李靈敏

(浙江省慈溪市逍林中學(xué) 315321)

同分異構(gòu)體的考查一直是高考化學(xué)熱點(diǎn)之一，浙江省2015年高考實(shí)行7選3選考以后，同分異構(gòu)體的書寫成了每年必考考點(diǎn)，如2017年4月選考32題:

寫出同時(shí)符合下列條件的C的所有同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式____.

(1)分子中有苯環(huán)而且是苯環(huán)的鄰位二取代物；

(2)1H-NMR譜表明分子中有6種氫原子；IR譜顯示存在碳氮雙鍵(C=N).

常見典型錯(cuò)誤有：寫不全、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式表達(dá)錯(cuò)誤、1H-NMR譜氫的種類不符合等.面對(duì)此題，可以利用下面這些策略幫助解答.

一、善于分析限定條件

首先就是讀題與審題，審題的關(guān)鍵是要善于分析與解讀試題所給出的限定條件.限定條件大致可以分為兩大類，一類是反應(yīng)有機(jī)物的特征性質(zhì)的，用于確定官能團(tuán)及有機(jī)物的主體結(jié)構(gòu)，如下表所示；另一類是反應(yīng)不同化學(xué)環(huán)境的氫原子的1H-NMR譜，用于確定官能團(tuán)的位置以及剩余基團(tuán)的位置.

反應(yīng)有機(jī)物的特征性質(zhì)的限定條件對(duì)應(yīng)有機(jī)物的官能團(tuán)或結(jié)構(gòu)特征能與Na2CO3溶液反應(yīng)含酚-OH或-COOH能與NaHCO3溶液反應(yīng)含-COOH能與NaOH溶液反應(yīng)含酚-OH或-COOH或-COOR或-X能發(fā)生銀鏡反應(yīng)(或與新制Cu(OH)2反應(yīng))含-CHO(包括HCOOR)與FeCl3發(fā)生顯色反應(yīng) 含酚-OH水解后的產(chǎn)物才能與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng) 含酚酯結(jié)構(gòu)

二、學(xué)會(huì)數(shù)等效氫原子

所謂等效氫是指有機(jī)化合物分子中位置等同的氫，可通過核磁共振1H-NMR譜圖中的吸收峰數(shù)目來反映.同一甲基上所連的氫原子、同一碳原子上所連甲基上的氫原子以及處于鏡面對(duì)稱位置上的氫原子(相等于平面鏡成像時(shí)，物與像的關(guān)系)都是最常見的等效氫類型.

以戊烷為例：①CH3②CH2③CH2④CH2⑤CH3，從左往右①號(hào)與⑤號(hào)碳原子上的6個(gè)氫原子是等效的，②號(hào)與④號(hào)碳原子上的4個(gè)氫原子是等效的，因此戊烷有三種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，且1H-NMR譜峰面積之比為3∶2∶1.

如果能全面系統(tǒng)的掌握數(shù)等效氫原子的技巧，對(duì)于含有苯環(huán)的有機(jī)物，可以快速地判斷出不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，從而提高解題效率.如果苯環(huán)上只有1個(gè)取代基，則苯環(huán)上有鄰、間、對(duì)3種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子.如果有多個(gè)取代基，可以通過尋找對(duì)稱點(diǎn)(軸)的方法判斷等效氫的種類，當(dāng)苯環(huán)的對(duì)位是相同的取代基時(shí)，中心對(duì)稱，則苯環(huán)上只有1種化學(xué)環(huán)境的氫；當(dāng)苯環(huán)的對(duì)位是不同取代基時(shí)，軸對(duì)稱，苯環(huán)上有2種不同化學(xué)環(huán)境的氫；當(dāng)苯環(huán)的鄰位是不同取代基時(shí)，無對(duì)稱點(diǎn)，有4種不同化學(xué)環(huán)境的氫；以此類推，有3個(gè)取代基時(shí)，也可以用同樣的方法尋找不同化學(xué)環(huán)境的氫原子.

三、活用“定m移n”方法

對(duì)于含有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的有機(jī)物，當(dāng)遇到多個(gè)取代基時(shí)，很多教師在教學(xué)中會(huì)提出定一移二法，固定一個(gè)取代基位置，再移動(dòng)另一個(gè)或兩個(gè)取代基位置以確定同分異構(gòu)體數(shù)目.實(shí)則不然，有時(shí)候還可以定二移一，甚至定二移二，會(huì)讓同分異構(gòu)體的判斷與書寫變的更簡(jiǎn)潔明了，因此在教學(xué)中應(yīng)該根據(jù)具體問題進(jìn)行具體分析，發(fā)散學(xué)生的思維，用活“定m移n”的方法(m、n均可取1或2).

例如：有三種不同的鹵素取代基，分別為-X、―Y、―Z，若同時(shí)分別取代苯環(huán)上的三個(gè)氫原子，能生成的同分異構(gòu)體數(shù)目共有幾種？

基于學(xué)生對(duì)苯環(huán)上2個(gè)不同取代基時(shí)有鄰、間、對(duì)三種同分異構(gòu)體的認(rèn)識(shí)，因此此題采用定二移一法更簡(jiǎn)單，如圖所示，先固定X、Y兩個(gè)取代基，再根據(jù)等效氫原則，當(dāng)X、Y處于鄰位時(shí)，有4種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，則Z有4種不同的取代位置，依次類推，同分異構(gòu)體的總數(shù)=4+4+2=10種.

四、巧用不飽和度計(jì)算

不飽和度 (Degree of unsaturation)，又稱缺氫指數(shù)，是有機(jī)物分子不飽和程度的量化標(biāo)志，用希臘字母Ω表示.從有機(jī)物結(jié)構(gòu)角度計(jì)算：

Ω=雙鍵數(shù)+三鍵數(shù)×2+單鍵環(huán)數(shù)+…

其中雙鍵(C=C 、C=O、 C=N)Ω=1、三鍵(C≡C、C≡N)Ω=2、單鍵環(huán)Ω=1、苯環(huán) Ω=4 、硝基Ω=1；

從有機(jī)物分子式角度計(jì)算：

先將分子式進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)化成CxHyOm(NH)n型， 則Ω=x+1-y/2，處理原則是氧元素“視而不見” ，鹵素原子換成氫原子，每一個(gè)氮原子奪了一個(gè)氫原子之后隱藏.

如果能將不飽和度的計(jì)算融入有機(jī)推斷與同分異構(gòu)體的書寫，可以提高解題效率.

例11 molY能與足量碳酸氫鈉溶液反應(yīng)放出44.8 L CO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則Y的分子式可能是( ).

A.C5H10O4B.C4H4O4

C.C3H6O4D.C2H2O4

計(jì)算可得，A、B、C、D的不飽和度分別為1、3、1、2；再結(jié)合1molX能與足量碳酸氫鈉溶液反應(yīng)放出 2mol CO2，則X必含2個(gè)羧基，即X的不飽和度要≥2，因此答案選擇BD.

當(dāng)然，上述四種策略，不是孤立存在的，更多的時(shí)候需要我們聯(lián)合運(yùn)用，才能將限定條件下的同分異構(gòu)體簡(jiǎn)潔而有序的書寫完整.

例2 (2017年4月選考32題第5小題)寫出同時(shí)符合下列條件的c(C8H7N)的所有同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式____.①分子中有苯環(huán)而且是苯環(huán)的鄰位二取代物；②1H-NMR譜表明分子中有6種氫原子；IR譜顯示存在碳氮雙鍵(C=N).

其次根據(jù)分子式計(jì)算不飽和度Ω=6，可見除了苯環(huán)、C=N之外，還需要1個(gè)不飽和度，但原子只有2個(gè)碳1個(gè)氮了，因此必須還有1個(gè)環(huán)；

最后根據(jù)1H-NMR譜表明分子中有6種氫原子進(jìn)行逐一檢查排除第1個(gè)，余下的三個(gè)則為本題的正確答案，對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)氫即可.

綜上所述,限定條件下同分異構(gòu)體的書寫，與傳統(tǒng)的同分異構(gòu)體的書寫相比，不再是簡(jiǎn)單的碳架的羅列與變換了，而是通過限定條件強(qiáng)化考查了學(xué)生對(duì)有機(jī)化學(xué)“組成、結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”這一基本觀念的掌握程度，與當(dāng)前要求發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)相一致.因此在有機(jī)化學(xué)教學(xué)中，要圍繞學(xué)科核心素養(yǎng)科學(xué)合理地組織和設(shè)計(jì)同分異構(gòu)體的有關(guān)教學(xué)內(nèi)容，遵循學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，幫助學(xué)生構(gòu)建解題模型，逐步提升學(xué)生限定條件下的同分異構(gòu)體的書寫能力.