1、学科素养学科素养 1 认识有机化合物认识有机化合物 教师用书独具 要点一 同分异构体数目的判断和书写方法 1同分异构体数目的判断方法 (1)记忆法：记住已掌握的常见有机物的同分异构体数。如 凡只含一个碳原子的分子均无异构体；甲烷、乙烷、新戊烷(看作 CH4的四甲基取代 物)、2,2,3,3- 四甲基丁烷(看作乙烷的六甲基取代物)、苯、环己烷、C2H2、C2H4等分子的一 取代物只有 1 种。 丙基、丁烷有 2 种；戊烷、二甲苯有 3 种。 (2)基元法：如丁基(C4H9)有 4 种，则丁醇(C4H9OH)、一氯丁烷(C4H9Cl)或 C4H10 的一氯代物、戊醛(C4H9CHO)、戊酸(C4H
2、9COOH)等的同分异构体数都有 4 种(均指同类 有机物)。 (3)替代法： 如二氯苯 C6H4Cl2的同分异构体数有 3 种， 四氯苯的同分异构体数也有 3 种。 (4)等效氢原子法(又称对称法)。 同一碳原子上的氢原子是等效的； 同一碳原子上所连甲基上的氢原子是等效的； 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)。 2有机物同分异构体的书写 有机物同分异构体的书写方法有多种，总体来说，必须遵循“价键数守恒”的原则，同 时注意“有序性和等效性”两个特性和“四顺序”原则。 (1)所谓“价键数守恒”指的是在有机物中各元素所能形成的共价键数目是一定的。如： 碳原子有
3、4 个价键、氢原子有 1 个价键、氧原子有 2 个价键等。 (2)所谓“有序性”即从某一种形式开始排列，依次进行，一般为先看种类(指官能团异 构)；二定碳链；三写位置(指官能团或支链的位置)；最后补氢。 (3)所谓“等效性”即防止将结构式相同的同一种物质判断成同分异构体。 (4)所谓“四顺序”原则是指主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边，排布由邻、 对到间。 典例 1 相对分子质量为 100 的烷烃，主链上有 5 个碳原子的同分异构体有( ) A3 种 B4 种 C5 种 D6 种 解析 根据烷烃的通式 CnH2n2可知，12n2n2100，n7，则此烷烃为庚烷，最 长碳链为 5 个碳原子
4、，另两个碳原子可作为两个甲基或一个乙基，若为两个甲基，加在相同 碳原子上有 2 种同分异构体，若加在不同碳原子上有 2 种同分异构体，若为一个乙基，则只 能加在 3 号碳原子上，只有 1 种，共 5 种。 答案 C 学以致用 烷烃失去一个氢原子后剩余的部分叫烷基，烷基也可能有多种结构。如甲基(CH3)只有 1 种结构，乙基(C2H5)只有 1 种结构，丙基(C3H7)有 2 种结构，则己基(C6H13)的结构(不考虑 立体异构)有( ) A15 种 B16 种 C17 种 D18 种 解析： 己烷有 5 种结构， 写出每种碳链结构找其对称轴， 确定对应己烷中氢原子的种类， 则可确定己基的结构种
5、类，即为 。综上可知，C 项正确。 答案：C 要点二 有机物分子式、结构式的确定方法 1由分子式确定有机物结构式的一般步骤 其结构式的确定过程可表示如下： 有机物的 分子式 写出 符合分子式的各 种同分异构体 根据性质 确定 同分异构体中 官能团的种类 选择合适实验方案 定性、定 量实验 确定 有机物的 结构式 2由分子式确定结构式的方法 (1)通过价键规律确定：某些有机物根据价键规律只存在一种结构，则直接可由分子式 确定其结构式。例如，C2H6根据价键规律，只有一种结构：CH3CH3；又如 CH4O，根据 价键规律，只有一种结构：CH3OH。 (2)通过定性或定量实验确定：由于有机物存在同分
6、异构现象，故可利用该物质的特殊 性质，通过定性或定量实验来确定其结构式。 (3)除此以外，还可以利用红外光谱、核磁共振氢谱确定有机物中的官能团和各类氢原 子的数目，最后确定结构式。 特别提醒 有机物结构式最常见的错误是漏写由分子式确定的同分异构体，尤其是碳 链异构，因此，判断结构式之初，应找全同分异构体，然后根据条件再加以区别、筛选。 典例 2 化合物 A 经李比希法测得其中含 C 72.0%、H 6.67%，其余为 O；质谱法分析 得知 A 的相对分子质量为 150。现代仪器分析有机化合物的分子结构有以下两种方法。 方法一：核磁共振仪测出 A 的核磁共振氢谱有 5 组峰，其面积之比为 122
7、23。 方法二：利用红外光谱仪可初步检测有机化合物中的某些基团，现测得 A 分子的红外 光谱如下图： 已知：A 分子中只含一个苯环，且苯环上只有一个取代基，试回答下列问题。 (1)A 的分子式为_； (2)A 的结构简式为_ _； (3)A 的芳香族化合物同分异构体有多种，其中分子中不含甲基的芳香酸为_。 解析 由相对分子质量及 C、H、O 的比例可得出 A 的分子式。 N(C)15072.0% 12 9，N(H)1506.67% 1 10，N(O)150172.0%6.67% 16 2。 分子式为 C9H10O2。 由核磁共振氢谱可知，分子中含有 5 种氢，原子个数分别为 1、2、2、2、3
8、。 由红外光谱可知分子中有 CH、C=O、COC、CC、结构且苯环上 只有一个取代基。由苯环上只有一个取代基，可知苯环上的 5 个氢原子分成了 3 种，个数分 别为 1、2、2，另外 5 个氢原子分成 2 种，个数分别是 2、3，取代基上 3 个 C、5 个 H，再 结合此分子的红外光谱可知，分子中有酯基，可得 A 的结构简式为 或。 答案 (1)C9H10O2 (2) 或 (3) 学以致用 有机物 A 可由葡萄糖发酵得到，也可从酸牛奶中提取。纯净的 A 为无色黏稠液体，易 溶于水。为研究 A 的组成与结构，进行了如下实验： 实验步骤 解释或实验结论 (1)称取 A 9.0 g，升温使其汽化，
9、测其密度是 相同条件下 H2的 45 倍 (1)A 的相对分子质量为_ (2)将 9.0 g A 在足量纯氧中充分燃烧，并使其 产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰，发现两 者分别增重 5.4 g 和 13.2 g (2)A 的分子式为_ (3)另取 A 9.0 g， 跟足量的 NaHCO3粉末反应， 生成 2.24 L CO2(标准状况)，若与足量金属钠 反应则生成 2.24 L H2(标准状况) (3)用结构简式表示 A 中含有的官 能团：_、_ (4)A 的核磁共振氢谱如下图： (4)A 中含有_种氢原子 (5)综上所述，A 的结构简式为_ 解析：(1)由(1)可求 M(A)452 g/mol90 g/mol，故 A 的相对分子质量为 90。 (2)由(2)可知 n(A) 9.0 g 90 g mol 10.1 mol，通过燃烧产物 H2O、 CO2分别被浓硫酸和碱石 灰吸收，可求出 0.1 mol A 分子中含氢原子 0.6 mol、碳原子 0.3 mol，氧原子 0.3 mol，故 A 的分子式为 C3H6O3；由(3)知 A 含有的官能团为COOH、OH；由(4)知 A 分子中含有 4 种氢原子，且个数比为 3111；综合分析 A 的结构简式为。 答案：(1)90 (2)C3H6O3 (3)COOH OH (4)4 (5)
