同分异构问题

唐荣德

一、概念

① 化合物，② 分子式同，③ 结构不同，④ 性质有别。

要害是②和③。

二、类型

① 碳链异构：由支链的数目、大小和位置所引起的异构；

② 位置异构：由同种官能团的不同位置所引起的异构；

③ 种类异构：由不同官能团所引起的异构。

三、几类同分异构

① CnH2n：(n≥3) 烯烃和环烷烃；

② CnH2n－2：(n≥3)二烯烃和炔烃；

③ CnH2n＋2O：(n≥2)饱和一元醇和饱和一元醚；

④ CnH2nO：(n≥2)饱和一元醛、烯醇和环氧烷；(n≥3)饱和一元酮；

⑤ CnH2nO2：(n≥2)饱和一元羧酸、饱和一元羧酸饱和一元醇酯；

⑥ CnH2n＋1O2N：(n≥2)氨基酸、硝基化合物和亚硝酸酯；

⑦ CnH2n－6O：(n≥7)酚、芳香醇和芳香醚。

四、几种非凡的同分异构体

① C8H8：苯乙烯和立方烷；

② C8H10：乙苯和邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯；

③ C6H12O6：葡萄糖和果糖；

④ C11H22O11：蔗糖和麦芽糖；

⑤ CH4ON2：尿素[CO(NH2)2]和氰酸铵[NH4CNO]。

五、书写方法：

① 截长变支法(适用于碳链异构)；

对于链烃，可采用此法。先直链，后支链。每次把主链碳原子数减一个来作支链，支链的位置：若有对称面的，从边二到中；若无对称面的，从左二到右二。(注重：支链接在端头无意义！)支链的数目：由少到多。支链的大小：由小到大。两个支链的关系：邻—间—对。按此顺序书写就不会漏写同分异构体。

主链：由长到短。

支链：碳原子数——由短到长；

个数——由少到多；

位置——由边2到中，(注重对称因素)；

支链间关系——邻、间、对。

碳链由长到短，支链由整到散，取代基的位置由中心到边缘；芳烃的排法最好按照邻、间、对的顺序，以免重复或遗漏。

② 亚甲基移位法(适用于烃的衍生物)。

对于烃的衍生物，可用此法，将左边的亚甲基依次移向右边，即形成不同的同分异构体。

考虑异构体的顺序是：种类异构 位置异构 碳链异构，书写顺序是：碳链异构 位置异构 种类异构。

③ 残基分析法

对于复杂的有机物，且要求按条件书写同分异构体，可采用此法。首先考虑主体组成，然后从总的组成中减去主体后的剩余部分(即残基)，再按条件确定残基可能的结构，从而写出符合题意要求的同分异构体。

六、判定同分异构体数目

1．等效氢法

烃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”判定。判定“等效氢”的三条原则是：

① 同一碳原子上的氢原子是等效的；如甲烷中的4个氢原子等同。

② 同一碳原子上所连的甲基是等效的；如新戊烷中的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。如乙烷中的6个氢原子等同，2,2,3,3—四甲基丁烷上的24个氢原子等同，苯环上的6个氢原子等同。

2．轴线移动法

对于多个苯环并在一起的稠环芳烃，要确定两者是否为同分异构体，则可画一根轴线，再通过平移或翻转来判定是否互为同分异构体。

3．定一移二法

对于二元取代物的同分异构体的判定，可固定一个取代基位置，再移动另一取代基位置以确定同分异构体数目。

4．排列组合法

排列组合的方法非凡适用于多元取代基所形成的同分异构体数目的确定。

七、辨认互为同分异构体，或为同一物质的方法

① 碳、氢等元素的原子个数(即分子式同)；

② 头和尾的个数；

③ 支链位置(注重对称)；

④ 命名，看名称是否相同。

八、其它

1．烷烃只有碳链异构。对于CnH2n＋2的烷烃，可能出现最大取代基(碳原子数为x)的关系是：3x＋1＝n。

2．同分异构体中，随碳原子数的增加，最先出现种类异构，其次出现位置异构，最后出现碳链异构。

① 链烃、环烃从3个碳原子起出现种类异构，从4个碳原子起出现碳链异构和位置异构；

② 烷基苯从8个碳原子起出现同分异构；

③ 脂肪族一卤代烃，从3个碳原子起出现位置异构；脂肪族二卤代烃，从2个碳原子起出现位置异构；芳香族一卤代烃，从7个碳原子起出现位置异构；芳香族二卤代烃，从6个碳原子起出现位置异构。

④ 脂肪族一元醇，从2个碳原子起出现种类异构(醇和醚)，从3个碳原子起出现位置异构和碳链异构；芳香醇从7个碳原子起产生种类异构(醇和醚)。

⑤ CnH2nO，从2个碳原子起产生同分异构体：醛、环氧烷和烯醇；从3个碳原子起产生同分异构体：醛、酮、烯醇和环氧烷。

⑥ CnH2nO2，从2个碳原子起出现种类异构：羧酸和酯。

⑦ “两种烃的组成相同，分子量相同，但结构不同，因而性质不同，它们一定互为同分异构体。” 此说法不对。如：

M 128 142 156 ……

烷烃 C9H20 C10H22 C11H24 ……

萘系芳烃 C10H8 C11H10 C12H12 ……

九、练习题

1．互为同分异构体的物质不可能 ( )

A. 具有相同的相对分子质量 B. 具有相同的结构

C. 具有相同的通式 D. 具有相同的分子式

2．有三种不同的基团，分别为－X、―Y、―Z，若同时分别取代苯环上的三个氢原子，能生成的同分异构体数目是 ( )

A. 10 B. 8 C. 6 D. 4

3．C6H14的各种同分异构体中，所含甲基数和它的一氯取代物的数目与下列相等的是

( )

A. 2个－CH3，能生成6种一氯代物 B. 3个－CH3，能生成4种一氯代物

C. 3个－CH3，能生成5种一氯代物 D. 4个－CH3，能生成4种一氯代物

4．分子式为C5H12O2的二元醇，有多种同分异构体，其中主链上碳原子数为3的同分异构体数目为m，主链上碳原子数为4的同分异构体数目为n，下列各组数据中m和n均正确的是(不包括一个碳原子上连接两个羟基的化合物) ( )

A

B

C

D

m

1

1

2

2

n

6

7

6

7

C＝C

Br

Br

13

15

Br

Br

15

17

Br

Br

15

17

Br

Br

15

13

Br

Br