组成的式子,可反映一个分子中原子的种类和数目. (2)最简式（实验式）：表示物质组成中各元素原子的最简整数比。 (3)电子式：用小黑点表示原子最外层电子成键情况的式子。 (4)结构式：用短线来表示一对共用电子的图示: ①具有化学式所能表示的意义,能反映物质的结构; ②表示分子中原子的结合或排列顺序的式子,但不表示空间结构 (6)球棍模型: 小球表示原子,短棍表示共价键 (7)空间填充模型: 用不同体积的小球表示不同大小的原子,用于表示分子中各原子的相对大小和结合顺序 (5)结构简式：省略 C-H 键和直链上的 C-C 键，把同一C上的H合并。 (8) 键线式:将碳、氢省略，只表示分子中键的连接情况和官能团(杂原子不能省)，每个拐点或端点均表示有一个碳原子。 二、同分异构现象的分类 碳架异构 位置异构 官能团异构 同分异构 现象 构造异构 立体异构 （原子连接 次序、方 式不同） （具有相同构造， 原子在空间排 布不同） 顺反异构 （手性异构、旋光异构，化合物对偏振光的偏转角度不同，由于分子对称性产生的异构） （碳骨架不同产生的异构） （官能团或取代基位置不同产生的异构） （官能团种类不同产生的异构） （由于原子相对于C＝C双键或环的空间位置不同而产生的异构） 对映异构 (直链，支链，环状) （确定官能团的种类） 1、有机物分子不饱和度的计算 （1）概念：直链烷烃（CnH2n＋2）的不饱和度为0，跟同碳数的直链烷烃相比，每少2个H，不饱和度加1，不饱和度也叫缺氢指数。 （2）计算方法 ① 公式法 只有C、H、O： 有C、H、O、N、X： （给分子式） ② 通过结构式直接观察 -NO2 一个环 1个不饱和度 2个不饱和度 4个不饱和度 环辛四烯 5个不饱和度 稠环： 不饱和度＝苯环数 x 4 – 共用边数 规则的立体封闭环： 不饱和度＝面数– 1 不规则的立体封闭环：切割法（先将所有环描出来，再将环都切开，直到没有环为止，切几刀，不饱和度就是几）。 棱晶烷 立方烷 正四面体烷 金刚烷 2、各类有机物同分异构体的查找方法： (1) 烷烃：无官能团，只有碳骨架异构。减碳对称法：先确定碳链结构，再补氢原子。 主链由长到短， 支链由整到散， 位置由心到边， 排布由邻到间。 【例】写出己烷（C6H14）的同分异构体的结构简式。 一条直链 减2个碳原子 减1个碳原子 先考虑1个乙基，再分为2个甲基(由整到散)；位置：同到邻再到间 注意: A.找中心对称线，对称C支链不重复 B.减C数目不超过或等于C原子数的1/2 C.补H（C4个键） D.甲基不连主链两端；乙基不连主链两端的第二位；丙基不连主链两端的第三位………… ① C-C-C-C-C-C-C ② C-C-C-C-C-C ③ C-C-C-C-C-C ④ C-C-C-C-C ⑤ C-C-C-C-C ⑦ C-C-C-C-C ⑨ C—C—C—C ⑥ C-C-C-C-C ⑧ C-C-C-C-C 注意： 找出中心对称线 1.直链 2.取下一个C，即1个甲基 3.取下两个C，先考虑1个乙基，再分为2个甲基 C C C2H5 C C C C C C C C C C C 4.取下三个C，只能分成3个甲基 庚烷共9种同分异构体 对 邻 间 对 心 边 (由整到散) C7H16 (2) 单烯烃(单炔烃、酯、酮、醚)同分异构体的书写方法： 官能团定位法：先根据碳数写出可能的烷烃碳链，再根据碳链的对称性，将官能团定位在两个碳之间，最后根据碳四价补足H。 C – C – C – C – C 1 2 2 1 C – C – C – C C － 1 2 3 C － － C × C – C – C 例：C5H10的烯烃有多少种结构？ 例：写出分子式为C5H10O2属于酯类的同分异构体 C—C—C—C—C C—C—C—C C C—C—C C C C O R O O C-O-C—C—C—C O O C-O-C—C—C—C O C—C-O-C—C—C O O C—C-O-C—C—C O C—C—C—C C O C-O-C—C—C C O O C—C-O-C—C C O C—C—C-O-C C O O C—C—C-O-C C O C—C—C—C C C—C—C C C O C-O-C—C C C O （3）单官能团有机化合物的单取代（一元取代）同分异构体及数目 思维：先写碳链异构，再写官能团位置异构，最后据C四价补H。 例：写出分子式为C4H9Cl的同分异构体的结构简式 例：写出分子式为C5H12O属于醇的同分异构体 C—C—C—C—C C—C—C—C C C—C—C C C C—C—C—C—C OH C—C—C—C—C OH C—C—C—C—C OH C—C—C—C C OH C—C—C—C C OH C—C—C—C C OH C—C—C—C C OH C—C—C C C OH CH3-CH3 CH3-CH2-CH3 CH3-CH2-CH 1种 2种 4种 － CH3 － CH3 4种 3种 等效H法：有几种等效H，就有几种一元取代物。适用于卤代烃、醇、醛、羧酸等的异构。（快速判定种数） ①找中心对称线（只看对称线的一边） ②同一个碳上的H算一种 ③同一个碳上的甲基上的H算一种。 （4）二元或三元取代异构体的书写与数目判断 定一移一法：二元取代，先固定一个取代基，再移动另一个取代基。（注意有重复的不算）。 (以此类推，三元取代物可以考虑定二移一) 第一步：写出一取代物的结构。 第二步：在一取代物的结构中，逐步加入另一个取代基。 【 例】写出二氯丁烷（C4H8Cl2）的同分异构体的结构简式。 一氯代物 二氯代物 ⑦ ⑧ ⑨ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ① ② ③ ④ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 与②号重复 与③号重复 与⑧号重复 ↓ ↓ ↓ 共9种 练习：下列物质的二氯代物同分异构体的种数(不考虑立体异构) 3种 10种 6种 10种 （5）烷基取代法: 适用单官能团的一元醇、酚、卤代烃、醛、酰胺、胺、羧酸同分异构体数目的快速判断。 将官能团分离出来，余下烷基的种数＝一取代物同分异构体数 甲基（-CH3）： 1种 乙基（-C2H5）：1种 丙基（-C3H7）：2种 丁基（-C4H9）：4种 戊基（ -C5H11)：8种 分子式为C5H11Cl的同分异构体数目为: 种 分子式为C4H8O的醛类同分异构体数目为: 种 分子式为C5H10O2的羧酸类同分异构体数目为: 种 分子式为C10H14的苯的同系物且只有一个侧链同分异构体数目为: 种 8 2 4 4 C3H7—CHO C4H9—COOH C6H5—C4H9 （6）换位思考法：适用于快速判断烃的多元取代物的同分异构体数 思维：某有机物如果共有m个氢原子可被取代，那么它的x元取代物与(m-x)元取代物种数相等。 例: 丙烷与Cl2反应的六元取代产物的种数 C3H6Cl2 C3H8 (4种) C3H2Cl6 （4种） H、Cl互换位置 练习：快速说出下列物质同分异构体的种数 （1）已知二氯苯(C6H4Cl2)有3种同分异构体，则四氯苯有____种同分异构体(将H和Cl位置互换) （2）已知萘( ) 的 n 溴代物和 m 溴代物的种数相等，则 n 与 m（n不等于m）的关系________ （3）立方烷( )经硝化可得到六硝基立方烷，其可能的结构有 　 　 种。 n+m=8 3 3 做题技巧：苯环上取代基个数与同分异构体的个数之间关系 （1）苯环上1个取代基： （2）苯环上2个取代基： 3种： 邻、间、对 1种 X ①苯环连两个相同取代基：-X、-X —X —X X X X X ②苯环连两个不同取代基：-X、-Y —X —Y Y X X Y （不管2个取代基是否相同） （3）苯环上3个取代基： ① 3X型：3种 ② 2X/Y型： 6种 X X X —X —X X X X X —X —X Y— —X —X Y X X Y Y X X X X Y X X Y— ③ X/Y/Z型： 10种 —X —Y Z— —X —Y Z Y X Z Z Y X Y X Z— Y X Z Y X —X —Y Y X —X —Y Z— Z —X —Y Y X Z Y X —Z （4）苯环上4个取代基： ①4X: 3种 ②3X/Y：6种 ③2X/2Y：11种 例：分子式为C8H9Cl且含有苯环的同分异构体数目为 (　　) A．10种 B．12种 C．14种 D．18种 [解析]　分子式为C8H9Cl且含有苯环，如果苯环上只有一个取代基，即—C2H4Cl，相当于乙基中的一个氢原子被氯原子取代，有2种结构；如果含有两个取代基，则为氯原子和乙基或—CH2Cl和甲基，在苯环上均有邻、间、对三种位置，共计6种；如果含有3个取代基，则为氯原子和2个甲基，当2个甲基位于邻位时，有2种结构，当2个甲基位于间位时，有3种结构，当2个甲基位于对位时，有1种结构，共计14种。 C 组成通式 可能的类别 CnH2n 烯烃、环烷烃 CnH2n－2 炔烃、二烯烃、环烯烃 CnH2n＋2O 醇、醚 CnH2nO 醛、酮、烯醇、环醇、环醚 CnH2nO2 羧酸、酯、羟基醛、羟基酮 CnH2n－6O 酚、芳香醇、芳香醚 CnH2n＋1NO2 硝基烷烃、氨基酸 补充：官能团异构 $$