55 第五部分 第九章 第55讲 同分异构体的书写与数目确定(能力课)-【名师导航】2026年高考化学一轮总复习教师用书（人教版）

第55讲　同分异构体的书写与数目确定(能力课) 　1.掌握同分异构体的一般书写方法。　2.掌握同分异构体数目的确定技巧方向。　3.掌握限定条件下的同分异构体的书写与数目确定。 　同分异构体的书写与数目确定 1．同分异构体的分类 (1)碳架异构 根据“减碳”法确定碳架异构 如：①C1、C2、C3烷烃各有一种。 ②C4、C5、C6烷烃分别有2、3、5种。 (2)位置异构 如①与C—C—C—C—OH。 ②。 (3)官能团异构 如：①CnH2n(n≥3)：烯烃和环烷烃。 ②CnH2n－2(n≥4)：二烯烃和炔烃。 ③CnH2n＋2O(n≥2)：饱和一元醇和饱和一元醚。 ④CnH2n－6O(n>6)：芳香醇、芳香醚、酚。 ⑤CnH2nO(n≥3)：饱和一元醛、烯醇、环氧烷、饱和一元酮等。 ⑥CnH2nO2(n≥2)：饱和一元羧酸、饱和一元羧酸与饱和一元醇形成的酯等。 ⑦CnH2n＋1O2N(n≥2)：氨基酸和硝基烷。 ⑧Cn(H2O)m：单糖或二糖等。 (4)立体异构 ①顺反异构：如，其中：X1与Y1、X2与Y2不相同，X1与X2可以相同，Y1与Y2可以相同。 ②对映异构：如，其中X、Y、Z、W各不相同。 2．同分异构体数目的确定技巧 (1)一元取代产物数目的判断 ①等效氢原子法：连在同一碳原子上的氢原子等效；连在同一碳原子上的甲基上的氢原子等效；处于对称位置的氢原子等效。 如的一氯代烷有3种。 ②烷基种数法：烷基有几种，一元取代产物就有几种。如—CH3、—C2H5各有1种，—C3H7有2种，—C4H9有4种。 如C4H10O的醇有4种，C5H10O2的羧酸有4种。 (2)替代法 如二氯苯(C6H4Cl2)的同分异构体有3种，四氯苯的同分异构体也有3种(将Cl取代H)。 (3)芳香族化合物异构体数目 ①若苯环上连有2个取代基，其结构有邻、间、对3种。 ②若苯环上连有3个相同的取代基，其结构有3种。 ③若苯环上连有—X、—X、—Y 3个取代基，其结构有6种。 ④若苯环上连有—X、—Y、—Z 3个不同的取代基，其结构有10种。 (4)叠加相乘法 先考虑取代基的种数，后考虑位置异构的种数，相乘即得同分异构体的总数目。分情况讨论时，各种情况结果相加即得同分异构体的总数目。 如的苯环上氢原子被—C4H9取代所形成的结构有12种。 (5)组合法 A—(m种)与B—(n种)连接形成A—B结构有m×n种。 如C5H10O2的酯：HCOO—与—C4H9形成的酯有1×4＝4种；CH3COO—与—C3H7形成的酯有1×2＝2种；C2H5COO—与—C2H5形成的酯有1×1＝1种；C3H7COO—与—CH3形成的酯有2×1＝2种， 共9种。 3．二元取代物的书写与数目确定 二元取代物的书写可采用“定一移一”法，即可固定一个取代基的位置，再移动另一取代基的位置以确定同分异构体的数目。 如的二氯代物有12种： 、、。 1．下列有关同分异构体数目的叙述不正确的是(　　) A．甲苯苯环上的一个氢原子被含3个碳原子的烷基取代，所得产物有6种 B．与互为同分异构体的芳香族化合物有6种 C．含有5个碳原子的某饱和链烃，其一氯取代物可能有3种 D．菲的结构简式为，它与硝酸反应，可生成5种一硝基取代物 B　[含3个碳原子的烷基有2种，甲苯苯环上的氢原子有3种，故产物有6种，A正确；B项中物质的分子式为C7H8O，与其互为同分异构体的芳香族化合物中有1种醇(苯甲醇)、1种醚(苯甲醚)、3种酚(邻甲基苯酚、间甲基苯酚和对甲基苯酚)，总共有5种，错误；含有5个碳原子的烷烃有3种同分异构体，正戊烷、异戊烷和新戊烷，其一氯代物分别为3、4、1种，C正确；由菲的结构简式可以看出其结构中含有5种氢原子，可生成5种一硝基取代物，D正确。] 2．组成和结构可用表示的有机化合物共有(不考虑立体异构) (　D　) A．24种 　　　　　 B．28种 C．32种 D．36种 3．分子式为C4H10O的醇与分子式为C4H6O2的链状结构羧酸形成的酯(不考虑立体异构)共有(　　) A．8种 B．10种 C．12种 D．14种 C　[分子式为C4H10O的醇的结构有(CH3)3COH、CH3CH2CH2CH2OH、CH3CH2CH(OH)CH3、(CH3)2CHCH2OH，共4种；C4H6O2的链状结构羧酸的结构有CH2===CHCH2COOH、CH3CH===CHCOOH、CH2===C(CH3)COOH，共3种，形成的酯(不考虑立体异构)共有3×4种＝12种，故C正确。] 4．C4H8Cl2有________种同分异构体。 解析：C4H8Cl2可以看作是C4H10中的两个H被Cl取代，采用定一移一法： 答案：9 　限定条件下的同分异构体书写 1．根据不饱和度确定结构 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 Ω＝3 3个双键或1个双键和1个三键(或考虑环结构) Ω≥4 考虑可能含有苯环 2．根据性质确定结构或官能团 化学性质 思考方向 能与金属钠反应 羟基、羧基 能与碳酸钠溶液反应 酚羟基、羧基 与氯化铁溶液发生显色反应 酚羟基 发生银镜反应 醛基(或甲酸酯基) 发生水解反应 碳卤键、酯基、酰胺基 与NaHCO3溶液反应 羧基 3.根据核磁共振氢谱确定有多少种氢原子及数目，进而确定分子的对称性。 (2022·辽宁卷节选)化合物I(C10H14O)的同分异构体满足以下条件的有12种(不考虑立体异构)。 ⅰ.含苯环且苯环上只有一个取代基 ⅱ.红外光谱无醚键吸收峰 其中，苯环侧链上有3种不同化学环境的氢原子，且个数比为6∶2∶1的结构简式为(任写一种)。 第一步：根据限定条件确定结构含有碎片基团 ⅰ.含苯环且苯环上只有一个取代基即。 ⅱ.红外光谱无醚键吸收峰，分子式为C10H14O可确定含有—OH。 第二步：将碎片基团组装成同分异构体 该有机化合物的碳架结构有如下四种： (1、2、3、4均表示羟基的连接位置)，所以满足条件的化合物I的同分异构体共有12种。其中，苯环侧链上有3种不同化学环境的氢原子，且个数比为6∶2∶1的同分异构体应含有两个等效的甲基，则其结构简式为或。 1．符合下列条件的E(C6H12O2)的同分异构体有16种(不考虑立体异构)。 ①能与金属钠反应产生氢气；②含两个甲基；③能发生银镜反应。 其中核磁共振氢谱中显示的六组峰的峰面积之比为6∶2∶1∶1∶1∶1，且含有1个手性碳原子的有机化合物的结构简式为 (只写一种)。 2．符合下列条件的G(C6H10O3)的同分异构体有________种。 ①能发生银镜反应；②能发生水解反应生成CH3OH；③分子中有一个手性碳原子。 解析：G的同分异构体水解能生成CH3OH，可以确定其含有—COOCH3，能发生银镜反应，可以确定其含有—CHO，剩余三个碳原子的碳骨架为“C—C—C”，分子中有一个手性碳原子，符合题意的有、、，共3种。 答案：3 3．(2022·浙江6月卷节选)写出同时符合下列条件的化合物F()的同分异构体的结构简式：______________。 ①1H-NMR谱和IR谱检测表明：分子中共有3种不同化学环境的氢原子，有N—H键。 ②分子中含一个环，其成环原子数≥4。 解析：化合物F的分子式为C5H12N2，由已知条件知，其同分异构体结构对称，有1个不饱和度，有3种等效氢原子，含有N—H键，且分子中含一个环，其成环原子数≥4，则这样的结构有、、、。 答案：、、、 4．有多种同分异构体，同时满足下列条件的同分异构体有____种(不考虑立体异构)； ①苯环上有2个取代基 ②能够发生银镜反应 ③与FeCl3溶液发生显色反应 其中核磁共振氢谱有五组峰，且峰面积之比为6∶2∶2∶1∶1的结构简式为________。 解析：的同分异构体满足：①能发生银镜反应，说明结构中存在醛基，②与FeCl3溶液发生显色反应，说明含有酚羟基，同时满足苯环上有2个取代基，酚羟基需占据苯环上的1个取代位置，另一取代基的结构(序号表示—CHO的位置)：，共5种，因此一共有5×3＝15种结构；其中核磁共振氢谱有五组峰，因酚羟基和醛基均无对称结构，因此峰面积之比为6∶2∶2∶1∶1的结构简式一定具有对称性(否则苯环上的氢原子不等效)，即苯环上取代基位于对位，且有两个处于对称位置的甲基，因此该同分异构体的结构简式为。 答案：15　 1．(双选)(2022·河北卷)在HY沸石催化下，萘与丙烯反应主要生成二异丙基萘M和N。 ＋CH3—CH===CH2 下列说法正确的是(　　) A．M和N互为同系物 B．M分子中最多有12个碳原子共平面 C．N的一溴代物有5种 D．萘的二溴代物有10种 CD　[由题中信息及结构简式可知，M和N均属于二异丙基萘，两者分子式相同，但是其结构不同，故两者互为同分异构体，A说法不正确；因为萘分子中的10个碳原子是共面的，由于单键可以旋转，异丙基中最多可以有2个碳原子与苯环共面，因此，M分子中最多有14个碳原子共平面，B说法不正确；N分子中有5种处于不同化学环境的H，因此其一溴代物有5种，C说法正确；萘分子中有8个H，但是只有两种不同化学环境的H(分别用α、β表示，其分别有4个)，根据定一移一法可知，若先取代α，则取代另一个H的位置有7个，然后先取代1个β，然后再取代其他β，有3种，因此，萘的二溴代物有10种，D说法正确。] 2. (双选)(2021·山东卷)立体异构包括顺反异构、对映异构等。有机物M(2-甲基-2-丁醇)存在如图转化关系，下列说法错误的是(　　) A．N分子可能存在顺反异构 B．L的任一同分异构体最多有1个手性碳原子 C．M的同分异构体中，能被氧化为酮的醇有4种 D．L的同分异构体中，含两种化学环境氢的只有1种 AC　[根据转化图和M()可推知N为或，L为。] 3．(2024·全国甲卷)我国化学工作者开发了一种回收利用聚乳酸(PLA)高分子材料的方法，其转化路线如下所示。 下列叙述错误的是(　　) A．PLA在碱性条件下可发生降解反应 B．MP的化学名称是丙酸甲酯 C．MP的同分异构体中含羧基的有3种 D．MMA可加聚生成高分子 C　[根据PLA的结构简式，聚乳酸是其分子中的羧基与另一分子中的羟基发生反应聚合得到的，含有酯基结构，可以在碱性条件下发生降解反应，A正确；根据MP的结构简式，MP可视为丙酸和甲醇发生酯化反应得到的，因此其化学名称为丙酸甲酯，B正确；MP的同分异构体中，含有羧基的有2种，分别为正丁酸和异丁酸，C错误；MMA中含有双键结构，可以发生加聚反应生成高分子，D正确。] 4．(2024·山东卷改编) 的一种同分异构体含硝基和3种不同化学环境的氢原子(个数比为6∶6∶1)，其结构简式为______。 解析：含3种不同化学环境的氢原子(个数比为6∶6∶1)，说明结构中含有4个甲基，又含有硝基(—NO2)，则符合该条件的同分异构体为。 答案： 5．(2024·浙江卷节选)写出4种同时符合下列条件的化合物B(CH3COCH2CH2COOCH3)的同分异构体的结构简式：________。 ①分子中有2种不同化学环境的氢原子； ②有甲氧基(—OCH3)，无三元环。 解析：CH3COCH2CH2COOCH3的同分异构体中有2种不同化学环境的氢原子，说明其结构高度对称，有甲氧基(—OCH3)，无三元环，符合条件的结构简式为、、、(其他符合条件的结构也可)。 答案：、、、(其他符合条件的结构也可) 6．(2024·甘肃卷改编)化合物的同分异构体中，同时满足下列条件的有______种。 ①含有苯环且苯环上的一溴代物只有一种； ②能与新制Cu(OH)2反应，生成砖红色沉淀； ③核磁共振氢谱显示有4组峰，峰面积之比为1∶2∶3∶6。 解析：化合物的分子式为C10H12O4，其同分异构体同时满足下列条件：①含有苯环且苯环上的一溴代物只有一种，说明苯环上只有一种化学环境的氢原子；②能与新制Cu(OH)2反应，生成砖红色沉淀，说明物质分子中有醛基，根据物质的分子式可知其不饱和度为5，除去苯环的不饱和度，只有一个醛基；③核磁共振氢谱显示有4组峰，峰面积之比为1∶2∶3∶6，说明分子中有4种不同化学环境的氢原子，数目分别为1、2、3、6，故满足条件的同分异构体有：、、、、、，共6种。 答案：6 课时质量评价(五十五) (建议用时：15分钟) 一、选择题(本题共5小题，每小题3分，共15分。每小题有一个或两个选项符合题目要求) 1．下列有机化合物的种类(不含立体异构)数目判断错误的是(　　) 选项 有机化合物 同分异构体数目 A 分子式为C5H10O2的酯 10 B 分子式为C5H10，能使溴的四氯化碳溶液褪色 5 C 分子式为C4H8O2，含有—COOH 2 D 分子式为C8H10的芳香烃 4 A　[C5H10O2的酯：HCOOC4H9有4种，CH3COOC3H7有2种，CH3CH2COOC2H5有1种，C3H7COOCH3有2种，共9种，A错误。] 2．甲、乙、丙、丁四种有机化合物的结构简式如图，下列说法正确的是(　　) A．甲与溴水加成的产物有4种 B．乙中所有碳原子共平面 C．丙的同分异构体中，属于炔烃的有4种 D．丁的二氯代物有6种 AD　[B项，乙中3个以单键相连的碳原子不共面，错误；C项，丙的分子式为C5H8，属于炔烃的有3种，错误。] 3．螺环化合物X()是一种重要的有机催化剂，下列关于X的说法正确的是(　B　) A．与丙苯互为同分异构体 B．仅含有2个手性碳原子 C．所有碳原子有可能共平面 D．一氯代物共有3种(不考虑立体异构) 4．某有机化合物X的分子式为C5H12O，能与钠反应放出氢气。X被氧化最终能生成羧酸Y(C5H10O2)，若不考虑立体结构，X和Y组合生成的酯最多有(　　) A．4种　 B．8种　 C．16种　 D．32种 C　[某有机化合物X的分子式为C5H12O，能与钠反应放出氢气，X被氧化最终能生成羧酸Y(C5H10O2)，则X是醇，X的结构简式可能是CH3CH2CH2CH2CH2OH、CH3CH2CH(CH3)CH2OH、(CH3)2CHCH2CH2OH、(CH3)3CCH2OH，Y可能的结构简式有CH3CH2CH2CH2COOH、CH3CH2CH(CH3)COOH、(CH3)2CHCH2COOH、(CH3)3CCOOH，X和Y组合生成的酯最多有16种。] 5．分子式为C11H14O的苯的一元取代物，能发生银镜反应的同分异构体(不考虑立体异构)有(　　) A．4种 B．8种 C．12种 D．16种 C　[分子式为C11H14O的苯的一元取代物，能发生银镜反应，可以看作是丁基上的氢原子被醛基取代，①若为—CH2—CH2—CH2—CH3时，醛基的连接方式有4种；②若为时，醛基的连接方式有4种；③若为时，醛基的连接方式有3种，④若为时，醛基的连接方式有1种，故共有12种。] 二、非选择题(本题共3小题，共12分) 6．(4分)化合物的芳香族同分异构体中，同时满足如下条件的有______种，写出其中任意一种的结构简式：_______________________。 条件：①能与NaHCO3反应；②最多能与2倍物质的量的NaOH反应；③能与3倍物质的量的Na发生放出H2的反应；④核磁共振氢谱确定分子中有6个化学环境相同的氢原子；⑤不含手性碳原子(手性碳原子是指连有4个不同的原子或原子团的饱和碳原子)。 答案：10　 7．(4分)化合物Ⅱ()的同分异构体中能发生银镜反应但不能发生水解反应的共____种，其中核磁共振氢谱有3组峰，且峰面积比为6∶1∶1的同分异构体的结构简式为__________。 解析：化合物Ⅱ的同分异构体能发生银镜反应，说明含有醛基，但不能发生水解反应，说明不含有酯基，若含1个醛基和1个羟基，则有、，羟基位于编号位置，共5种；若含1个醛基和1个醚键，则有，醛基位于编号位置，共3种；因此满足条件的共有(5＋3)种＝8种；其中核磁共振氢谱有3组峰，说明有3种等效氢原子，且峰面积比为6∶1∶1，说明含有2个甲基，由此可推知其同分异构体的结构简式为。 答案：8　 8．(4分)符合下列条件的C()的同分异构体有____种，其中核磁共振氢谱的峰面积比为2∶2∶2∶1∶1的结构简式为_______________。 ①遇FeCl3溶液显紫色；②能发生水解反应； ③能发生银镜反应。 解析：C的同分异构体遇FeCl3溶液显紫色，故可知含有酚羟基，而由C的分子式为C8H8O3可知其不饱和度为5，因而C的同分异构体中除了含有苯环之外，还含有1个不饱和度为1的基团，这个基团要能水解且能发生银镜反应，可以得出是—OOCH(甲酸酯基)，那么在苯环上的取代方式就有两种，第一种取代基为—OH、—OOCH、—CH3，有10种，第二种取代基为—OH、—CH2OOCH，有3种，故符合条件的C的同分异构体共有13种；其中核磁共振氢谱的峰面积比为2∶2∶2∶1∶1的结构简式为。 答案：13　 学科网（北京）股份有限公司 $$