趙均娜 王民會

同分異構(gòu)現(xiàn)象是有機物種類繁多的原因,同分異構(gòu)體概念貫穿于有機化學的始終．高考試題以有機物結(jié)構(gòu)為載體,考查同分異構(gòu)體數(shù)目和結(jié)構(gòu)簡式的書寫,體現(xiàn)了“證據(jù)推理與模型認知”的核心素養(yǎng).解題過程中需要考生從復雜的化學問題中提取要素進行分析,建構(gòu)相應的模型,特別是多官能團同分異構(gòu)體數(shù)目的判斷和結(jié)構(gòu)簡式的書寫,如果學生思維無序,則可能導致重復書寫或漏寫．本文結(jié)合實例進行分析,采取行之有效的方法,幫助同學們攻克這些易錯點．

1 問題轉(zhuǎn)化,回歸模型;思維有序,避免遺漏

多官能團同分異構(gòu)體數(shù)目判斷是高考試題中的難點,學生解題時習慣利用碳鏈異構(gòu)和官能團位置異構(gòu)相互兼顧分析試題,往往出現(xiàn)考慮不周,遺漏數(shù)目且分析時間較長等問題,其本質(zhì)原因是學生無法兼顧碳鏈異構(gòu)和官能團位置異構(gòu),即思維無序,沒有形成穩(wěn)固簡捷的思維模型．這就需要我們首先圍繞題干信息,分析同分異構(gòu)體之間的結(jié)構(gòu)特征,找出同分異構(gòu)體中含有的官能團(或取代基),構(gòu)建多官能團(取代基)同分異構(gòu)體數(shù)目判斷模型,使解題步驟化．

多官能團(取代基)同分異構(gòu)體數(shù)目判斷步驟如下.

第1步:書寫碳鏈異構(gòu).

第2步:官能團1位置異構(gòu) (先確定限制條件多的官能團,如碳碳雙鍵、—COOH、—CHO等,可以減少碳鏈(或碳環(huán))的個數(shù),減輕思維負擔).

第3步:官能團2位置異構(gòu).

……

例1(2019年天津卷,節(jié)選) 化合物B(結(jié)構(gòu)簡式為CH3C≡CCOOC(CH3)3)滿足以下條件的同分異構(gòu)體(不考慮手性異構(gòu))數(shù)目為________．

① 分子中含有碳碳三鍵和乙酯基(—COOCH2CH3).

② 分子中有連續(xù)4個碳原子在一條直線上,寫出其中碳碳三鍵和乙酯基直接相連的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式________．

解析 由題意可知,化合物B分子式為C8H12O2,同分異構(gòu)體分子中含有的官能團和取代基為碳碳三鍵和—COOCH2CH3,排除取代基中的碳原子,主鏈還余5個碳原子．根據(jù)多官能團(取代基)同分異構(gòu)體數(shù)目判斷模型,判斷步驟如下.

第1步:碳鏈異構(gòu),有3種情況.

第2步:碳碳三鍵位置異構(gòu),有3種情況.

第3步:取代基—COOCH2CH3位置異構(gòu),根據(jù)題意,要求分子中有連續(xù)4個碳原子在一條直線上(即碳碳三鍵兩端連接碳原子)，有以下幾種情況.

故滿足條件的B的同分異構(gòu)體有5種,其中碳碳三鍵和乙酯基直接相連的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式為

第1步:寫碳鏈:CH3—C—C—C—C—CH3.

第2步:碳碳三鍵位置異構(gòu),有2種情況.

第4步: —O—(用↑表示)位置異構(gòu)如下.

綜上,符合條件的X的同分異構(gòu)體共有6種,結(jié)構(gòu)簡式如下(學生任意寫3種即可).

2 排除等位碳,避免重復判斷

有機物結(jié)構(gòu)式中,處于對稱位置(軸對稱和中心對稱)的碳原子叫作等位碳．學生在判斷同分異構(gòu)體數(shù)目時,常常多于實際值,原因是加官能團時沒有正確排除等位碳,導致重復．通常有2種情況:1)加官能團時沒有先考慮等位碳;2) 2個官能團相同時,加第2個官能團前,沒有將已經(jīng)連過取代基的碳原子及與其等位的碳原子排除．

解析 由題意可知F的分子式為C6H10O4, 7.3 g F的物質(zhì)的量為0.05 mol, 0.05 mol F與足量飽和NaHCO3溶液反應可釋放出2.24 L二氧化碳(標準狀況)，可知1個F分子中含2個—COOH,剩余C4H8,此時就可以把問題轉(zhuǎn)化成“丁烷的二取代物有幾種(2個取代基相同)”．根據(jù)多官能團(取代基)同分異構(gòu)體數(shù)目判斷模型,判斷步驟如下.

第1步:碳鏈異構(gòu),有2種情況:

第2步:第1個—COOH(用—A表示)位置異構(gòu)

第3步:另一個—COOH(用↓表示)位置異構(gòu),由于2個取代基相同,在向第②和第④ 2個碳鏈上添加—COOH時,要先將已經(jīng)連過—COOH的碳原子以及與其等位的碳原子圈出來排除,如圖1所示.

圖1

綜上,符合條件的F的同分異構(gòu)體共有9種．

第1步:第1個—Cl位置異構(gòu),先排除等位碳,再加—Cl,有2種情況,如下所示.

第2步:另一個—Cl位置異構(gòu)(用序號表示),結(jié)構(gòu)乙在加—Cl前,要先將已經(jīng)連過—Cl的碳原子以及和其等位的碳原子圈出來排除．如下所示.

綜上所述,萘的二氯代物有10種．

3 巧用核磁共振氫譜,突破同分異構(gòu)體結(jié)構(gòu)簡式的書寫

單苯環(huán)同分異構(gòu)體結(jié)構(gòu)簡式的書寫歷來是高考有機推斷題中的熱點,該題往往融合了核磁共振氫譜、對稱性分析等信息,題目綜合性強,有些學生感到無從下手,其主要原因還是思維無序，可以構(gòu)建此類題型的解題模型進行分析．

第1步:根據(jù)分子式和官能團的特征反應確定有機物中含有的官能團．

第2步:根據(jù)核磁共振氫譜數(shù)據(jù),確定不同峰值對應的結(jié)構(gòu)片段(或官能團)的種類和數(shù)目,例如，峰面積為3的倍數(shù)時,可能的結(jié)構(gòu)片段為—CH3．

第3步:根據(jù)單苯環(huán)結(jié)構(gòu)的對稱性,確定有機物的最終結(jié)構(gòu)．

①含有苯環(huán)；

②有三種不同化學環(huán)境的氫，個數(shù)比為6∶2∶1；

③1 mol X與足量金屬Na反應可生成2 g H2．

解析 第1步:由X與D互為同分異構(gòu)體、D分子式為C8H9O2I 可知，X中含有1個—I;由條件①可知支鏈中含2個C原子;由條件③ 可知X 中含有2個—OH．

第2步:由條件②可知，X分子具有對稱性,且含2個—CH3．

① 能發(fā)生銀鏡反應;

② 核磁共振氫譜有三組峰,且峰面積比為3∶2∶1．

解析 第1步:由E的二氯代物分子式可知,化合物結(jié)構(gòu)中含2個—Cl;由“芳香化合物”和條件①可知，結(jié)構(gòu)中含有1個苯環(huán)和1個—CHO．

第2步:由條件②可知，分子具有對稱性,且含有1個—CH3．

第3步:根據(jù)對稱性可得出1個—CHO,1個—CH3,2個—Cl都與苯環(huán)直接相連,滿足條件的芳香化合物的結(jié)構(gòu)簡式為

總之,我們在判斷多官能團同分異構(gòu)體數(shù)目及書寫同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式時,既要學會問題轉(zhuǎn)化,回歸模型,又要做到思維有序,避免判斷遺漏,特別要注意排除等位碳,避免重復判斷,還要學會利用核磁共振氫譜的信息和結(jié)構(gòu)的對稱性,正確書寫出有機物的結(jié)構(gòu)簡式．