高中有机化合物同分异构体的书写



高中有机化合物同分异构体的书写

谷中明1，丁永萍1， 郭玉玮1，李建雄2 *

(包头师范学院1.化学学院，2.继续教育学院, 内蒙古 包头014030)

摘要：同分异构体是有机化学中的一个重要概念，在历年化学高考中都占有重要地位,同分异构体的书写试题仍将是今后高考的热点和难点。综述了高中有机化合物同分异构体的书写方法、同分异构体数目的判断及书写同分异构体应注意的问题，更好的解决在化学试卷中遇到的有关同分异构体的问题。

关键词：高中化学；有机物；同分异构体；书写方法

同分异构体是有机化学中的一个重要概念。同分异构体知识虽然在高中化学教材中只占较少的篇幅，但它贯穿整个有机化学的每一个章节，在高中有机化学中占有十分重要的地位。同分异构体知识起点低，但综合性强，难度大。从有机物结构、性质的推导，直至计算，无处不与同分异构体的知识紧密相连。从近几年高考命题特点来看，高中有机化合物同异构体的书写、推导与判断，仍将是今后高考的热点，同时也是高中有机化学教学的重点，更是同学们学习有机化学的一个难点。同分异构体类试题能有效实现高考考试大纲对考生思维品质和能力的测试要求，可以较好的考查学生有序思维和空间想象能力，此类试题常见主要类型有同分异构体的书写、判断及同分异构体数目的确定等。为了加深同学们对同分异构体概念的理解和应用，提高分析问题和解决问题的能力，笔者现依据高考化学考试大纲有关要求及考题特点，结合同学们在学习过程中的薄弱环节，特制定本课题，并将同分异构体的书写规律作出总结，以便同学们更好地学习。

该文综述了高中有机化合物同分异构体的概念、分类、书写方法、同分异构体数目的判断、书写同分异构体应注意的问题及实例分析解答同分异构体的技巧。

1高中有机化合物同分异构体的书写方法

上面讲述了高中有机化合物的分类,下面本文将就高中有机化合物主要是烃和烃的衍生物的同分异构体的书写规律和书写方法作详细阐述。

1.1　烃类同分异构体的书写

在书写烃类有机化合物之前，我们要首先明确烃的概念。我们知道，在有机化合物中，有一大类物质是只由碳和氢两种元素组成的，我们把这类物质总称为烃，也叫碳氢化合物。可以简记为“只含碳氢称为烃”。根据烃分子中碳碳之间的成键类型和排列方式不同，我们把烃分为饱和烃和不饱和烃。饱和烃有烷烃(也称链烃)；不饱和烃有烯烃、炔烃和芳香烃。不饱和度是区分饱和烃和不饱和烃的一个重要概念，也是作为书写有机化合物同分异构体的重要原则。不饱和度是烃分子中按照链烃分子的成键方式所能连接的最多氢原子数减去现有氢原子数再除以二的结果。这就要求在书写不饱和度相同的烃时要充分考虑非同系物之间的烃的同分异构体，这样才能不漏掉同分异构体。在这里我们先介绍几种高中常见烃的不饱和度，碳碳双键不饱和度Ω=1、碳碳三键不饱和度Ω=2、碳环不饱和度Ω=1、苯环不饱和度Ω=4。明确了以上几个烃的重要概念，我们再进一步对烃类有机化合物同分异构体作深入的探究。

1.1.1烷烃同分异构体的书写

甲烷(CH4)是最简单的有机物，也是最简单的烷烃。除甲烷外，还有一系列跟它很相似的烃，如乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)等。在这些烃的分子里，碳原子和碳原子之间都以单键结合成链状，跟甲烷一样，碳原子剩余的价键全部和氢原子相结合。这样的结合使得每个碳原子的化合价都已被充分利用，都达到“饱和”。具有这种结构的链烃叫做饱和链烃，也称烷烃。通式是CnH2n+2。

在高中阶段，一般只需掌握烷烃的碳架异构体，即碳链异构体。烷烃同分异构体的书写是其他有机化合物同分异构体书写的基础，其书写规则可归纳如下：“成直链，一线串；从头摘，挂中间；往边排，不到端；摘两碳，乙基安；二甲基，同、邻、间；最长碳链不减半。”即烷烃同分异构体的书写要“主链从长到短，支链从简到繁，排布由心向端。”当摘取支链碳原子数目多时应注意烷基的书写，在安排烷基支链在主链上的位置时，要考虑周全，内部每个主链碳原子上最多连接两个烷基，切记不能使支链最长碳原子数超过主链。

例如：C7H16的碳架异构体书写为：主链 n=71种

主链 n=62种

主链 n=55种

主链 n=4 1种

所以：C7H16的碳架异构体共有9种。

1.1.2烯烃同分异构体的书写

烃分子里含有碳碳双键的不饱和烃叫做烯烃。乙烯((C2H4)是最简单的烯烃。通式是CnH2n。

烯烃类有机化合物的通式为CnH2n，含有一个碳碳双键，是官能团，不饱和度为1。其书写方法与烷烃同分异构体的书写方法一致，不同的是，在书写满足此类通式的同分异构体时，首先要考虑碳链由长到短，然后再移动官能团在主链碳上的位置，形成官能团位置异构体。其次，再依次减少主链碳原子数，被摘下的碳原子作为支链，再接到主链碳上，形成同一位置的官能团的支链异构。最后，烯烃的通式和环烷烃的通式相同，不饱和度值相等，彼此构成不同类别的同分异构体。在书写此类异构体时，环应由大到小，减下碳原子后，作为支链再连接到环上，其余书写规则与烷烃异构体相同。

例如：C4H8的同分异构体：

C4H8不饱和度Ω=1 满足要求的类型有烯烃和环烷烃：

1、烯烃：在4个碳的骨架结构上,把双键加在不同位置,产生三种烯烃结构：

2、环烷烃：

所以：综上所述C4H8共有5种同分异构体(不考虑顺反异构)。

1.1.3炔烃同分异构体的书写

炔烃是分子中含有碳碳三键的烃，碳碳三键是炔烃的官能团，不饱和度为2。乙炔(C2H2)是最简单的炔烃。炔烃类同分异构体的书写相对比较复杂，首先，要考虑官能团的位置异构，即要考虑碳碳三键在主链上的位置不同形成的位置异构。其次，再依次减少主链碳原子，作为支链接到主链上构成的碳架异构，其书写方法与烯烃位置异构体书写方法相同。最后，还要考虑到非同系物之间的不同类别的同分异构体。由于炔烃的不饱和度为2，二烯烃和环烯烃的不饱和度值也为2，即要把这两类所具有的同分异构体也补写上去，才能正确写出所有的同分异构体。在这里我们不再赘述，但要注意的是在二烯烃里，我们一般不能把一个碳原子同时连接两条双键，因为其极不稳定，可以不予考虑。

例如：C4H6的同分异构体的书写如下:

①炔烃：三键位置不同异构体；

②二烯烃类异构体：

③环烯烃类；

所以：C4H6的同分异构体有6种。

1.1.4芳香烃同分异构体的书写

芳香烃是分子中含有一个或多个苯环的烃，有单环芳香烃和稠环芳香烃。芳香烃的不饱和度较高。另外，稠环芳香烃的同分异构体高中不做要求。在这里，我们主要讲述单环芳香烃的同分异构体的书写。单环芳香烃主要有苯基烷烃、苯基烯烃和苯基炔烃三类。在书写单环芳香烃的同分异构体时，我们首先要写出分子中的苯环，然后再把剩余的部分按要求分别写出，其书写方法与烷烃、烯烃和炔烃类似，遵循碳数从长到短，支链从少到多，然后再把碳链连接到苯环上，当苯环上连接两个支链时，还要写出支链在苯环上的位置异构，即邻、间、对三种。

若苯环上连有3个取代基时，分三种情况讨论：

若取代基x=y=z时，有三种。如三甲基苯

若取代基x=y≠z时，有6种。如氯代二甲基苯

若取代基x≠y≠z时，有10种。如氯溴代甲基苯

1.2　醇和醚的同分异构体的书写

醇是分子中羟基(-OH)取代烃分子中氢原子的烃的衍生物。醚是烃分子中含有(-O-)的官能团的烃的衍生物。醇和醚有饱和与不饱和之分。包括烷醇、烯醇、炔醇、芳香醇(酚类另外)、烷基醚、烯基醚、炔基醚、芳香醚类。

烷醇、烯醇、炔醇的同分异构体书写相对比较简单，先把羟基单摘出作为官能团，再写出剩余部分的同分异构体，最后把羟基取代不同的等效氢原子即得同分异构体，只是在书写时应注意当碳原子数较多(烷醇碳原子数>2、烯醇碳原子数>3、炔醇碳原子数>3)时应考虑相同碳原子数的醇类和醚类的同分异构体，它们互为官能团异构体。

例如：乙醇与甲醚

C—C—OHC—O—C

2-丙烯醇与甲基乙烯基醚

C=C—C—OHC—O—C=C

芳香醇的同分异构体除了考虑醇类同分异构体外，还要考虑除去苯环外，碳数相同的部分能够形成芳香醚和酚，对于酚类有机化合物的同分异构体还要考虑苯环上的位置异构体，即邻、间、对位异构体。

例如：C7H8O同分异构体有：

所以：C7H8O属于芳香族化合物的同分异构体共有上述5种。

对于醚类有机化合物，主要考查除去(-O-)外的部分的烃基的同分异构体，其书写方法与前面讲述的烃的支链的同分异构体书写方法相同，只是牢记碳原子数相同的醇和醚互为官能团同分异构体。

1.3　醛和酮的同分异构体的书写

醛是分子中醛基(-CHO)取代烃分子中氢原子的烃的衍生物。酮是分子中含有羰基的烃的衍生物。这两类物质的同分异构体主要是碳架异构体，考查主要是支链的书写。

醛类物质的同分异构体书写首先把醛基摘出作为端碳原子和官能团，剩余部分作为长链接在醛基上，然后再依次减少主链上的碳原子，作为取代基安在含有醛基的主链上，取代基由少到多，由短到长，其方法与烷烃同分异构体基本相同。另外，碳原子数相同的醛和酮互为同分异构体。

例如：C4H8O的醛和酮类物质的同分异构体书写：

所以：C4H8O的同分异构体有3种(不考虑互变异构体)。

关于酮类物质的同分异构体，首先要考虑羰基在主链上的位置异构，其次再依次减少主链碳原子作为取代基，安在主链上作为支链构成酮的碳架异构。其书写方法与烷烃的书写方法一致。最后，勿忘碳原子数相同的醛和酮互为同分异构体。书写时务必注意。

1.4　羧酸和酯的同分异构体的书写

羧酸是羧基(-COOH)取代烃分子中氢原子的烃的衍生物。酯是酸和醇分子间或是分子内同时含有羧基和醇羟基的物质在一定的化学反应条件下发生消去反应，失去水分子后剩余的部分，其分子中含有酯基的有机化合物。

羧酸类有机化合物的同分异构体的书写与醛类物质同分异构体书写方法相同，只是官能团不同，这里不再介绍。酯类有机化合物的同分异构体的书写与酮类物质的同分异构体书写方法相同，只是羰基变成了酯基。

另外，碳数相同的羧酸和酯互为官能团异构体，书写时不能漏掉。利用插入法书写羧酸和酯的同分异构体比较方便。

例如：C4H8O2的酸和酯类的同分异构体的书写有：

羧酸的书写：把羧基当做取代基，把羧基连接在不同的碳原子上，有2种不同的连接方式，得到2种羧酸的同分异构体。

酯的书写：

①把酯基连接在碳原子上得到甲酸某酯

②把酯基插入到碳链中，若左右对称为一种；左右不对称则为2种。例如C4H8O2，酯基连在1、2号碳上得到2种，插入碳链中得到2种，共4种属于酯的同分异构体。

2高中有机化合物同分异构体的数目的判断

高中有机化合物同分异构体的数目的判断，是高考的重要考点，特别是在第二卷考题中的有机推断中容易出现，结合化学反应机理，推断物质结构和可能具有的同分异构体，难度相对较大，也是同学们相对失分较多的地方，下面，本文将分类对其进行具体讨论：

2.1　等效法判断同分异构体数目

所谓等效法判断有机化合物同分异构体数目是通过分析有机物中的对称因素，判断含有多少种等效氢原子，进而判断其取代物有多少种同分异构体。此方法特别适合对于一个取代基取代氢原子后的同分异构体的数目的判断。

2.2　一卤代物同分异构体数目的判断

对于一卤代物同分异构体数目的判断，应用等效氢法最适宜，其同分异构体数目即等于有机化合物分子中所含有的等效氢原子种类数。

2.3　二卤代物同分异构体数目的判断

二卤代物同分异构体数目的判断除了要先写出取代前有机物的同分异构体外，还要运用定位移位法来确定每一种含有不同碳原子数目主链上的取代位置不同的同分异构体，同时，还要把两个取代卤原子按照可能接在能够同时结合两个取代基的碳原子上，把以上同分异构体数目加和，最终求得二卤代物同分异构体数目。

2.4　应用对应法判断同分异构体的数目

此类题目相对比较简单，因为在题干叙述中已经告诉答卷人某某有机化合物的某某取代物有多少种同分异构体，问：和它相对应的有机化合物的同分异构体的数目是多少。在这种情况下，我们一般只需选出题干中提到的同分异构体数目即可。

3书写高中有机化合物同分异构体的应注意的问题

首先，同分异构体类试题往往不是简单的出现在高考试卷中，经常结合推断题一并出现。这样同学们在做同分异构体类试题时，首先要分析好题干中的信息，通过已分析事实和化学反应规律，确定其中的一个同分异构体，然后再按照题中的答题要求，分别写出有限制条件的或者是无条限制件的同分异构体。这就在无形中加大了同分异构体试题的难度。

第一，应注意写出同分异构体的条件。

第二，要注意主链画直画曲无影响。

第三，支链接在同一碳上的上面和下面等同。

第四，注意对称因素的影响，当同分异构体含有对称因素时,在书写单个原子或原子团的取代物时只写出对称的一半即可。

第五，在把支链连接到主链时，一定要使支链最长碳链的碳原子数小于所连接到的碳原子到主链短端的碳原子数。

4结论

有机化合物同分异构体的书写有一定的难度，而且高考考查的方式比较灵活，但是，同分异构体书写类试题都有一定的规律，只要能按照书写的原则和规律，运用有序思维，仔细分析题中的已知条件和隐藏的条件(一般都是限制性的条件，以缩小书写同分异构体的范围)，根据平时学习有机化学反应进行的反应条件和反应规律，顺藤摸瓜，最终写出正确的答案。

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High School of Organic Compound Isomers

GU Zhong-ming1,DING Yong-ping1,GUO Yu-wei1,LI Jian-xiong2*

(1.Faculty of Chemistry,2.Faculty of Continuing Education, Baotou Teachers College, Baotou 014030)

Abstract:Isomer is an important concept in organic chemistry in college entrance examination in chemistry over the years has played an important role, writing isomers entrance examination questions will remain hot and difficult in future.This paper reviews the senior organic isomers of the concept, classification, writing method, the number of isomers to determine, in writing isomers should pay attention to the problems, a better solution encountered in the chemical papers on isomers of the problem.

Key words:Senior chemistry; Organic matter; Isomers;Writing

中图分类号：G633.8

文献标识码：A

文章编号：1004-1869(2015)02-0097-05

作者简介：谷中明(1962-)，内蒙古包头市人，教授，研究方向：有机化学。

基金项目：包头师范学院教改课题，包头市科技计划项目(2012S2005-5-27)。

收稿日期：2014-10-04