专题5.3 微专题13 限定条件下同分异构体的书写与判断-【步步高】2023-2024学年高二化学选择性必修3（苏教版2019）

微专题13　限定条件下同分异构体的书写与判断 一、官能团异构及书写步骤 1．常见的官能团异构 (1)烯烃——环烷烃，通式：CnH2n(n≥3)。 (2)炔烃——二烯烃，通式：CnH2n－2(n≥4)。 (3)饱和一元醇——饱和一元醚，通式：CnH2n＋2O(n≥2)。 (4)醛——酮、烯醇、环醚、环醇，通式：CnH2nO(n≥3)。 (5)羧酸——酯、羟基醛、羟基酮，通式：CnH2nO2(n≥3)。 (6)酚——芳香醇、芳香醚，通式：CnH2n－6O(n≥7)。 (7)硝基烷——氨基酸，通式：CnH2n＋1NO2(n≥2)。 2．官能团异构的书写步骤 先确定物质类别，然后分类书写。书写时先写碳链异构，再写位置异构。 例如：写出C5H12O的所有的同分异构体，满足C5H12O分子式的有机物可能是醇或醚。 (1)若官能团为—OH时 在3种碳骨架中，共有8个位置，8种结构(熟记—C5H11共有8种结构，可省去书写过程)。 (2)若官能团为(醚键)时，可采用插键法。 醚键可以理解为在C—C单键之间插入氧原子，如：，，，共6种结构。 所以分子式满足C5H12O的同分异构体共8＋6＝14种。 二、限定条件下同分异构体的书写及判断 1．常见的限定条件 (1)以官能团特征反应为限定条件 反应现象或性质 思考方向(有机物中可能含有的官能团) 溴的四氯化碳溶液褪色 碳碳双键、碳碳三键 酸性高锰酸钾溶液褪色 碳碳双键、碳碳三键、醛基、苯的同系物等 遇氯化铁溶液显紫色、浓溴水产生白色沉淀 酚羟基 生成银镜或与新制Cu(OH)2反应产生红色沉淀 醛基或甲酸某酯或甲酸 与钠反应产生H2 羟基或羧基 与碳酸氢钠反应产生CO2 羧基 只有2个氧原子且能发生水解反应 (酯基) 既能发生银镜反应又能水解，且只有2个氧原子 甲酸某酯() 能发生催化氧化，产物能发生银镜反应 伯醇(—CH2OH) (2)以1H核磁共振谱为限定条件 ①有几组峰就有几种不同化学环境的氢原子。 ②根据其峰面积比可判断有机物中不同化学环境氢原子的最简比例关系。 ③若有机物分子中氢原子个数较多但吸收峰的种类较少，则该分子对称性高或相同的基团较多。 2．隐含的限定条件——有机物分子的不饱和度 不饱和度 思考方向 Ω＝1 1个双键或1个环 Ω＝2 1个三键或2个双键或1个环和1个双键 Ω＝3 3个双键或1个双键和1个三键或一个环和两个双键等 Ω≥4 考虑可能含有苯环 特别提醒　有机物分子中卤素原子(—X)以及—NO2、—NH2等都视为H原子。 3．限定条件下同分异构体的书写步骤 第一步：依据限定条件，推测“碎片”(原子、基团)的结构； 第二步：摘除“碎片”，构建碳骨架； 第三步：按照思维的有序性组装“碎片”，完成书写。 例　符合下列要求的的同分异构体共有______________种。 ①属于芳香族化合物 ②能与银氨溶液反应产生光亮的银镜 ③能与NaOH溶液反应 分析思路 第一步：确定有机物的类别，找出该有机物常见的类别异构体(可以结合不饱和度)。 技巧：原题有机物属于羧酸类，与羟基醛、酯互为类别异构体。 第二步：结合类别异构体和已知限定条件确定基团和官能团(核心步骤)。 与银氨溶液 与NaOH溶液 备注 注意细节乃做题制胜法宝 羧酸 × √ 羟基醛 √ 苯酚√ 醇羟基与NaOH溶液不反应，但酚羟基可以 酯 甲酸酯√ √ 一般酯与银氨溶液不反应，但甲酸酯可以 综上所述，符合本题条件的有两大类：①羟基醛[(酚)—OH，—CHO]；②甲酸酯(—OOCH)。 第三步：按类别去找，方便快捷不出错。 ①若为羟基醛[(酚)—OH，—CHO]，则还剩余一个碳原子，分两种情况讨论： 若苯环有两个侧链，此时—CH2—只能和醛基一起，有邻、间、对3种结构； 若苯环有三个侧链，则为—OH、—CHO、—CH3，苯环连接三个不同的取代基，有10种结构。 ②若为甲酸酯(—OOCH)：则用—OOCH取代甲苯上的氢原子，有4种结构。 第四步：符合要求的同分异构体共有17种。 1．(2023·宁波高二月考)某分子式为C10H20O2的酯，在一定条件下可发生如图所示的转化过程，则符合条件的酯的结构(不考虑立体异构)有(　　) A．2种 B．4种 C．12种 D．16种 答案　B 解析　分子式为C10H20O2的酯，水解生成B和C，C能连续被氧化，则C为醇，D为醛、E为羧酸，B和稀硫酸反应生成羧酸，则B为羧酸盐，C连续氧化为E，则C、E中碳原子个数相等，C为一元醇，则C为C4H9—CH2OH，E为C4H9—COOH，而—C4H9有四种结构，分别为CH3—CH2—CH2—CH2—、CH3—CH2—CH(CH3)—、(CH3)2CH—CH2—、(CH3)3C—，所以对应的符合条件的酯共有4种同分异构体。 2．下列有机物同分异构体(不考虑立体异构)数目判断错误的是(　　) 选项 有机物 同分异构体数目 A 分子式为C5H12 3 B 分子式为C5H10，能使溴的四氯化碳溶液褪色 5 C 分子式为C4H10O，能与Na反应生成氢气 4 D 分子式为C4H8O2，能与NaHCO3反应 3 答案　D 解析　戊烷有3种同分异构体，分别为正戊烷、异戊烷与新戊烷，故A正确；能使溴的四氯化碳溶液褪色，说明为戊烯，分别为1-戊烯、2-戊烯、2-甲基-1-丁烯、2-甲基-2-丁烯、3-甲基-1-丁烯，共有5种，故B正确；能与Na反应生成H2，说明为醇类，C4H10O可写成C4H9OH，丁基有4种结构，故共有4种醇，故C正确；能与NaHCO3反应说明为羧酸，C4H8O2可写成C3H7COOH，丙基有2种，故D错误。 3．(2023·宁波质检)酯X完全燃烧生成二氧化碳和水的物质的量之比为1∶1，X水解可得酸甲和醇乙，醇乙催化氧化后可得酸丙，且甲和丙互为同分异构体，则X是(　　) A．CH3CH2COOCH==CH2 B．CH3CH2COOCH2CH2CH3 C．CH2==CHCH2COOCH2CH2CH==CH2 D．CH3CH2CH2COOCH2CH(CH3)2 答案　D 解析　酯X完全燃烧生成等物质的量的CO2和H2O，则酯分子中H原子数目是C原子数目的2倍，属于饱和一元酯，酯X水解可得酸甲和醇乙，醇乙催化氧化后可得酸丙，且甲和丙是同分异构体，则形成该酯的羧酸与醇具有相同的C原子数目，据此分析判断。CH3CH2COOCH==CH2属于不饱和一元酯，A不符合题意；CH3CH2COOCH2CH2CH3中H原子数目是C原子数目的2倍，形成该酯的羧酸和醇为CH3CH2COOH和CH3CH2CH2OH，CH3CH2CH2OH催化氧化生成CH3CH2COOH，酸甲与酸丙为同一种物质，B不符合题意；CH2==CHCH2COOCH2CH2CH==CH2属于不饱和一元酯，C不符合题意；CH3CH2CH2COOCH2CH(CH3)2中H原子数目是C原子数目的2倍，形成该酯的羧酸为CH3CH2CH2COOH、醇为HOCH2CH(CH3)2，HOCH2CH(CH3)2氧化生成(CH3)2CHCOOH，与CH3CH2CH2COOH互为同分异构体，D符合题意。 4．(2023·山东济宁高二检测)有机物菠萝酯的合成路线(反应条件略去)如图所示： 下列叙述错误的是(　　) A．反应(1)和(2)均为取代反应 B．反应(2)产物中残留的烯丙醇可用溴水检验 C．苯氧乙酸和菠萝酯均可与NaOH溶液发生反应 D．苯氧乙酸的芳香族同分异构体中，同时含—OH和—COOH的共有17种(不考虑立体异构) 答案　B 解析　苯酚和ClCH2COOH发生取代反应生成苯氧乙酸和HCl，苯氧乙酸和烯丙醇发生酯化反应生成菠萝酯，酯化反应也属于取代反应，故A正确；菠萝酯和烯丙醇都能和Br2发生加成反应，用溴水检验时现象相同无法鉴别，故B错误；苯氧乙酸中含有羧基，菠萝酯中含有酯基，所以二者都能和NaOH溶液反应，故C正确；苯氧乙酸的芳香族同分异构体中含有苯环，同时含有—OH、—COOH，如果取代基为—OH、—CH2COOH，有邻、间、对3种结构；如果取代基为—CH2OH、—COOH，有邻、间、对3种结构；如果取代基为—OH、—COOH、—CH3，酚羟基和羧基相邻时甲基有4个位置，酚羟基和羧基相间时甲基有4个位置，酚羟基和羧基相对时，甲基有2个位置；如果取代基为—CH(OH)COOH，有1种，所以符合条件的同分异构体种类为3＋3＋4＋4＋2＋1＝17，故D正确。 5．写出下列有机物的结构简式。 (1)写出同时满足下列条件的的同分异构体的结构简式：________________________________________________________________________。 ①分子中含有苯环，且苯环上的一氯代物有两种； ②与FeCl3溶液发生显色反应； ③能发生银镜反应。 (2)写出同时满足下列条件的的一种同分异构体的结构简式： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ①苯环上有两个取代基； ②分子中有6种处于不同化学环境的氢原子； ③既能与FeCl3溶液发生显色反应，又能发生银镜反应，水解产物之一也能发生银镜反应。 答案　(1) (2)(或) 解析　(1)根据②可知含有酚羟基，根据③可知含有醛基，则Ω＝5，即所有的不饱和度，根据①可知分子对称，采用对位结构，故其结构简式是。 (2)根据③可知含有酚羟基、甲酸酯基，则Ω＝5，即所有的不饱和度，还剩余2个饱和碳原子，再根据①②可知其结构简式是或。 6．的一种同分异构体满足下列条件： Ⅰ.能水解，其水解产物之一能与FeCl3溶液发生显色反应； Ⅱ.分子中有6种不同化学环境的氢原子，且分子中含有两个苯环。写出该同分异构体的一种结构简式：____________________。 答案　、、、(任写一种) 解析　能水解，说明含有酯基，水解产物之一能与FeCl3溶液发生显色反应，说明水解生成酚羟基，提出后，剩余部分含有6种不同化学环境的氢原子，且分子中含有两个苯环，符合条件的结构只能是。符合条件的酯只有3处位置可以插入：，其中ⅰ、ⅲ处只能插入1次，ⅱ处可以插入二次，故符合条件的同分异构体有4种。 学科网（北京）股份有限公司 $$