■江蘇省濱海中學(xué) 茆建軍

有限制條件的同分異構(gòu)體的書寫策略

■江蘇省濱海中學(xué) 茆建軍

同分異構(gòu)體的判斷和書寫是高考化學(xué)的熱點(diǎn)之一,也是難點(diǎn)之一。考綱明確要求:了解有機(jī)化合物存在同分異構(gòu)現(xiàn)象(不包括立體異構(gòu)),能判斷并正確書寫簡(jiǎn)單有機(jī)化合物的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。

近幾年來,對(duì)同分異構(gòu)體的考查都會(huì)設(shè)置一定的限制條件?？v觀近幾年各地的高考試題,主要有以下兩種形式:一是推斷符合限制條件的有機(jī)物同分異構(gòu)體的種數(shù);二是寫出或補(bǔ)充有限制條件的有機(jī)物同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。本文結(jié)合近年高考化學(xué)試題的相關(guān)內(nèi)容介紹應(yīng)對(duì)這類問題的命題新動(dòng)向的處理方法。

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

解析:分子式C5H10O2符合CnH2nO2的通式,可能為飽和一元羧酸或飽和一元羧酸一元醇酯,再結(jié)合題中給出的有機(jī)物水解的性質(zhì)得知該有機(jī)物為酯。C5H10O2可以水解生成甲醇(1種)、乙醇(1種)、丙醇(2種)和丁醇(4種),甲酸(1種)、乙酸(1種)、丙酸(1種)和丁酸(2種)。水解生成的醇共有8種,酸共有5種,則可以重新組合形成的酯由數(shù)學(xué)排列組合知識(shí)得知共有5×8=40種,D項(xiàng)正確。

點(diǎn)評(píng):根據(jù)分子式確定有機(jī)物的種類及尋找同類的同分異構(gòu)體是同學(xué)們必須掌握的基礎(chǔ)知識(shí),對(duì)于飽和一元鹵代烴、醇、醚、醛、羧酸和酯,尋找同類的同分異構(gòu)體,也可以采用此類方法,先寫出相應(yīng)官能團(tuán),然后根據(jù)烷基的種類(—CH3、—C2H5只有一種,—C3H7有2種,—C4H9有4種,—C5H11有8種)進(jìn)行分析。特別應(yīng)注意的是醚和酯,其兩側(cè)的烷基必須同時(shí)考慮。

解析:含有醛基和酚羥基的F的同分異構(gòu)體有:2種,共13種。其中,核磁共振譜為5種峰,并且峰面積為2∶2∶2∶1∶1的是

點(diǎn)評(píng):注意苯環(huán)上連有三個(gè)基團(tuán)時(shí),位置異構(gòu)體的書寫。

解析:首先,根據(jù)E的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式列出其重要參數(shù):不飽和度(Ω)為1,C原子數(shù)為7, O原子數(shù)為1。其次,根據(jù)條件構(gòu)建原子或原子團(tuán):一個(gè)環(huán)與—O—或—C—,分子中只有兩種不同化學(xué)環(huán)境的氫,說明整個(gè)分子高度對(duì)稱。因?yàn)樵诹h(huán)上移動(dòng)甲基和羥基的位置,至少有4種不同化學(xué)環(huán)境的氫,不符合題意。最后,組裝新分子,可能為環(huán)醇、環(huán)醚(環(huán)氧烷)、飽和一元醛或飽和一元酮,但符合分子中只有兩種不同化學(xué)環(huán)境的氫的只有

點(diǎn)評(píng):不飽和度(Ω)又稱缺H指數(shù),有機(jī)物每有1個(gè)不飽和度,就比相同碳原子數(shù)的烷烴少2個(gè)H原子,所以,有機(jī)物每有1個(gè)環(huán),或1個(gè)雙鍵(C==C 或),相當(dāng)于有1個(gè)不飽和度,C≡C 相當(dāng)于有2個(gè)不飽和度,相當(dāng)于有4個(gè)不飽和度。利用不飽和度可幫助推測(cè)有機(jī)物可能有的結(jié)構(gòu),寫出其同分異構(gòu)體。

常用的計(jì)算公式:

烴(CnHm)

鹵代烴(CnHmXz):

含氧衍生物(CnHmOz)

含氮衍生物(CnHmNz):Ω=

策略一:解讀限制條件:應(yīng)根據(jù)有機(jī)物分子通式或從有機(jī)物的性質(zhì)聯(lián)想官能團(tuán)或結(jié)構(gòu)特征。

1.常見的類別異構(gòu)(官能團(tuán)異構(gòu))。

表1

2.常見限制條件的解讀。

表2

策略二:首先,要把握住不飽和度(Ω)規(guī)律(一個(gè)碳碳雙鍵或碳氧雙鍵:Ω=1。一個(gè)碳環(huán):Ω=1。一個(gè)碳碳三鍵或—CN:Ω=2。一個(gè)苯環(huán):Ω=4。一個(gè)硝基:Ω=1),做題時(shí)能事半功倍。其次,要根據(jù)限制條件確定官能團(tuán)或部分結(jié)構(gòu)。最后,要學(xué)會(huì)等效氫的判斷方法:①同一碳原子上的氫原子是等效的;②同一碳原子上所連的甲基上的氫是等效的;③處于對(duì)稱位置上的氫原子是等效的。

明確解題程序,完成從有機(jī)物性質(zhì)聯(lián)想官能團(tuán)或結(jié)構(gòu)特征之后,接下來是同分異構(gòu)體的書寫即組裝新物質(zhì)。題目可以選擇官能團(tuán)的類別異構(gòu)、位置異構(gòu)或碳鏈異構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)角度考查,注意把握有序性、抓住對(duì)稱性、掌握技巧性(合理使用不飽和度)的書寫策略,便能應(yīng)對(duì)這類問題的新動(dòng)向,以不變應(yīng)萬變。

以上分析揭示了有限制條件的同分異構(gòu)體的書寫這一難點(diǎn)突破方略,由此可見只要善于調(diào)動(dòng)思維的積極因素,注重向其他學(xué)科滲透,解此類題就有捷徑可走。這類問題的考查對(duì)考生的思維能力要求較高,能體現(xiàn)出考生綜合運(yùn)用知識(shí)分析問題的能力,也能體現(xiàn)出考生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

(責(zé)任編輯 謝啟剛)