題解密（四）同分異構體的書寫和分子空間構型【關鍵能力及高考要求】關鍵能力要求：理解辨析能力、探究創新能力、微觀辯識能力。高考要求：同分異構現象和同分異構體是中學化學教學的重點，同時也是高考的熱點。1.在近幾年的高考中，同分異構體的書寫及數目判斷屬必考的題型，尤其是考查芳香族（含苯環）類的同分異構體的書寫及數目的判斷，2.限定條件下，要求對芳香族（含苯環）類同分異構體結構簡式進行書寫及數目的判斷。3.手性碳原子數的判斷4.原子共線、共面的判斷【學科核心素養解析】1.宏觀辨識與微觀探析:能從結構層次認識有機物的多樣性。能從原子之間的連接方式不同認識有機物的同分異構現象。2.證據推理與模型認知:根據不同的數據條件推測有機物的結構。根據不同的結構判斷性質，建立典型的同分異構體的書寫模型和同分異構體的數目判斷，能運用模型書寫和判斷同分異構體，揭示同分異構體的本質和規律。3.科學探究與創新意識：能從試題提供的新信息中準確地提取實質性內容，并與已有知識塊整合重組為新知識塊的能力。【知識必備】必備知識一同分異構現象和同分異構體一、同分異構體現象的類型1、無機物和有機物間的異構現象無機物氰酸銨[NH4CNO]與有機物尿素[CO(NH2)2]互為同分異構體。2、有機物與有機物間的異構現象——中學階段涉及的常見有機同分異構體：（1）碳鏈異構：是指具有相同的分子式，但碳原子在分子中的排列方式不同而產生的異構。（2）位置(官能團位置)異構：具有相同分子式但取代基或官能團在分子的碳鏈或碳環上的位置不同而產生的異構稱為位置異構。（3）類別異構(又稱官能團異構)：類別異構的常見情況有：①CnH2n：(n≥3)烯烴和環烷烴；②CnH2n－2：(n≥3)二烯烴和炔烴；③CnH2n＋2O：(n≥2)飽和一元醇和飽和一元醚；④CnH2nO：(n≥2)飽和一元醛、烯醇和環氧烷；(n≥3)飽和一元酮；⑤CnH2nO2：(n≥2)飽和一元羧酸、飽和一元羧酸飽和一元醇酯、羥基醛；⑥CnH2n＋1O2N：(n≥2)氨基酸、硝基化合物；⑦CnH2n－6O：(n≥7)酚、芳香醇和芳香醚。⑧C6H12O6：葡萄糖和果糖；C11H22O11：蔗糖和麥芽糖；3.順反異構：含有雙鍵（如，，等）的化合物存在順反異構。二、巧用不飽和度記住常見有機物的官能團異構1.不飽和度(1)概念：不飽和度又稱缺氫指數，即有機物分子中的氫原子與和它碳原子數相等的鏈狀烷烴相比較，每減少2個氫原子，則有機物的不飽和度增加1，用Ω表示(2)有機化合物(CxHyOz)分子不飽和度的計算公式為：（3）在計算不飽和度時，若有機化合物分子中含有鹵素原子或硝基數，可將其視為氫原子，氫原子數減去鹵素原子數或硝基數；若含有氧或硫原子，則不予考慮；若含有氮原子（氨基氮原子），就在氫原子總數中加上氮原子數(4)幾種常見結構的不飽和度官能團或結構CCCO環CC苯環CN不飽和度111242（5）不飽和度相同的有機物，氫原子數相同。所以，不飽和度相同、碳、氧原子數相同、雜原子數相同的物質是同分異構體。2.常見有機物的官能團異構通式不飽和度常見類別異構體CnH2n+20無類別異構體CnH2n1單烯烴、環烷烴CnH2n－22單炔烴、二烯烴、環烯烴、二環烴CnH2n＋2O0飽和一元醇、飽和一元醚CnH2nO1飽和一元醛、飽和一元酮、烯醇、烯醚、環醇、環醚CnH2nO21飽和一元羧酸、飽和一元酯、羥醛、羥酮CnH2n＋1O2N1氨基酸、硝基烷三、同分異構體的書寫步驟1．烷烴只存在碳架異構，一般可采用“降碳對稱法”進行書寫，具體步驟如下(以C6H14為例)：(1)確定碳架①先寫直鏈：C—C—C—C—C—C。②減少一個碳原子，將其作為支鏈，由中間向一端移動：、。③減少2個碳原子，將其作為一個或兩個支鏈并移動位置；2個支鏈時，可先連在同一個碳上，再連在相鄰、相間的碳原子上。、。從主鏈上取下來的碳原子數，不能多于主鏈所剩部分的碳原子數。(2)補寫氫原子：根據碳原子形成4個共價鍵，補寫各碳原子所結合的氫原子。則C6H14共有5種同分異構體。2．烯烴同分異構體的書寫(限單烯烴范圍內)書寫方法：先鏈后位，即先寫出可能的碳鏈方式，再加上含有的官能團位置。下面以C4H8為例說明。(1)碳架異構：C—C—C—C、。(2)位置異構：用箭頭表示雙鍵的位置，即。故C4H8在單烯烴范圍內的同分異構體共有3種。3．烴的含氧衍生物同分異構體的書寫書寫方法：一般按碳架異構→位置異構→官能團異構的順序來書寫。下面以C5H12O為例說明。(1)碳架異構：5個碳原子的碳鏈有3種連接方式。C—C—C—C—C(2)位置異構：對于醇類，在碳鏈各碳原子上連接羥基，用“↓”表示連接的不同位置。(3)官能團異構：通式為CnH2n＋2O的有機物在中學階段只能是醇或醚，對于醚類，位置異構是因氧元素的位置不同而導致的。分析知分子式為C5H12O的有機物共有8種醇和6種醚，總共14種同分異構體。4、含苯環的同分異構體的書寫技巧A.苯環上有兩個取代基時：①先確定好“對稱軸”，再“定一移一”。（這個屬于“位置異構”，注意苯環上的“鄰、對、間”。②接著再進行官能團異構：-COOH（羧基），-COOC-（酯基）；它們在苯環上會被分為-OH（羥基），-CHO（醛基），-C-O-C-（醚鍵），-CO-（羰基），但要記住前提是分子式相同。B.苯環上有三個取代基時：①先確定好“對稱軸”，再“定二移一”。（這個屬于“位置異構”，注意苯環上的“鄰、對、間”。②接著再進行官能團異構：-COOH（羧基），-COOC-（酯基）；它們在苯環上會被分為-OH（羥基），-CHO（醛基），-C-O-C-（醚鍵），-CO-（羰基），但要記住前提是分子式相同。四、同分異構體數目的判斷方法（一）．等效氫法，適用于一鹵代物、醇的找法單官能團有機物分子可以看作烴分子中一個氫原子被其他的原子或官能團取代的產物，確定其同分異構體數目時，實質上是看處于不同位置的氫原子的數目，可用“等效氫法”判斷。1.判斷“等效氫”的三原則是：(1)同一碳原子上的氫原子是等效的，如CH4中的4個氫原子等效。(2)同一碳原子上所連的甲基上的氫原子是等效的，如C(CH3)4中的4個甲基上的12個氫原子等效。(3)處于對稱位置上的氫原子是等效的，如CH3CH3中的6個氫原子等效，乙烯分子中的4個氫原子等效，苯分子中的6個氫原子等效，CH3C(CH3)2C(CH3)2CH3上的18個氫原子等效。2.應用(1)一鹵代烴：看作是氯原子取代烴分子中的氫原子，以“C5H11Cl”為例(2)醇：看作是—OH原子取代烴分子中的氫原子，以“C5H12O”為例（二）．烴基取代法(1)記住常見烴基的結構：丙基有2種結構，丁基有4種結構，戊基有8種結構。(2)將有機物分子拆分為烴基和官能團兩部分，根據烴基同分異構體的數目，確定目標分子的數目，如C4H10O屬于醇的可改寫為C4H9—OH，共有4種結構，C5H10O屬于醛的可改寫為C4H9—CHO，共有4種結構。（三）．換元法若烴中含有a個氫原子，則其n元取代物和(a－n)元取代物的同分異構體數目相同。如：二氯苯C6H4Cl2有3種同分異構體：、、，用H代替Cl，用Cl代替H，則四氯苯也有3種同分異構體。（四）、組合法：飽和一元酯R1COOR2，R1—有m種，R2—有n種，共有m×n種酯。如：C6H12O2飽和一元酯的同分異構體：甲酸戊酯（HCOOC5H11）1×8=8種乙酸丁酯（CH3COOC4H9）1×4=4種丙酸丙酯（C2H5COOC3H7）1×2=2種丁酸乙酯（C3H7COOC2H5）2×1=2種戊酸甲酯（C4H9COOCH3）4×1=4種共20種酯同分異構體:飽和酯C4H8O2C5H10O2C6H12O2個數4920（五）、強化記憶常見同分異構體的數目1.烷基烷基甲基乙基丙基丁基戊基個數112482.烷烴烷烴甲烷乙烷丙烷丁烷戊烷己烷庚烷個數11123593.烯同分異構體烷烴烯烴丁烯C4H8戊烯C5H10己烯C6H12庚烯C7H14個數3513274.苯環上有三個不同的取代基的：10種苯環上有三個相同的取代基的：連偏均3種，苯環上有二個相同一個不同的取代基的：6種5.二元相同取代物：烷烴甲烷CH2X2乙烷C2H4X2丙烷C3H6X2丁烷C4H8X2戊烷C5H10X2立方烷萘聯苯個數124921310126.二元不同的取代基：烷烴甲烷CH2XY乙烷C2H4XY丙烷C3H6XY丁烷C4H8XY戊烷C5H10XY立方烷萘聯苯個數125123331421五、限定條件的同分異構體書寫技巧明確書寫什么物質的同分異構體？確定該分子組成中，除了已知的環、碳碳雙鍵、碳氧雙鍵之外，還可能形成哪些環、碳碳雙鍵、碳氧雙鍵或碳碳叁鍵。還可能形成哪些類型的物質的結構。解讀限制條件，根據條件，確定要保留官能團的種類和數目，和有幾種不同的氫原子數。4.常見的限定要符合的條件:（1）結構上的條件EQ\o\ac(○,1)核磁共振氫譜鋒的面積之比，有幾種氫原子EQ\o\ac(○,2)指出屬于某物質類別。如：屬醛、酸EQ\o\ac(○,3)指出烴基、官能團和某結構，能發生某種反應。如氧化反應，生成對苯二甲酸（2）性質條件EQ\o\ac(○,1)與NaHCO3反應，有羧基屬酸類EQ\o\ac(○,2)與Na反應有氫氣，有羧基或羥基，屬酸、醇、酚類EQ\o\ac(○,3)與FeCl3溶液反應，顯紫色。有酚羥基，屬苯酚EQ\o\ac(○,4)即能發生銀鏡反應，又能水解反應。一定是甲酸酯EQ\o\ac(○,5)能與NaOH溶液反應的，有酸類、酚類；加熱能反應的有：鹵代烴類、酯類。必備知識二手性碳原子的判斷手性碳原子：連接四個不同原子或基團的碳原子，稱為手性碳原子，常用表示。如下圖所示。

必備知識三分子的空間構型1.空間構型：共線、共面分析碳原子共線點共面點飽和碳原子2點共線，3點以上不共線3點共面，4點以上不共面碳碳雙鍵2點共線，3點以上不共線6點共面碳碳三鍵—C≡C—4點共線4點共面苯環4點共線12點共面3點不共線3點共面2．判斷方法（1）若分子中有飽和碳原子，碳原子上連接的兩點可以共面，碳原子上連接的三點或三點以上的點一定不共面。（2）單鍵旋轉法一個碳碳雙鍵，有六個原子共平面，也就是說，碳碳雙鍵上連接的四個點，一定共面；一個苯環，有12個原子共平面，也就是說，苯環上連接的六個點，一定共面，加上苯環上的六個碳，共有12個原子共面。碳碳單鍵兩端碳原子所連原子或原子團可以以“C—C”為軸旋轉。例如：因①鍵可以旋轉，故的平面可能和確定的平面重合，也可能不重合。因而分子中的所有原子可能共面，也可能不完全共面。（3）上連接的兩個原子共平面。（4）一個叁鍵上，連接的原子共直線。（5）注意題中的“關鍵詞”如最多、最少、至少、可能、一定、所有原子、所有碳原子等限制條件。高頻考點1限定條件的同分異構體書寫【高考實例】例1．（2022年全國統一高考化學試卷（乙卷））左旋米那普倫是治療成人重度抑郁癥的藥物之一，如圖是其鹽酸鹽（化合物K）的一種合成路線（部分反應條件已簡化，忽略立體化學）：已知：化合物F不能與飽和碳酸氫鈉溶液反應產生二氧化碳。（7）在E的同分異構體中，同時滿足下列條件的總數為種。a）含有一個苯環和三個甲基；b）與飽和碳酸氫鈉溶液反應產生二氧化碳；c）能發生銀鏡反應，不能發生水解反應。上述同分異構體經銀鏡反應后酸化，所得產物中，核磁共振氫譜顯示有四組氫（氫原子數量比為6：3：2：1）的結構簡式為。【考點演練】1．（2022屆山西大同高三三模）B（C2H5－－CH3）的同分異構體中能同時滿足如下條件：①苯環上有兩個取代基，②能發生銀鏡反應，共有______種（不考慮立體異構），其中核磁共振氫譜為5組峰，且峰面積比為6︰2︰2︰1︰1的結構簡式是______________________。高頻考點2選擇題中同分異構體判斷【高考實例】例2．（2019·全國高考試題）分子式為C4H8BrCl的有機物共有（不含立體異構）A．8種B．10種C．12種D．14種【考點演練】2.．（2022屆甘肅天水模擬）分子式為C5H9ClO2，且能與NaHCO3溶液反應放出氣體的有機物共有（）。A．10種B．11種C．12種D．13種高頻考點3手性碳原子和空間構型【高考實例】空間構型例3．（2021.1·浙江高考試題）有關的說法不正確的是A．分子中至少有12個原子共平面B．完全水解后所得有機物分子中手性碳原子數目為1個C．與FeCl3溶液作用顯紫色D．與足量NaOH溶液完全反應后生成的鈉鹽只有1種【考點演練】3．（2022屆甘肅慶陽一模）螺環化合物（環與環之間共用一個碳原子的化合物）M在制造生物檢測機器人中有重要作用，其結構簡式如圖（）。下列有關該物質的說法正確的是（）。A．分子式為C6H8OB．所有碳原子處于同一平面C．是環氧乙烷（）的同系物D．一氯代物有2種（不考慮立體異構）【高考實例】手性碳原子例4．（2022年湖南省新高考化學試卷）物質J是一種具有生物活性的化合物。該化合物的合成路線如圖：已知：①②回答下列問題：（5）是一種重要的化工原料，其同分異構體中能夠發生銀鏡反應的有種（考慮立體異構），其中核磁共振氫譜有3組峰，且峰面積之比為4：1：1的結構簡式為；（6）I中的手性碳原子個數為