怎样确定有机物的同分异构体数目上课讲义.doc

怎样确定有机物的同分异构体数目

怎样确定有机物的同分异构体数目
一般来说，已知分子式确定同分异构体的数目，只需写出碳骨架，而不必把相连的氢原子全部写出；已知结构简式确定同分异构体数目，则可用箭头或用阿拉伯数字表示，而不必将其结构式一一写出；这样可以节约很多时间。要判断两种结构简式是否互为同分异构体，首先要看分子式是否相等，然后看结构是否不同。
1、 等效氢法
烃的一取代物数目的确定，实质上是看处于不同位置的氢原子数目。可用“等效氢法”判断。判断“等效氢”的三条原则是：
① 同一碳原子上的氢原子是等效的；如甲烷中的4个氢原子等同。
② 同一碳原子上所连的甲基是等效的；如新戊烷中的4个甲基上的12个氢原子等同。
③ 处于对称位置上的氢原子是等效的。如乙烷中的6个氢原子等同，2,2,3,3—四甲基丁烷上的24个氢原子等同，苯环上的6个氢原子等同。
在确定同分异构体之前，要先找出对称面，判断等效氢，从而确定同分异构体数目。
例1：下列有机物的一氯取代物其同分异构体的数目相等的是 ( )解析：首先判断对称面：①和④无对称面，②和③有镜面对称，只需看其中一半即可。然后，看有否连在同一碳原子上的几个甲基：①中有两个甲基连在一碳上，六个氢原子等效；③中有也有两个甲基连在同一碳原子上，加上镜面对称，应有十二个氢原子等效。最后用箭头确定不同的氢原子。如下所示，即可知①和④都有七种同分异构体，②和③都只有4种同分异构体。应选B、D。

例2：含碳原子个数为10或小于10的烷烃中，其一卤代烷烃不存在同分异构体的烷烃共有 ( )
A. 2种 B. 3种 C. 4种 D. 5种
解析：按照等效氢原则，小于11个碳原子的烷烃中，只有一种一卤代物的，甲烷和乙烷符合，以及甲烷型的新戊烷和乙烷型的2,2,3,3—四甲基丁烷符合，共4种。故应选C。
2、轴线移动法
对于多个苯环并在一起的稠环芳烃，要确定两者是否为同分异构体，则可画一根轴线，再通过平移或翻转来判断是否互为同分异构体。
例3：萘分子的结构式可以表示为 ，两者是等同的。苯并[a]芘是强致癌物质(存在于烟囱灰、煤焦油、燃烧烟草的烟雾和内燃机的尾气中)。它的分子由五个苯环并合而成，其结构式可表示为(Ⅰ)或(Ⅱ)式，这两者也是等同的。现有结构式(A)~(D)，其中

(1) 跟(Ⅰ)、(Ⅱ)式等同的结构式是____________；
(2) 跟(Ⅰ)、(Ⅱ)式是同分异构体的是___________。(MCE94.18—19)解析：首先要看出C式中右上边的环不是苯环，因有一个碳原子连有2个氢原子。其次在连在一条线上的3个苯环画一条轴线，如下图，再移动或翻转便可看出A、D与(Ⅰ)、(Ⅱ)式等同，为同一物质。B与(Ⅰ)、(Ⅱ)式结构不同，另两个苯环分别在轴线的两侧，故为同分异构体。本题答案是：(1). A、D (2). B。

3．定一移二法
对于二元取代物的同分异构体的判断，可固定一个取代基位置，再移动另一取代基位置以确定同分异构体数目。
例4：若萘分子中有两个氢原子分别被溴原子取代后所形成的化合物的数目有 ( )
A.5 B. 7 C. 8 D. 10
解析：萘分子中两个苯环是等同的，除并在一起的两个碳原子外，只存在两种不同的碳原子，即a位的和b位的碳原子。定一个a位的碳原子，再连接其余的a位的和b位的碳原子，这样形成的二溴代物就有7种；定一个b位的碳原子，再连接其余的b位的碳原子，这样形成的二溴代物就有3种。如图所示。因此，总共有10种，应选D。

四、排列组合法
例5：若萘分子中有两个氢原子分别被溴原子取代后所形成的化合物的数目有 ( D )
A. 5 B. 7 C. 8 D. 10
解析：萘环上只有两种不同的氢原子：a-和b-，二取代物的组合有3种情况：a-a：3种，a-b：4种，b-b：3种，共10种同分异构体。
例6：有三种不同的基团，分别为－X、―Y、―Z，若同时分别取代苯环上的三个氢原子，能生成的同分异构体数目是 A
A. 10 B. 8 C. 6 D. 4
解析：邻位3种：XYZ，XZY，ZXY；邻间位6种：XY-Z，XZ-Y，YX-Z，YZ-X，ZX-Y，ZY-X；间位1种：X-Y-Z，共有10种。
例7：分子结构中含有两个-CH3、一个-CH2-、一个基、一个 -OH，且属于酚类的同分异构体有6种，其结构简式为：__________、_________、_________、_________、_________、__________。
解析：由于是酚类，且只有3个取代基，实际上是-C2H5、-CH3、-OH三个基团的组合。三取代基处于邻间位，共有6种：XY-Z，XZ-Y，YX-Z，YZ-X，ZX-Y，ZY-X。

例8： 可简写为 。两个环共用2个以上碳原子的多环烃叫桥环烃。双环桥环烃的命名是根据环上碳原子的总数称为二环某烃。以几个碳桥交会处的两个碳原子为桥头，在环字后面的方括号内用阿拉伯数字标明一个碳桥上碳原子的数目，几个数字按大小次序列出，数字之间在下角用逗号分开。例如：
二环[2,2,1]庚烷 二环[4,4,0]癸烷
分子式：C7H12 分子式：C10H18
根据上述叙述，回答下列问题：
(1) 某桥环烃的结构简式为： ，名称：_______________________，分子式：_____________。
(2) 二环辛烷(C8H14)异构体较多，其中属于双环桥环烃的异构体就有6种，它们是： ⑤__________ ⑥__________
(3) 上述①二环[2,2,2]辛烷的一氯取代物有______种同分异构体(不考虑空间异构)。
此题可从组合上去考虑，6种情况为：5,1,0；4,2,0；4,1,1；3,3,0；3,2,1；2,2,2。①为2,2,2；②为3,2,1；③为4,1,1；④为5,1,0；所以剩下的两种就是4,2,0和3,3,0。
答案：(1) 二环[3,2,2]壬烷；C9H16 (2) (3) 2
例9：下面是稠环芳香烃中蒽和并五苯的结构简式：

由于取代烃的位置不同，产生的异构现象称为官能团位置异构。一氯并五苯有 个异构体；二氯蒽有 (填数字)个异构体。
解析：由下列图示中可知，并五苯有两个对称面，分子中碳原子上连接的氢原子有4种位置：a、b、g、w，故其一氯并五苯应有4种。蒽也有两个对称面，分子中碳原子上连接有3种氢原子4个a-氢原子、4个b-氢原子、两个g-氢原子，按照组合原则，a-a有3种，a-b有4种，a-g有2种，b-b有3种，b-g有2种，g-g有1种，一共有15种，故二氯蒽应有15种。

答案：4；15

例10：某有机化合物的结构简式为： ；其中属于芳香醇的同分异构体共有( )
A. 3种 B. 4种 C. 5种 D. 6种
解析：分子式为C8H10O；可考虑为C6H5·C2H4OH有两种，为CH3·C6H4·CH2OH(两个侧链)有邻、间、对有3种。共5种，应选C。
例11：联苯( )由两个苯环通过单键连接而成。假定二氯连苯分子中，苯环间的单键可以自由旋转，理论上由异构而形成的二氯联苯共有 ( D )
A. 6种 B. 9种 C. 10种 D. 12种
解析：每个苯环上只有三种不同的H原子：a、b、g，用定一移二法时要注意等效氢的存在。同一苯环上有6种，不同苯环间也有6种，共12种。

如果用排列组合法，则同一苯环上有a-a一种，a-b两种，a-g一种，b-b一种，b-g一种；不同苯环间有a-a一种，a-b一种，a-g一种，b-b一种，b-g一种，g-g一种等6种。如图：