烷烃同分异构体书写的程序与技巧

烷烃同分异构体书写的程序与技巧

同分异构体的书写或数目的确定是有机化学的热点习题之一，也是有关竞赛、高考命题的热点之一，书写时如何做到快速、不重复、不漏写则是一个难点。下面以烷烃及其取代产物同分异构体的书写为例讨论同分异构体书写的一般程序与技巧。

1. 讲究顺序性

对于需要通过具体书写才能确定数目的习题，实践表明：按一定的顺序进行书写，可有效避免遗漏、重复现象的发生，这种顺序是：无支链→有一个支链（先甲基后乙基）→有两个支链…；支链的位置：由中到边但不到端。当支链不止一个时，彼此的相对位置应是：先同位再到邻位后到间位…

1．同分异构体：分子式相同，性质不同的有机化合物叫同分异构体。这种现象叫同分异构现象。书写技巧：先写最长链；然后从最长链减少一个碳原子作为取代基，在剩余的碳链上连接，即主链由长到短，支链由整到散，位置由中心排向两边

2．烷烃的同分异构现象

CH4、CH3CH3、CH3CH2CH3无同分异构体，但从丁烷开始有同分异构体。

CH3CH2CH2CH3

C C C C

H

H H H H

H H H

H

C C C C ¹Ôìʽ

1¡£2¡£

3¡£

CH

CH3

CH3

CH3

正烷烃（b.p，-0.5 ℃）异丁烷（b.p，-11.7℃）

结构简式：CH3CH2CH2CH3

CH CH3CH3

CH3

以戊烷（C5H12）为例：

（1）先写出最长的碳链：C-C-C-C-C 正戊烷（氢原子及其个数省略了）

（2）然后写少一个碳原子的直链：C C

C

C

C

|1

2

3

4

（

C

C

C

C

C

4

3

|

2

1

）

（3）然后写少二个碳原子的直链：CH3C(CH3)2CH3

戊烷：

CH3CH2CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3C

CH3

CH3

CH3

CH3

(b.p, 36.1)°(b.p, 28 )°(b.p, 9.5 )°

ÕýÎìÍéÒìÎìÍéÐÂÎìÍé

这种碳干异构可造成数目庞大的异构体个数，例：C 10 时，75个；C 13 时，802个；C 20 时，366319个。

己烷 C 6H 14

a ．写出碳链最长的直链 C —C —C —C —C —C （1）

b ．将直链减少一个C ，将取下的C 分别取代每个C 原子的H

C-C-C-C-C C-C-C-C-C C

C

(

)

(2)

C-C-C-C-C

C (3)

( C-C-C-C-C )

C

所以记住：不取代首位C 原子，注意碳干的对应性。

c ．减少二个C ，将这二个C 作为二个甲基或一个乙基分别取代剩余的C 原子上的H 原子。 作甲基—CH 3处理时：

C-C-C-C C

C (

)

C-C-C-C C

C (4)

C-C-C-C C C (5) 作乙基—CH 2CH 3 或—C 2H 5处理时：C-C-C-C

C

C

(

C-C-C-C C )

所以，首尾不取代，结果是共有五个同分异构体。

写出来为：CH 3(CH 2)4CH 3

CH 3CH(CH 2)2CH 3

C 2H 5CHC 2H 5

(CH 3)3CC 2H 5(CH 3)2CHCH(CH 3)2CH 3

CH 3

例1 写出分子式为146H C 的所有烷烃的同分异构体结构简式 解析：按照上述步骤先写出只有碳原子的结构（称为碳骨架）。 （1）无支链：C C C C C C -----。 （2）有一个支链：

（3）有两个支链：

这样就得到5种碳骨架（后略）。需要说明的是，在确定取代基的位置时，应利用了碳链中的等位关系（即位置相当）来简化分析的过程（见下文）。 作为常识，应知道当主链碳原子数目少于5个时，烷烃分子中不可能有乙基作支链，主链碳原子数目少于3个时，烷烃分子中不可能有支链，首尾碳原子上不可能有烃基作取代基，②号（或倒数第②号）碳原子上无乙基。

2. 利用对称性

在几何中，图形中存在一定的对称性，在同分异构体的书写中若将原子在空间的排列看作是几何图形的话，则可利用几何中的对称性知识，以解决重复书写同分异构体的问题，使书写过程得到简化。如前面的书写中，在确定支链的位置时，利用了碳链中的对称关系来简化书写数目：（2）中主链碳原子以③号碳为对称点，②、④号碳原子对称，故甲基连在②号碳原子上与连在④号碳原子上一样。（3）中以②、③号碳原子之间的键的中点为对称点。②、③号碳原子对称，两个甲基连在②号碳原子上与连在③号碳原子上一样。

3. 简约性

所谓简约性是指在书写同分异构体的最初阶段，只写出有关碳原子间的排列情况（即碳骨架），氢原子及其它原子开始时均不写出，待碳原子间的排列情况确定下来后，再依据有机分子中原子的成键数目确定每个碳原子上结合的氢原子（或其它原子与原子团）的数目，每个碳原子必须形成四个化学键（在饱和烃中每个碳原子必须与其它四个原子形成四个单键），氢原子、卤素原子只能形成一个键。这样做既有利于观察书写中是否有重复的结构，也可有效避免某个碳原子上结合的氢原子数目出现错误。因此前面所写的碳骨架上添加上相应的氢原子后即是符合题目要求的结构简式（水平方向上表示碳碳键的短线可省略）：

322223CH CH CH CH CH CH 、

3

3

22|

3CH CH CH HCH C CH -

3

3

2|

23CH CH HCH C CH CH 、3

32|

|

33

CH CH CH C CH CH 、

3

33

|

|

3CH CH HCH C H C CH -

推广应用：上述方法不仅可用于烷烃同分异构体的书写，也可用于其它类物质同分异构体的书写。

由此可知：书写同分异构体的过程为先写碳骨架，碳原子之间可形成链状（在其它类物质中还可形成环状、碳原子间可以形成单链、双键、叁键），然后再确定每个碳原子所结合的氢原子数目。

例2 试确定丙烷的三氯代物、五氯代物的同分异构体数目。

分析：丙烷分子中碳原子的结合方式是唯一的：C C C --，故它的三氯代物存在同分异构现象是因为氯原子取代的氢原子位置不同而引起的。由323CH CH CH 知：两个甲基是对称的，而②号碳原子上只有二个氢原子，故三个氯原子取代同一个碳原子上的氢原子情况只有一种：3

23CCl CH CH （先同），连在两个碳原子的结构有三种：Cl CH CCl CH 223、32CHClCH CHCl （再邻）、

Cl CH CH CHCl 222（后间）连在三个碳原子的结构有一种Cl ClCHClCH CH 22。故它的三氯代物共有五种（说明：卤素原子作为取代基，其位置不仅可以连在中间而且可连到两端的碳原子上）。丙烷的五氯代物数目仿照三氯代物形式直接进行分析，也可作如下换位分析：将533Cl H C 看作是三个氢原子取代了83Cl C 分子中的三个氯原子而得到的，三个氯原子相当于前面的三个氯原子。故其同分异构体数目为五种。 一般说来：m ＋n 等于烃分子中氢原子数目时，该烃的m 元、n 元取代产物的数目相等。