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CO(NH2)2和氟酸俊NH4CNO互为同分异构体。3 .同分异构体的书写若不按一定的顺序书写容同分异构体的书写通常是按碳链异构一位置异构一类别异构的顺序书写

3、,易漏写和重写，如写分子式为碳链异构：C5Hio的同分异构体。 CH2=CHCH>CH2CH3 1 一戊烯 CH2=C(CH3)CH2CH3 CH2=CHCH(CH)CH3位置异构：2一甲基一1一丁烯3 一甲基一1一丁烯 CH3CH=CHCHCH3(CR)2C=CHCH类别异构：2戊烯2 一甲基一2一丁烯碳链异构3种，位置异构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 一丁烯与2 丁烯、1 一丙环戊烷 甲基环丁烷 1, 1一二甲基环丙烷1, 2一二甲基环丙烷4、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

4、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 。异类异构：指官能团不同而造成的异构，也叫 官能团异构。如1一丁快与1, 3一丁二烯、丙烯与环 丙烷、乙醇与甲醍、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。(4)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。5、各类有机物异构体情况： CnH2n+2：只能是烷烧，而且只有碳链异构。如CH3(CH2)3CH3、CH3CH(CH)CH2CH3、C(CH3)4 CnH2n：单烯烧、环烷烧。如 CH2=CHCHCH3、CH3

5、CH=CHCH、CH2=C（CH3）2、CH2、CH2 CH2I ICH2-CH2 CnH2n-2：快烧、二烯煌、环烯煌。如：CH三CCCH、CRC=CCH、CH2=CHCH=cH£H3CH2CH CH3CnH2n-6：芳香煌（苯及其同系物）。如：O1-CH?CKTCH3 (6)CnH2nO：醛、酮、环醛、环醇、烯基醇。如:尸' 、CH2CH2、CH2-CH-CR''OCH2CnH2nC2：竣酸、酯、羟醛、羟基酮。如： CnH2n+2O:饱和脂肪醇、醛。如：CH3CH2CH2OH、CHaCH（OH）CH、CH3OCH2CH3CH3CH2CH。CH3COCH、C

6、H2=CHCH2OH、/CH2CH2CH- OHCH3CH2COOH CH3COOCH、HCOOCHCH3、HOCIiCHhCH。CH3CH(OH)CHO CH3COCHOH CnH2n+lNO2：硝基烷、氨基酸。如：CH3CH2NO2、H2NCH2COOH Cn(H2O)m：糖类。如：C6H12O6： H20H(CHOH'CHO, CH20H(CHOH)COCHOHG2H22O11：蔗糖、麦芽糖。、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

7、基丁烷（看作乙烷的六甲基取代物）、苯、环 己烷、GH2、GH等分子的一卤代物只有一种。（2）丙基、丁烷有两种；戊烷、二甲苯有三种。2 .基元法。例如：丁基 （C4H9-）有4种，则丁醇（C4H9OH）、一氯丁烷（C4H9Cl）或CHw的一氯代物、 戊醛（C4H9CHO）戊酸（C4HsCOO时都有4种（均指同类有机物）。3 .替代法。例如：二氯苯QH4CI2有3种，四氯苯也有3种；又如CH一卤代物只有一种， 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

8、。（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的烷烧异构体数目：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（CH3）,乙基一种（一CH2CH3）、丙基两种（CH2cH2cH3、一 CH（CHQ2）、I丁基四种（一CH2CH2CH2CH3、 CH3CHCH2CH3、- CH2CH（CH）2> C（CH3）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

9、的异构数目可推断有机物的异 构体数目。如：丁基有四种，丁醇（看作丁基与羟基连接而成）也有四种，戊醛、戊酸（分别 看作丁基跟醛基、竣基连接而成）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。如：乙烷分子中共有6个H原子，若有一个H原子被Cl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Cl原子转换为H原子，而H原子转换为Cl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。（4）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

10、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）位置的氢原子等效。如：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（属于醇集）CH3分异构体数目 有 种烧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OH换相应的一Cl,其它基团不变。【答案】C2 .进行

11、思维转换，开辟思维捷径【例2】二澳苯的同分异构体有 3种，则四澳苯的同分异构体有 种A 3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澳苯的同分异构体，恰好落入命题者的圈套， 不可自拔,实际上，只要观察分子式：C6H6-C6H4Br2-C6H2B4,将二澳代物变换为二氢代物，其异构体数与四澳代物等价。3 .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 C 5种D 6种解析经计算此题中式量为 43的烷基为一QH7,根据烷基的碳链异构有丙基和异丙基两种；又根据甲苯苯环上的位置异构推知有邻、间、对三个位

12、置可被取代，所以两烷基各得3种异构体。【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X和3个一Y基的有机物结构简式有A 3种 B 4种C 5种 D 6种解析学生如果先将一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（ X）取代， 式有2种，式有3种，式有1种，故取代后共有6#。【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煌的一氯代物有（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煌基本

13、碳骨架和氯原子的位置与原 来相同，保持不变，则误选为Bo倘若思维一经发散，想到加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】Co6 .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,H原子都未画出4个氯原子在4种。（m）对称位置B、(CH3CH2)2CHCHD、(CH3)3CCH2CH3a b c d eA、CH3qHH CH2-CH2-CH3CH3 aB、a b c b aCH3CH2-CHCH2CH3CH3 da b b aC、CH3C

14、hH肝CH3D、 CH3CHCH2-CH3CH3CH3CH3A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,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,据原则、知，共有a、b、c、d四种氢原子。C项据原则、知，共有两种氢原子。d上两B项D项据据此，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种解析对于环烷煌学生很生疏，判断环烷煌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

15、于平面的上方或下方。由此推导1,2,3,4,5五氯环戊烷的异构体数有：氯原子全部在面上（或面下）一种； 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【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 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烧是A、(CH3)2CHCH2CH2CH3C (CH3)2CHCH(CH)2解析确定煌的一卤代物的同分异构体的数目，关键是找出煌中有多少种“等效氢原子”或多少种 “不等效氢原子”，烧分子中有多少种不等效

16、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。原则、可判断共有三种氢原子。【答案】Do【例8】下列芳香煌的一氯代物的同分异构体数目最刍的是（）a、C00 噫b、cPb 菲:、000三聚D、CX3连二笨解析本题采用对称法求同分晶构体数目,e 4 mA（3 种）B52C（4 不）D（3种）【答案】Bo8 .发散思维法【例9】分子式为C7H16的烷燃中，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Ao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

17、乙基（CRCH2一）作取代基，这样可得同分异构体的数目为三个。它们的碳架分别如下：CC C CC CC- CCC CCC C CCCCCCC【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CH2一, 1个1个一Cl ,/H能的结构只有四种，请写出这四种可能的结构简式。2.写出氯取代物的所有同分异构体。3 .某煌的一种同分异构体只有一种一氯代物，该烧的分子式可能是AC3H8BC4H10CC5H12D 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：硫酸:OIIOSOIIOHi硫酸O

18、IIHO S- O O HIIO请从以下几个分子式中选择出过氧乙酸的同分异构体。HOCH2-C-OHCH3COOH。OHOOC- C- HHOCOCH3HCH 3 COHICl5 .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， 存在对映异构体，如 下列化合物中存在对映异构体的是()NO2A C2H5CH=CH CH(CH 3)CH=CHC 2H5C6H 5 CH CH 3I OH6 .下列物质中，互为同系物的是 ,互为同素异形体的是 ,互为同 位素的是 ,属于同一种物质的是 ,互为同分异构体的 、金刚石与石墨、35Cl 与

19、 37Cl、CHs-CCHs 与CH3CCRCH2CH3CH3 CH3、(CH3) 2CH2 与 C (CH3)4、液氯与氯气、2一甲基戊烷与2, 3一二甲基丁烷7、液晶是一类新型材料。MBBA是一种研究得较多的液晶化合物。它可以看作是由醛A和胺B去水缩和的产物。CH3rCH=N-CH2CH2CH2CH3 (MBBA)CH3- (CCHOCH3CH2CH2CH2 -NH2僻A)(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)2CHCH2 一 O NH2、>o(2)醛A的异构体甚多。其中属于酯类化合物,一而且结构式中有苯环结构的异构

20、体就有6个，它们是:COOCH 。 CCH3 HCO5CH3HCO)e3O8、2000年，国家药品监督管理局发布通告暂停和销售含聚丙醇胺的药品制剂。苯丙醇胺(英文缩写为ppq结构简式如下：CH CH cH3OH NH2I1其中中代表苯基。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)5种的结构简式(3)将中一、H2N 、HO再碳链上的位置作变换，可以写出多种同分异构体，其中 是：一CH2CHCH2OH NH2叩甲CH3中CHI- CH CH3-NH2OH NH20H一CH CH CH3

21、一CH CH2-CH2-OHNH2 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属于蔡的衍生物，且不含有-CH3基，该有机物的结构简式是 (任写三种)10、某烧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JC=C、*i #=0 + RCOOH试写出：R2R3R2(1) A的分子式(2)化合物A和G的结构简式种。11

22、、已知有机物 A的结构简式为G)可能有(3)与G同类的同分异构体(含(2) A的化学式是 。(3) 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烧少 个氢原子。(3)有机物B是A的同分异构体，但 B是蔡的衍生物若泰环上只有一个取代基，则B可能的Z构有 种。若泰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 CHl CHaCH3 CH3CHaCH CH2CH5Cl(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。CH?一- CH-C 坨 C1I湛CHsCHCHiCHaClCH3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：一氯代物等于胫分子等性氢的种类数，可以通过旋转、翻转1800后比较，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，所以可以写出如下两个一元取代物。Cl(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取代。需注 意，

24、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)。Cl3 .解析：由题意可知，某煌的一种同分异构体只有一种一氯代物，说明该燃分子中等性氢原子只有一种，因为10个碳原子之内的烷烧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Co4 .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,丙的分子式为 C5H12

25、O,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，硫酸一过硫酸，只是在硫酸的分子结构中的S OH中增加了一个氧原子，即 S 0-0-H,乙酸一过氧乙酸亦应如此即CH3C00HCH3COOOH (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；本题主要考查对几个带同字概念的理解程度及识别判断能力，同系物是指结构相似通式相同、分子式不同的有机物，如中( CH3) 2CH2与C (CH2)4是最简