浅析中学化学中有机物同分异构体的书写和数目判断方法

浅 析 中学化学中有机物同分异构体的书写和数目判断方法

姚小云

西安市西大附中浐灞中学 陕西 西安 710000

同分异构体的书写和数目判断是学生学习有机化学的重点和难点，也是高考中选择有机化学基础的极具区分度的一道题。

1. 认识同分异构体

同分异构体是分子式相同而结构不同的化合物的互称。常见的同分异构体类型有：①碳链异构②位置异构③官能团异构④顺反异构。中学化学最常考的是前3种同分异构类型。

碳链异构：因为碳原子空间排列不同而引起的同分异构现象。这种异构类型常采用“减碳法”“烷基规律法”等进行处理。其中“减碳法”是其他方法的根基。

位置异构：因为官能团位置不同而引起的同分异构现象。这种异构类型常采用“插入法”“烷基规律法”“等效氢法”“定一移一法”“换元法”等进行处理。

官能团异构：因为官能团不同，导致物质类别发生改变的同分异构现象。这种异构类型常采用“烷基规律法”“等效法”“插入法”等进行处理。

2. 同分异构体的书写和数目判断方法

书写原则：C四价原则；有序性原则；（镜面）对称性原则；等效性原则。

1. 减碳法

主链：由长到短

由整到散

支链 位置由心到边或由边到心

-CH₃不能连在第1个C上；-CH₂CH₃不能连在第2个C上

例1：写出C₇H₁₆的所有同分异构体(注：例题中均只画出C链结构，同学们自己补H）

解：根据减碳法原则主链由长到短、支链由整到散、位置由边到心。依次书写如下：

所以C₇H₁₆的同分异构体有9种。在减碳法书写同分异构体时有序性原则和对称性原则体现的更为重要。

2. 烷基规律法

根据“减碳法”我们可以很快书写出以下常见几种烷基的碳链结构及数目。

用烷基规律法可以快速判断出烷烃一取代物的同分异构体数目，一元“醇”“醛”“羧酸”以及“酯”的同分异构体数目。

例2：某有机物分子式为C₅H₁₂O,能与金属Na反应产生气体，该有机物的结构有几种？

解：由题意可知该有机物为“醇”，且只有1个-OH，故可以写为C₅H₁₁-OH,由烷基规律法可知该有机物有8种。

例3：分子式为C₅H₁₀O的醛有几种结构？分子式为C₆H₁₂O₂的酸有几种结构？

解：由题意可知C₅H₁₀O该有机物为“醛”，且只有1个-CHO, 故可以写为C₄H₉-CHO,由烷基规律法可知该有机物有4种；

由题意可知C₆H₁₂O₂该有机物为“酸”，且只有1个-COOH，故可以写为C₅H₁₁-COOH,由烷基规律法可知该有机物有8种。同理我们可以快速判断出C₂H₅Cl、C₃H₇Cl、C₄H₉Cl、C₅H₁₁Cl的同分异构体数目。

解：由题意可知，该有机物为酯，由“酸”和“醇”

发生酯化反应而得。我们把酯中的C数进行分类，

再根据烷基规律法进行判断。由上表分析可知，分子式为C₆H₁₂O

₂的酯共有8+4+2+2+4=2种。

3.等效氢法

“等效氢法”三条原则：①同一碳原子上的氢原子时等效的。如CH₄中的4个氢原子等效。②同一碳原子上所连的甲基上的氢是等效的。如新戊烷C(CH₃)₄中的4个甲基上的12个氢原子等效。③处于对称位置上的氢原子时等效的。如CH₃CH₃中的6个氢原子等效；CH₃C(CH₃)₂C(CH₃)₂CH₃上的18个氢原子等效。

当已知某有机物分子式时，要判断该有机物一取代物的同分异构体数目时，用烷基规律法是最快捷准确的选择。当然我们也可以用等效氢法，但是此时需要我们先写出碳链结构，再用法等效氢法,对比一下发现“等效氢”法比较麻烦。如果题目中已经给定了碳链结构，此时我们选择“等效氢法”反倒是最正确的选择。

例5：有机物CH（CH₃）₃的一氯代物有几种？

解：该题已给定了碳链结构，因为有2种H，所以一氯代物有2种。

3.定一移一法

对于二元取代物同分异构体的书写和判断，我们可以固定一个取代基的位置，再移动另一个取代基的位置上来进行确定。一般我们需要先确定碳链结构，然后再用“定一移一法”进行判断，在书写和判断时要注意“对称性”和“等效性”原则。常见的题型模板为链状有机物和含有苯基的有机物。

例 6：满足分子式为C₄H₈Cl₂的有机物有多少种？芳香族化合物的分子式为C₉H₁₀O_2，能与NaHCO₃溶液反应放出CO₂气体的结构的种类数目有多少？ C

解：①由题意可知C₄H₈Cl₂为C₄H₁₀的二取代物，C₄H₁₀有C-C-C-C和 C-C-C 2种碳链结构； 再用“定一移一法”进行书写判断，C₄H₈Cl₂的有机物有9种。

② 由题意可知分子式为C₉H₁₀O₂的有机物中含有苯基和羧基，我们可以按照苯环上取代基由少到多、位置按照邻间对位关系的顺序进行书写判断。结果如下

C-C-COOH C-C-COOH

1 个取代基时结构如图： 2个取代基时结构如图

分 别调整-COOH和-CH₃的位置，依次按邻间对位合计6种结构；3个取代基时，结构如图，根据等效氢法可得合计6种结构。因此符合题目要求的共有14种结构。

5.换元法

当有机化合物中有多元取代时可以用换元法来进行判断。如二氯苯C₆H₄Cl₂有3种同分异构体，用H代替Cl，用Cl 代替 H ，则四氯苯也有3种同分异构体。

同理再如C₄H₈Cl₂有9种同分异构体，C₄H₂Cl₈ 也有9种同分异构体。

6.插入法

在 掌握了书写烷烃和芳香烃同分异构体的基础上，我们再引入插入法，该法可以解决烯烃、炔烃、醇、酚、醚、醛、酮、酸、酯等多种类别的同分异构体。

第一步:先提出官能团或某部分。烯烃官能团为 ， 炔烃官能团为 醇、醚、酚的共同部分为“-0-”，醛和酮的共同部分为“-C0-”，羧酸和酯的共同部分为“-C00-”

第二步:写出剩余部分的碳链结构，并利用“对称性”原则判断出同分异构体中的等效C-H键和C-C键的个数;

第三步:在不同的位置插入官能团或某部分。

例 7.写出分子式为C₅H₁₀的烯烃的同分异构体

解：烯烃的官能团为 ,每出现1个 相邻的2个C上各少1个H ，故要插入 ，要求相邻的两个 C原子上有H才可以。C₅H₁₂有3种结构，按要求分析可得分子式为C₅H₁₀的烯烃共有6种结构。

同 理，我们也可以快速找出C₅H₈的炔烃的结构。在书写时要注意相邻的每个C原子上至少有2个H时才能插入 。

例8.写出分子式为C₃H₈O的同分异构体；C₄H₈O的链状同分异构体。

解：①经分析知该有机物可能为“醇”或“醚 ”，提出共同部分 -O- ,剩余部分为C₃H₈。先写出剩余部分C₃H₈的结构，再插入-O-。C₃H₈有2种C-H键和1种C-C键。故有3种同分异构体。

②经分析知该有机物中含有共同部分 -CO-,提出 -CO- ，剩余部分为C₃H₈.同上，C₃H₈的结构中有2种C-H键和1种C-C键。故也有3种同分异构体。

利用相同的处理方法，我们也能快速判断出“酸”“酯”等有机物的同分异构体数目。

通过以上的讲练，只要对同分异构体问题的进行正确分析、处理、选择恰当的方法进行应用，我们可以快速准确的书写并判断。