2023版高三一轮总复习化学鲁科版教案：第8章 第46讲 同分异构体与共面、共线问题分析(能力课)

1、PAGE PAGE 15第46讲同分异构体与共面、共线问题分析(能力课)1.了解同分异构体的书写和数目的确定。2.掌握限定条件下的同分异构体的书写规律与方法。3.掌握有机物分子中共线、共面原子数目的分析。同分异构体的书写与数目的确定1同分异构体的书写(1)同分异构体的分类与书写顺序(2)几种异类异构体CnH2n(n3)：烯烃和环烷烃。CnH2n2(n4)：二烯烃和炔烃。CnH2n2O(n2)：饱和一元醇和饱和一元醚。CnH2nO(n3)：饱和一元醛、烯醇和环氧烷、饱和一元酮。CnH2nO2(n2)：饱和一元羧酸、饱和一元羧酸与饱和一元醇形成的酯等。CnH2n1O2N(n2)：氨基酸、硝基烷。(

2、3)芳香族化合物异构体书写若苯环上连有2个取代基，其结构有邻、间、对3种。若苯环上连有3个相同的取代基，其结构有3种。若苯环上连有X、X、Y 3个取代基，其结构有6种。若苯环上连有X、Y、Z 3个不同的取代基，其结构有10种。2同分异构体数目的确定(1)一元取代产物数目的判断等效氢原子法：连在同一碳原子上的氢原子等效；连在同一碳原子上的甲基上的氢原子等效；处于对称位置的氢原子等效。如的一氯代烷有3种。烷基种数法：烷基有几种，一元取代产物就有几种。如CH3、C2H5各有1种，C3H7有2种，C4H9有4种。如C4H10O的醇有4种，C5H10O2的羧酸有4种。(2)替代法如二氯苯C6H4Cl2的

3、同分异构体有3种，四氯苯的同分异构体也有3种(将Cl替代H)。(3)二元取代(或多元取代)产物数目的判断定一移一(或定二移一)法：对于二元取代物同分异构体数目的判断，可固定一个取代基的位置，再移动另一取代基的位置以确定同分异构体的数目。如的二氯代物有12种。(4)叠加相乘法先考虑取代基的种数，后考虑位置异构的种数，相乘即得同分异构体的总数目。分情况讨论时，各种情况结果相加即得同分异构体的总数目。如的苯环上氢原子被C4H9取代所形成的结构有12种。(5)组合法A(m种)与B(n种)连接形成AB结构有mn种如C5H10O2的酯：HCOO与C4H9形成的酯有144种；CH3COO与C3H7形成的酯有

4、122种；C2H5COO与C2H5形成的酯有111种；C3H7COO与CH3形成的酯有212种， 共9种。【典例1】2甲基丁烷()的二氯代物有(不考虑立体异构)()A3种 B9种 C10种 D6种C当两个氯原子取代同一个碳原子上的氢原子时，有(CH3)2CHCH2CHCl2、(CH3)2CHCCl2CH3、CHCl2CH(CH3)CH2CH3，共3种；当两个氯原子取代两个碳原子上的氢原子时有(CH3)2CHCHClCH2Cl、(CH3)2CClCH2CH2Cl、CH2ClCH(CH3)CH2CH2Cl、(CH3)2CClCHClCH3、CH2ClCH(CH3)CHClCH3、CH2ClCCl(

5、CH3)CH2CH3、(CH2Cl)2CHCH2CH3，共7种，所以共有3710种。【典例2】(2021全国甲卷，T36节选)化合物B()的同分异构体中能同时满足下列条件的有_(填标号)。a含苯环的醛、酮b不含过氧键(OO)c核磁共振氢谱显示四组峰，且峰面积比为3221A2个B3个C4个 D5个审题指导(1)根据要求进行官能团拆分：化合物B()中含有苯环、羧基和羟基，同分异构体中能同时满足下列条件：含苯环的醛、酮，则把羧基(COOH)拆分成CHO和OH；核磁共振氢谱显示四组峰，说明有四种不同化学环境的氢原子，峰面积比为3221，说明这四种氢原子的个数比是3221，不含过氧键(OO)，说明有机物

6、分子中两个氧原子不能直接以单键形式相连。(2)根据要求进行碳骨架或者局部支链拼接根据化合物B的结构简式，把其中的侧链CH2COOH拆分成CH2、CHO和OH的形式，或者拆分成和OH的形式。(3)搭建或组装同分异构体同分异构体要求苯环上有四种氢原子，峰面积比为3221，苯环上有六个位置可以放置官能团或支链，现在要求有四种氢原子，说明苯环上有两个对称点，苯环是平面正六边形，则构建一个对称轴，按照要求可以写出如下符合题意的结构：、，故有4种。答案C限定条件下的同分异构体书写技巧 (1)确定碎片：明确书写什么物质的同分异构体，该物质的组成情况怎么样，解读限制条件，从性质联想结构，将物质分裂成一个个碎片

7、，碎片可以是官能团，也可是烃基(尤其是官能团之外的饱和碳原子)。(2)组装分子：要关注分子的结构特点，包括几何特征和化学特征。几何特征是指所组装的分子是空间结构还是平面结构，有无对称性；化学特征包括等效氢原子。同分异构体数目的确定1下列有机物的种类(不含立体异构)数目判断错误的是()选项有机物同分异构体数目A分子式为C5H10O2的酯10B分子式为C5H10，能使溴的四氯化碳溶液褪色5C分子式为C4H8O2，含有COOH2D分子式为C8H10的芳香烃4答案A2(2021泰安月考)有机物有多种同分异构体结构，其中含有苯环且属于酯类的有()A2种 B3种C4种 D6种D由题目要求可知该有机物的同分

8、异构体中应具有酯基和苯环，和苯环相连的取代基可以是CH3和OOCH，存在邻位取代、间位取代、对位取代三种，CH2OOCH或OOCCH3或COOCH3，共六种。3已知金刚烷的键线式结构如图所示。请回答：(1)金刚烷的分子式为_。(2)金刚烷的一氯代物有_种。(3)金刚烷的二氯代物有_种。解析(3)、。答案(1)C10H16(2)2(3)6限定条件下的同分异构体的书写与数目的确定4(2020全国卷，T36节选)化合物C()的同分异构体中能同时满足以下三个条件的有_个(不考虑立体异构体)。含有两个甲基；含有酮羰基(但不含C=C=O)；不含有环状结构(a)4 (b)6(c)8 (d)10其中，含有手性

9、碳原子(注：连有四个不同的原子或基团的碳原子)的化合物的结构简式为_。解析C为，有2个不饱和度，含酮羰基但不含环状结构，则分子中含一个碳碳双键，一个酮羰基，外加2个甲基，符合条件的有8种，如下：CH3CH=CHCOCH2CH3、CH3CH=CHCH2COCH3、CH3CH2CH=CHCOCH3、CH2=CHCH(CH3)COCH3、CH2=C(C2H5)COCH3、CH2=C(CH3)COCH2CH3、CH2=C(CH3)CH2COCH3、CH2=CHCOCH(CH3)2，其中，含有手性碳原子的为CH2=CHCH(CH3)COCH3()。答案c CH2=CHCH(CH3)COCH3()5已知G

10、的结构简式为，同时满足下列条件的G的同分异构体数目为_种(不考虑立体异构)，写出其中的一种结构简式为_。核磁共振氢谱为3组峰；能使溴的四氯化碳溶液褪色；1 mol该同分异构体与足量饱和NaHCO3溶液反应产生88 g气体。解析说明满足条件的同分异构体的结构具有高度对称性；说明含有碳碳双键；说明分子结构中含有2个羧基，则满足条件的G的所有同分异构体为HOOCCH2CH=CHCH2COOH和。答案2HOOCCH2CH=CHCH2COOH、 (任写一种)有机物分子中原子共线与共面分析1五种基本模型(1)分子中碳原子若以四条单键与其他原子相连(含有四面体结构碳原子)，则所有原子一定不能共平面，如CH3

11、Cl、甲烷分子中所有原子一定不共平面，最多有3个原子处在一个平面上。(2)含有，至少6个原子一定共平面，乙烯分子中所有原子一定共平面，若用其他原子代替其中的任何氢原子，如CH2=CHCl所得有机物中所有原子仍然共平面。(3)含有，至少12个原子一定共平面，苯分子中所有原子一定共平面，若用其他原子代替其中的任何氢原子，所得有机物中所有原子也仍然共平面，如溴苯()。含有的对角线一定有4个原子共线，若用其他原子代替对角线上的任何氢原子，所得有机物苯环对角线上所有原子也仍然共线。即位于苯环上的12个原子共平面，位于对角线位置上的4个原子共直线。(4)含有CC，至少4个原子一定共线，乙炔分子中所有原子一

12、定共线，若用其他原子代替其中的任何氢原子，如HCCBr所得有机物中所有原子仍然共线。(5)含有结构，至少4个原子一定共平面，甲醛分子中所有原子一定共平面，若用其他原子代替其中的任何氢原子，如COCl2所得有机物中所有原子仍然共平面。2分析共线、共面应注意的问题(1)要注意碳碳单键可以旋转，而碳碳双键、三键不能旋转，如分子中苯的平面和乙烯的平面由连接的碳碳单键可能旋转到同一平面上，也可能旋转后不在同一平面上。若平面间被多个点固定，则不能旋转，一定共平面。如分子中所有原子一定共面。(2)注意题目要求是“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等限制条件。如分子中所有原子可能共平面，分子

13、中所有碳原子一定共平面而所有原子一定不能共平面。【典例】 (2020天津等级考，T9)关于的说法正确的是()A分子中有3种杂化轨道类型的碳原子B分子中共平面的原子数目最多为14 C分子中的苯环由单双键交替组成 D与Cl2发生取代反应生成两种产物审题指导第1步：挖掘题干信息，确定结构特点该有机物含有甲基、苯环和乙炔基。第2步：判断有机物共面、共线问题的分析技巧(1)看清要求题目要求是“碳原子”还是“所有原子”，“一定”“可能”“最多”“共线”“共面”等)。(2)选准主体凡出现碳碳双键结构形成的原子共面问题，以乙烯的结构为主体，凡出现碳碳三键结构形式的原子共线问题，以乙炔的结构为主体，凡出现苯环结

14、构形式的原子共面问题，以苯的结构为主体。(3)准确判断碳碳单键及碳的四键原则是造成有机物原子不在同一平面的主要原因，其具体判断方法如下：结构中每出现一个饱和碳原子，则整个分子不再共面结构中每出现一个碳碳双键，至少有6个原子共面结构中每出现一个碳碳三键，至少有4个原子共线结构中每出现一个苯环，至少有12个原子共面注意：单键可以旋转、双键和三键不能旋转。AA项，分子中有CH3(sp3)、 (sp2)、CCH(sp)，正确；B项，分子中共平面的原子数目最多为15，错误；C项，苯环不是单双键交替组成，错误；D项，有机物中存在6种不同化学环境的氢原子，所以取代反应生成的产物不止两种，错误。有机物原子共面

15、、共线的解题思路(1)“等位代换不变”原则。基本结构上的氢原子，无论被什么原子替代，所处空间结构维持原状。(2)单链可以沿键轴旋转，双键和三键不能沿键轴旋转。若平面间靠单链相连，所连平面可以绕键轴旋转，可能旋转到同一平面上也可能旋转后不在同一平面上。(3)若平面间被多个点固定，且不是单链，则不能旋转，一定共平面。(4)拆分原则。可把复杂的构型拆分为几个简单构型，再分析单链旋转时可能的情况。1某有机物结构简式为，关于该有机物的空间构型的说法中正确的是()A该分子中所有的碳原子均可能处于同一平面上B该分子中一定共面的碳原子数至少为8个C该分子中至少有9个碳原子处于同一条直线上D该分子中可能处于同一

16、平面的原子总数最多为16个B将此有机物中部分碳原子按如图所示编号，其中1、2、3、8号这4个碳原子不可能在同一平面上，故A错误；该分子中，碳碳三键中的3、4号碳原子与碳碳双键中的5、6号碳原子一定在同一平面上，与3号碳原子相连的2号碳原子一定在这个平面内，与6号碳原子相连的苯环上的碳原子以及7号碳原子一定在同一平面内，故在同一平面内的碳原子数最少是8个，故B正确；乙炔中所有原子共直线，故最多有4个碳原子在同一条直线上，故C错误；2、3、4、5、6、7号碳原子以及苯环上所有的原子都可能在同一平面内，故可能处于同一平面的原子数大于16个，故D错误。2如图所示的转化是合成抗组胺药物的中间过程之一，下

17、列说法正确的是()AL的分子式为C13H11OBM能发生消去反应CN中所有原子可能处于同一平面DL、M、N均能与Na反应生成H2B根据L的结构简式可知，L的分子式为C13H12O，A错误；化合物M中有羟基和碳卤键，与羟基(或卤原子)相连的C的相邻C上有H，可以发生消去反应，B正确；化合物N中有sp3杂化的C，(图中箭头所指：)，这些C在空间形成以C为中心的四面体结构，故所有原子不可能处于同一平面，C错误；L和M中含有羟基，可以与Na反应生成H2，但N中的官能团只有碳卤键和醚键，均不能与Na反应，D错误。3(2021温州高三二模)有关的说法不正确的是()A分子中至少有8个碳原子共平面B分子中含1

18、个手性碳原子C酸性条件下加热水解有CO2生成D与足量NaOH溶液完全反应后生成的钠盐有2种C苯环上的6个碳原子，以及与苯环直接相连的2个碳原子一定共面，单键可以旋转，所以其余碳原子不一定共面，即分子中至少有8个碳原子共平面，A正确；连接四个不同原子或原子团的碳原子为手性碳原子，该分子中只有六元环中连接五元环中氮原子的碳原子为手性碳原子，B正确；该分子中含有酰胺键，可以水解，但水解产物中没有碳酸，即不会有CO2生成，C错误；酰胺键可以水解产生羧基，羧基可以和NaOH反应，该物质与足量NaOH溶液完全反应后生成、两种钠盐，D正确。4请把下列物质中一定共面的碳原子数分别填在横线上。_个，CH3CCH

19、_个，答案3388810111(2021河北选择性考试，T8)苯并降冰片烯是一种重要的药物合成中间体，结构简式如图。关于该化合物，下列说法正确的是()A是苯的同系物B分子中最多8个碳原子共平面C一氯代物有6种(不考虑立体异构)D分子中含有4个碳碳双键B苯并降冰片烯与苯在组成上不是相差若干个CH2原子团，结构上也不相似，故二者不互为同系物，A错误；由题给苯并降冰片烯的结构简式可知，苯环上的6个碳原子与苯环相连的2个碳原子共平面，则该分子中最多8个碳原子共平面，B正确；苯并降冰片烯的结构对称，其分子中含有5种不同化学环境的氢原子，则其一氯代物有5种，C错误；苯环中含有的碳碳键是介于碳碳单键和碳碳双

20、键之间特殊的共价键，故1个苯并降冰片烯分子中含有1个碳碳双键，D错误。2(双选)(2021山东等级考，T12)立体异构包括顺反异构、对映异构等。有机物M(2甲基2丁醇)存在如图转化关系，下列说法错误的是()AN分子可能存在顺反异构BL的任一同分异构体最多有1个手性碳原子CM的同分异构体中，能被氧化为酮的醇有4种DL的同分异构体中，含两种化学环境氢的只有1种AC在浓硫酸作催化剂并加热条件下发生消去反应生成或，N与HCl发生加成反应生成L，L能发生水解反应生成M，则L的结构简式为都不存在顺反异构，故A错误；手性碳原子是指与四个各不相同原子或原子团相连的碳原子，L的同分异构体结构及手性碳原子(用*标

21、记)为，任一同分异构体中最多含有1个手性碳原子，故B正确；当与羟基相连的碳原子上只有1个氢原子时，醇发生催化氧化反应生成酮，羟基取代戊烷同分异构体中含有2个氢原子的碳原子上的1个氢原子即满足条件，满足条件的结构有，共3种，故C错误；连接在同一碳原子上的氢原子等效，连接在同一碳原子上的甲基等效，由B项可知，L的同分异构体中，含有两种化学环境的氢原子的结构为，故D正确。3(2021广东选择性考试，T21节选)天然产物()的芳香族同分异构体中，同时满足如下条件的有_种，写出其中任意一种的结构简式：_。条件：a)能与NaHCO3反应；b)最多能与2倍物质的量的NaOH反应；c)能与3倍物质的量的Na发生放出H2的反应；d)核磁共振氢谱确定分子中有6个化学环境相同的氢原子；e)不含手性碳原子(手性碳原子是指连有4个不同的原子或原子团的饱和碳原子)