“残基片段和排列组合法”在书写限制条件的同分异构体中的应用

王建刚

同学们在书写限制条件的同分异构体时，往往耗時长且准确率偏低，运用“残基片段和排列组合法”来书写同分异构体，能够快速、正确地书写同分异构体，降低思维难度，提高准确率。

一，问题提出

同分异构体是高中有机化学核心概念之一，在《普通高中化学课程标准（2017版）》中，明确了学业要求：能辨识同分异构现象，能写出符合特定条件的同分异构体。历年高考试卷中也都涉及同分异构体的书写。考查方式从纯粹由有机物分子式书写同分异构体的题型，逐渐过渡到有限制条件下同分异构的书写。因为前者在考虑满足键数的前提下，采用穷举和图形变换，使它更接近数学而远离化学的能力考查要求，而现在考查最多的是限制条件下的同分异构体的书写，这种方式的转变，既可以考查考生对官能团结构及性质的掌握程度，又能考查考生思维的严密性、有序性，具有较高的难度和很好的区分度，是近年高考的重要题型。

二、理论基础

2.物质结构和性质的条件限制。

考查同分异构体书写时为了更多地体现化学性，题中通常会附加一些限制条件，使得原本只考查有机物结构的试题增加了考查有机物性质的内容，从注重数学思维能力转变为多元化能力的考查。条件限制又分为结构方面的限制和性质方面的限制，结构方面限制通常包含：①是否含有苯环、其他环或杂环;②根据HNMR谱显示分子中氢原子的个数来确定同分异构的对称度。苯环上含有不同化学环境的氢原子情况如下（R、R1、R2分别表示不同的基团）：

熟悉苯环的对称性，能快速判断不同化学环境氢的种类。性质方面的限制通常包含官能团的性质，如表2所示。

3.书写限制条件同分异构体的解题策略。

对书写限制条件同分异构体的考查大都在苯的衍生物范围内，涉及的异构体类型也一般为侧链异构、苯环上的位置异构和官能团异构。我们可先通过限制条件得到已知基团，用分子式减去已知基团，得到残基片段，再对残基片段进行有规则的排列组合，即可得到答案。

三、方法的运用

例1 写出同时符合下列条件的C7H7NO2的所有同分异构体的结构简式：______ 。

例3 写出C6H13NO2同时符合下列条件的同分异构体的结构简式：_____。

①分子中有一个六元环，且成环原子中最多含2个非碳原子;

②1 H-NMR谱和IR谱检测表明分子中有4种化学环境不同的氢原子;

③有 N-O 键，没有过氧键（O-O-）。

解析：第一步，由分子式C6 H13 NO2可知，其不饱和度Ω =1，题中给出限制条件为有一个六元环，即为1个不饱和度，其余原子均为单键连接。成环原子中最多含2个非碳原子，有NO键，可得六元环情况有如下6

①1 H-NMR谱和IR谱检测表明分子中共有4种氢原子，无氮氧键和碳氮双键;

②除了苯环外无其他环。

解析：第一步，由题中所给结构简式，可得不饱和度Ω=5，由题中限制条件“除了苯环外无其他环，无氮氧键和碳氮双键”，可知含有一个苯环和一个碳氧双键，无硝基。

例5 写出化合物C7H6CINO2同时符合下列条件的同分异构体的结构简式：_____ 。

1 HNMR谱和IR谱检测表明：

①分子中共有4种氢原子，其中苯环上的有2种;

②有碳氧双键，无氮氧键和- CHO。

解析：第一步，由分子式为C7 H6CINO2，得不饱和度Ω=5，结合限制条件，可知含有一个苯环和一个碳氧双键，即符合不饱和度Ω=5，其余均为单键，无硝基和-CHO。