第2章官能團與有機化學反應烴的衍生物微專題3限定條件下烴的含氧衍生物同分異構體的書寫專題闡釋1.同分異構體的書寫步驟(以官能團異構為例)2.限定條件的同分異構體書寫技巧

具體方法如下:(1)“碎片”推測:依據分子式(不飽和度)信息、特殊結構信息、類別信息、化合物性質等推知官能團。(2)碳骨架構建:除“碎片”以外的碳原子,按碳骨架異構搭建。(3)“碎片”組裝:以含苯環結構的有機物為例,先在苯環上進行基團定位→再考慮取代基的碳鏈異構→再考慮取代基在苯環上的位置異構→最后考慮官能團類別異構。(4)方法選擇:“端基碎片”的位置異構一般選擇“等效氫”“定一移一”等方法;“非端基碎片”的位置異構一般選擇“插入法”。例1有機物H是E()的同系物,且比E少兩個碳原子。滿足下列條件的有機物H的同分異構體有

種(不考慮立體異構);其中一種同分異構體被氧化后核磁共振氫譜圖中有三組峰,且峰面積比為1∶1∶4,則氧化后有機物的結構簡式為

。

①有兩個取代基的六元碳環;②1mol該同分異構體分別與足量的Na和NaHCO3反應生成氣體物質的量相同。8解析

由于有機物H是E的同系物,且比E少兩個碳原子,說明有機物H分子中含有8個碳原子,且有羥基和羧基,1

mol該同分異構體分別與足量的Na和NaHCO3反應生成氣體物質的量相同,根據氧原子數,1

mol有機物H中只能含1

mol羧基和1

mol羥基,則除六元環、—OH、—COOH外還有一個飽和碳原子。分子中含有兩個取代基,當取代基為—COOH和—CH2OH時,可能的結構為(數字代表—COOH的位置):

;當取代基為—CH2COOH和—OH時,可能的結構為(數字代表—CH2COOH的位置):,共8種。被氧化后核磁共振氫譜圖中有三組峰,且峰面積比為1∶1∶4,說明被氧化后不同化學環境的氫原子有3種,且氫原子個數比為1∶1∶4,滿足條件的有機物的結構簡式為

。【變式設問】滿足下列條件的有機物H的同分異構體有幾種(不考慮立體異構)?①有三個取代基的六元碳環;②1mol該同分異構體分別與足量的Na和NaHCO3反應生成氣體物質的量相同。提示

13種。有機物H的同分異構體中含有—OH、—COOH和—CH3三個取代基連接在六元環上,運用“定二動一法”,先在六元環上連接兩個取代基有4種,如先連接—OH和—CH3,結構如下:3.含苯環同分異構體數目確定(1)若苯環上連有2個取代基,其結構有鄰、間、對3種。(2)若苯環上連有3個取代基:①若苯環上連有3個相同的取代基,其結構有3種;②若苯環上連有2個—X、1個—Y,其結構有6種;③若苯環上連有—X、—Y、—Z3個不同的取代基,其結構有10種。(3)若苯環上連有4個取代基:①若苯環上連有4個相同的取代基,與連接2個取代基數目相同,其結構有3種;②若苯環上連有3個—X、1個—Y,與連接2個—X、1個—Y數目相同,其結構有6種;③若苯環上連有2個—X、2個—Y,其結構有11種;④若苯環上連有2個—X、1個—Y、1個—Z,其結構有16種;⑤若苯環上連有—X、—Y、—Z、—R4個不同的取代基,其結構有30種。例2分子式為C9H10O2的有機物滿足下列條件的同分異構體有

種,其中核磁共振氫譜圖中峰面積比為6∶2∶1∶1的同分異構體結構簡式可能為

。

①含有苯環;②能發生水解反應和銀鏡反應。14解析

根據分子式可以確定,同分異構體能發生水解反應和銀鏡反應,則說明分子中含有HCOO—基團。分子中除苯環和HCOO—外,還含有2個飽和碳原子。若苯環上連接1個取代基,則取代基可能為HCOOCH2CH2—、,共2種;若苯環上連接2個取代基,則取代基可能為HCOO—和CH3CH2—,或HCOOCH2—和CH3—,共6種;若苯環上連接3個取代基,則取代基為HCOO—和2個CH3—,共有6種;因此同分異構體總數為14種。核磁共振氫譜圖中峰面積比為6∶2∶1∶1的同分異構體應含有2個甲基,結構可能為4.酯類同分異構體的確定(1)分碳法:在“

”中間的碳氧單鍵處一分為二,將酯的總含碳原子數一分為二。設酯中總碳數為n,則酸中碳數依次為1、2、3……、n-1,醇中碳數依次為n-1、n-2、n-3、……、2、1,即可確定酯的同分異構體數目。類似的醚類、酮類的同分異構體也可通過分碳法進行分析。(2)插入法:酯、醚、酮的同分異構體書寫也可用插入法。以酯為例,寫出酯分子除—COO—部分的碳骨架,然后把—COO—插入碳碳單鍵或碳氫鍵之間,即可得到酯或羧酸。注意—COO—插入時的順序不同,結構不同。(3)組合法:一元酯R1COOR2,R1—有m種,R2—有n種,共有m×n種酯。例3的同分異構體有多種,其中滿足下列條件的同分異構體有

種(不考慮立體異構)。

①含有碳碳雙鍵和酯基;②含有苯環。7插入法:根據題意,屬于酯的同分異構體,除—COO—外,剩余部分為苯乙烯,然后在苯乙烯分子中碳氫鍵或碳碳單鍵之間插入—COO—,位置如圖所示:(標號相同,結構相同)。其中標號中1的位置,兩個碳氫鍵分別插入—COO—,可構成順反異構體;3、4是指插入的—COO—方向不同,會有兩種結構,同分異構體共有7種。專題精練1.下列物質在指定條件下的同分異構體數目(不考慮立體異構)正確的是(

)A.C4H9COOH屬于羧酸的同分異構體有5種B.C4H10的同分異構體有3種C.C4H8O屬于醛類的同分異構體有4種D.

的一氯代物有5種D解析

含有羧基,同分異構體取決于C4H9—,C4H9—有4種,則C4H9COOH的同分異構體有4種,故A錯誤;C4H10的同分異構體有CH3CH2CH2CH3、CH3CH(CH3)2,有2種同分異構體,故B錯誤;C4H8O屬于醛類,則含有—CHO,同分異構體取決于C3H7—,—C3H7有2種同分異構體,故C錯誤;有5種處于不同化學環境的氫原子,則一氯代物有5種,故D正確。2.分子式與苯丙氨酸()相同,且同時符合下列兩個條件的異構體的數目是(

)①有兩個取代基的苯環②有一個硝基直接連接在苯環上A.3 B.5 C.6 D.10C解析

分子式與苯丙氨酸相同,且同時符合兩個條件:①有兩個取代基的苯環;②有一個硝基直接連接在苯環上,則說明苯環上連接兩個取代基—NO2和—C3H7,—C3H7有—CH2CH2CH3和—CH(CH3)2兩種結構,兩種取代基在苯環上有鄰、間、對三種位置關系,故符合條件的同分異構體有2×3=6種,故選C。3.(2024·棗莊期末)分子式為C9H18O2的有機物A,它能在酸性條件下水解生成B和C,其中C不與NaHCO3溶液反應,1molC完全燃燒產生的氣體與足量澄清石灰水反應能生成400g沉淀。有機物A的可能結構有(不考慮立體異構)(

)A.4種 B.8種 C.10種 D.16種D解析

C9H18O2在酸性條件下水解生成B和C,C不與NaHCO3溶液反應,則C為飽和一元醇;1

mol

C完全燃燒產生的氣體與足量澄清石灰水反應能生成400

g沉淀,說明C分子中有4個碳原子,其分子式為C4H10O,—C4H9有4種結構,則滿足題意的醇有4種;B為飽和一元羧酸,分子組成為C4H9COOH,滿足題意的酸也有4種,因此A(酯)的結構有4×4=16種。4.(1)符合下列條件的

的同分異構體有

種。

a.能與飽和溴水反應生成白色沉淀;b.屬于酯類;c.苯環上只有2個取代基;d.苯環上的一氯代物有2種。(2)的同分異構體中,既能發生銀鏡反應,又能與FeCl3溶液發生顯色反應的共有

種,其中核磁共振氫譜圖中有5組峰,且峰面積比為2∶2∶2∶1∶1的為

(填結構簡式)。613

解析

(1)的同分異構體能與飽和溴水反應生成白色沉淀,說明結構中含有酚羥基;苯環上只有2個取代基,且屬于酯類,說明另一個取代基含有酯基;苯環上的一氯代物有2種,說明2個取代基在苯環上處于對位關系;酚羥基不能變,能變的只能是另外一個取代基,則另外一個取代基的同分異構體有—CH2CH2OOCH、—CH(CH3)OOCH、—CH2OOCCH3、—OOCCH2CH3、—COOCH2CH3、—CH2COOCH3,因此符合條件的同分異構體有6種。(2)

的同分異構體中,既能發生銀鏡反應,又能與FeCl3溶液發生顯色反應,說明含有醛基、酚羥基,若取代基為—CH2CHO、—OH,有鄰、間、對3種;若取代基為—CH3、—CHO、—OH,有10種,故共有13種不同結構。其中核磁共振氫譜圖中有5組峰,且峰面積比為2∶2∶2∶1∶1的結構簡式為

。5.(1)滿足下列要求的

的芳香族同分異構體共有

種。

①能發生銀鏡反應;②與NaHCO3反應有氣體產生。(2)D[HOOC(CH2)3COOH]的同分異構體中能同時滿足下列條件的共有

種(不含立體異構)。

①能與飽和NaHCO3溶液反應產生氣體;②既能發生銀鏡反應,又能發生水解反應。其中核磁共振氫譜圖顯示有3組峰,且峰面積比為6∶1∶1的是______________