第五部分 同系物与同分异构体

第五部分同系物与同分异构体【高考要求】1、了解有机化合物数目众多和同分异构现象普遍存在的本质原因.2、理解同分异构、同系列等概念．能够识别结构式（结构简式）中各原子的连接次序和方式．并能辨认同系物和同分异构体.3、能够书写或补写同分异构体以及确定同分异构体的种类.一、同分异构体、同分异构现象和同系物的概念同分异构体的题型包括：（1）较简单有机物同分异构体（数目较少）的直接书写或数目判断；（2）在一定条件的限制下，书写较复杂有机物的同分异构体；（3）同分异构体与同一物质的迅速判断。

同分异构体是近几年高考中经常考查的基本内容，它不仅考查了学生的分析问题能力，还考查学生的空间想象能力，考查要求也不断提高，试题类型已由判断同分异构体数目向按要求书写同分异构体结构简式的方向深化．．。

因此一定要掌握从已知有机化合物的分子式，导出可能的同分异构体的结构简式这一基本技能。

1．同系物概念结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互称为同系物。

这一概念的特点：（1）概念外延所指的物质绝不能是单质，而是可形成一个系列的有机化合物。

（2）结构相似的同系物其化学性质也必然基本相似．．（但不相同）；物理性质应随分子量．．．的递变有规—CH3则地出现相应的递变。

eg：eg：溶沸点（3）互为同系物的各有机物其分子组成通式相同，进行物质的细腻分类，属同一类的有机物。

（4）分子组成相差一个或几个CH2原子团，其分子式必然不同，即在互称同系物的有机物中，不可能互称同分异构体。

（注意延伸）（5）同系物的判断规律:两同: 同通式, 同结构一差: 分子组成相差一个或若干个CH2原子团三注意: 同系物必须为同一类物质; 同系物结构相似但不一定完全相同；同系物间物理性质不同但化学性质相似.2．同分异构体的概念具有相同的分子式，但具有不同结构的化合物．．．互称为同分异构体。

这一概念的特点：(1)分子式相同，该物质的组成元素质量分数相同。

等质量的同分异构体其组成元素中同种元素质量也相同；按同一模式进行同一类型的反应时，所得同一反应产物的质量也相同。

(2)结构式不同，即分子结构(包括分子中原子的排列顺序和方式)不同，因此性质也必然不同，可属于不同类别的化合物。

(3)分子式相同，分子组成中就不能再相差一个或几个CH2原子团，因此在互称同分异构体的化合物中，不可能互为同系物。

3．同系物和同分异构体两概念的比较：（1）同系物结构相似，必为同一类物质，所以性质相似；同分异构体可能是同类物质或不同类物质，所以性质可能相似或不同。

（2）同分异构体的结构不同是指：①碳链骨架不同；②官能团在碳链上的位置不同；③官能团的种类不同。

（3）同分异构体的熔、沸点高低与支链（取代基）的多少有关，一般支链越多熔沸点越低。

如沸点：戊烷＞2-甲基丁烷＞2,2-二甲基丙烷。

4.同位素、同素异形体、同系物和同分异构体的比较5．同分异构的类型：分子式相同，原子间相互联结的方式次序不同，或原子在空间的排列方式不同的化合物互相称为同分异构体。

异构现象可分类如下：(1)碳链异构：由分子中碳原子排列顺序不同而产生的异构。

如正戊烷、异戊烷、新戊烷。

如：CH 3CH 2CH 2CH 3与H 3C —CH —CH 3 ；与 等等。

(2)位置异构：由分子中不饱和键或官能团在碳链或碳环上的位置不同而产生的异构。

如1：1-丙醇[CH 3CH 2CH 2OH]、2-丙醇CH 3—CH —CH 3；如2：与；H 3C ——OH 、H 3C — 与H 3C —(3)官能团异构：由分子中官能团不同而产生的异构。

常见的官能团异构主要有以下几种：①烯烃与环烷烃(通式为CnH 2n ， n ≥3) ②二烯烃与炔烃(通式为CnH 2n-2，n ≥4) ③饱和一元醇与醚(通式为CnH 2n+2O ，n ≥2) ④饱和一元醛、酮、烯醇(通式为CnH 2nO ，n ≥3) ⑤饱和一元羧酸、酯、羟基醛(通式为CnH 2nO 2，n ≥2) ⑥芳香醇、芳香醚、酚(通式为CnH 2n-6O ，n ≥7) ⑦硝基化合物与氨基酸(通式为CnH 2n+1NO 2， n ≥2) ⑧葡萄糖和果糖；蔗糖和麦芽糖注意：淀粉与纤维素尽管表示式相同，但不能称为同分异构体，实际上它们都是混合物。

|CH 3| OHHO |OH |异构现象构造异构碳链异构 位置异构 官能团异构 互变异构 价键异构顺反（几何）异构 旋光（对映）异构 构象异构立体异构同类异构异类异构（4）顺反异构顺反异构可以出现在某些结构的双键上，也可以出现在环上。

当双键的每个碳原子上均连有两个不同的基团时，而双键两个碳原子上有相同的基团，由于双键不能自由旋转，因此以两个双键碳的连线为界，观察双键上的原子或原子团时，可以看到下列（A ）（B ）两种情况：C==CC==C（A ） （B ）顺-2-丁烯反-2-丁烯在A 中相同基团处于双键同侧，因而被称为“顺式”；（B ）则被称为“反式”，在其结构中，相同基团处于双键两侧。

当情况比上述状态略为复杂时，例如2—戊烯，连在双键碳上是三种基团；氢、甲基和 乙基，此时可以将氢原子处于同侧者称为顺式，如（C ）、（D ）。

C==CC==C（C ）反式（D ）顺式（5）构象异构二、书写有机物同分异构体的方法：书写时遵循的一般规律：①先写碳链异构，再写官能团位置异构，最后考虑类别异构。

②主链由长到短, 支链由整到散, 位置由心到边, 排列由对到邻到间(一）烃的同分异构体的书写1、 烷烃的同分异构体数目为2 n – 4 + 1（4≤n ≤7）具体情况如下：当n = 4时：24 – 4 + 1=2（种），即正丁烷、异丁烷。

当n = 5时：25 – 4 + 1=3（种），即正戊烷、异戊烷、新戊烷。

当n = 6时：26 – 4 + 1=5（种），碳架如下：CH 3 H 3CH H CH 3H 3C H H CH 2CH 3 H 3C H HCH 2CH 3H 3C H H椅式船式①C —C —C —C —C —C②C —C —C —C —C③C —C —C —C —C④C —C —C —C⑤C —C —C —C当n=7时：27 – 4 + 1=9（种）（由学生写出）。

2、烷烃的一氯代物只有一种的书写（说明烷烃分子中所有氢原子都是等同的，符合这一条件的烷烃中，最简单的是甲烷（CH 4）和乙烷（C 2H 6），以此为基础，分别用甲基全部取代甲烷和乙烷分子中的氢原子，得到相应的烷烃其一氯代物都只有一种）如： CH 4→C 5H 12→C 17H 36→C 53H 108→ …… C 2H 6→C 8H 18→C 26H 54→C 80H 162→ ……3、、烯烃的同分异构体的书写【例】C 5H 10分别有几种同分异构体？所给分子均含有5个碳原子，5个碳原子的碳链有几种不同形式，是解答此题的基础。

其次是分析类别异构(官能团异构)。

C 5H 10 (10种)：烯+环烷4、烷基（-C n H 2n+1）的数目为2 n – 2种（2≤n ≤5） n = 2时：—C 2H 5的结构只有1种（乙基）。

n = 3时，—C 3H 7有2种，即：—CH 2CH 2CH 3 (正)丙基，—CHCH 3异丙基n = 4时，—C 4H 9有4种，即：—CH 2CH 2CH 2CH 3、—CH 2CHCH 3、—CHCH 2CH 3、—C —CH 3n = 5时，—C 5H 11有8种（由学生来完成）。

CH 3||CH 3 |CH 3 |CC|| C |CC||CCH 3 | CH 3 |注意运用 * * * * 5、苯环上同分异构体的书写①苯和甲苯都没有同分异构体，乙苯等其他苯的同系物，由于取代基在苯环上的相对位置不 同因此存在同分异构体。

【例1】分子式为C 8H 10的同分异构体有四种：【例2】分子式为C 9H 12的同分异构体有8种：②苯的同系物被一个原子团取代，【例1】：H 3C— 含苯环的同分异构体（5种）OH| O —CH 3【例2】： 含萘环的同分异构体（18种）【例3】二甲苯的取代①邻二甲苯的一氯代物：（3种）②间二甲苯的一氯代物：（4种）③对二甲苯苯环上的一氯代物：（2种）6、多环芳香族化合物（注意单键可以旋转）一氯代物 种？；二氯代物 种？？？一氯代物 种？；二氯代物 种？ ？?例：金刚烷的取代物同分异构体一元取代物：二种 二元取代物：六种 亚甲基二元取代物：三种—CH 3OH |发散：ⅰ二甲苯苯环上的一氯代物多少种？ ⅱ二甲苯苯环上的二氯代物多少种？ ⅲ二甲苯加H 2后的产物的二氯代物多少种？ 酚醚 2种 醇 2种α—7种 β—7种—CH OH |α ·β·α0 1 · α0 2 · · β0 1 β)· 0β· · 0 0 α07、多卤代——注意变换方法注意：判断因取代基位置不同而形成的同分异构体时可采用“对称轴”法。

即在被取代的主体结构中，划对称轴，取代烃只能在对称轴的一侧，或是在对称轴上而不能越过对称轴(针对一元取代物而言)。

因此，邻、间、对二甲苯苯环上的一元取代物分别有2、3、1种。

(二）、烃的衍生物同分异构体的书写（记住几种常见烃基异构体）【例1】C 5H 11OH 的同分异构体有 种在烃和含氧衍生物的分子式中必然含有这样的信息：该有机物的饱和程度。

因此分析分子中C 、H 的数量关系，便可推知其分子中是否有双键、叁键等不饱和结构。

【例2】C 4H 10O 2的结构特征分析：分子中4个碳原子结合10个氢原子，这是饱和的，所以在其分子中不可能有双键、叁键以及环状结构，而只能是原子间以单键连接的链状结构。

即C 4H 10O 2可为二元醇、醚等物质。

【例3】C 3H 6O 的结构特征分析：分子中C 3H 6告诉我们该分子具有不饱和结构：含1个双键(可以是C=C 也可是C=O)或者1个环状结构。

小结：通常情况下书写异构体结构简式时应根据分子式先确定可能的官能团异构有几类，然后在每一类异构中先确定不同的碳链异构，再在每一条碳链上考虑官能团的位置异构有几种，这样考虑思路清晰，书写有序，思维不会混乱。

要防止书写时出现重复或遗漏等情况。

书写同分异构体结构简式时还必须要遵循碳原子价数为4，氧原子价数为2，氢原子价数为1的原则。

Eg ： C 3H 8的6氯代物种类=2氯化物的5氯代物种类=3氯化物C 10H 8同分异构体训练题一、选择题1、已知丁基有4种，不必试写，立即可断定化学式为C 5H 10O 的醛有（ ）A 、3种B 、4种C 、5种D 、6种提示 戊醛（C 5H 10O ）是由丁基（—C 4H 9）和醛基（—CHO ）构成，即C 4H 9—CHO ，2、某物质化学式为C 5H 10O 2，其水溶液pH 小于7，其可能的结构有（ ） A 、4种 B 、5种 C 、6种 D 、7种3、化学式为C 5H 12O 的醇，其中能氧化成醛的有（ ）A 、3种B 、4种C 、5种D 、6种4、具有相同分子式的几种一溴代烷，其水解后的产物在红热的铜丝催化下，最多可被氧化成4种不同的醛。