用分类思想提升有机物同分异构体书写效率的教学研究

云南

沈艳华

有机物同分异构体数目的判断及书写是高中有机化学教学中的重点和难点，教学中应注意落实分类思想和顺序意识，以提升教学效率。本文将有机物同分异构体的分类、判断及书写方法归纳如下。

一、有机物同分异构体的分类

二、有机物同分异构体构造异构的判断及书写方法

1.烷烃(只存在碳链异构)

书写步骤：主链由长到短；支链由整到散；位置由心到边；排布邻间对。

例如写出分子式符合C7H16的所有同分异构体：

(1)主链由长到短：最长碳链最多含7个碳原子，依次减少一个碳原子，有A、B、C、D如下四种。

C—C—C—C—C—C—C C—C—C—C—C—C

A B

C—C—C—C—C C—C—C—C

C D

(2)支链由整到散：对于A，所有碳原子已用尽，没有支链；对于B，主链用去6个碳原子，还剩余1个碳原子，可以以甲基的形式作为支链；对于C，主链用去5个碳原子，还剩余2个碳原子，可以以一个乙基或两个甲基的形式作为支链；对于D，主链用去4个碳原子，还剩余3个碳原子，可以以一个乙基和一个甲基或三个甲基的形式作为支链。

(3)位置由心到边，排布邻间对：取代基的位置由碳链中心开始挂，依次向左(或向右)移动。由于有了对称性的辅助，这样的书写不会造成重复。

故分子式符合C7H16的所有同分异构体有9种,具体结构简式如下：

2.一取代链状非烷烃类

炔烃、芳香烃、卤代烃、醇、醛、羧酸、酯等的构造异构可能存在碳链异构、官能团种类异构和官能团位置异构。

书写步骤：通常先找出官能团种类异构，在同一类官能团异构体中，再写碳链异构。在同一类碳链异构体中，再找官能团位置异构。但将官能团(或特殊原子团)按照“可连接基团的数目”分类，可发现官能团(或特殊原子团)可分为一价基团和二价基团两类，因此同分异构体的书写也可再细分为两类：

(1)一价官能团，如饱和一元卤代烃、饱和一元醇、饱和一元醛、饱和一元羧酸类的同分异构体的书写：

由于一价官能团必然出现在链端，故可将之视为取代基来思考。先将除官能团以外的碳链异构体写出，然后根据“等效氢法”，看官能团可能有多少种不同的挂法，则其同分异构体就有几种。

例如写出分子式为C4H8O的属于醛类的同分异构体：

当然，我们也可以先找出除官能团以外的烷基异构体，则其同分异构体也就知道了。

(2)二价基团如单炔、饱和一元醚、饱和一元酮、饱和一元酯类的同分异构体的书写：

由于它们的官能团(或特征原子团)必然出现在主链中，因此，可先将其官能团(或特征原子团)写出，然后看剩余的碳原子在官能团(或特征原子团)的两边可形成几种不同的烷基，根据数学上的“乘法原理”，相乘即可知同分异构体数目。

例如请写出分子式为C5H10O2的酯类的同分异构体：

左边碳原子数烷基同分异构体数0(即氢原子)1种1(即甲基)1种2(即乙基)1种3(即丙基)2种COO右边碳原子数烷基同分异构体数结构简式4(即丁基)4种HCOOCH2CH2CH2CH3HCOOCH(CH3)CH2CH3HCOOCH2CH(CH3)2HCOOC(CH3)33(即丙基)2种CH3COOCH2CH2CH3CH3COOCH(CH3)22(即乙基)1种CH2CH2COOCH2CH31(即甲基)1种CH3CH2CH2COOCH3(CH3)2CHCOOCH3

其同分异构体数目为1×4+1×2+1×1+2×1=9种。

3.多取代链状非烷烃类

(1)定位移动法：

对有机物二元取代同分异构体数目的寻找常用此法。

解题步骤如下：

①先找出该有机物一元取代的各同分异构体，假设有X、Y、Z三种;

②在第一种同分异构体X中，用“等效氢法”再找一元代物的种类，假设有a种；

③在第二种同分异构体Y中，先将X的等效位置在Y上占位，然后再用“等效氢法”找出二元代物的种类，假设有b种；

④在第三种同分异构体Z中，先将X、Y的等效位置在Z上占位，然后再用“等效氢法”找出二元代物的种类，假设有c种；

⑤该有机物的二元代物同分异构体数为a+b+c种。

再如：苯环上的多元取代同分异构体数目的寻找，也可用“定位移动法”分析，从而得到如下结论：

在上述结论的基础上做题，可以迅速得到答案。

例如：分子式为C9H10O2、含有一个苯环和三个取代基的羧酸同分异构体有_______种。

解：因为C9H10O2分子的不饱和度为5，故为苯环上带两个甲基和一个羧基，属于苯环上的“AAB型”取代，所以共6种。

2017年的全国卷三套均考查了苯环上的取代：

(2)换元法：

对有机多元取代同分异构体数目的寻找常用此法。

若有机物分子中一共有m个氢原子可以被取代，且a+b=m，则a元代物的异构体数目=b元代物的异构体数目。

例如：甲烷的一氯取代也可视为三氢取代，因此其一元取代有一种产物也就意味着三元取代同样只有一种产物。