第38讲有机化合物的空间结构同分异构体（讲义）-2024年高考化学卓越讲义（原卷版）

第37第37讲有机化合物的空间结构同分异构体考点导航考点导航考点一考点一有机化合物的空间结构重难点辨析重难点辨析1.有机物分子中原子能否共平面的判断方法(1)有机物分子的三个基本结构①甲烷。②乙烯。③苯。(2)判断方法：①复杂有机物分子的共面问题可视为以上三个基本结构的组合。如甲苯为①与③的组合。②碳碳单键能_旋转__，而碳碳双键不能_旋转__。③凡有机物分子结构中有碳的4条单键结构(如—CH3、—CH2—等)，则所有原子一定不在_同一平面上__。2.有机物分子中原子共面、共线的判断方法(1)判断原子共面的基本模型①正四面体结构：甲烷。②平面结构：乙烯、苯、萘()、甲醛()。③直线结构：乙炔。④.碳碳单键可任意旋转，而双键或叁键均不能旋转。(2)原子共面的判断技巧①结构中每出现一个饱和碳原子，则整个分子不再共面。②结构中每出现一个碳碳双键，至少有6个原子共面。③结构中每出现一个碳碳叁键，至少有4个原子共线。④结构中每出现一个苯环，至少有12个原子共面。⑤在解决有机化合物分子中共面、共线问题的时候，要特别注意题目中的隐含条件和特殊规定，如题目中的“碳原子”“所有原子”“可能”“一定”“最少”“最多”“共线”和“共面”等在判断中的应用。规律·方法·技巧·点拔规律·方法·技巧·点拔有机物分子中原子共面问题的判断1.看清题意要求要注意“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等关键词和限定条件2.母体法判断有机物分子的空间结构eq\x(第一步)→eq\x(确定“母体”)→eq\a\vs4\al(必修阶段有：甲烷、乙烯和苯的,分子结构)甲烷型乙烯型苯型空间构型正四面体结构平面结构平面正六边形结构球棍模型分析4个H不在同一平面上，5个原子中最多有3个原子共平面6个原子均在同一平面上6个碳原子和6个氢原子共平面迁移凡是碳原子与4个原子形成4个共价键时，空间结构都是四面体结构位于乙烯结构上的6个原子共平面位于苯环上的12个原子共平面eq\x(第二步)→eq\x(进行合理的拆分和重组)拆分：先拆分为甲烷型、乙烯型和苯型分子的结构重组：将对应的空间构型进行重组注意：重组时要考虑到键的旋转问题，单键能旋转，双键、三键不能旋转3.分析分子中原子共线、共面的基本规律(1)任何两个直接相连的碳原子在同一直线上。(2)当碳原子之间或碳原子与其他原子之间形成双键时,形成双键的原子以及与之直接相连的原子处于同一平面上。CH2CH2、H2CO所有原子处于同一平面上。(3)当碳原子之间或碳原子与其他原子之间形成叁键时,形成叁键的原子以及与之直接相连的原子均在同一直线上。(4)与苯环直接相连的碳原子或其他原子与苯环在同一平面上。典型例题剖析典型例题剖析考向1有机化合物的空间构型【典例1】（2023上·广东汕头·高三统考期中）维生素D含量越高，老年大脑的认知功能越好。目前已知的维生素D至少有10种分子，维生素D3是其中重要的一种(结构如图)，下列有关说法正确的是A．D3不存在手性碳原子B．D3易溶于水，可溶解于水中服用C．D3可与溴水发生取代反应使其褪色D．D3分子中虚线框内所含碳原子可能共平面【变式练1】（2023下·）已知碳碳单键可以绕键轴自由旋转。下列说法正确的是A．丙烷是直链烃，所以分子中3个碳原子也在一条直线上B．丙烯所有原子均在同一平面上C．所有碳原子一定在同一平面上D．至少有16个原子共平面【变式练2】（2023上·广东东莞）下面有关有机化合物分子中原子的共线共面说法正确的是A．正丁烷分子中4个碳原子不可能处于同一平面上B．甲苯分子最多有12个原子处于同一平面上，最多4个原子共线C．四苯乙烯()分子中所有碳原子不可能位于同一平面D．分子最多有7个碳原子共面，最多3个碳原子共线三年真题·两年模拟三年真题·两年模拟1．（2023上·宁夏银川·高三校联考阶段练习）有机物M是合成抗过敏药物色甘酸钠的中间体，结构简式如下图。下列关于该有机物的说法正确的是A．属于芳香烃B．该物质最多消耗1molNaOHC．苯环上的一氯取代物有4种D．所有碳原子可能共平面2．（2023上·云南保山·高二校考阶段练习）下列表示物质结构的化学用语或模型正确的是A．乙烯的结构简式 B．分子的球棍模型：C．醛基的电子式： D．葡萄糖的最简式(实验式)：3．（2023上·宁夏石嘴山·高二平罗中学校考阶段练习）布洛芬具有抗炎、镇痛、解热作用，但口服该药对胃、肠道有刺激性，该分子结构修饰过程如图所示，下列说法错误的是A．乙的分子式为B．乙的苯环上的二氯代物有3种(不考虑立体异构)C．甲、乙均可使酸性褪色，产物均有D．甲分子中一定共面的碳原子有8个4．（2023上·内蒙古鄂尔多斯·高三鄂尔多斯市第一中学校考阶段练习）某些萜类化合物具有较强的香气和生理活性，且可以相互转化，其转化关系如图。下列说法错误的是A．可用银氨溶液区别香叶醛与香叶醇B．若Q是一溴代物，则最多有2种不同结构(不考虑立体异构)C．香叶醛与香叶醇均至少有5个碳原子共平面D．等物质的量的香叶醇、香叶醛完全燃烧生成H2O的质量，前者比后者多5．（2024）有关“苯宝宝”的表情包非常流行，如图：下列有关苯的说法错误的是A．苯分子结构中对位上的4个原子在一条直线上B．苯的结构简式可用表示，说明含有3个碳碳双键C．苯的一氯代物有1种D．苯是一种碳原子的价键远没有饱和的烃6．“碳九”是在石油提炼时获得的一系列含碳数量在9左右的碳氢化合物。“碳九”包括裂解碳九和重整碳九，后者中的芳香烃含量较高。下列有关说法不正确的是A．若将“碳九”添加到汽油中，汽油燃烧更充分，不会形成积炭B．石油最主要的用途是提炼汽油和柴油，“碳九”的沸点低于汽油和柴油C．分子式为C9H12，且含有一个苯环的物质共有8种D．均三甲苯()分子中所有碳原子都在同一平面7．（2023·吉林长春·统考一模）药物异搏定合成路线中的某一步反应如图所示(部分产物未给出)，下列说法正确的是A．X分子中共面的碳原子最多有8个B．有机物X不能与酸性高锰酸钾溶液反应C．与溶液反应，最多消耗D．有机物Z与足量的氢气加成所得分子中含有2个手性碳原子8．（2023上·重庆·高三西南大学附中校考阶段练习）重庆火锅驰名中外，誉满全球。火锅底料中的桂皮可以起到去腥解腻的功能，桂皮的主要成份是肉桂醛()，可发生如下反应：n，下列说法正确的是A．a物质所有原子在一个平面上B．可以用溴的四氯化碳溶液检验肉桂醛中的碳碳双键C．肉桂醛和氢气完全加成后有一个手性碳D．a物质不能使酸性高锰酸钾溶液褪色9．（2023上·浙江嘉兴·高三统考阶段练习）某药物具有清热解毒功效，其有效成分结构如下。下列有关该物质的说法不正确的是A．所有碳原子不可能处于同一平面上B．存在顺反异构体C．与足量充分反应后的产物中共含6个手性碳原子D．1mol该物质最多可与2molNaOH反应考点考点二同分异构体的书写重难点辨析重难点辨析1．同分异构现象、同分异构体(1)定义：化合物具有相同的_分子式__，但具有不同结构的现象，叫同分异构现象。具有_同分异构现象__的化合物互称同分异构体。(2)同分异构体的特点——一同一不同①一同：分子式相同，同分异构体的最简式相同，但最简式相同的化合物不一定是同分异构体，如C2H2和C6H6。②一不同：结构不同，即分子中原子的_连接方式__不同。同分异构体可以是同一类物质，也可以是不同类物质。(3)同分异构体类型①碳链异构(碳骨架不同)：如CH3CH2CH2CH3和___。②官能团位置异构(官能团位置不同)：如CH3—CH2—CH2—OH和___。③官能团类别异构(官能团种类不同)：如CH3—CH2—CH2—OH和_CH3—CH2—O—CH3__。2．同分异构体的书写(1)烷烃同分异构体的书写甲烷、乙烷、丙烷无同分异构体，丁烷的同分异构体有2种，戊烷的同分异构体有3种。烷烃只存在链架异构，书写时应注意要全面但是不重复，一般采用“减碳法”。如以C6H14为例：第一步：将分子中全部碳原子连成直链作为母链C—C—C—C—C—C第二步：从母链一端取下一个碳原子作为支链(即甲基)，依次连在主链中心对称线一侧的各个碳原子上，此时碳骨架结构有两种：不能连在①位和⑤位上，否则会使碳链变长，②位和④位等效，只能用一个，否则重复。第三步：从母链上取下两个碳原子作为一个支链(即乙基)或两个支链(即2个甲基)依次连在主链中心对称线一侧的各个碳原子上，两甲基的位置依次相邻、相同，此时碳骨架结构有两种：②位或③位上不能连乙基，否则会使主链上有5个碳原子，使主链变长。所以C6H14共有5种同分异构体。(2)含官能团的有机物同分异构体的书写一般按碳链异构⇒位置异构⇒官能团异构的顺序书写。实例：(以C4H8O为例且只写出骨架与官能团)(1)碳链异构(2)位置异构(3)官能团异构3．同分异构书写及数目的确定（1）同分异构体的书写以C6H14为例，分析用“有序思维”法书写同分异构体第一步：将分子中全部碳原子连成直链作为母链C—C—C—C—C—C第二步：从母链一端取下一个碳原子作为支链(即甲基)，依次连在主链中心对称线一侧的各个碳原子上，此时碳骨架结构有两种：[注意]不能连在①位和⑤位上，否则会使碳链变长，②位和④位等效，只能用一个，否则重复。第三步：从母链上取下两个碳原子作为一个支链(即乙基)或两个支链(即2个甲基)依次连在主链中心对称线一侧的各个碳原子上，两甲基的位置依次相间、相邻，此时碳骨架结构有两种：[注意]②位或③位上不能连乙基，否则会使主链上有5个碳原子，使主链变长。综上分析C6H14共有5种同分异构体。（2）同分异构体数目的确定技巧①记忆法记住常见有机物的同分异构体数。例如：甲烷、乙烷、丙烷均无同分异构体，丁烷有2种，戊烷有3种。②替代法例如：二氯苯C6H4Cl2的同分异构体有3种，四氯苯的同分异构体也有3种。③等效氢法寻找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得出结论，又称为对称法。A.同一碳原子上的氢原子是等效的。B.同一碳原子上所连甲基上的氢原子是等效的。C.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)4．限定条件下同分异构体的书写解答这类题目时，要注意分析限定条件的含义，弄清楚在限定条件下可以确定什么，一般都是根据官能团的特征反应限定官能团的种类、根据等效氢原子的种类限定对称性(如苯环上的一取代物的种数、核磁共振氢谱中峰的个数等)，再针对已知结构中的可变因素书写各种符合要求的同分异构体。规律·方法·技巧·点拔规律·方法·技巧·点拔1.同分异构体数目的判断方法(1)记忆法记住常见同分异构体的数目。①凡只含有一个碳原子的分子均无同分异构体。②甲烷、乙烷、新戊烷、苯的一卤代物只有一种。③丁烷、丙基(—C3H7)有2种，如丙烷的一氯代物有2种。④戊烷有3种。⑤丁基(—C4H9)有4种，如丁烷的一氯代物有4种。⑥戊基(—C5H11)有8种，如戊烷的一氯代物有8种。(2)等效氢法①同一碳原子上的氢为等效氢。②同一碳原子上所连甲基(—CH3)为等效甲基，等效甲基上的所有氢为等效氢。③处于对称位置的碳原子上的氢也为等效氢。④有n种不同的等效氢，其一元取代物就有n种。(3)先定后动法分析二元取代物的方法，如分析C3H6Cl2的同分异构体，先固定其中一个Cl的位置，移动另外一个Cl，从而得到其同分异构体：、、、，共4种。(4)分子中含有苯环的有机物同分异构体种数的判断此类题目应首先根据有机物的分子式和苯环的组成，找出“苯环”之外的部分，依据排列组合的方式确定苯环上取代基的种类和种数，特别要用到苯环的“对称轴”和两个取代基在苯环上“邻、间、对”的位置关系。如分析甲苯苯环上的二氯代物种数时，需先确定一氯代物的种数有三种：。若先固定一个Cl在甲基的邻位，移动另一个Cl可得4种结构：。再固定一个Cl在甲基的间位，移动另一个Cl(注意另一个Cl不能连接甲基的邻位，会出现重复)可得2种结构：。当最后再固定一个Cl在甲基的对位时，无法形成二氯代物。因此，甲苯苯环上的二氯代物有6种。2．常见的官能团类别异构组成通式可能的类别及典型实例CnH2n烯烃(CH2CH—CH3)、环烷烃()CnH2n－2炔烃(CCHCH2—CH3)、二烯烃(CH—CHCH2CH2)、环烯烃()CnH2n＋2O醇(C2H5OH)、醚(CH3OCH3)CnH2nO醛(CH3CH2CHO)、酮()、烯醇(CH2CH—CH2—OH)、环醚()、环醇()CnH2nO2羧酸(CH3COOH)、酯(HCOOCH3)、羟基醛(HO—CH2—CHO)CnH2n－6O典型例题剖析典型例题剖析考向1同分异构体的判断与种数计算【典例1】（2023上·陕西宝鸡·高三校联考阶段练习）2甲基2丁烯()是合成橡胶的中间体，其一氯代物有A．1种 B．2种 C．3种 D．4种【变式练1】（2023下·黑龙江哈尔滨）下列说法不正确的是A．含三个甲基的同分异构体有3种B．表示的有机物共有(不考虑立体异构)20种C．联苯()属于芳香烃，其二溴代物有15种D．分子式为属于芳香烃的同分异构体有8种【变式练2】（2023下·重庆）下列物质在给定条件下的同分异构体数目(不包括立体异构)正确的是A．分子式为且属于烯烃的有机物有4种 B．

的一溴代物有5种C．分子式为且属于羧酸的有机物有4种 D．分子式为且属于醇类的有机物有3种考向2限定条件下同分异构体的书写【典例2】（2023·全国·高三专题练习）的一种同分异构体符合下列条件，写出该同分异构体的结构简式：I．能使溴的CCl4溶液褪色，能与Na反应放出H2，不能与NaHCO3溶液反应；II．分子中含一个五元碳环和3种化学环境不同的氢原子。【变式练3】（2023·全国·高三专题练习）M是F(

)的同分异构体，同时满足下列条件的M的结构(不考虑立体异构)有。种。①遇FeCl3溶液发生显色反②能发生银镜反应③除苯环外不含其他环【变式练4】（2023·全国·高三专题练习）化合物W的相对分子质量比化合物C大14，且满足下列条件的W的结构有种。其中核磁共振氢谱图中有5组峰，峰面积比为2∶2∶2∶1∶1的结构简式为。①遇FeCl3溶液显紫色；②属于芳香族化合物；③能发生银镜反应。三年真题·两年模拟三年真题·两年模拟1．（2023下·河北保定·高二河北省唐县第一中学校考阶段练习）分子式为C6H12O且含有“CHO”的同分异构体共有(不考虑立体异构)A．6种 B．8种 C．4种 D．10种2．（2023下·辽宁大连·高二大连八中校考阶段练习）双环己烷C12H22()它的二氯代物，且氯原子在同一个环上的同分异构体的个数是A．13 B．12 C．11 D．103．（2023下·四川成都·高一成都七中校考期末）分子式为C5H10的有机物的同分异构体的数目为(不考虑立体异构)A．8种 B．9种 C．10种 D．11种4．（2023下·河北邢台·高一宁晋中学统考阶段练习）某有机物的分子式为，该有机物的同分异构体有多种，其中只含六元环不含其他环且能与金属钠反应的同分异构体的种类有(不考虑立体异构)A．2种 B．3种 C．4种 D．5种5．（2023下·山西运城·高二康杰中学校考阶段练习）五联苯的一溴代物有A．5种 B．6种 C．7种 D．8种6．（2023下·黑龙江哈尔滨·高二哈尔滨三中校考期中）组成和结构可用

表示的有机物(不考虑立体结构)共有A．3种 B．