基于有机物结构特征快速确定同分异构体数目的方法-《中学生数理化》高考理化2026年2月刊

知识篇知识结构与扬展中学生数理化 高中理化2026年2月 垦于有机物结构特征快速确定同分异构体数目的方法 ■江西师范大学附属中学 吴翔 根据《普通高中化学课程标准(2017年 3.甲基、亚甲基、次甲基的定义与区别 版2025年修订)》要求，高中生需要掌握常见 (见表2)。 有机物的结构特征，认识有机物存在构造异 基是指一个化合物从形式上去掉一个单 构和立体异构等同分异构现象，能写出符合 价原子或原子团的剩余部分。亚基指一个化 特定条件的同分异构体，能举例说明立体异 合物从形式上去掉两个单价或一个双价的原 构现象，认识官能团与有机物类别及性质的 子或原子团的剩余部分。次基是一个化合物 关系。本文从有机物结构特征出发，梳理一 从形式去掉三个单价（同一原子）或一个三价 系列快速确定具有特定结构的烷烃、烯烃、芳 原子或原子团的剩余部分。 香烃、卤代烃、醇、醚等有机物同分异构体数目 表2 的方法，帮助同学们提高解题效率和准确性。 名称 定义 表示方法 有机物中位置 一、有机物中碳原子成键特征和常见烃基 甲烷去掉1个氢 1.碳原子成键数目与特征。 甲 在碳链的端 原子后的剩余部 -CH 碳原子最外层有4个电子，故有机物中 基 分 基或端点 碳原子的价键数为4，每个碳原子形成4个共 亚 甲烷去掉2个氢 价键（单键、双键或三键），并能构成链状或环 甲 原子后的剩余部 CH2 同仲碳 状结构（如苯环）。此外，有机物中连在同一 基 分 个碳原子上的相同原子或原子团具有相同的 化学性质。 次 甲烷去掉3个氢 2.伯碳、仲碳、叔碳、季碳的定义与区别 甲 原子后的剩余部 -CH- 同叔碳 (见表1)。 基 分 分子中，用伯、仲、叔、季或1°、2°、3°、4°来 4.烃基与常见烷基的数目。 表示一个碳原子与不同数目的碳原子相连的 烃基是从烃分子中去掉1个氢原子后 情况。例如： 余下的原子团，如苯分子去掉1个氢原子 1 1 剩下的原子团称苯基，常用一CH表示。 CH CH 1 2 49 3 1 烃分子均可看作由烃基与氢或烃基相连而 CH,—CH, CHCH 1 形成的有机物。因此，识记常见烃基的种 CH 类尤其是烷基的种类有助于快速确定有机 表1 物同分异构体的数目，做到事半功倍。常 名称 符号 定义 有机物中位置 见的烷基的结构数目可根据对应烷烃分子 伯碳，也 与1个碳原子 在碳链的端基或 中等效氢的个数确定，如甲基CH?一和乙 1碳 称一级碳 相连的碳原子 端点 基C,H;一均只有1种结构，丙基C3H, 仲碳，也 与2个碳原子 在碳链中间，不 有2种结构，丁基C,H。一有4种结构，戊 2碳 称二级碳 相连的碳原子 影响端基个数 基C,H1一则有8种结构。 叔碳，也 与3个碳原子 在碳链中间，使 二、拼接法确定具有特定结构的有机物 3°碳 称三级碳 相连的碳原子 有机物增加1端基 同分异构体数目 季碳，也 与4个碳原子 在碳链中间，使 4碳 1.烷烃同分异构体数目。 称四级碳 相连的碳原子 有机物增加2端基 烷烃是结构最简单的一类有机物，可看 3 中学生数理化 知识篇知识结构与拓展 高中理化2026年2月 季碳、叔碳之间，即插入②号位；也可以分别 做是由 CH-、-CH2一、—CH、 与季碳或叔碳连接，即可以在①或③号位置 H一这些原子或原子团拼接而成。除甲烷 上。最后再补上端基（甲基），确定有 外，链烷烃的主链（最长的碳链）上均有2个 CH: CH: CH,-C-CH,一CHCH、 甲基做端基。在碳链中每出现一个一C CH 则该烷烃就需要增加2个端基（甲基）；碳链 CH:CHa 中每出现有一个一CH一，就需要增加1个 CH,CH2一C—CH-CH3、 端基（甲基）；而碳链上一CH2一的个数则不 CH, 影响烷烃端基（甲基）个数。因此，如果某链 CH:CH: CH- CH一CH2一CH,共3种同分异 烷烃分子中有a个 、b个一CH一、 CH c个一CH2一，则该烷烃的端基（甲基）个数应 构体。 为2a十b十2个，碳原子总数则为3a十2b+ 答案：3 c十2个。若已知链烷烃 -、一CH一、 拓展：我们也可以由一CH2一、一CH一 一CH2一的个数时，可采用上述公式计算出 和 一C一均只有1个，计算出该链烷烃的碳 碳原子数并确定分子式，然后采用滴碳法即 通过“主链由长到短，支链从整到散，位置由 原子数为3×1+十2×1十1十2=8，推断出分 子式为CH1g。再确定C%Hg共有18种同分 心到边，排布同邻间”来写出烷烃的所有结 异构体，其中符合题中结构要求的只有3种。 构，并从中找出符合要求的同分异构体数目。 这样方法在确定CHs的所有同分异构体的 当然，我们也可以利用拼接法，以给定基团中 结构时，过程繁琐，耗费时间长。 碳级数（连接端基）最多的碳原子作母体，按 2.苯的同系物同分异构体数目。 照“定季碳、连叔碳，插仲碳、补端基”的顺序 我们知道，苯不能使酸性高锰酸钾溶液 来确定同分异构体结构。 褪色，但当直接与苯环相连的碳原子上连有 例1烷烃分子可看成由一CH,、 氢时，则该有机物可使酸性高锰酸钾溶液褪 -CH2 一CH一和一C一 等结构组成 色。对于苯的同系物，当直接与苯环相连的 碳原子是甲基、亚甲基或次甲基时，其均可被 的。如果某链烷烃分子中含有一CH2一、 COOH 酸性高锰酸钾溶液氧化成 ,使 CH 和 各1个，则符合该结构特 酸性高锰酸钾溶液褪色。 若与苯环相连的碳 征的链烷烃有 种。 解析：首先选定碳级数即连接端基数最 原子是季碳时，即 不能被酸性高锰酸 多的季碳 做母体，将其与叔碳 钾溶液氧化。 例2某芳香烃的分子式为CH,不 CH- 连接形成 结构。对 能使酸性高锰酸钾溶液褪色。符合以上条件 的有（不考虑立体异构）()。 ② 于一CH2一可以插人① CH一③结构的 A.1种B.2种C.3种D.5种 解析：该芳香烃的分子式符合通式 加理纪阳城的卓物骨中学生款理化 C,H2-6(n≥6，n为正整数)，说明它是苯的 同系物且侧链有5个碳原子。该物质不能使 做母体，与两个一CH2一可以合并 酸性高锰酸钾溶液褪色，说明其与苯环直接 相连的碳原子为季碳，且其最少还需3个甲 连接形成一CH,CH, ,也可以分开 基做端基。因该芳香烃只有5个碳原子可做 侧链，故其余下的1个碳原子一定是仲碳，做 连接形成一CH2一C一CH2一。这两种结构 CH3 亚甲基一CH2一连在侧链上。因一C②CH,中 均有4个端基，分别是3个甲基和1个氯原 子。因连在同一个碳上的相同基团是等效， CH 故把氯原子作为端基分别连在 的①、②、③位置等效，故一CH2一插入后只 ④ CH ①CH2CH -②、③CH CCH,- 有 -CCH2一CH这1种结构。 CH 上的①、 ②、③、④位置，形成 答案：A CH 拓展：在确定该芳香烃同分异构体时也 C1—CH2—CH -CH3、 可以按照“侧链由整到散、排布邻间对”的方 CH 式写出其所有同分异构体的结构，再分别判 CH 断其是否能使酸性高锰酸钾溶液褪色。该方 CHCH,一CH2一C-CI、 法显然未能充分利用有机物特定结构与性质 的关系，不利于快速完成同分异构体数目的 CH, 判断。 CH: 3.卤代烷烃同分异构体数目。 -CH2一C-CH2—CH、 卤代烃是烃分子中氢原子被卤素原子取 CH: 代后的化合物。卤代烷烃是烷烃分子中氢原 CI 子被卤素原子取代后的化合物。通常确定卤 代烷结构与数目时，一般是先确定烷烃的结 CH:-CH,- CCH2一CH,共4种不同 构，然后利用取代法或等效氢原则确定卤代 CH 烷烃的同分异构体数目。虽然该方法思维过 结构。 程简单、容易掌握，但其在分析具有特定结构 答案：C 条件的卤代烷烃同分异构体数目时也可能出 拓展：我们还可通过分子式C,HC1确 现推断过程冗长的现象。由于卤素原子是直 定该有机物为一氯己烷，再利用取代法逐一 接与碳原子相连，故在卤代烷烃中也可以把 写出CHC1的17种同分异构体，从中找到 卤素原子当成一个端基直接连在一CH2一、 符合题意要求的同分异构体数目共有4种。 CH 或 与前者相比，该方法需要写出CH一的结 构，明显过于复杂。 例3某有机物的分子式为CHC1,该 4.端基数目的判断。 与CH一、C6H一、卤素原子类似，有机 分子中有2个一CH2一、1个一C一，则该化合 物中一OH、一CHO、一COOH等基团均可 物可能的结构有（不考虑立体异构）()。 作为端基，我们也可以根据端基守恒快速计 A.2种B.3种C.4种D.5种 算端基的个数。 解析：首先选定需要端基碳原子数最多 例4某有机物分子中含n个—CH一m 5 中学生表理化架州贸德辞气行展 同的，即①、②号位等效。因此，原烯烃的碳 个一CH-,a个一CH,还含有一COOH,则其 碳双键只有在①和③号位上2种不同结构。 所含羧基的个数最多为个。 答案：B 解析：因一CH2一不影响端基个数，该有 拓展：与烯烃类似，炔烃中的一C=C一与 机物有m个一CH一，则有m+2个端基。 氢气加成后，原碳碳三键上的两个碳原子应分别 其中a个端基是一CH,则余下的端基全为 最少连2个氢原子，形成R一CH一CH一R。 羧基时，羧基个数最多，故羧基个数最多为 因此，不能在烷烃分子中的季碳、叔碳及与它 m十2-a个。 们相连的C原子间插入碳碳三键。 答案：m十2-a CH 三、插入法确定烯烃、炔烃同分异构体数目 例6CH,-CH,-CH-CHC-CH CH.CH.CH 烯烃是一类含有碳碳双键(C一C 是由某单炔烃和氢气加成后的产物，不考虑 的碳氢化合物。烯烃分子中C一C与氢 立体异构，则这种炔烃的结构可能有( )。 A.1种B.2种C.3种D.4种 气加成后，原碳碳双键上的两个碳原子应分 解析：该烷烃的碳架为 别最少连有1个氢，形成R一CH一CH一R ,对碳原子间成键位置 (R为氢或烃基)结构，故烷烃中的季碳及其 邻位C原子一定不是原烯烃与氢气加成后产 C 生的，即在季碳及其邻位碳原子间不能插入 进行编号C①C②C①C@C@C。根据碳原子四 碳碳双键。因此，我们可以根据烷烃的碳架 ③®@ CCC 结构，利用碳原子四价键原则，在伯碳、仲碳、 价键原则，季碳、叔碳及其邻位C原子间无法 叔碳这几种碳原子之间插人碳碳双键。需要 插人碳碳三键，即碳碳三键不能在②③④⑤ 注意的是，若烷烃有对称结构或有性质相同 ⑥⑦⑧⑨位置上。该炔烃的碳碳三键只在① 的烷基，则需要注意避免重复。 号位，其只有1种结构。 CH 答案：A 例5烷烃CH一CH一CH一C-CH是 四、逆推法确定具有特征结构的醇同分 CH CH 异构体数目 由某单烯烃和氢气加成后的产物。若不考虑立 脂肪烃分子中的氢原子或芳香烃侧链上 体异构，则这种烯烃的结构可能有( )。 的氢原子被羟基取代后的化合物称为醇。当 A.1种 B.2种C.3种 D.4种 与羟基相连的碳原子上连有2个或3个氢原 子时，该醇可被催化氧化为醛；连羟基的碳原 解析：该烷烃的碳架为C—C—C一C 子上连有1个氢原子，该醇可被催化氧化为 酮；与羟基相连的碳原子没有氢时，该醇不能 对碳原子间成键位置进行编号 被催化氧化。因此，能被催化氧化为醛的醇， C 其羟基必定是连在甲基或亚甲基的碳上，也 C①C@C①C@C。根据碳原子四价键原则，季 称为伯醇，即CHOH或有一CH2一OH结 构。因此，对于一些给定性质的醇可考虑利 碳及其邻位C原子间无法插人碳碳双键，即 用以上特征结构与性质的关系，逆向思维快 碳碳双键不能在④、⑤、⑥、⑦号位置上。碳 速确定该醇的同分异构体数目。 碳双键插人①号与插人②号位后的结构是相 例7分子式C,HO的同分异构体 如视阳墙胸年骨中学生凝理化 中，能被催化氧化为醛的有()。 A.2种B.3种C.4种 D.5种 A.3种B.4种C.7种D.8种 解析：该有机物只有1个不饱和度且能 解析：该有机物分子式符合C,H2m+2O的 发生银镜反应，符合饱和一元醛的通式，故可 通式且能被催化氧化为醛，说明该有机物为 将该醛看成是由丁基与醛基相连，即 饱和一元醇；该醇能被氧化为醛，则其为伯 CH一CHO。已知丁基有4种结构，故 醇，含有一CHOH结构，因此该有机物可写 C,H,一CHO也有4种不同结构，其与氢气 成C1H,一CH,OH。C,H一的结构有 加成后生成的醇也就是4种了。 CH,CH2CH,CH2-、(CHa),CHCH2、 答案：C CHCH,CH(CH)一、(CH),C一共4种结 拓展：该加成产物的结构也可利用醛与 构，所以符合题意的醇共有4种。 氢气加成后会生成伯醇而椎出。因加成产物 答案：B 的分子式为CHO且属于伯醇，可用 例8分子式为CH,O且不能发生催 C1H。一CHOH表示，故其同分异构体数目 与丁基的种类相同，均有4种结构。 化氧化反应的醇有()。 五、排列组合法快速确定醚类的同分异 A.2种B.3种 C.4种 D.5种 构体数目 解析：该醇的分子式符合饱和一元醇的通 式，其不能发生催化氧化反应说明连轻基的碳 水分子中的两个氢原子均被烃基取代的 化合物称为醚。醚的结构可用R1一O一R。 原子上没有H,即有 OH结构。该醇分 (R一、R2一均为烃基)表示。当烃基R一有 x种不同结构，烃基R,一有y种不同结构 子除有一C一OH外，还有5个碳原子且其中 时，在不考虑立体异构的情况下，则该醚有 x×y种。当醚分子中与氧原子相连的两个 最少有3个是端基（甲基）。若该有机物除 烃基相同时，如R1一O一R1醚，则此时可以 。H外还有3个端基（甲基），则余下的2个碳原 根据排列组合方法快速计算出醚的种类有 C十x种，即从R一的x种不同结构中可以 子均为亚甲基且有一CH2一CH2一C一OH和 选出2个不同结构时有C种组合；从R 的x种结构中选出2个相同结构时又有x 一CH,一C一CH一2种拼接方法。若该有机 种组合。 OH 例10分子式为C,HOC,H的醚的 物除一OH外，还有4个端基（甲基），则余下 同分异构体有()。 的1个碳原子只能是一CH一，其只有 A.8种B.10种C.12种D.16种 解析：CH。一有4种不同结构，分别用 一CH一C一OH1种结构，故符合题意要求 a、b、c、d表示，则该醚的同分异体有C十4= 10种。需要注意的是，该醚的同分异体不是 的醇共有3种。 C×C一16种，因为此种排列组合方式忽视 答案：B 了醚a一O一b与b一O一a属于同一结构的 拓展：该有机物的碳原子个数较少，也可 情况。类似还有a一O一c与c-O一a, 采用枚举法将分子式为C。HuO的醇的结构 a-O一d与d-O—a,b—O-c与c—O-b, 简式逐一写出，从其中可找出符合题意要求 b-O—d与d-O—b,c—O—d与d—O-c 的醇有3种。 也均相同，因此上述组合方式重复计数了 例9分子式为CHO的有机物能发 6次。 生银镜反应，则其与氢气发生加成的产物 答案：B 有()。 (责任编辑谢启刚)