专题解密（四）同分异构体的书写和分子空间构型（考点考法剖析）-【高考引领教学】2023届高考化学一轮针对性复习方案（全国通用）（原卷版）

题解密（四）同分异构体的书写和分子空间构型【关键能力及高考要求】关键能力要求：理解辨析能力、探究创新能力、微观辩识能力。高考要求：同分异构现象和同分异构体是中学化学教学的重点，同时也是高考的热点。1.在近几年的高考中，同分异构体的书写及数目判断属必考的题型，尤其是考查芳香族（含苯环）类的同分异构体的书写及数目的判断，2.限定条件下，要求对芳香族（含苯环）类同分异构体结构简式进行书写及数目的判断。3.手性碳原子数的判断4.原子共线、共面的判断【学科核心素养解析】1.宏观辨识与微观探析:能从结构层次认识有机物的多样性。能从原子之间的连接方式不同认识有机物的同分异构现象。2.证据推理与模型认知:根据不同的数据条件推测有机物的结构。根据不同的结构判断性质，建立典型的同分异构体的书写模型和同分异构体的数目判断，能运用模型书写和判断同分异构体，揭示同分异构体的本质和规律。3.科学探究与创新意识：能从试题提供的新信息中准确地提取实质性内容，并与已有知识块整合重组为新知识块的能力。【知识必备】必备知识一同分异构现象和同分异构体一、同分异构体现象的类型1、无机物和有机物间的异构现象无机物氰酸铵[NH4CNO]与有机物尿素[CO(NH2)2]互为同分异构体。2、有机物与有机物间的异构现象——中学阶段涉及的常见有机同分异构体：（1）碳链异构：是指具有相同的分子式，但碳原子在分子中的排列方式不同而产生的异构。（2）位置(官能团位置)异构：具有相同分子式但取代基或官能团在分子的碳链或碳环上的位置不同而产生的异构称为位置异构。（3）类别异构(又称官能团异构)：类别异构的常见情况有：①CnH2n：(n≥3)烯烃和环烷烃；②CnH2n－2：(n≥3)二烯烃和炔烃；③CnH2n＋2O：(n≥2)饱和一元醇和饱和一元醚；④CnH2nO：(n≥2)饱和一元醛、烯醇和环氧烷；(n≥3)饱和一元酮；⑤CnH2nO2：(n≥2)饱和一元羧酸、饱和一元羧酸饱和一元醇酯、羟基醛；⑥CnH2n＋1O2N：(n≥2)氨基酸、硝基化合物；⑦CnH2n－6O：(n≥7)酚、芳香醇和芳香醚。⑧C6H12O6：葡萄糖和果糖；C11H22O11：蔗糖和麦芽糖；3.顺反异构：含有双键（如，，等）的化合物存在顺反异构。二、巧用不饱和度记住常见有机物的官能团异构1.不饱和度(1)概念：不饱和度又称缺氢指数，即有机物分子中的氢原子与和它碳原子数相等的链状烷烃相比较，每减少2个氢原子，则有机物的不饱和度增加1，用Ω表示(2)有机化合物(CxHyOz)分子不饱和度的计算公式为：（3）在计算不饱和度时，若有机化合物分子中含有卤素原子或硝基数，可将其视为氢原子，氢原子数减去卤素原子数或硝基数；若含有氧或硫原子，则不予考虑；若含有氮原子（氨基氮原子），就在氢原子总数中加上氮原子数(4)几种常见结构的不饱和度官能团或结构CCCO环CC苯环CN不饱和度111242（5）不饱和度相同的有机物，氢原子数相同。所以，不饱和度相同、碳、氧原子数相同、杂原子数相同的物质是同分异构体。2.常见有机物的官能团异构通式不饱和度常见类别异构体CnH2n+20无类别异构体CnH2n1单烯烃、环烷烃CnH2n－22单炔烃、二烯烃、环烯烃、二环烃CnH2n＋2O0饱和一元醇、饱和一元醚CnH2nO1饱和一元醛、饱和一元酮、烯醇、烯醚、环醇、环醚CnH2nO21饱和一元羧酸、饱和一元酯、羟醛、羟酮CnH2n＋1O2N1氨基酸、硝基烷三、同分异构体的书写步骤1．烷烃只存在碳架异构，一般可采用“降碳对称法”进行书写，具体步骤如下(以C6H14为例)：(1)确定碳架①先写直链：C—C—C—C—C—C。②减少一个碳原子，将其作为支链，由中间向一端移动：、。③减少2个碳原子，将其作为一个或两个支链并移动位置；2个支链时，可先连在同一个碳上，再连在相邻、相间的碳原子上。、。从主链上取下来的碳原子数，不能多于主链所剩部分的碳原子数。(2)补写氢原子：根据碳原子形成4个共价键，补写各碳原子所结合的氢原子。则C6H14共有5种同分异构体。2．烯烃同分异构体的书写(限单烯烃范围内)书写方法：先链后位，即先写出可能的碳链方式，再加上含有的官能团位置。下面以C4H8为例说明。(1)碳架异构：C—C—C—C、。(2)位置异构：用箭头表示双键的位置，即。故C4H8在单烯烃范围内的同分异构体共有3种。3．烃的含氧衍生物同分异构体的书写书写方法：一般按碳架异构→位置异构→官能团异构的顺序来书写。下面以C5H12O为例说明。(1)碳架异构：5个碳原子的碳链有3种连接方式。C—C—C—C—C(2)位置异构：对于醇类，在碳链各碳原子上连接羟基，用“↓”表示连接的不同位置。(3)官能团异构：通式为CnH2n＋2O的有机物在中学阶段只能是醇或醚，对于醚类，位置异构是因氧元素的位置不同而导致的。分析知分子式为C5H12O的有机物共有8种醇和6种醚，总共14种同分异构体。4、含苯环的同分异构体的书写技巧A.苯环上有两个取代基时：①先确定好“对称轴”，再“定一移一”。（这个属于“位置异构”，注意苯环上的“邻、对、间”。②接着再进行官能团异构：-COOH（羧基），-COOC-（酯基）；它们在苯环上会被分为-OH（羟基），-CHO（醛基），-C-O-C-（醚键），-CO-（羰基），但要记住前提是分子式相同。B.苯环上有三个取代基时：①先确定好“对称轴”，再“定二移一”。（这个属于“位置异构”，注意苯环上的“邻、对、间”。②接着再进行官能团异构：-COOH（羧基），-COOC-（酯基）；它们在苯环上会被分为-OH（羟基），-CHO（醛基），-C-O-C-（醚键），-CO-（羰基），但要记住前提是分子式相同。四、同分异构体数目的判断方法（一）．等效氢法，适用于一卤代物、醇的找法单官能团有机物分子可以看作烃分子中一个氢原子被其他的原子或官能团取代的产物，确定其同分异构体数目时，实质上是看处于不同位置的氢原子的数目，可用“等效氢法”判断。1.判断“等效氢”的三原则是：(1)同一碳原子上的氢原子是等效的，如CH4中的4个氢原子等效。(2)同一碳原子上所连的甲基上的氢原子是等效的，如C(CH3)4中的4个甲基上的12个氢原子等效。(3)处于对称位置上的氢原子是等效的，如CH3CH3中的6个氢原子等效，乙烯分子中的4个氢原子等效，苯分子中的6个氢原子等效，CH3C(CH3)2C(CH3)2CH3上的18个氢原子等效。2.应用(1)一卤代烃：看作是氯原子取代烃分子中的氢原子，以“C5H11Cl”为例(2)醇：看作是—OH原子取代烃分子中的氢原子，以“C5H12O”为例（二）．烃基取代法(1)记住常见烃基的结构：丙基有2种结构，丁基有4种结构，戊基有8种结构。(2)将有机物分子拆分为烃基和官能团两部分，根据烃基同分异构体的数目，确定目标分子的数目，如C4H10O属于醇的可改写为C4H9—OH，共有4种结构，C5H10O属于醛的可改写为C4H9—CHO，共有4种结构。（三）．换元法若烃中含有a个氢原子，则其n元取代物和(a－n)元取代物的同分异构体数目相同。如：二氯苯C6H4Cl2有3种同分异构体：、、，用H代替Cl，用Cl代替H，则四氯苯也有3种同分异构体。（四）、组合法：饱和一元酯R1COOR2，R1—有m种，R2—有n种，共有m×n种酯。如：C6H12O2饱和一元酯的同分异构体：甲酸戊酯（HCOOC5H11）1×8=8种乙酸丁酯（CH3COOC4H9）1×4=4种丙酸丙酯（C2H5COOC3H7）1×2=2种丁酸乙酯（C3H7COOC2H5）2×1=2种戊酸甲酯（C4H9COOCH3）4×1=4种共20种酯同分异构体:饱和酯C4H8O2C5H10O2C6H12O2个数4920（五）、强化记忆常见同分异构体的数目1.烷基烷基甲基乙基丙基丁基戊基个数112482.烷烃烷烃甲烷乙烷丙烷丁烷戊烷己烷庚烷个数11123593.烯同分异构体烷烃烯烃丁烯C4H8戊烯C5H10己烯C6H12庚烯C7H14个数3513274.苯环上有三个不同的取代基的：10种苯环上有三个相同的取代基的：连偏均3种，苯环上有二个相同一个不同的取代基的：6种5.二元相同取代物：烷烃甲烷CH2X2乙烷C2H4X2丙烷C3H6X2丁烷C4H8X2戊烷C5H10X2立方烷萘联苯个数124921310126.二元不同的取代基：烷烃甲烷CH2XY乙烷C2H4XY丙烷C3H6XY丁烷C4H8XY戊烷C5H10XY立方烷萘联苯个数125123331421五、限定条件的同分异构体书写技巧明确书写什么物质的同分异构体？确定该分子组成中，除了已知的环、碳碳双键、碳氧双键之外，还可能形成哪些环、碳碳双键、碳氧双键或碳碳叁键。还可能形成哪些类型的物质的结构。解读限制条件，根据条件，确定要保留官能团的种类和数目，和有几种不同的氢原子数。4.常见的限定要符合的条件:（1）结构上的条件EQ\o\ac(○,1)核磁共振氢谱锋的面积之比，有几种氢原子EQ\o\ac(○,2)指出属于某物质类别。如：属醛、酸EQ\o\ac(○,3)指出烃基、官能团和某结构，能发生某种反应。如氧化反应，生成对苯二甲酸（2）性质条件EQ\o\ac(○,1)与NaHCO3反应，有羧基属酸类EQ\o\ac(○,2)与Na反应有氢气，有羧基或羟基，属酸、醇、酚类EQ\o\ac(○,3)与FeCl3溶液反应，显紫色。有酚羟基，属苯酚EQ\o\ac(○,4)即能发生银镜反应，又能水解反应。一定是甲酸酯EQ\o\ac(○,5)能与NaOH溶液反应的，有酸类、酚类；加热能反应的有：卤代烃类、酯类。必备知识二手性碳原子的判断手性碳原子：连接四个不同原子或基团的碳原子，称为手性碳原子，常用表示。如下图所示。

必备知识三分子的空间构型1.空间构型：共线、共面分析碳原子共线点共面点饱和碳原子2点共线，3点以上不共线3点共面，4点以上不共面碳碳双键2点共线，3点以上不共线6点共面碳碳三键—C≡C—4点共线4点共面苯环4点共线12点共面3点不共线3点共面2．判断方法（1）若分子中有饱和碳原子，碳原子上连接的两点可以共面，碳原子上连接的三点或三点以上的点一定不共面。（2）单键旋转法一个碳碳双键，有六个原子共平面，也就是说，碳碳双键上连接的四个点，一定共面；一个苯环，有12个原子共平面，也就是说，苯环上连接的六个点，一定共面，加上苯环上的六个碳，共有12个原子共面。碳碳单键两端碳原子所连原子或原子团可以以“C—C”为轴旋转。例如：因①键可以旋转，故的平面可能和确定的平面重合，也可能不重合。因而分子中的所有原子可能共面，也可能不完全共面。（3）上连接的两个原子共平面。（4）一个叁键上，连接的原子共直线。（5）注意题中的“关键词”如最多、最少、至少、可能、一定、所有原子、所有碳原子等限制条件。高频考点1限定条件的同分异构体书写【高考实例】例1．（2022年全国统一高考化学试卷（乙卷））左旋米那普伦是治疗成人重度抑郁症的药物之一，如图是其盐酸盐（化合物K）的一种合成路线（部分反应条件已简化，忽略立体化学）：已知：化合物F不能与饱和碳酸氢钠溶液反应产生二氧化碳。（7）在E的同分异构体中，同时满足下列条件的总数为种。a）含有一个苯环和三个甲基；b）与饱和碳酸氢钠溶液反应产生二氧化碳；c）能发生银镜反应，不能发生水解反应。上述同分异构体经银镜反应后酸化，所得产物中，核磁共振氢谱显示有四组氢（氢原子数量比为6：3：2：1）的结构简式为。【考点演练】1．（2022届山西大同高三三模）B（C2H5－－CH3）的同分异构体中能同时满足如下条件：①苯环上有两个取代基，②能发生银镜反应，共有______种（不考虑立体异构），其中核磁共振氢谱为5组峰，且峰面积比为6︰2︰2︰1︰1的结构简式是______________________。高频考点2选择题中同分异构体判断【高考实例】例2．（2019·全国高考试题）分子式为C4H8BrCl的有机物共有（不含立体异构）A．8种B．10种C．12种D．14种【考点演练】2.．（2022届甘肃天水模拟）分子式为C5H9ClO2，且能与NaHCO3溶液反应放出气体的有机物共有（）。A．10种B．11种C．12种D．13种高频考点3手性碳原子和空间构型【高考实例】空间构型例3．（2021.1·浙江高考试题）有关的说法不正确的是A．分子中至少有12个原子共平面B．完全水解后所得有机物分子中手性碳原子数目为1个C．与FeCl3溶液作用显紫色D．与足量NaOH溶液完全反应后生成的钠盐只有1种【考点演练】3．（2022届甘肃庆阳一模）螺环化合物（环与环之间共用一个碳原子的化合物）M在制造生物检测机器人中有重要作用，其结构简式如图（）。下列有关该物质的说法正确的是（）。A．分子式为C6H8OB．所有碳原子处于同一平面C．是环氧乙烷（）的同系物D．一氯代物有2种（不考虑立体异构）【高考实例】手性碳原子例4．（2022年湖南省新高考化学试卷）物质J是一种具有生物活性的化合物。该化合物的合成路线如图：已知：①②回答下列问题：（5）是一种重要的化工原料，其同分异构体中能够发生银镜反应的有种（考虑立体异构），其中核磁共振氢谱有3组峰，且峰面积之比为4：1：1的结构简式为；（6）I中的手性碳原子个数为