同系物与同分异构体

1、同系物与同分异构体一、同系物1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。结构相似是指必须是同类物质，即有机物官能团的种类.和个数要相同；组成上相差一个或若干个 CH2原子团是指其通式必须相同。只有同时具备二条件的有机物才互为同系物。2. 同系物的判断方法判断有机物是否是同系物需要注意以下三点：a、 同系物必须符合同一通式 ，但通式相同的不一定是同系物，如有机物的同分异构体均不是同系物。b、同系物结构一定相似，但结构相似的不一定是同系物，如有机物的碳链异构和位置异构体。c、 同系物的分子组成上相差一个或若干个:CH2：原子团，例如苯酚与苯甲醇在分子组成上相差一个

2、 “ CH2”原子团，但它们不是同一类物质，所以也不是同系物。二、同分异构现象及同分异构体1概念：具有相同的分子式而又具有不同结构的化合物互称为同分异构体。2. 同分异构体的特点：(1)同分异构体具有相同的分子式、相同的最简式、相同的式量和相同的元素组成。分子式相同是前提条件。(2 )结构不同指的是：碳链骨架不同；官能团在碳链上的位置不同；官能团的种类不同。 同分异构体也存在于无机物和有机物之间，无机物与无机物之间(了解即可)。如：尿素C0(Nf)2和氰酸铵NH4CNO互为同分异构体。3.同分异构体的书写同分异构体的书写通常是按碳链异构t位置异构t类别异构的顺序书写， 易漏写和重写，如写分子式

3、为碳链异构： CH2=CHCHCH2CH3 CH2=C(CHj)CH2CH3 Cf=CHCH(CH)CH3位置异构： CH3CH=CHCHCH3 (Cf)2C=CHCH类别异构：环戊烷 甲基环丁烷 碳链异构3种，位置异构 同分异构体的种类： 碳链异构：指碳原子之间连接成不同的链状或环状结构而造成的异构。如 即正戊烷、异戊烷和新戊烷。位置异构：指官能团或取代基在在碳链上的位置不同而造成的异构。如 醇与2丙醇、邻二甲苯与间二甲苯及对二甲苯 。若不按一定的顺序书写容C5Hio的同分异构体。1 戊烯2 甲基一1丁烯3 甲基一1 丁烯2戊烯2 甲基一2丁烯1 , 1 二甲基环丙烷 1 , 2二甲基环丙烷

4、 2种，类别异构5种，总共十种。乙基环丙烷C5H12有三种同分异构体,1 丁烯与2 丁烯、1 丙异类异构：指官能团不同而造成的异构，也叫官能团异构。如1丁炔与1, 3丁二烯、丙烯与环丙烷、乙醇与甲醚、丙醛与丙酮、乙酸与甲酸甲酯、葡萄糖与果糖、蔗糖与麦芽糖等。其他异构方式：如顺反异构、对映异构(也叫做镜像异构或手性异构)等，在中学阶段的信息题中屡有涉及。各类有机物异构体情况：CnH2n+2：只能是烷烃，而且只有碳链异构。如CH3(CH2)3CH3 CH3CH(CF3)CH2CH3 C(CH04CnH2n :单烯烃、环烷烃。如 CH2=CHCHCH3、CfCH=CHCH、CH2=C(Cf)2、,C

5、蛙 、CH2 CH CfCnH2n-2：炔烃、二烯烃、环烯烃。如:CH三CCfCH、CfOCCHj、CH2=CHCH=CHCnH2n-6：芳香烃（苯及其同系物）CnH2n+2O :饱和脂肪醇、醚。如:CnH2nO：醛、酮、环醚、环醇、烯基醇。如：/、CH2 CH2、CH2 ch_ CH3O 一夬CnH2nO2：羧酸、酯、羟醛、羟基酮。如：CH3CH（OH）CHO CH3COCHOHCnH2n+lNO2：硝基烷、氨基酸。如：CH?CH3CH3。如：CH3CH2CH2OH、CH3CH(0H)CHs、CH3OCH2CH3CH3CH2CHO CH3COCHP CH2=CHCHOH、 /CH?CH2CH

6、- OHCH3CH2COOH CHCOOCH、HCOOCHCH3、HOCfCfCHOCH2 CH2CH2 CH2CH3CH2NO2、H2NCH2COOHCn（H2O）m :糖类。如：C6H12O6： H2OH（CHOH4CHO, CHOH（CHOHCOCHIOH夂芽CI2H22O11：蔗糖、麦芽糖。一、同分异构体数目的判断方法1 记忆法。记住已掌握的常见的异构体数。例如：（1）凡只含一个碳原子的分子均无异构体；甲烷、乙烷、新戊烷（看作CH的四甲基取代物）、2, 2, 3, 3-四甲基丁烷（看作乙烷的六甲基取代物）、苯、环 己烷、C2H2、C2H4等分子的一卤代物只有一种。（2）丙基、丁烷有两种

7、；戊烷、二甲苯有三种。2. 基兀法。例如：丁基 （C4H9 ）有4种，则丁醇（C4H9 OH）、一氯丁烷（C4H9 Cl）或GHio的一氯代物、 戊醛（C4H9 CHO）戊酸（C4H COOH等都有4种（均指同类有机物）。3. 替代法。例如：二氯苯GH4CI2有3种，四氯苯也有3种；又如CH卤代物只有一种， 新戊烷C（CH）4 的一卤代物也只有一种。4. 判断有机物发生取代反应后，能形成几种同分异构体的规律，可通过分析有几种等效氢原子法 （又称对称法）来得出结论。（1）同一碳原子上的氢原子是等效的。（2）同一碳原子上所连甲基上的氢原子是等效的。（3）处于镜面对称位置上的氢原子是等效的（相当于平

8、面镜成像时，物与像的关系）3、判断同分异构体的常见方法：记忆法： 碳原子数目15的烷烃异构体数目：甲烷、乙烷和丙烷均无异构体，丁烷有两种异 构体，戊烷有三种异构体。 碳原子数目14的一价烷基：甲基一种（一 CH3）,乙基一种（一CH2CH3）、丙基两种（CfCHbCf、一 CH（CH）2）、|丁基四种（一CH2CH2CH2CH3、CH3CHCHCH3、一 CH2CH（CHs）2、一 C（CHI）3） 一价苯基一种、二价苯基三种（邻、间、对三种）。 基团连接法：将有机物看成由基团连接而成，由基团的异构数目可推断有机物的异 构体数目。女口：丁基有四种，丁醇（看作丁基与羟基连接而成、也有四种，戊醛、

9、戊酸（分别 看作丁基跟醛基、羧基连接而成）也分别有四种。 等同转换法：将有机物分子中的不同原子或基团进行等同转换。女口：乙烷分子中共有6个H原子，若有一个H原子被CI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CI原子转换为H原子，而H原子转换为CI原子，其情况跟一氯乙烷完全相同，故五氯乙烷也有 一种结构。同样，二氯乙烷有两种结构，四氯乙烷也有两种结构。 等效氢法：等效氢指在有机物分子中处于相同位置的氢原子。等效氢任一原子若被相同取代基取代所得产物都属于同一物质。其判断方法有： 同一碳原子上连接的氢原子等效。 同一碳原子上连接的 一CH3中氢原子等效。如：新

10、戊烷中的四个甲基连接于同一个碳原子上，故新戊烷分子中的12个氢原子等效。 同一分子中处于镜面对称（或轴对称）位置 分子中的18个氢原子等效。四、同分异构体推断方法举例1 抓住题干暗示，缩短思维时间【例1】已知一氯戊烷有8种同分异构体，不必试写，立即可推断戊醇 有种烃的氢原子等效。如：CH3CC （属于醇类）的同分异构体数目A 6种 B 7种 C 8种 D 9种解析本题设计的“不必试写”是一个暗示，它告诉答题者的思维方向，应沿着官能团的转换去巧 妙推测，一0H换相应的一CI,其它基团不变。【答案】C2 进行思维转换，开辟思维捷径【例2】二溴苯的同分异构体有 3种，则四溴苯的同分异构体有 种A 3

11、种B 4种 C 5种 D 6种解析对此题，学生往往按部就班地去写四溴苯的同分异构体，恰好落入命题者的圈套， 不可自拔,实际上，只要观察分子式：C6H6tC6H4Br2tC6H2Br 4，将二溴代物变换为二氢代物，其异构体数与四溴代物等价。【答案】A3.注重结构特点，增大思维跨度【例3】用式量为43的烷基取代甲苯苯环上的一个氢原子，所得到的化合物可能有:A 3种B 4种解析经计算此题中式量为甲苯苯环上的位置异构推知有邻、【答案】D4 调整先后顺序，排除思维干扰【例4】苯环上连有一个一A 3种 B 4种解析学生如果先将一C 5种D 6种43的烷基为一C3H7 ,根据烷基的碳链异构有丙基和异丙基两种

12、；又根据间、对三个位置可被取代，所以两烷基各得3种异构体。X和3个一Y基的有机物结构简式有C 5种 D 6种X排上苯环，再用三个一Y基取代，则思维混乱， 易选错B和D。如果将多个基团的一Y先排到苯环上，得三种结构形式：YY然后再将逐一用（一 X）取代， 式有2种，式有3种，式有1种，故取代后共有6种。【答案】Co5 克服思维定势，诱导思维发散【例5】已知甲苯的一氯代物有 4种，则甲苯完全氢化后的环烷烃的一氯代物有（）A 3种 B 4种 C 5种 D 6种解析学生受思维定势的影响，认为甲苯完全氢化后形成的环烷烃基本碳骨架和氯原子的位置与原 来相同，保持不变，则误选为 B。倘若思维一经发散，想到加

13、氢后虽然基本碳骨架和氯原子的位置相对 不变，但氢原子相应增加，即增加取代机会，所以取代产物也相应增加。【答案】C。6 利用题目信息，减少思维容量【例6】1,2,3 三甲基环丙烷的3个苯基可以分布在环丙烷环平面的上下，因此有如下2个异构体。是苯基，环用键线表示，C、H原子都未画出据此，可判断1,2,3,4,5 五氯环戊烷（假定五个碳原子也处于同一平面上）的异构体数是（）A 3种 B 4种 C 5种D 6种解析对于环烷烃学生很生疏，判断环烷烃的同分异构体更是难度很大，思维容量也比较大，如果我们善于利用题中信息，分析1,2,3三甲基环丙烷的空间结构，可看出苯基处于平面的上方或下方。由此推导1,2,3

14、,4,5 五氯环戊烷的异构体数有：氯原子全部在面上（或面下）一种；4个氯原子在面上，一个氯原子在面下一种；3个氯原子在面上，2个氯原子在面下二种。异构体共有4种。【答案】B7 .等效氢法利用“等效氢法”判断同分异构体要掌握如下三条原则：同一碳原子上的氢原子等效；同一碳原子所连甲基上的氢原子等效；处于镜面（m）对称位置上的氢原子等效。【例7】进行一氯取代反应后，只能生成三种沸点不同产物的烷烃是（）A、(CH3)2CHCH2CH2CH3B、(CHCH2)2CHCHC （CH3）2CHCH（CH）2D、（CH3）3CCH?CH3解析确定烃的一卤代物的同分异构体的数目，关键是找出烃中有多少种“等效氢原

15、子”或多少种 “不等效氢原子”，烃分子中有多少种不等效氢原子，就有多少种一卤代物。将本题各选项按四价展开 碳链，然后按上述三条原则判断。A、a b c d eCH3CH- CH2 CH?CH3CHaa b c b aB、CH3CH2CHCH2CH3一 a C、CH3 b b ach-cHch3D、CHadCH3a I b cCH3CHCH? CH3CH3CH CHA项据上述原则、可知： a上六个氢原子等效，b上一个氢原子，c上两个氢原子等效，d上两 个氢原子等效，e上三个氢原子等效，故有 a、b、c、d、e五种氢原子，即五种一卤代物。同理， B项 据原则、知，共有 a、b、c、d四种氢原子。C

16、项据原则、知，共有两种氢原子。 D项据 原则、可判断共有三种氢原子。【答案】Do【例8】下列芳香烃的一氯代物的同分异构体数目最多的是（）A、； 蒽B、匚菲cm 连三苯D、连二苯解析本题采用对称法求同分异!构体数目，m;m，_ 1 -匕莓 ! 1 A（3 种）B（5 种）C（4 种）D（3 种）【答案】B。8. 发散思维法【例9】分子式为C7H16的烷烃中，含有三个甲基的同分异构体的数目是（）A、2种B、3种C 4种D、5种解析如果只考虑两个甲基在碳链两端，余下一个甲基做取代基，会错选A。若把思维发散，考虑到其他烷基照样含有甲基，就不会受三个甲基的假象蒙蔽。可会选择乙基（CfCHb）作取代基，这

17、样可得同分异构体的数目为三个。它们的碳架分别如下：cc ccc cc-CC c-ccc CC-C一CcCcC【答案】B【仿真训练】1某化合物A的分子式为C5H11CI分析数据表明，分子中有2个一CH3,2个一CH2, 1个和1个一CI，一它可能的结构只有四种，请写出这四种可能的结构简式。2. 写出的二氯取代物的所有同分异构体。3. 某烃的一种同分异构体只有一种一氯代物，该烃的分子式可能是A C3H8B C4H10C C5H12D C6H144在抗击非典型肺炎期间，过乙酸（过氧乙酸）曾被广泛用作消素剂。已知硫酸和过氧硫酸的结构简 式如下：OO硫酸：H 0S O H过硫酸HOS- O O HIII

18、IOO请从以下几个分子式中选择出过氧乙酸的同分异构体。OOOHOCH2 C OHHOOC- C HHOCOCHOCH3COOH5 当有机物分子中的一个碳原子所连四个原子或原子团不相同时, 此原子就是手性碳原子，含有手性碳原子的物质往往具有旋光性，H存在对映异构体，如下列化合物中存在对映异构体的是()CH3 C OHIClC2H5CH=CH CH(CH 3) CH=CHC 2H5C6H5 CH CH 3IOHHCOOHCTBrINO26.下列物质中，互为同系物的是 位素的是是_、，互为同素异形体的是属于同一种物质的是,互为同，互为同分异构体的金刚石与石墨35CI 与 37ClCHSCH CHs

19、与CH2CH3CH3CHCH3 ch、(CH3) 2CH2 与 C (Cf) 4液氯与氯气2甲基戊烷与2, 3二甲基丁烷MBBA是一种研究得较多的液晶化合物。它可以看作是由醛7、液晶是一类新型材料。 和的产物。A和胺B去水缩CHC CH=N 一 CH2CH2CH2CH3 (MBBA)CfC ：一:- CHO(醛A)CH3CH2CH2CH2 一一 NH2(胺B)(1) 对位上有C4H9的苯胺可能有4种异构体，它们是：CH3CH2CH2CH2-NH2、(CH3)2CHCH - NH?、6个，它们是:H3(2) 醛A的异构体甚多。其中属于酯类化合物，而且结构式中有苯环结构的异构体就有-COOCH -

20、 O - QCHk HCOO-CH3HCOOO8、2000年，国家药品监督管理局发布通告暂停和销售含苯丙醇胺的药品制剂。苯丙醇胺(英文缩写为PPA)结构简式如下：CH CH ch3OH NH2其中代表苯基。苯丙醇胺是一种一取代苯，取代基是：CH CH CH3OH NH2(1) PPA的分子式是： 。(2) 它的取代基中有两个官能团，名称是 基和基。(填写汉字)(3)是：将一、H2N 、H0再碳链上的位置作变换，可以写出多种同分异构体，其中5种的结构简式 一 CH2 CH CH2OH NH211、已知有机物 A的结构简式为OCH3 OCH- CH- CH3CH- CH- CH3 NH2OH NH

21、20HCH- CH- CH3CH- CH2 CH2 0HNH2 OHNH2请写出另外4种同分异构体的结构简式(不要写出一0H和一NH2连在同一个碳原子上的异构体，写出多于4种的要扣分)：9、维生素K是有机物A的衍生物，A的结构简式如右图所示，A的化学式是 , A的一种统分异构体 B属于萘的衍生物，且不含有-CH3基，该有机物的结构简式是 (任写三种)10、某烃A,分子量为140,其中碳的质量分数为 0.857。A分子中有两个碳原子不与氢直接相连。A在一定条件下氧化只生成 G, G能使石蕊试液变红。RiHRi已知C=C 氧化卜.C=O + RCOOH试写出：R2R3R2(1) A的分子式(2)

22、化合物A和G的结构简式G)可能有种。(3) 与G同类的同分异构体(含(1) A的化学式是 。(2) 1molA最多可以与 molH 2在Ni催化剂作用下反应，反应后的物质1个分子比相同碳原子数的烷烃少 个氢原子。(3) 有机物B是A的同分异构体，但 B是萘的衍生物 若萘环上只有一个取代基，则B可能的结构有 种。 若萘环上含有两种不同的取代基，则B可能的结构有 种。答案：1解析：（1 ）先写出含5个碳原子的直链碳架，找出不同位置碳，然后确定氯原子的位置，就可写出 两种：CH3ch C血一CH2CH?CH3CH3CH2CH3ClCl（2）缩短主链：以四个碳原子为主链，一个甲基作支链，写出碳架结构式

23、，根据题目要求，此时 氯原子的位置只能放在端位碳原子上，改变甲基的位置又可以写出两种。CH3CH2CHCHClCHsCH CHjCHj Clch3ClO OClO OCH；对于二元或多元取代物书写，一般说来先写一元取代物的同分异构体，然后以一元取代物为母体，再写二元取代物的同分异构体，多元取代物的同分异构体的书写与此类似。2. （1）先写出一氯代物：一氯代物等于烃分子等性氢的种类数，可以通过旋转、翻转180后比较，所以可以写出如下两个一兀如果重合则为同一物质。 依此方法，该有机物一氯取代物中等性氢有两种， 取代物。（2）再以该有机物的一氯取代物为母体，再进行一次一元取代，进而完成该有机物的二元

24、取代。需注 意，在书写第二组时，与第一组氯原子等效的位置不要再进行取代，否则会造成重复。这样，按照先固 定一个Cl的位置，移动另外一个 Cl，就得到该有机物二氯取代物有10种（下图中X表示另一个Cl原子的位置）。ClCl（3种）X3解析：由题意可知，某烃的一种同分异构体只有一种一氯代物，说明该烃分子中等性氢原子只有一种，因为10个碳原子之内的烷烃中等性氢只有一种的有：甲烷、乙烷、新戊烷、2, 2, 3, 3四甲基丁烷，对照四个选项，答案应为C。4 解析：根据阿伏加的罗定律可知，同温同压同体积的乙和丙的物质的量相等，又因为乙和丙的质量 相等，所以乙和丙的摩尔质量相等，所以乙的分子式为C4H8O2

25、，丙的分子式为 GH12O,符合乙的分子式为C4H8O2的异构体有2种，符合丙的分子式为 C5H12O的异构体有8种，则甲的可能结构有 16种，所以本题答案应选 Co |5 解析：这是一道有机信息题，在高中化学教材的有机化学部分没有涉及到过氧乙酸，解决本题的关 键是根据题中信息，确定过氧乙酸的结构简式，然后再根据同分异构的概念来找出与过氧乙酸具有相同 的分子式，但结构不同的异构体。根据题中信息，硫酸t过硫酸，只是在硫酸的分子结构中的S O H中增加了一个氧原子，即 S-OO H,乙酸T过氧乙酸亦应如此即 CH3COOFR CfCOO OH (的结构)，比较上述四个结构，为过氧 乙酸。或与分子式相同， 但结构不同，所以和过氧乙酸是同分异构体，而与的分子式不相同，故不属于同分异构体。6.解析；