1、素养提升突破系列(十)同分异构体的数目判断 【考情【考情透视规律】透视规律】同分异构体数目的判断和符合条件的同分异构体的书同分异构体数目的判断和符合条件的同分异构体的书写是有机化学高考的高频考点写是有机化学高考的高频考点,其考情如下其考情如下:【归纳【归纳认知素养】认知素养】1.1.一元取代产物数目的判断模板一元取代产物数目的判断模板:(1)(1)等效氢法等效氢法:分子中含有几种氢原子就有几种一元取分子中含有几种氢原子就有几种一元取代物代物:连在同一碳原子上的氢原子等效连在同一碳原子上的氢原子等效;连在同一碳原子上的甲基上的氢原子等效连在同一碳原子上的甲基上的氢原子等效;处于对称位置的氢原子等
2、效。处于对称位置的氢原子等效。(2)(2)烷基种数法烷基种数法:烷基有几种烷基有几种,烷基上的一元取代产物烷基上的一元取代产物就有几种。如就有几种。如CHCH3 3、C C2 2H H5 5各有各有1 1种种,C C3 3H H7 7有有2 2种种,C C4 4H H9 9有有4 4种种,C C5 5H H1111有有8 8种。种。2.2.二元取代或多取代产物数目的判断二元取代或多取代产物数目的判断:(1)(1)定一移一或定二移一法定一移一或定二移一法:对于二元取代物同分异构对于二元取代物同分异构体的数目判断体的数目判断,可固定一个取代基的位置可固定一个取代基的位置,再移动另一再移动另一取代基
3、的位置以确定同分异构体的数目。取代基的位置以确定同分异构体的数目。(2)(2)换元法换元法(替代法替代法):):如二氯苯如二氯苯C C6 6H H4 4ClCl2 2的同分异构体有的同分异构体有3 3种种,四氯苯的同分异构体也有四氯苯的同分异构体也有3 3种种(将将H H替代替代Cl)Cl)。3.3.官能团异构的同分异构体数目的判断思路官能团异构的同分异构体数目的判断思路:(1)(1)官能团的拆分。官能团的拆分。将大的官能团将大的官能团(含两种或两种以上元素的官能团含两种或两种以上元素的官能团)拆分拆分为小的原子或官能团。具体为为小的原子或官能团。具体为碳碳双键可以拉开成环碳碳双键可以拉开成环
4、,即同碳数的烯烃和环烷烃即同碳数的烯烃和环烷烃互为同分异构体互为同分异构体(从缺氢效果看从缺氢效果看,一个双键相当于一个一个双键相当于一个环环)。羟基羟基(OH)OH)可以拆分为可以拆分为O O和和H,H,即同碳数的醇即同碳数的醇和醚互为同分异构体。例如和醚互为同分异构体。例如,CH,CH3 3CHCH2 2OHOH与与CHCH3 3O OCHCH3 3互为同分异构体。互为同分异构体。醛基醛基(CHO)CHO)可以拆分为可以拆分为H H和和 ,或拆分为碳或拆分为碳碳双键碳双键(或环或环)和和OH,OH,即同碳数的醛和酮以及烯醇即同碳数的醛和酮以及烯醇(或或环醇、环醚等环醇、环醚等)互为同分异构
5、体。例如互为同分异构体。例如,CH,CH3 3CHCH2 2CHOCHO与与CHCH3 3COCHCOCH3 3、CHCH3 3(OH)C=CH(OH)C=CH2 2以及环醇互为同分异构以及环醇互为同分异构体。体。羧基羧基(COOH)COOH)可以拆分为可以拆分为COOCOO和和H H或或CHOCHO和和OH,OH,或将醛基再进行二次拆分等等。即同碳数的或将醛基再进行二次拆分等等。即同碳数的酸与酯以及羟基醛或羟基酮互为同分异构体。例酸与酯以及羟基醛或羟基酮互为同分异构体。例如如,CH,CH3 3CHCH2 2COOHCOOH与与CHCH3 3COOCHCOOCH3 3以及以及CHCH3 3(O
6、H)CH(OH)CH2 2CHOCHO互为同互为同分异构体。分异构体。(2)(2)官能团的定位组合。官能团的定位组合。酯可以拆分成酯可以拆分成R R1 1COOCOOR R2 2,然后根据然后根据R R1 1和和R R2 2对应的种对应的种类数进行重新组合类数进行重新组合,以分子式为以分子式为C C5 5H H1010O O2 2的酸酯为的酸酯为例例,R,R1 1COOCOOR R2 2,R,R1 1对应的羧酸共有甲酸、乙酸、丙酸、对应的羧酸共有甲酸、乙酸、丙酸、正丁酸、异丁酸正丁酸、异丁酸5 5种种,而而R R2 2对应的醇有对应的醇有8 8种种,其中甲酸酯其中甲酸酯4 4种种,乙酸酯乙酸酯
7、2 2种种,丙酸酯丙酸酯1 1种种,丁酸酯丁酸酯2 2种因此共有种因此共有9 9种。种。以羟基醛以羟基醛C C4 4H H8 8O O2 2为例为例,可以先拆分成可以先拆分成CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2CHOCHO、(CH(CH3 3)2 2CHCHCHO,CHO,然后将然后将OHOH定位定位在其他在其他3 3个碳上个碳上,共有共有5 5种同分异构体。种同分异构体。4.4.芳香族化合物的同分异构体数目的判断思路芳香族化合物的同分异构体数目的判断思路:首先根据有机物的分子式和苯环的组成首先根据有机物的分子式和苯环的组成,查找出查找出“苯苯环环”之外的之外的“部分部分”,依据排列组合
8、的形式顺序确定依据排列组合的形式顺序确定苯环上取代基的种类和种数苯环上取代基的种类和种数:(1)(1)苯环上只有一个取代基苯环上只有一个取代基,其同分异构体数目由侧其同分异构体数目由侧链异构数目确定链异构数目确定,如如 有有4 4种同分异构体。种同分异构体。(2)(2)苯环上有苯环上有2 2个取代基个取代基,则其同分异构体有则其同分异构体有3 3种种,分别分别为邻、间、对三种结构。为邻、间、对三种结构。(3)(3)苯环上有苯环上有3 3个取代基。个取代基。若三个取代基完全相同若三个取代基完全相同,则其结构有则其结构有3 3种种;若三个取代基中有若三个取代基中有2 2个是相同的个是相同的,则其结
9、构有则其结构有6 6种种;若三个取代基都不相同若三个取代基都不相同,则其结构有则其结构有1010种。种。【真题【真题体验素养】体验素养】(2017(2017全国卷全国卷节选节选)芳香化合物芳香化合物X X是是F F()()的同分异构体的同分异构体,X,X能与饱和碳酸氢能与饱和碳酸氢钠溶液反应放出钠溶液反应放出COCO2 2,其核磁共振氢谱显示有其核磁共振氢谱显示有4 4种不同种不同化学环境的氢化学环境的氢,峰面积比为峰面积比为6211,6211,写出写出2 2种符合种符合要求的要求的X X的结构简式的结构简式_。【解析】【解析】芳香化合物芳香化合物X X是是F F的同分异构体的同分异构体,则则
10、X X的分子式的分子式为为C C1111H H1010O O2 2,X,X能与饱和碳酸氢钠溶液反应放出能与饱和碳酸氢钠溶液反应放出COCO2 2,说明说明X X中含有羧基中含有羧基,核磁共振氢谱显示有核磁共振氢谱显示有4 4种不同化学环境种不同化学环境的氢的氢,峰面积比为峰面积比为6211,6211,所以所以X X有有 答案答案:【素养变式】【素养变式】符合下列条件的符合下列条件的F F的同分异构体有几种的同分异构体有几种(不包括不包括F)?F)?写写出结构简式。出结构简式。分子中含有分子中含有 结构结构,且苯环上只有一个侧链且苯环上只有一个侧链;能发生水解反应。能发生水解反应。_提示提示:5
11、 5种。能发生水解反应说明分子中含有酯基种。能发生水解反应说明分子中含有酯基,因此其结构有因此其结构有 【训练【训练提升素养】提升素养】(2018(2018昆明模拟昆明模拟)写出符合下列条件的写出符合下列条件的F()F()的所有同分异构体的所有同分异构体(不考虑立体异构不考虑立体异构)的结构简式的结构简式:_。世纪金榜导学号世纪金榜导学号7910018679100186属于一元酸类化合物属于一元酸类化合物;苯环上只有苯环上只有2 2个取代基且处于对位个取代基且处于对位,其中一个是羟基。其中一个是羟基。【解析】【解析】F F的同分异构体具备的条件是有一个的同分异构体具备的条件是有一个COOH,C
12、OOH,分子中有两个处于对位的取代基分子中有两个处于对位的取代基,其中一个是其中一个是OH,OH,根根据碳链异构和据碳链异构和BrBr的位置异构的位置异构,可以写出可以写出F F的同分异构的同分异构体有体有4 4种种,分别是分别是 答案答案:【加固训练】【加固训练】1.(20181.(2018长沙模拟长沙模拟)化合物化合物I(CI(C1111H H1212O O3 3)是制备液晶材是制备液晶材料的中间体之一料的中间体之一,其分子中含有醛基和酯基其分子中含有醛基和酯基,I,I可以用可以用E E和和H H在一定条件下合成在一定条件下合成:已知以下信息已知以下信息:A A的核磁共振氢谱表明其只有一种
13、化学环境的氢的核磁共振氢谱表明其只有一种化学环境的氢;R RCH=CHCH=CH2 2 R RCHCH2 2CHCH2 2OHOH化合物化合物F F苯环上的一氯代物只有两种苯环上的一氯代物只有两种;通常在同一个碳原子上连有两个羟基不稳定通常在同一个碳原子上连有两个羟基不稳定,易脱水易脱水形成羰基。请回答形成羰基。请回答:I()I()的同系物的同系物J J比比I I相对分子质相对分子质量小量小14,J14,J的同分异构体中能同时满足如下条件的同分异构体中能同时满足如下条件:苯环上只有两个取代基苯环上只有两个取代基;既能发生银镜反应既能发生银镜反应,又能又能与饱和与饱和NaHCONaHCO3 3溶
14、液反应放出溶液反应放出COCO2 2,这样的同分异构体共这样的同分异构体共有有_种种(不考虑立体异构不考虑立体异构)。J J的一种同分异构的一种同分异构体发生银镜反应并酸化后核磁共振氢谱有三组峰体发生银镜反应并酸化后核磁共振氢谱有三组峰,且且峰面积之比为峰面积之比为221,221,写出写出J J的这种同分异构体的结的这种同分异构体的结构简式构简式_。【解析】【解析】I()I()的同系物的同系物J J比比I I相相对分子质量小对分子质量小14,14,则则J J比比I I少一个少一个CHCH2 2原子团原子团,J,J的同的同分异构体中能同时满足如下条件分异构体中能同时满足如下条件:苯环上只有两个苯
15、环上只有两个取代基取代基,既能发生银镜反应既能发生银镜反应,又能与饱和又能与饱和NaHCONaHCO3 3溶液溶液反应放出反应放出COCO2 2,则则J J的同分异构体中含有的同分异构体中含有CHOCHO、COOHCOOH。侧链为侧链为CHOCHO、CHCH2 2CHCH2 2COOH,COOH,有邻、间、对三种位置有邻、间、对三种位置;侧链为侧链为CHOCHO、CH(CHCH(CH3 3)COOH,)COOH,有邻、间、对三种位置有邻、间、对三种位置;侧链为侧链为CHCH2 2CHOCHO、CHCH2 2COOH,COOH,有邻、间、对三种位置有邻、间、对三种位置;侧链侧链为为CHCH2 2
16、CHCH2 2CHOCHO、COOH,COOH,有邻、间、对三种位置有邻、间、对三种位置;侧链侧链为为CH(CHCH(CH3 3)CHO)CHO、COOH,COOH,有邻、间、对三种位置有邻、间、对三种位置;侧侧链为链为CHCH3 3、CH(CHO)COOH,CH(CHO)COOH,有邻、间、对三种位置有邻、间、对三种位置,故符合条件的同分异构体共有故符合条件的同分异构体共有6 63=183=18种。种。J J的一种同的一种同分异构体发生银镜反应并酸化后核磁共振氢谱有三组分异构体发生银镜反应并酸化后核磁共振氢谱有三组峰峰,且峰面积之比为且峰面积之比为221,221,而而J J的同分异构体发生银
17、的同分异构体发生银镜反应并酸化后的产物苯环侧链至少有镜反应并酸化后的产物苯环侧链至少有2 2种氢原子种氢原子,故故产物中苯环上只有产物中苯环上只有1 1种氢原子种氢原子,产物有产物有2 2个个COOH,COOH,应还应还含有含有2 2个个CHCH2 2,2,2个侧链相同且处于对位个侧链相同且处于对位,产物中侧产物中侧链为链为CHCH2 2COOH,COOH,故符合条件的同分异构体的结构简式故符合条件的同分异构体的结构简式为为 答案答案:1818 2.(20182.(2018青岛模拟青岛模拟)(1)(1)写出所有符合下列条件的写出所有符合下列条件的F()F()的同分异构体的结构简的同分异构体的结
18、构简式式:_:_。.分子内除了苯环无其他环状结构分子内除了苯环无其他环状结构,且苯环上有且苯环上有2 2个个对位取代基对位取代基.一定条件下一定条件下,该物质既能与银氨溶液发生银镜反应该物质既能与银氨溶液发生银镜反应又能和又能和FeClFeCl3 3溶液发生显色反应溶液发生显色反应(2)(2)某物质某物质M M与与E()E()互为同分异构体互为同分异构体,M M满足下列条件的同分异构体有满足下列条件的同分异构体有_种。种。.与与FeClFeCl3 3溶液发生显色反应溶液发生显色反应.与碳酸氢钠溶液反应放出气体与碳酸氢钠溶液反应放出气体.苯环上有苯环上有3 3条侧链条侧链【解析】【解析】(1)(
19、1)符合题给条件的符合题给条件的F F的同分异构体中含有酚的同分异构体中含有酚羟基和羟基和CHOCHO。(2)(2)满足题给条件的满足题给条件的M M的同分异构体中含有酚羟基和羧的同分异构体中含有酚羟基和羧基且苯环上有基且苯环上有3 3条侧链条侧链,则则M M的同分异构体的苯环上连的同分异构体的苯环上连有有OHOH、COOHCOOH、CHCH2 2CHCH3 3或或OHOH、CHCH2 2COOHCOOH、CHCH3 3,根据根据“定二动一定二动一”的原则可知的原则可知,每种情况都有每种情况都有1010种结构种结构,所以共有所以共有2020种。种。答案答案:3.(20183.(2018赤峰模拟
20、赤峰模拟)以烃以烃A A和芳香烃和芳香烃D D为原料合成化合为原料合成化合物物X X的路线如图所示的路线如图所示:已知已知:反应反应ABAB为加成反应为加成反应;RCHO+CHRCHO+CH3 3COOR RCH=CHCOORCOOR RCH=CHCOOR。芳香族化合物芳香族化合物M M是是G G的同分异构体的同分异构体,M,M能与能与NaHCONaHCO3 3溶液溶液反应产生气体反应产生气体,符合条件的符合条件的M M有有_种种,其中核磁其中核磁共振氢谱有共振氢谱有4 4组峰且峰面积之比为组峰且峰面积之比为62116211的是的是_或或_(_(填结构简式填结构简式)。【解析】【解析】烃烃A
21、A生成生成B B的反应为加成反应的反应为加成反应,根据根据B B的分子式的分子式可知可知,A,A为为HCCH,BHCCH,B为为CHCH3 3CHO,BCHO,B发生氧化反应生成发生氧化反应生成C C为为CHCH3 3COOH,COOH,根据根据E E和和H H的分子式及的分子式及E E转化成转化成F,FF,F转化成转化成H H的的条件可知条件可知,E,E为为 ,E,E发生碱性水解得发生碱性水解得F F为为 F F发生氧化反应生成发生氧化反应生成H H为为 ,所以芳香烃所以芳香烃D D为甲为甲苯苯,C,C和和F F在浓硫酸作用下发生酯化反应生成在浓硫酸作用下发生酯化反应生成G G为为 芳香族化
22、合物芳香族化合物M M是是G G的同分异构体的同分异构体,M,M能能与与NaHCONaHCO3 3溶液反应产生气体溶液反应产生气体,说明有羧基说明有羧基,符合条件的符合条件的M M为苯环上连有一个基团为为苯环上连有一个基团为CHCH2 2CHCH2 2COOHCOOH或或CH(CHCH(CH3 3)COOH,)COOH,也可以是连有两个基团也可以是连有两个基团,为为CHCH3 3、CHCH2 2COOH,COOH,或为或为CHCH2 2CHCH3 3、COOH,COOH,每种都有邻间对三每种都有邻间对三种种,也可以是三种基团也可以是三种基团,为为CHCH3 3、CHCH3 3、COOH,COO
23、H,根据根据定二动一的原则有定二动一的原则有6 6种种,所以共有所以共有1+1+3+3+6=14(1+1+3+3+6=14(种种),),其中核磁共振氢谱有其中核磁共振氢谱有4 4组峰且峰面积之比为组峰且峰面积之比为6262 11 11的是的是答案答案:14144.4.同时符合下列要求的同时符合下列要求的D()D()的同分异构体有的同分异构体有_种。请写出满足核磁共振氢谱种。请写出满足核磁共振氢谱有三组峰有三组峰,且峰面积之比为且峰面积之比为322322的同分异构体的结的同分异构体的结构简式构简式:_:_。属于芳香族化合物属于芳香族化合物,分子中有两个互为对位的取代分子中有两个互为对位的取代基基
24、,其中一个取代基是硝基其中一个取代基是硝基;分子中含有分子中含有 结构。结构。【解析】【解析】根据题中限定条件根据题中限定条件,其中一个取代基为其中一个取代基为NONO2 2,则苯环对位的取代基可以是则苯环对位的取代基可以是OOCCHOOCCH3 3、CHCH2 2COOHCOOH和和CHCH2 2OOCH,OOCH,即符合条件的同分异构体有即符合条件的同分异构体有3 3种。其中核磁种。其中核磁共振氢谱中有共振氢谱中有3 3组吸收峰组吸收峰,且吸收峰面积比为且吸收峰面积比为322322的同分异构体的结构简式为的同分异构体的结构简式为答案答案:3 3 5.(20185.(2018西城模拟西城模拟
25、)苯环上含有两个取代基的化合物苯环上含有两个取代基的化合物W W是是E()E()的同分异构体的同分异构体,W,W可以发生水解反应可以发生水解反应,也可与也可与FeClFeCl3 3溶液发生显色反应溶液发生显色反应,则则W W共有共有_种种(不含立体异构不含立体异构),),写出其中核磁共振氢谱为五组峰的写出其中核磁共振氢谱为五组峰的结构简式结构简式:_:_。【解析】【解析】E E为为 ,苯环上含有两个取代基的苯环上含有两个取代基的化合物化合物W W是是E E的同分异构体的同分异构体,W,W可以发生水解反应可以发生水解反应,说明说明属于酯类属于酯类,也可与也可与FeClFeCl3 3溶液发生显色反应溶液发生显色反应,说明含有说明含有酚羟基酚羟基,则则W W的结构有的结构有 (包括邻位、包括邻位、间位、对位间位、对位3 3种种)、(包括邻位、间位、对位包括邻位、间位、对位3 3种种)、(包括邻位、间位、对位包括邻位、间位、对位3 3种种),),共共9 9种种,其中核磁共振氢谱为五组峰的结构简式为其中核磁共振氢谱为五组峰的结构简式为 。答案答案:9 9
