2024高考化学课件 发展素养(十五) 模型认知-限定条件下同分异构体的书写

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有机化合物发展素养(十五)模型认知——限定

条件下同分异构体的书写探究点

限定条件下有机物同分异构体的书写作业手册探究命题角度发展核心素养本知识点是高考题中的必考点,通常出现在有机合成与推断的综合题中。设问方式主要有两类,一是判断指定有机化合物(或限定条件)的同分异构体数目,二是书写限定条件的同分异构体的结构简式[证据推理与模型认知]对有机物同分异构体的判断和书写有利于学生建立“结构决定性质,性质反映结构”的化学学科观念,培养“分析推理、归纳论证”的能力和“宏微结合”的核心素养探究点

限定条件下有机物同分异构体的书写一、了解不饱和度与有机物结构、结构与性质等之间的关系二、掌握限定条件下有机物同分异构体的书写步骤及方法(1)书写步骤(2)书写方法(以含苯环同分异构体书写为例)①“碎片”推测:依据分子式(不饱和度)信息、特殊结构信息、类别信息、化合物性质等推断官能团。②碳架构建:除“碎片”以外的碳原子,按碳架异构搭建。③“碎片”组装:先在苯环上进行基团定位→再考虑取代基在苯环上的位置异构→最后考虑取代基的碳架异构、官能团在取代基中的位置异构、官能团类别异构。④方法选择:“端基碎片”的位置异构一般选择“等效氢”“定一移一”等方法;“非端基碎片”的位置异构一般选择“插入法”。a.端基碎片,指在有机物的结构简式中只能位于“末端”的碎片,主要包括卤素原子、硝基、氨基、羟基、羧基、醛基等。书写含有这些碎片的同分异构体时,可将其分子式变形为烃基和碎片两部分,如R—CHO、R—X等。它们的同分异构体则取决于烃基部分的异构体数目,如甲基1种,乙基1种,丙基2种,丁基4种。b.非端基碎片,分为桥型、三叉型、十字型。桥型通常有酮羰基、酯基、酰胺基等;三叉型包括苯环的三取代

、

、

;十字型包括

等;桥型碎片通常采用插入法,其余均可采用烃基分配法确定。例

[2022·全国乙卷节选]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

。

10、【信息解读】

E的结构简式为

E的分子式为C11H12O3,不饱和度为6

E的同分异构体与饱和NaHCO3溶液反应产生CO2,结合分子式中O原子的个数,说明含1个羧基,能发生银镜反应、不能发生水解反应说明还含1个醛基若3个甲基在苯环上的位置为

时,羧基、醛基在苯环上有3种位置;若3个甲基在苯环上的位置为

时,羧基、醛基在苯环上有6种位置;若3个甲基在苯环上的位置为

时,羧基、醛基在苯环上有1种位置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4组氢且氢原子数量比为6∶3∶2∶1产物的结构简式为

、

。变式题(1)[2022·辽宁卷节选]化合物I( )的同分异构体满足以下条件的有

种(不考虑立体异构);

ⅰ.含苯环且苯环上只有一个取代基ⅱ.红外光谱无醚键吸收峰其中,苯环侧链上有3种不同化学环境的氢原子,且个数比为6∶2∶1的结构简式为

(任写一种)。12(或

)[解析]化合物I的分子式为C10H14O,计算可得不饱和度为4。化合物I的同分异构体分子中含有苯环,则其余C原子均为饱和碳原子;又由红外光谱无醚键吸收峰,可得苯环上的取代基中含1个羟基;分子中苯环上只含有1个取代基,则该取代基的结构为

、

、

、

(1、2、3、4均表示羟基的连接位置),即满足条件的化合物I的同分异构体共有12种。其中,苯环侧链上有3种不同化学环境的氢原子,且个数比为6∶2∶1的同分异构体应含有两个等效的甲基,则其结构简式为

或

。变式题(2)[2021·广东卷节选]化合物Ⅵ( )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)。10[解析]化合物Ⅵ的分子式为C10H12O4,其芳香族同分异构体满足条件:a)能与NaHCO3反应说明含有羧基;b)能与NaOH反应说明含有酚羟基或羧基或酯基,最多能与2倍物质的量的NaOH反应,说明除一个羧基外还含有酚羟基、羧基、酯基中的一个,由不饱和度可确定另一官能团为酚羟基;c)能与Na反应的官能团为醇羟基、酚羟基、羧基,能与3倍物质的量的Na发生放出H2的反应,说明一定含有醇羟基,综上该分子一定含有羧基、醇羟基和酚羟基;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,说明含有两个甲基取代基,并且高度对称;e)不含手性碳原子;据此可知共有三个取代基,分别是—OH、—COOH和

,当—OH和—COOH处于邻位时,

有四种不同的取代位置,即

、

、

和

;当—OH和—COOH处于间位时,

有四种不同的取代位置,即

、

、

和 ;当—OH与—COOH处于对位时,

有两种不同的取代位置,即

和 ,综上分析,满足条件的同分异构体共有十种。1.

(1)[2022·山东威海期末节选]与F( )中官能团的种类和数目完全相同的同分异构体有

种(不含立体异构),其中核磁共振氢谱为4组峰,且峰面积之比为1∶2∶3∶4的是

(写结构简式)。

123456789101112131415161718198[解析]F中含有2个羧基,与F中官能团的种类和数目完全相同的同分异构体有

、

、

、

、

、

、

、

,共8种。其中核磁共振氢谱为4组峰,且峰面积之比为1∶2∶3∶4的结构简式为

。12345678910111213141516171819(2)在G( )的同分异构体中,苯环上的一氯代物只有一种的共有

种(不含立体异构),其中核磁共振氢谱显示两组峰的是

(写结构简式)。

123456789101112131415161718198[解析]G的同分异构体中,苯环上的一氯代物只有一种,则有两种情况,一是苯环上有两个相同的对位取代基,可能为两个—CH2OH或—O—CH3:

、

,共有2种同分异构体;二是苯环上有四个取代基,且是两个—OH和两个—CH3,先固定两个—OH的位置,有邻、间、对三种关系,再移动两个—CH3,共有6种结构:

、

、

、

、

、

,故符合条件的总共有8种同分异构体;核磁共振氢谱显示两组峰,则苯环上可能有2个对位取代基,且是醚键,结构简式为

。123456789101112131415161718192.

(1)抗结肠炎药物有效成分的结构简式为

,它的同分异构体中,符合下列条件的有

种。

①遇FeCl3溶液有显色反应

②分子中甲基与苯环直接相连③苯环上共有三个取代基1234567891011121314151617181910[解析]遇FeCl3溶液有显色反应,说明含有酚羟基;分子中甲基与苯环直接相连,苯环上共有三个取代基,则三个取代基分别是硝基、甲基和酚羟基。如果硝基和甲基处于邻位,酚羟基有4种结构;如果硝基和甲基处于间位,酚羟基有4种结构;如果硝基和甲基处于对位,酚羟基有2种结构,所以符合条件的同分异构体有10种。(2)写出

符合下列要求的同分异构体的结构简式:

。

①苯环上只有两个取代基②能使溴的CCl4溶液褪色,且在酸性条件下能发生水解③核磁共振氢谱显示峰面积之比为1∶1∶2∶2∶212345678910111213141516171819[解析]能使溴的CCl4溶液褪色,说明含有碳碳双键,在酸性条件下能发生水解,说明含有酯基,核磁共振氢谱显示峰面积之比为1∶1∶2∶2∶2,苯环上只有两个取代基,符合上述条件的结构简式为

。(3)D是化合物B(CH2

=CHCH2Br)的一种同分异构体,其核磁共振氢谱显示有两种不同化学环境的氢原子,且峰面积之比为4∶1,D的结构简式为

。12345678910111213141516171819[解析]核磁共振氢谱显示有两种不同化学环境的氢原子,且峰面积之比为4∶1,说明其结构高度对称,则D的结构简式为

。3.[2022·湖北天门月考节选]X是

的同分异构体,其中核磁共振氢谱有5组峰且峰面积比为6∶2∶2∶1∶1的是

(写结构简式)。

①含苯环且苯环上只有两个取代基;②含醛基且与苯环直接相连;③除苯环外不含其他环状结构。

12345678910111213141516171819[解析]X是

的同分异构体,分子式为C11H12O,满足题述条件,说明X中一个取代基为醛基,另一个取代基为含有4个碳原子的烃基,其中核磁共振氢谱有5组峰且峰面积之比为6∶2∶2∶1∶1的是

。123456789101112131415161718194.[2022·湖北仙桃期末节选]写出同时满足下列条件的

的同分异构体的结构简式:

(任写一种)。

①分子中含有苯环结构;②分子中有4种不同化学环境的氢原子;③既能与FeCl3溶液发生显色反应,也能发生银镜反应。

12345678910111213141516171819或

或

[解析]根据结构简式

,结合其限定条件,可确定其同分异构体中除苯环结构外,还有1个“—OH”和1个“—OOCH”或2个“—OH”和1个“—CHO”,并在苯环上形成对称结构,据此便可写出3种可能结构的同分异构体:

、

、

。123456789101112131415161718195.[2022·山东潍坊一中模拟节选]写出3种同时符合下列条件的化合物A( )的同分异构体的结构简式(不包括立体异构体):

。

①分子中存在六元环;②不与钠反应;③1H-NMR显示只有4种不同化学环境的氢原子12345678910111213141516171819、

、

、

、

(任写3种)[解析]与A互为同分异构体,且满足以下条件:①分子中存在六元环;②不与钠反应;③1H-NMR显示只有4种不同化学环境的氢原子,则该同分异构体中不存在羟基,可能的同分异构体的结构简式见答案。123456789101112131415161718196.[2022·山东菏泽三模节选]有机物M与D

( )互为同分异构体,同时满足下列条件的M的结构有

种。写出其中任3种结构简式:

。

a.能发生银镜反应,遇FeCl3溶液显紫色。b.结构中存在—NO2。c.核磁共振氢谱显示有4组峰,峰面积之比为1∶2∶2∶2。123456789101112131415161718197、 、 、

、

、

、

(任写3种)[解析]有机物D的分子式为C9H7O5N,有机物M是有机物D的同分异构体,根据已知条件:能发生银镜反应,遇FeCl3溶液显紫色,说明结构中含有醛基(或甲酸酯基)、酚羟基和苯环;核磁共振氢谱显示有4组峰,峰面积之比为1∶2∶2∶2,说明结构中有4种不同化学环境的H原子;结构中存在—NO2。则满足已知条件的同分异构体有7种,具体结构简式见答案。123456789101112131415161718197.C( )的一种同分异构体同时满足下列条件,写出该同分异构体的结构简式:

。

①能与FeCl3溶液发生显色反应。②能发生水解反应,水解产物之一是α-氨基酸,另一产物分子中不同化学环境的氢原子数目比为1∶1且含苯环。12345678910111213141516171819[解析]能与FeCl3溶液发生显色反应说明含有酚羟基,能发生水解反应,说明含有酯基或酰胺基,水解产物之一为α-氨基酸,则说明氨基和羧基连在同一个碳原子上,则只能含有酯基,另一个产物不同化学环境的H原子数目比为1∶1,说明该分子中取代基的基团是对称的。C中除苯环外的不饱和度为1,酯基的不饱和度也为1,酯基断开得羟基和羧基,原来苯环上必须连有酚酯基,由对称性知,水解所得有机物中三个酚羟基是对称的,剩余的原子刚好组成一个氨基酸分子,由此写出分子的结构简式为

。123456789101112131415161718198.

[2022·山东临沂二模节选]苯的二元取代物M是酮基布洛芬( )的同分异构体,则符合条件的M有

种(不考虑立体异构);

①分子中含有两个苯环,且两个取代基均在苯环的对位;②遇FeCl3溶液显紫色;③能发生银镜反应;④1molM最多与3molNaOH反应。其中不能与溴水发生加成反应的同分异构体的结构简式为

。

1234567891011121314151617181910、

[解析]根据条件M中含有苯环的基团只能是

和

,连接这两个基团的结构可以是—CH=CH—CH2—(2种)、

(2种)、(2种)、

、

、

、

,则符合条件的M共有10种;其中不能与溴水发生加成反应的同分异构体中不含碳碳双键,结构简式见答案。123456789101112131415161718199.[2022·湖北黄石模拟节选]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。其中核磁共振氢谱中有5组峰,峰面积之比为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1234567891011121314151617181913[解析]化合物C的结构简式是

,化合物W的相对分子质量比C大14,说明多一个CH2原子团,能同时满足:①遇FeCl3溶液显紫色,说明含有酚羟基;②属于芳香族化合物,说明含有苯环;③能发生银镜反应,说明含有—CHO,苯环有2个侧链为—OH、—CH2CHO,有邻、间、对3种位置关系,苯环有3个侧链为—OH、—CHO、—CH3,羟基与醛基有邻、间、对3种位置关系,对应的甲基分别有4种、4种、2种位置,故符合条件的同分异构体共有3+(4+4+2)=13种;其中核磁共振氢谱图中有5组峰,峰面积之比为2∶2∶2∶1∶1的结构简式为

。1234567891011121314151617181910.写出化合物A( )同时符合下列条件的同分异构体的结构简式:

。

1H-NMR谱和IR谱检测表明:①分子中共有4种氢原子,其中苯环上的有2种;②有碳氧双键,无氮氧键和—CHO。12345678910111213141516171819、

、

、

[解析]A分子除了苯环之外,不饱和度为1,A的同分异构体有一个碳氧双键,分子中总共有4种氢原子,苯环上有2种,考虑苯环对位结构,且处于对位上的两个基团不相同,又知无—CHO和氮氧键,所以C=O中C可以与N、Cl、O相连,则支链可以为—CONHCl和—OH、—COOH和—NHCl、—NHCOCl和—OH、—NHCOOH和—Cl,进而写出相关结构简式。1234567891011121314151617181911.M为C( )的一种同分异构体。已知:1molM与饱和碳酸氢钠溶液充分反应能放出2mol二氧化碳;M与酸性高锰酸钾溶液反应生成对苯二甲酸。M的结构简式为

。

12345678910111213141516171819[解析]根据M的有关信息可知,M分子中含有2个羧基、一个苯环,且两个取代基在苯环的对位上,结合C物质的结构简式可知,其同分异构体M中的两个对位取代基分别为—COOH、—CH2COOH,故M的结构简式为

。12.已知吡啶( )具有芳香性,E

( )的六元环芳香同分异构体中,能与金属钠反应,且核磁共振氢谱有四组峰,峰面积之比为6∶2∶2∶1的有

种,其中,芳香环上为二取代的结构简式为

。123456789101112131415161718196[解析]根据能与金属钠反应,可知分子中含有—OH,根据含有六元芳香环,并且核磁共振氢谱峰面积比为6∶2∶2∶1,可知有

、

、

、

、

、

6种结构符合要求,其中芳香环上二取代的同分异构体的结构简式为

。1234567891011121314151617181913.

的同分异构体同时满足下列条件,写出该同分异构体的结构简式:

。

①不同化学环境的氢原子个数比是2∶2∶2∶1;②苯环上有4个取代基,且有两种含氧官能团。12345678910111213141516171819、[解析]

的同分异构体,苯环上有4个取代基,且有两种含氧官能团,根据其不饱和度可知,这两种含氧官能团为羟基和醛基;分子中不同化学环境的氢原子个数比是2∶2∶2∶1,说明分子结构具有一定的对称性,则该物质可能的结构简式见答案。1234567891011121314151617181914. 有多种同分异构体,其中能同时满足下列条件的芳香族化合物的结构简式为

。

①可发生银镜反应,也能与FeCl3溶液发生显色反应;②核磁共振氢谱有四组峰,峰面积之比为1∶2∶2∶3。12345678910111213141516171819、[解析]

的同分异构体满足:①可发生银镜反应,也能与FeCl3溶液发生显色反应,说明结构中含有醛基和酚羟基,根据不饱和度可知该结构中除醛基和苯环外,不含其他不饱和键;②核磁共振氢谱有四组峰,峰面积之比为1∶2∶2∶3,说明该结构具有对称性,根据该结构中氧原子数可知该结构中含有1个醛基、2个酚羟基、1个甲基,满足该条件的同分异构体结构简式见答案。1234567891011121314151617181915.

有多种同分异构体,满足下列条件的同分异构体有

种,其中核磁共振氢谱中峰面积之比为6∶2∶2∶1∶1的结构简式为

(写出一种即可)。

①可发生银镜反应和水解反应;②苯环上有3个侧链。1234567891011121314151617181916或[解析]根据有机物的结构简式可知,其同分异构体中除了苯环外还有1个不饱和度,除了苯环外还有4个碳原子,以此解题。化合物

的同分异构体同时满足下列条件:①可发生银镜反应说明含有醛基;可发生水解反应说明含有酯基,由于只有2个O原子,则具有

结构;②苯环上有3个侧链;满足条件的E的同分异构体有两种情况:①三个支链分别是

、—CH3、—CH2CH3,这样的同分异构体有10种;②三个支链分别为HCOOCH2—、—CH3、—CH3,这样的同分异构体有6种。故共有16种不同结构;其中核磁共振氢谱中峰面积之比为6∶2∶2∶1∶1的结构简式见答案。1234567891011121314151617181916.写出同时满足下列条件的C9H11O3N的一种同分异构体的结构简式:

。

①含有苯环,且分子中有一个手性碳原子;②能发生水解反应;③水解产物之一是α-氨基酸,另一种水解产物分子的核磁共振氢谱只有2组峰。12345678910111213141516171819、

、

、

(任写一种)[解析]C9H11O3N的不饱和度为5,符合条件:能水解,产物之一为α-氨基酸,说明含有

结构;减去以上结构和苯环,还有一个碳原子和一个氧原子;另一水解产物分子的核磁共振氢谱只有2组峰,则其中含有两种等效氢原子,同时考虑含有1个手性碳原子,则符合条件的C的同分异构体的结构简式见答案。1234567891011121314151617181917. 的同分异构体同时满足下列条件,写出该同分异构体的结构简式:

。

①分子中含有苯环和四个甲基,核磁共振氢谱有四组峰;②1mol该物质能与银氨溶液发生银镜反应生成6molAg。12345678910111213141516171819、[解析]根据

的结构简式可知,其同分异构体中除了苯环外还应该有3个