同系物與同分異構(gòu)體

1、同系物與同分異構(gòu)體一、同系物1概念：結(jié)構(gòu)相似，在分子組成上相差一個或若干個CH2原子團(tuán)的物質(zhì)互稱為同系物。結(jié)構(gòu)相似是指必須是同類物質(zhì)，即有機(jī)物官能團(tuán)的種類和個數(shù)要相同；組成上相差一個或若干個CH2原子團(tuán)是指其通式必須相同。只有同時具備二條件的有機(jī)物才互為同系物。2同系物的判斷方法判斷有機(jī)物是否是同系物需要注意以下三點：a、同系物必須符合同一通式，但通式相同的不一定是同系物，如有機(jī)物的同分異構(gòu)體均不是同系物。b、同系物結(jié)構(gòu)一定相似，但結(jié)構(gòu)相似的不一定是同系物，如有機(jī)物的碳鏈異構(gòu)和位置異構(gòu)體。c、同系物的分子組成上相差一個或若干個“CH2”原子團(tuán)，例如苯酚與苯甲醇在分子組成上相差一個“CH2”原子

2、團(tuán)，但它們不是同一類物質(zhì)，所以也不是同系物。二、同分異構(gòu)現(xiàn)象及同分異構(gòu)體1概念：具有相同的分子式而又具有不同結(jié)構(gòu)的化合物互稱為同分異構(gòu)體。2同分異構(gòu)體的特點：（1）同分異構(gòu)體具有相同的分子式、相同的最簡式、相同的式量和相同的元素組成。分子式相同是前提條件。 （2）結(jié)構(gòu)不同指的是：碳鏈骨架不同；官能團(tuán)在碳鏈上的位置不同；官能團(tuán)的種類不同。同分異構(gòu)體也存在于無機(jī)物和有機(jī)物之間，無機(jī)物與無機(jī)物之間（了解即可）。如：尿素CO(NH2)2和氰酸銨NH4CNO互為同分異構(gòu)體。3同分異構(gòu)體的書寫同分異構(gòu)體的書寫通常是按碳鏈異構(gòu)位置異構(gòu)類別異構(gòu)的順序書寫，若不按一定的順序書寫容易漏寫和重寫，如寫分子式為C5H

3、10的同分異構(gòu)體。碳鏈異構(gòu)：CH2=CHCH2CH2CH3 1戊烯CH2=C(CH3)CH2CH3 2甲基1丁烯CH2=CHCH(CH3)CH3 3甲基1丁烯位置異構(gòu)：CH3CH=CHCH2CH3 2戊烯(CH3)2C=CHCH3 2甲基2丁烯類別異構(gòu)：環(huán)戊烷 甲基環(huán)丁烷 1，1二甲基環(huán)丙烷 1，2二甲基環(huán)丙烷 乙基環(huán)丙烷碳鏈異構(gòu)3種，位置異構(gòu)2種，類別異構(gòu)5種，總共十種。4、同分異構(gòu)體的種類： 碳鏈異構(gòu)：指碳原子之間連接成不同的鏈狀或環(huán)狀結(jié)構(gòu)而造成的異構(gòu)。如C5H12有三種同分異構(gòu)體，即正戊烷、異戊烷和新戊烷。 位置異構(gòu)：指官能團(tuán)或取代基在在碳鏈上的位置不同而造成的異構(gòu)。如1丁烯與2丁烯、1

4、丙醇與2丙醇、鄰二甲苯與間二甲苯及對二甲苯。 異類異構(gòu)：指官能團(tuán)不同而造成的異構(gòu)，也叫官能團(tuán)異構(gòu)。如1丁炔與1，3丁二烯、丙烯與環(huán)丙烷、乙醇與甲醚、丙醛與丙酮、乙酸與甲酸甲酯、葡萄糖與果糖、蔗糖與麥芽糖等。 其他異構(gòu)方式：如順反異構(gòu)、對映異構(gòu)（也叫做鏡像異構(gòu)或手性異構(gòu)）等，在中學(xué)階段的信息題中屢有涉及。5、各類有機(jī)物異構(gòu)體情況： CnH2n+2：只能是烷烴，而且只有碳鏈異構(gòu)。如CH3(CH2)3CH3、CH3CH(CH3)CH2CH3、C(CH3)4CH2CH2CHCH3 CnH2n：單烯烴、環(huán)烷烴。如CH2=CHCH2CH3、CH3CH=CHCH3、CH2=C(CH3)2、 、CH2CH2C

5、H2CH2CH3CH3 CnH2n-2：炔烴、二烯烴、環(huán)烯烴。如：CHCCH2CH3、CH3CCCH3、CH2=CHCH=CH2CH3CH3CH3CH3 CnH2n-6：芳香烴（苯及其同系物）。如： 、 、 CnH2n+2O：飽和脂肪醇、醚。如：CH3CH2CH2OH、CH3CH(OH)CH3、CH3OCH2CH3OCH2CHCH3 CnH2nO：醛、酮、環(huán)醚、環(huán)醇、烯基醇。如：CH3CH2CHO、CH3COCH3、CH2=CHCH2OH、 CH2CH2CHOHCH2CH2O CH2 、 、 CnH2nO2：羧酸、酯、羥醛、羥基酮。如：CH3CH2COOH、CH3COOCH3、HCOOCH2C

6、H3、HOCH2CH2CHO、CH3CH(OH)CHO、CH3COCH2OH CnH2n+1NO2：硝基烷、氨基酸。如：CH3CH2NO2、H2NCH2COOH Cn(H2O)m：糖類。如：C6H12O6：H2OH(CHOH)4CHO，CH2OH(CHOH)3COCH2OHC12H22O11：蔗糖、麥芽糖。二、同分異構(gòu)體數(shù)目的判斷方法1記憶法。記住已掌握的常見的異構(gòu)體數(shù)。例如：(1)凡只含一個碳原子的分子均無異構(gòu)體；甲烷、乙烷、新戊烷(看作CH4的四甲基取代物)、2，2，3，3-四甲基丁烷(看作乙烷的六甲基取代物)、苯、環(huán)己烷、C2H2、C2H4等分子的一鹵代物只有一種。(2)丙基、丁烷有兩種

7、；戊烷、二甲苯有三種。2基元法。例如：丁基(C4H9)有4種，則丁醇(C4H9OH)、一氯丁烷(C4H9Cl)或C4H10的一氯代物、戊醛(C4H9CHO)、戊酸(C4H9COOH)等都有4種(均指同類有機(jī)物)。3替代法。例如：二氯苯C6H4Cl2有3種，四氯苯也有3種；又如CH4一鹵代物只有一種，新戊烷C(CH3)4的一鹵代物也只有一種。4判斷有機(jī)物發(fā)生取代反應(yīng)后，能形成幾種同分異構(gòu)體的規(guī)律，可通過分析有幾種等效氫原子法(又稱對稱法)來得出結(jié)論。(1)同一碳原子上的氫原子是等效的。(2)同一碳原子上所連甲基上的氫原子是等效的。(3)處于鏡面對稱位置上的氫原子是等效的(相當(dāng)于平面鏡成像時，物與

8、像的關(guān)系)3、判斷同分異構(gòu)體的常見方法： 記憶法： 碳原子數(shù)目15的烷烴異構(gòu)體數(shù)目：甲烷、乙烷和丙烷均無異構(gòu)體，丁烷有兩種異構(gòu)體，戊烷有三種異構(gòu)體。 碳原子數(shù)目14的一價烷基：甲基一種（CH3），乙基一種（CH2CH3）、丙基兩種（CH2CH2CH3、CH(CH3)2）、CH3CHCH2CH3丁基四種（CH2CH2CH2CH3、 、CH2CH(CH3)2、C(CH3)3） 一價苯基一種、二價苯基三種（鄰、間、對三種）。 基團(tuán)連接法：將有機(jī)物看成由基團(tuán)連接而成，由基團(tuán)的異構(gòu)數(shù)目可推斷有機(jī)物的異構(gòu)體數(shù)目。如：丁基有四種，丁醇（看作丁基與羥基連接而成）也有四種，戊醛、戊酸（分別看作丁基跟醛基、羧基連

9、接而成）也分別有四種。 等同轉(zhuǎn)換法：將有機(jī)物分子中的不同原子或基團(tuán)進(jìn)行等同轉(zhuǎn)換。如：乙烷分子中共有6個H原子，若有一個H原子被Cl原子取代所得一氯乙烷只有一種結(jié)構(gòu)，那么五氯乙烷有多少種？假設(shè)把五氯乙烷分子中的Cl原子轉(zhuǎn)換為H原子，而H原子轉(zhuǎn)換為Cl原子，其情況跟一氯乙烷完全相同，故五氯乙烷也有一種結(jié)構(gòu)。同樣，二氯乙烷有兩種結(jié)構(gòu)，四氯乙烷也有兩種結(jié)構(gòu)。 等效氫法：等效氫指在有機(jī)物分子中處于相同位置的氫原子。等效氫任一原子若被相同取代基取代所得產(chǎn)物都屬于同一物質(zhì)。其判斷方法有： 同一碳原子上連接的氫原子等效。 同一碳原子上連接的CH3中氫原子等效。如：新戊烷中的四個甲基連接于同一個碳原子上，故新戊

10、烷分子中的12個氫原子等效。CH3CH3C CCH3CH3CH3CH3 同一分子中處于鏡面對稱（或軸對稱）位置的氫原子等效。如： 分子中的18個氫原子等效。四、同分異構(gòu)體推斷方法舉例1抓住題干暗示，縮短思維時間【例1】已知一氯戊烷有8種同分異構(gòu)體，不必試寫，立即可推斷戊醇(屬于醇類)的同分異構(gòu)體數(shù)目有_種烴A 6種 B 7 種 C 8 種 D 9種解析本題設(shè)計的“不必試寫”是一個暗示，它告訴答題者的思維方向，應(yīng)沿著官能團(tuán)的轉(zhuǎn)換去巧妙推測，OH換相應(yīng)的Cl，其它基團(tuán)不變?！敬鸢浮?C2進(jìn)行思維轉(zhuǎn)換，開辟思維捷徑【例2】二溴苯的同分異構(gòu)體有3種，則四溴苯的同分異構(gòu)體有_種 A 3種 B 4 種 C

11、 5種 D 6種 解析對此題，學(xué)生往往按部就班地去寫四溴苯的同分異構(gòu)體，恰好落入命題者的圈套，不可自拔，實際上，只要觀察分子式：C6H6C6H4Br2C6H2Br4，將二溴代物變換為二氫代物，其異構(gòu)體數(shù)與四溴代物等價。【答案】 A3注重結(jié)構(gòu)特點，增大思維跨度【例3】用式量為43的烷基取代甲苯苯環(huán)上的一個氫原子，所得到的化合物可能有： A 3種 B 4 種 C 5種 D 6種 解析經(jīng)計算此題中式量為43的烷基為C3H7，根據(jù)烷基的碳鏈異構(gòu)有丙基和異丙基兩種；又根據(jù)甲苯苯環(huán)上的位置異構(gòu)推知有鄰、間、對三個位置可被取代，所以兩烷基各得3種異構(gòu)體?！敬鸢浮?D4調(diào)整先后順序，排除思維干擾【例4】苯環(huán)上

12、連有一個X 和3個Y基的有機(jī)物結(jié)構(gòu)簡式有A 3種 B 4 種 C 5種 D 6種 解析學(xué)生如果先將X排上苯環(huán)，再用三個Y基取代，則思維混亂，易選錯B和D。如果將多個基團(tuán)的Y先排到苯環(huán)上，得三種結(jié)構(gòu)形式：YYYYYYYYY 然后再將逐一用（X）取代， 式有2種，式有3種，式有1種，故取代后共有6種?！敬鸢浮緾。5克服思維定勢，誘導(dǎo)思維發(fā)散【例5】已知甲苯的一氯代物有4種，則甲苯完全氫化后的環(huán)烷烴的一氯代物有（ ）A 3種 B 4 種 C 5種 D 6種 解析學(xué)生受思維定勢的影響，認(rèn)為甲苯完全氫化后形成的環(huán)烷烴基本碳骨架和氯原子的位置與原來相同，保持不變，則誤選為B。倘若思維一經(jīng)發(fā)散，想到加氫后雖

13、然基本碳骨架和氯原子的位置相對不變，但氫原子相應(yīng)增加，即增加取代機(jī)會，所以取代產(chǎn)物也相應(yīng)增加。【答案】C。6利用題目信息，減少思維容量【例6】1,2,3三甲基環(huán)丙烷的3個苯基可以分布在環(huán)丙烷環(huán)平面的上下，因此有如下2個異構(gòu)體。是苯基，環(huán)用鍵線表示，C、H原子都未畫出據(jù)此，可判斷1,2,3,4,5五氯環(huán)戊烷（假定五個碳原子也處于同一平面上）的異構(gòu)體數(shù)是（ ）A 3種 B 4 種 C 5種 D 6種 解析對于環(huán)烷烴學(xué)生很生疏，判斷環(huán)烷烴的同分異構(gòu)體更是難度很大，思維容量也比較大，如果我們善于利用題中信息，分析1,2,3三甲基環(huán)丙烷的空間結(jié)構(gòu)，可看出苯基處于平面的上方或下方。由此推導(dǎo)1,2,3,4,

14、5五氯環(huán)戊烷的異構(gòu)體數(shù)有：氯原子全部在面上（或面下）一種；4個氯原子在面上，一個氯原子在面下一種；3個氯原子在面上，2個氯原子在面下二種。異構(gòu)體共有4種?！敬鸢浮緽7等效氫法利用“等效氫法”判斷同分異構(gòu)體要掌握如下三條原則：同一碳原子上的氫原子等效；同一碳原子所連甲基上的氫原子等效；處于鏡面(m)對稱位置上的氫原子等效?！纠?】進(jìn)行一氯取代反應(yīng)后，只能生成三種沸點不同產(chǎn)物的烷烴是( )A、(CH3)2CHCH2CH2CH3 B、(CH3CH2)2CHCH3C、(CH3)2CHCH(CH3)2 D、(CH3)3CCH2CH3解析確定烴的一鹵代物的同分異構(gòu)體的數(shù)目，關(guān)鍵是找出烴中有多少種“等效氫原

15、子”或多少種“不等效氫原子”，烴分子中有多少種不等效氫原子，就有多少種一鹵代物。將本題各選項按四價展開碳鏈，然后按上述三條原則判斷。CH3CHCH2CH2CH3 CH3 a b c d e a CH3CHCHCH3 CH3 CH3 a a a a b b A、 C、 CH3CH2CHCH2CH3 CH3 a a b b c d CH3CHCH2CH3 CH3 CH3 a a a b c B、 D、 A項據(jù)上述原則、可知：a上六個氫原子等效，b上一個氫原子，c上兩個氫原子等效，d上兩個氫原子等效，e上三個氫原子等效，故有a、b、c、d、e五種氫原子，即五種一鹵代物。同理，B項據(jù)原則、知，共有a、

16、b、c、d四種氫原子。C項據(jù)原則、知，共有兩種氫原子。D項據(jù)原則、可判斷共有三種氫原子。【答案】D?！纠?】下列芳香烴的一氯代物的同分異構(gòu)體數(shù)目最多的是（ ）連三苯 連二苯 蒽 A、 菲 B、 C、 D、 解析本題采用對稱法求同分異構(gòu)體數(shù)目，A(3種) m m m m B(5種) C(4種) D(3種) 【答案】B。8 發(fā)散思維法【例9】分子式為C7H16的烷烴中，含有三個甲基的同分異構(gòu)體的數(shù)目是（ ）A、2種 B、3種 C、4種 D、5種 解析如果只考慮兩個甲基在碳鏈兩端，余下一個甲基做取代基，會錯選A。若把思維發(fā)散，考慮到其他烷基照樣含有甲基，就不會受三個甲基的假象蒙蔽?？蓵x擇乙基(CH

17、3CH2)作取代基，這樣可得同分異構(gòu)體的數(shù)目為三個。它們的碳架分別如下：CCCCCC C CCCCCC C CCCCC C C 【答案】B【仿真訓(xùn)練】CH1某化合物A的分子式為C5H11Cl分析數(shù)據(jù)表明，分子中有2個CH3，2個CH2，1個 和1個Cl，它可能的結(jié)構(gòu)只有四種，請寫出這四種可能的結(jié)構(gòu)簡式。2寫出 的二氯取代物的所有同分異構(gòu)體。3某烴的一種同分異構(gòu)體只有一種一氯代物，該烴的分子式可能是A C3H8 B C4H10 C C5H12 D C6H144在抗擊非典型肺炎期間，過乙酸（過氧乙酸）曾被廣泛用作消素劑。已知硫酸和過氧硫酸的結(jié)構(gòu)簡式如下：HOSOOHO|OO|HOSOH|O硫酸：

18、過硫酸 HOCOCH3OHOOCCHOHOCH2COHO請從以下幾個分子式中選擇出過氧乙酸的同分異構(gòu)體。CH3COOHO H |*CH3COH|Cl5當(dāng)有機(jī)物分子中的一個碳原子所連四個原子或原子團(tuán)不相同時，此原子就是手性碳原子，含有手性碳原子的物質(zhì)往往具有旋光性，存在對映異構(gòu)體，如 下列化合物中存在對映異構(gòu)體的是（ ）A C2H5CH=CHCH(CH3)CH=CHC2H5 B HCOOHNO2BrC6H5CHCH3|OHC D 6下列物質(zhì)中，互為同系物的是 ，互為同素異形體的是 ，互為同位素的是 ，屬于同一種物質(zhì)的是 ，互為同分異構(gòu)體的是 。、金剛石與石墨CH3CHCH3CH2CH3CH3CH

19、CH3CH3CH3、35Cl與37Cl、 與、（CH3）2CH2 與C（CH3）4、液氯與氯氣、2甲基戊烷與2，3二甲基丁烷7、液晶是一類新型材料。MBBA是一種研究得較多的液晶化合物。它可以看作是由醛A和胺B去水縮和的產(chǎn)物。CH=N CH2CH2CH2CH3 (MBBA)CH3OCH3CH2CH2CH2 NH2(胺B)CH3O CHO(醛A)(CH3)2CHCH2 NH2、CH3CH2CH2CH2 NH2、（1）對位上有C4H9的苯胺可能有4種異構(gòu)體，它們是： _、_。（2）醛A的異構(gòu)體甚多。其中屬于酯類化合物，而且結(jié)構(gòu)式中有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的異構(gòu)體就有6個，它們是：HCOO CH3 OCCH3 O

20、HCOO CH3 COOCH3_、_。CHCHCH3 OH NH28、2000年，國家藥品監(jiān)督管理局發(fā)布通告暫停和銷售含苯丙醇胺的藥品制劑。苯丙醇胺（英文縮寫為PPA）結(jié)構(gòu)簡式如下：CHCHCH3 OH NH2其中代表苯基。苯丙醇胺是一種一取代苯，取代基是：（1）PPA的分子式是：_。（2）它的取代基中有兩個官能團(tuán)，名稱是_基和_基。（填寫漢字）CH2CHCH2 OH NH2CHCHCH3NH2 OH CHCHCH3 OH NH2（3）將、H2N、HO再碳鏈上的位置作變換，可以寫出多種同分異構(gòu)體，其中5種的結(jié)構(gòu)簡式是：CHCH2CH2OH NH2 CHCHCH3 NH2 OH請寫出另外4種同分

21、異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式（不要寫出OH和NH2連在同一個碳原子上的異構(gòu)體，寫出多于4種的要扣分）：_、_、OOCH3_、_。9、維生素K是有機(jī)物A的衍生物，A的結(jié)構(gòu)簡式如右圖所示， A的化學(xué)式是_，A的一種統(tǒng)分異構(gòu)體B屬于萘的衍生物，且不含有CH3基，該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡式是_(任寫三種)R1 H R1 C=C 氧化 C=O + R3COOHR2 R3 R2 10、某烴A，分子量為140，其中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.857。A分子中有兩個碳原子不與氫直接相連。A在一定條件下氧化只生成G，G能使石蕊試液變紅。 已知 試寫出：（1）A的分子式_。（2）化合物A和G的結(jié)構(gòu)簡式_O CH3 O（3）與G同類的同分異構(gòu)體

22、（含G）可能有_種。11、已知有機(jī)物A的結(jié)構(gòu)簡式為（1）A的化學(xué)式是_。（2）1molA最多可以與_molH2在Ni催化劑作用下反應(yīng)，反應(yīng)后的物質(zhì)1個分子比相同碳原子數(shù)的烷烴少_個氫原子。（3）有機(jī)物B是A的同分異構(gòu)體，但B是萘的衍生物若萘環(huán)上只有一個取代基，則B可能的結(jié)構(gòu)有_種。若萘環(huán)上含有兩種不同的取代基，則B可能的結(jié)構(gòu)有_種。答案：1解析：（1）先寫出含5個碳原子的直鏈碳架，找出不同位置碳，然后確定氯原子的位置，就可寫出兩種： （2）縮短主鏈：以四個碳原子為主鏈，一個甲基作支鏈，寫出碳架結(jié)構(gòu)式，根據(jù)題目要求，此時氯原子的位置只能放在端位碳原子上，改變甲基的位置又可以寫出兩種。對于二元或多

23、元取代物書寫，一般說來先寫一元取代物的同分異構(gòu)體，然后以一元取代物為母體，再寫二元取代物的同分異構(gòu)體，多元取代物的同分異構(gòu)體的書寫與此類似。2（1）先寫出一氯代物：一氯代物等于烴分子等性氫的種類數(shù)，可以通過旋轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)1800后比較，如果重合則為同一物質(zhì)。依此方法，該有機(jī)物一氯取代物中等性氫有兩種，所以可以寫出如下兩個一元取代物。Cl |Cl（2）再以該有機(jī)物的一氯取代物為母體，再進(jìn)行一次一元取代，進(jìn)而完成該有機(jī)物的二元取代。需注意，在書寫第二組時，與第一組氯原子等效的位置不要再進(jìn)行取代，否則會造成重復(fù)。這樣，按照先固定一個Cl的位置，移動另外一個Cl，就得到該有機(jī)物二氯取代物有10種（下圖中X

24、表示另一個Cl原子的位置）。ClXXXCl |XXXXXXX （7種） （3種）故 的二氯取代物的所有同分異構(gòu)體數(shù)目為10種。3解析：由題意可知，某烴的一種同分異構(gòu)體只有一種一氯代物，說明該烴分子中等性氫原子只有一種，因為10個碳原子之內(nèi)的烷烴中等性氫只有一種的有：甲烷、乙烷、新戊烷、2，2，3，3四甲基丁烷，對照四個選項，答案應(yīng)為C。4解析：根據(jù)阿伏加的羅定律可知，同溫同壓同體積的乙和丙的物質(zhì)的量相等，又因為乙和丙的質(zhì)量相等，所以乙和丙的摩爾質(zhì)量相等，所以乙的分子式為C4H8O2，丙的分子式為C5H12O，符合乙的分子式為C4H8O2的異構(gòu)體有2種，符合丙的分子式為C5H12O的異構(gòu)體有8種

25、，則甲的可能結(jié)構(gòu)有16種，所以本題答案應(yīng)選C。|5解析：這是一道有機(jī)信息題，在高中化學(xué)教材的有機(jī)化學(xué)部分沒有涉及到過氧乙酸，解決本題的關(guān)鍵是根據(jù)題中信息，確定過氧乙酸的結(jié)構(gòu)簡式，然后再根據(jù)同分異構(gòu)的概念來找出與過氧乙酸具有相同的分子式，但結(jié)構(gòu)不同的異構(gòu)體。根據(jù)題中信息，硫酸過硫酸，只是在硫酸的分子結(jié)構(gòu)中的SOH中增加了一個氧原子，即SOOH，乙酸過氧乙酸亦應(yīng)如此即CH3COOHCH3COOOH（的結(jié)構(gòu)），比較上述四個結(jié)構(gòu)，為過氧乙酸?；蚺c分子式相同，但結(jié)構(gòu)不同，所以和過氧乙酸是同分異構(gòu)體，而與的分子式不相同，故不屬于同分異構(gòu)體。6解析；本題主要考查對幾個帶同字概念的理解程度及識別判斷能力，同系物是指結(jié)構(gòu)相似通式相