化学专题辅导9
专题九：同分异构体等问题的梳理和综合
[命题趋向]
《考试大纲》中对这部分内容的要求为：
（1）理解甲烷、乙烯、乙炔、苯、甲醛等典型分子的结构特征，并能由这些分子入手了解其它有机分子的结构，理解某些典型分子的空间结构特征，展开与分子空间结构有关的一些空间想像。
（2）能够识别结构式（结构简式）中各原子的连接次序和方式，能够识别基团、官能团，能够识别同系物和同分异构体。
（3）能根据分子式书写简单的同分异构体的结构简式，能根据结构简式判断是否互为同分异构体。
近几年高考试题中常见的题型有：
（1）根据结构简式判断是否互为同分异构体。一般是以选择题的形式出现。
（2）给出一种“新物质”，要求考生分析这种物质的性质、类别、同分异构体等。这里主要考查观察有机物结构简式、根据官能团分析判断有机物性质的能力。观察分析有机物的结构简式，从有机物结构简式中了解有机物的组成、官能团等信息是有机化学的一种基本能力。判断官能团的种类、根据官能团判断有机物的性质等是学习和研究有机物性质的一种基本技能。以一种“新有机物”为载体，可以更好地考测考生在新情景中解决问题的能力。
（3）利用同分异构体知识综合考查有机物结构类问题。同分异构体问题实质上有机物结构问题。
[知识体系和复习重点]
1．以同分异构为中心构建有机物结构方面的结构网络。
2．总结归类有关有机物官能团、类别、常见同分异构体的类型等。
3．复习过程除了对球棍模型、比例模型的认识外，还要注意不同分子结构之间的联系之处。复习中要注意将有机物结构跟无机物结构联系起来，如高考中经常考到的水分子、水合氢离子、氨分子、铵离子、甲烷分子、白磷分子等之间都可找到联系。请看下图：
复习中不要孤立地去认识某种分子的结构，要注意寻找它们之间的联系，从整体上去把握。还要多观察课本中出现过的分子结构模型，认识各类模型的表现形式，从中理解分子结构。
[典型题析]
[例1] （2004年南通市高三测试题）下图是某有机物分子的比例模型，有关该物质的推断不正确的是（ ）
A．分子中可能含有羟基 B．分子中可能含有羧基
C．分子中可能含有氨基 D．该物质的分子式可能为C3H6O3
[解析]答案为C。中学化学课本中有许多分子结构的模型图，主要有球棍模型和比例模型两种。对分子结构模型的认识，既需要一定的空间想像能力，也需要有关分子结构的基础知识。这样命题可以测试考生对分子结构和空间思维能力。
先观察题给模型，可得该模型所表示的分子中有三种原子（黑球3个、斜线球3个、小白球6个），再根据有机化合物中原子形成共价键的规律来分析处理观察结果，黑球应该是C原子、斜线球是氧原子、小白球是氢原子。
[例2]（2004年上海高考化学试题）某芳香族有机物的分子式为C8H6O2，它的分子（除苯环外不含其他环）中不可能有（ ）
A.两个羟基 B.一个醛基 C.两个醛基 D.一个羧基
[解析]答案选D。考查同分异构体的判断能力。同分异构体是一个重要概念，可以说同分异构体问题实际上是有机物结构问题，考查同分异构体的试题可触及到有机化学中的任何一块内容。以“根据分子式判断同分异构体”形式编制试题是考查同分异构体概念的常见题型。
根据题给分子可判断分子中只有一个苯环，由此入手可以写出如下所示的结构简式：
、C6H5COCHO、C6H4(CHO)2。
[例3]已知碳碳单键可以绕键轴自由旋转，结构简式为如下图所示的烃，下列说法中正确的是（ ）
（A）分子中至少有9个碳原子处于同一平面上
（B）分子中至少有10个碳原子处于同一平面上
（C）分子中至少有11个碳原子处于同一平面上
（D）该烃属于苯的同系物
[解析]要判断A、B、C三个选项的正确与否，必须弄清题给分子的空间结构。题给分子看起来比较复杂，若能从苯的空间结构特征入手分析就容易理解其空间结构特征。分析这一分子的空间结构时易受题给结构简式的迷惑，若将题给分子表示为如图所示，就容易将“一个苯环必定有12个原子共平面”的特征推广到这题给分子中。以分子中的左边的苯环为中心分析，这个苯环上的6个碳原子、直接连在这个苯环上的2个甲基中的碳原子、另一个苯环中在虚线上的3个碳原子，共有11个碳原子必定在同一平面。所以答案为C。
[例4]2002年诺贝尔化学奖的一半奖金授予了瑞士科学家库尔特维特里希，以表彰他“发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”。核磁共振技术是利用核磁共振谱来测定有机化合物结构，最有实用价值的就是氢谱，常用HNMR表示，如：乙醚分子中有两种氢原子，其HNMR谱中有两个共振峰，两个共振峰的面积比为3:2，而乙醇分子中有三种氢，HNMR谱中有三个峰，三个共振峰之间的面积比为3:2:1。
（1）请写出分子式C4H8在HNMR谱中两个峰面种为3:1的化合物的结构简式______。
（2）C4H10的HNMR谱有两种，其中作液体打火机燃料的C4H10的HNMR谱的两个峰的面积比为__________，结构简式__________；其同分异构体的两个峰的面种比为_________，结构简式为________________________。
[解析]题示信息“乙醚分子中有两种氢原子，其HNMR谱中有两个共振峰，两个共振峰的面积比为3:2，而乙醇分子中有三种氢，HNMR谱中有三个峰，三个共振峰之间的面积比为3:2:
所以答案为：
（1）分子式为C4H8的同分异构体有CH3CH2CH=CH2、CH3CH=CHCH3、CH2=C(CH3)2等，还有环丁烷、甲基环内烷等环烷烃。符合“两种氢原子（两个峰）”、“两类氢原子个数为3:1（共振峰面积之比为3:1）”这两项条件的只有CH3CH=CHCH3、CH2=C(CH3)2。
（2）作液体打火机燃料是正丁烷，正丁烷分子中有两类氢原子，个数比为3:2。所以答案为：3:2，CH3CH2CH2CH3；9:1，CH3CH(CH3)2。
[考题预测与专题训练]
1．某有机物结构简式为
，有关它的说法正确的是（
）
A．它属于芳香烃 B．分子中最多可能有23个原子共面
C．分子式为C14H8Cl5 D．1mol该物质能与6 molH2加成
2．右图是某有机物的球棍模型，下列关于该有机物的性质叙述中错误的是（ ）
A．能与NaOH发生中和反应 B．能发生缩聚反应
C．能发生加成反应 D．能发生水解反应
3．（1）2-氨基-5-硝基苯甲醚俗称红色基B，主要用于棉纤维织物的染色，也用于制金黄、枣红、黑等有机颜料，其结构简式如右所示。若分子式与红色基B相同，且氨基（―NH2）与硝基（―NO2）直接连在苯环上并呈对位时的同分异构体数目（包括红色基B）可能为（ ）
A．2种 B．4种 C．6种 D．10种
4．下列反应的产物中，有的有同分异构体，有的没有同分异构体，其中一定不存在同分异构体的反应是（ ）
A．异戊二烯（CH2=C(CH3)CH=CH2）与等物质的量的Br2发生加成反应
B．2―氯丁烷（CH3CH2CClHCH3）与NaOH乙醇溶液共热发生消去HCl分子的反应
C．甲苯在一定条件下发生硝化生成一硝基甲苯的反应
D．邻羟基苯甲酸与NaHCO3溶液反应
5．键线式是有机物结构的又一表示方法，如图I所表示物质的键线式可表示为图II所示形式。松节油的分馏产物之一A的结构可表示为图III。
（1）写出A的分子式___________________
（2）A在浓H2SO4的作用下加热，每一分子A可失去一分子水得不饱和化合物B。写出B可能的结构简式______________________________________________。
（3）C是B的同分异构体。其分子里也有一个六元碳环，其碳环上的碳原子均是饱和的。如果C分子中六元环上只有一个取代基，则C具有多种结构，请写出其中的两种结构（必须是不同类别的物质，用键线式表示）________________、________________________。
6．已知：①R―X+H2O 
R―OH+HX（R表示烃基，X表示卤原子）；②有机物分子中的硝基可转变成氨基：R―NO2+Fe+HCl
→ R―NH2+FeCl2+H2O未配平）
“对乙酰胺基酚”俗称“扑热息痛”，为白色晶体，具有解热镇痛药效。扑热息痛的一种生产流程如下：
（1）写出反应②、⑤的化学方程式：
反应②： 。
反应⑤： 。
（2）有人认为上述流程反应②应当放在反应③后进行，你认为是否合理，说明理由：
。
（3）对扑热息痛的下列说法中正确的是（选填序号） 。
a．在溶液中1mol扑热息痛最多与1mol NaOH反应 b．能与溴水反应使溴水褪色
c．在其分子中含有肽键 d．遇氯化铁溶液发生显色反应
（4）写出与扑热息痛互为同分异构体，且分子中含有苯环的α―氨基酸的结构______。
7．烷烃A只可能有三种一氯取代产物B、C和D。C的结构简式是
。B和D分别与强碱的醇溶液共热，都只能得到有机化合物E。以上反应及B的进一步反应如下图所示。
请回答：
（1）A的结构简式是 。
（2）H的结构简式是 。
（3）B转变为F的反应属于 反应（填反应类型名称）。
（4）B转变为E的反应属于 反应（填反应类型名称）。
（5）1.16gH与足量NaHCO3作用，标准状况下可得CO2的体积是 mL。
8．以石油产品乙烯为起始原料进行合成高分子化合物F和G，合成路线如图所示：
已知：E的分子式为C4H6O2，F的分子式为(C4H6O2)n（俗名“乳胶”的主要成分），G的分子式为(C2H4O)n（可用于制化学浆糊），2CH2=CH2+2CH3COOH+O2
又知：与
结构相似的有机物不稳定，发生分子重排生成
请回答下列问题：
（1）写出结构简式：E_______________，F___________________。
（2）反应①、②的反应类型。
（3）写出A
B、BC的化学方程式。
1BD。2D。3D（-OCH3可以变成-CH2OH、-OH和-CH3）。4D。
5．（1）C10H20O2。
（2）
。
（3）
。
6．（1）
（2）不合理。若先水解生成苯酚，由于苯酚有弱还原性，在下一步硝化时，强氧化性的浓HNO3、浓H2SO4会将苯酚氧化。
（3）b、c、d （4）
。
（反应①是苯的氯代反应，生成氯苯。反应②是氯苯的硝化，综合最后产物可判断这步反应中得到对硝基氯苯。反应③是苯环上的氯原子被取代，生成酚羟基。反应④硝基被还原成氨基。反应⑤是氨基中的氢原子被酰基取代）
7．（1）(CH3)3CCH2CH3。（2）(CH3)3CCH2COOH。
（3）取代。（4）消去。（5）224mL。
提示：“醇、醛、酸”转化关系成了判断卤代烃中氯原子位置的突破口。
8．（1）E为CH3COOCH=CH2，F为
。
（2）加成反应、水解反应。
（3）ClCH2CH2Cl+H2O
ClCH2CH2OH+HCl；
ClCH2CH2OHCH3CHO+HCl。
（根据合成路线中的反应条件易推出，A是ClCH2CH2Cl。B是HOCH2CH2OH还是ClCH2CH2OH呢？抓住AB、BC中的反应条件，可知AB发生了取代反应，BC发生了消去反应，所以可确定B是ClCH2CH2OH。C是CH3CHO，D是CH3COOH。在这个基础上，再结合E的分子式可推知E是乙酸乙烯酯。）