有机化学基础+判断同分异构体的五种常用方法和有机分子结构的测定

判断同分异构体的五种常用方法和有机分子结构的测定

一、确定同分异构体数目的五种常用方法

1．等效氢法

在确定同分异构体之前，要先找出对称面，判断“等效氢”，从而确定同分异构体数目。有机物的一取代物数目的确定，实质上是看处于不同位置的氢原子数目。可用“等效氢法”判断。判断“等效氢”的三条原则是：

(1)同一碳原子上的氢原子是等效的；如CH4中的4个氢原子等同。

(2)同一碳原子上所连的甲基是等效的；如C(CH3)4中的4个甲基上的12个氢原子等同。

(3)处于对称位置上的氢原子是等效的，如CH3CH3中的6个氢原子等同；乙烯分子中的4个H等同；苯分子中的6个氢等同；CH3C(CH3)2C(CH3)2CH3上的18个氢原子等同。

【典例导悟1】下列有机物一氯取代物的同分异构体数目相等的是( )

A．①和②B．②和③C．③和④D．①和④2．换位思考法

将有机物分子中的不同原子或基团进行换位思考。如乙烷分子中共有6个H 原子，若有一个氢原子被Cl原子取代所得一氯乙烷只有一种结构，那么五氯乙烷有多少种？假设把五氯乙烷分子中的Cl看作H原子，而H原子看成Cl原子，其情况跟一氯代烷完全相同，故五氯乙烷也有一种结构。同理，二氯乙烷有两种结构，则四氯乙烷也有两种结构。

典例导悟2 已知化学式为C12H12的物质其结构简式为，该环上的二溴代物有9种同分异构体，由此推断该环上的四溴代物的同分异构体数目有( )

A．4种B．9种C．12种D．6种3．基团位移法

该方法比等效氢法更直观，该方法的特点是，对给定的有机物先将碳键展开，然后确定该有机物具有的基团并将该基团在碳链的不同位置进行移动，得到不同的有机物。需要注意的是，移动基团时要避免重复。此方法适合烯、炔、醇、醛、酮等的分析。

【典例导悟3】分子式为C5H10的链状烯烃，可能的结构有( )

A．3种B．4种C．5种D．6种4．基团连接法

将有机物看作由基团连接而成，由基团的异构体数目可推断有机物的异构体数目。如丁基有四种，丁醇(看作丁基与羟基连接而成)也有四种，戊醛、戊酸(分别看作丁基跟醛基、羧基的连接物)也分别有四种。

典例导悟4 烷基取代苯可以被酸性KMnO4溶液氧化，生成，但若烷基R中直接与苯环相连的碳原子上没有C—H键，则不容易被氧化得到。现有分子式为

C11H16的一烷基取代苯，已知它可以被氧化成为的异构体有7种，其中3种是

，

请写出其他4种的结构简式：

__________________，___________________，

___________________，___________________。

5．轴线移动法

对于多个苯环并在一起的稠环芳香烃，要确定两者是否为同分异构体，可以画一根轴线，再通过平移或翻转来判断是否互为同分异构体。

【典例导悟5】萘分子的结构式可以表示为或，两者是等同的。苯并[a]芘是强致癌物质(存在于烟囱灰、煤焦油、燃烧烟草的烟雾和燃机的尾气中)。它的分子由五个苯环并合而成，其结构式可表示为(Ⅰ)或(Ⅱ)式，这两者也是等同的。现有结构式(A)～(D)，其中

(Ⅰ)(Ⅱ)

(1)跟(Ⅰ)、(Ⅱ)式等同的结构式是__________。

(2)跟(Ⅰ)、(Ⅱ)式是同分异构体的是________。

二、有机分子结构的确定

1．有机化合物分子式的确定 (1)确定有机物分子式的一般途径

(2)确定有机物分子式的方法

①实验式法: 由各元素的质量分数→求各元素的原子个数之比(实验式)→相对分子质量→求分子式。

②物质的量关系法: 由密度或其他条件→求摩尔质量→求1 mol 分子中所含各元素原子的物质的量→求分子式。

(3)燃烧通式法: 利用通式和相对分子质量求分子式。 CxHy ＋(x ＋y 4)O2―→xCO2＋y

2H2O

CxHyOz ＋(x ＋y 4－z 2)O2―→xCO2＋y

2

H2O 由于x 、y 、z 相对独立，借助通式进行计算，解出x 、y 、z ，最后求出分子式。 (4)利用各类有机物的分子式通式和相对分子质量确定 类别 通式 相对分子质量 烷烃 CnH2n ＋2 Mr ＝14n ＋2(n ≥1)

环烷烃、烯烃 CnH2n Mr ＝14n(烯烃n ≥2，环烷烃n ≥3) 二烯烃，炔烃 CnH2n －2 Mr ＝14n －2(炔烃n ≥2) 苯及苯的同系物

CnH2n －6

Mr ＝14n －6(n ≥6)

饱和醇CnH2n＋2Ox Mr＝14n＋2＋16x

饱和一元醛CnH2nO Mr＝14n＋16

饱和一元羧酸及酯CnH2nO2 Mr＝14n＋32

2.有机物分子结构的确定

(1)确定分子结构的步骤

有机物分子结构的测定，过去常用有机化合物的化学性质确定分子中所含的官能团，再确定其所在的位置。现代化学测定有机化合物的结构可用现代化的物理方法，如核磁共振氢谱和红外光谱等。确定有机化合物分子结构的一般步骤为：

(2)根据有机物的官能团进行鉴别

被鉴别或被

检验的物质

试剂与方法现象与结论

饱和烃与不饱和烃

加入溴水或酸性KMnO4溶

液

褪色的是不饱和烃

苯与苯的同系物加酸性KMnO4溶液褪色的是苯的同系物

卤代烃中卤原子

加碱溶液加热，加稀HNO3

中和碱，再加硝酸银

白色沉淀说明是氯代烃，浅

黄色沉淀说明是溴代烃，黄

色沉淀说明是碘代烃

醇

加入活泼金属钠(应先排除其

他酸性基团的影响，如羧基、

酚羟基等)；加乙酸、浓

有气体放出；有水果香味物

质生成

典例导悟6 1.06 g某有机物A完全燃烧，得到1.792 L(标准状况)CO2和0.90

g H2O，该有机物相对于氧气的密度为3.31。

(1)该有机物的相对分子质量为____________；分子式为____________。

(2)该有机物有如下性质：①能使酸性高锰酸钾溶液褪色

②不能与溴水发生反应③它发生硝化反应引入1个硝基时，产物只有1种硝基化合物。写出该有机物可能的结构简式：

_______________________

1．(2011·课标全国卷，8)分子式为C5H11Cl的同分异构体共有(不考虑立体异构)( )

A．6种B．7种C．8种D．9种

2．(2011·理综，28)常用作风信子等香清的定香剂D以及可用作安全玻璃夹层的

高分子化合物PVB的合成路线如下：

Ⅱ.醛与二元醇(如：乙二醇)可生成环状缩醛：

(1)A的核磁共振氢谱有两种峰。A的________________ (2)A与合成B的化学方程式是____________。

(3)C为反式结构，由B还原得到。C的结构式是______________。

(4)E能使Br2的CCl4溶液褪色。N由A经反应①～③合成。

a．①的反应试剂和条件是______________。

b．②的反应类型是__________。

c．③的化学方程式是___________________。

(5)PVAc由一种单体经加聚反应得到，该单体的结构简式是_______。

(6)碱性条件下，PVAc完全水解的化学方程式是__________。

3．(2011·理综，29)白藜芦醇属二苯乙烯类多酚化合物，具有抗氧化、抗癌和预防心血管疾病的作用。某课题组提出了如下合成路线：

已知：

根据以上信息回答下列问题：

(1)白藜芦醇的分子式是__________。

(2)C―→D的反应类型是__________；E―→F的反应类型是__________。

(3)化合物A不与FeCl3溶液发生显色反应，能与NaHCO3反应放出CO2，推测其核磁共振氢谱(1H-NMR)中显示有__种不同化学环境的氢原子，其个数比为____。

(4)写出A―→B反应的化学方程式：_____________________。

(5)写出化合物D、E的结构简式：D____, E_____。

(6)化合物有多种同分异构体，写出符合下列条件的所有同分异构体的结构简式：_____________。

①能发生银镜反应；②含苯环且苯环上只有两种不同化学环境的氢原子。

重要的有机化合物(一)

重要的有机化合物(二)

典例导悟

1．B [首先判断对称面：①和④无对称面，②和③有镜面对称，只需看其中一半即可。然后，看是否有连在同一碳原子上的甲基：①中有两个甲基连在同一个碳原子上，六个氢原子等效；③中也有两个甲基连在同一碳原子上，加上镜面对称，应有十二个氢原子等效。最后用箭头确定不同的氢原子可知①有7种同分异构体，②和③都只有4种同分异构体，④有8种同分异构体。]

2．B [该烃的分子中苯环上的氢原子有6个可被取代，被二溴取代后，剩下4个氢原子，二溴代物同分异构体与四个氢原子的异构是等效的，四个氢原子异构体与四溴代物异构体是等效的。所以，四溴代物的同分异构体数目与二溴代物同分异构体数目是相同的。]

3．C [先写出碳链，共有以下3种：

4．

解析由题意可知，该苯的同系物的各同分异构体的苯环上都只有一个侧链，在写其同分异构体时，可以把苯环看作是C5H12的一个取代基，这样只要写出C5H12的同分异构体，此题就可解决了。

5．(1)A、D (2)B

解析首先要看出C式中右上边的环不是苯环，因有一个碳原子连有2个氢原子，其次在连在一条线上的3个苯环画一条轴线，如下图，再移动或翻转便可看出A、D与(Ⅰ)、(Ⅱ)式等同，为同一物质。B与(Ⅰ)、(Ⅱ)式结构不同，另两个苯环分别在轴线的两侧，故为同分异构体。

6．(1)106 C8H10

(2)

解析本题结合有机物的不饱和度和化学性质考查有机物结构简式的确定。

(1)该有机物中碳元素的质量为1.792 L

22.4 L/mol

×12 g/mol＝0.96 g，氢元素的质量

0.90 g

18 g/mol

×2 g/mol＝0.1 g，因此该有机物只含C、H两种元素，N(C)∶N(H)

＝0.9612∶0.11＝8∶10，其实验式为C8H10，该有机物相对于氧气的密度为3.31，则其相对分子质量为：32×3.31≈106，故其分子式为C8H10。

(2)C8H10的不饱和度Ω＝2×8＋2－102＝4, 由于不能与溴水发生反应，则不可

能含双键或三键，根据能发生硝化反应，其分子中含有苯环，产物只有1种硝基化合物，则只能为 【专题集训区】

1．C [分子式为C5H12的烷烃有正戊烷、异戊烷和新戊烷三种同分异构体。其中正戊烷的一氯代物有CH3CH2CH2CH2CH2Cl 、CH3CH2CH2CHClCH3、 CH3CH2CHClCH2CH3 3种同分异构体；异戊烷的一氯代物有(CH3)2CHCH2CH2Cl 、(CH3)2CHCHClCH3、(CH3)2CClCH2CH3、CH2ClCH(CH3)CH2CH3 4种同分异构体；新戊烷的一氯代物只有一种，为(CH3)3CCH2Cl ，总共有8种，C 正确。] 2．(1)乙醛

(2) ＋CH3CHO ――→稀NaOH △ ＋H2O (3)

(4)a.稀NaOH ，加热 b ．加成(还原)反应

c ．2CH3(CH2)3OH ＋O2――→Cu △2CH3(CH2)2CHO ＋2H2O (5)CH3COOCH===CH2

解析 (1)由A 的分子式C2H4O 及核磁共振氢谱有两种峰可知A 为乙醛。 (2)结合信息可知A 到B 需要的条件为稀氢氧化钠、加热，与信息中的条件一致，得出反应：

(4)由PVB 的结构可知A 到E 增长了碳链。同时E 还可使溴的四氯化碳溶液褪色，同时可知E 中存在碳碳双键，则E 为CH3CH===CHCHO ，F 为CH3CH2CH2CH2OH ，N 为CH3CH2CH2CHO 。所以①的反应试剂和条件是稀NaOH 、加热，②的反应类型是加成反应，③的化学方程式是2CH3(CH2)3OH ＋O2――→Cu △

2CH3(CH2)2CHO ＋2H2O (5)由M 的结构CH3COOH 和PVA 的结构可以推出PVAc 的单体是CH3COOCH===CH2。

(6)碱性条件下，PVAc 完全水解的化学方程式是：

3．(1)C14H12O3

(2)取代反应 消去反应 (3)4 1∶1∶2∶6 (4)

解析 (1)由白藜芦醇的结构简式可得出分子式：C14H12O3。

(2)根据C 和D 的分子式判断由C 到D 少了一个—OH 多了一个—Br ，因此是发生了取代反应；由信息RCH2Br ――→Li ――→R ′CHO ――→H2O RCH2CH(OH)R ′可见D 到E ，E 中存在—OH ，在浓硫酸加热时可发生消去，并且F 较E 分子少了2个H 和1个

O，因此可判断反应类型为消去反应。

(3)化合物A不与FeCl3溶液发生显色反应，能与NaHCO3反应说明化合物中存在—COOH，不存在酚羟基，结合题干信息白藜芦醇的结构，得出A的结构简式为，因此有4种不同化学环境的氢原子，其个数比为1∶1∶2∶6。

(4)根据信息和条件及A与B分子组成看A―→B是酯化反应(取代反应)。

(5)根据A―→B―→C―→D可判断出D的结构简式为，E为

(6)①能发生银镜反应则分子一定存在—CHO。

②含苯环且苯环上只有两种不同化学环境的氢原子，则苯环上的基团应以对称为准则，同分异构体有：