同分异构体书写和判断的思维方法

构建思维模型突破限定条件下同分异构体的书写与数目判断◎李金萍(江西省萍乡中学)注:江西省教育科学“十四五”规划2022年度课题“项目式教学促进学生化学实验深度学习的研究与实践”(项目编号:22PTZD038)研究成果。

近几年的全国理综化学卷选作36题涉及同分异构种类数及结构简式的书写。

限定条件下同分异构体的书写与数目判断一般从以下三块内容进行考查,见表一。

本文将5个必备的基础知识结合例题分析,构建了有机化合物同分异构体书写与数目判断的思维模型,并应用模型进行解题。

一尧必备知识熟悉常见限制性条件与官能团或结构特征的关系,能快速判断出有机物存在的官能团。

如:与NaHCO 3反应的物质,说明该有机物存在—COOH;与Na 2CO 3反应的物质,说明该有机物存在—COOH 或酚—OH;能与金属钠反应产生H 2,说明该有机物存在—OH、—COOH;能与NaOH 溶液反应,说明该有机物存在—COOH、酚—OH、—COO—、—X (卤素)中的任一种;能发生银镜反应,说明该有机物存在—CHO 或HCOO—;与FeCl 3发生显色反应,说明该有机物存在酚—OH;能发生水解反应,说明该有机物存在—COO—或—X(卤素)等。

等效氢指的是有机物结构中位置等同的氢原子,通过等效氢原子的种类和数目,可以快速确认有机物官能团及其剩余基团的位置。

等效氢一般包含以下三类:同一碳原子上的氢原子是等效的,同一碳原子上所连—CH 3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。

若该有机物中有且只有一种化学环境的氢原子,则考虑该有机物中含有的基团相同,并且基团的位置对称。

苯环上存在两个取代基时,存在3种同分异构体;苯环上存在三个相同取代基时,存在3种同分异构体;苯环上存在三个取代基,其中有两个取代基相同时,存在6种同分异构体;苯环上存在三个不相同的取代基时,存在10种同分异构体。

可以依据结构来计算有机物的不饱和度,Ω=1×双键数+2×三键数+1×脂环数+4×苯环数;也可以依据分子式C x H y 利用公式来计算有机物的不饱和度,Ω=2x +2-y 2或Ω=饱和氢数-已有氢数2。

同分异构体的快速书写及数目判断同分异构体的书写及数目确定是高考的必考点，通常有两种考查形式：一是以选择题的形式考查同分异构体的数目；二是以非选择题的形式考查某些具有特定结构的同分异构体的书写及数目判断。

一、同分异构体的书写先根据化学式写出通式进行物质类别判断后，书写时一定做到有序性和规律性。

1、降碳法（适用于烷烃）：书写时要做到全面避免不重复，具体规则为主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边，排列由邻到间，碳满四价。

例1、写出分子式为C7H16的所有有机物的结构简式。

【解析】经判断，C7H16为烷烃。

第一步：写出最长碳链(只写出了碳，氢原子根据“碳满四价”补足)：（得到1种异构体）；第二步：去掉最长碳链中1个碳原子作为支链（取代基），余下碳原子作为主链，依次找出支链在主链中的可能位置(↓表示取代基连接在主链上碳的位置)，注意主链结构的对称性和等同性：（主链结构沿虚线对称，2与5、3与4处于对称位置，甲基连接在1或6将会和第一步中结构相同）；第三步：去掉最长碳链中的两个碳原子作为支链，出现两种情况：⑴两个碳原子作为2个支链（两个甲基）（主链结构沿3号碳原子对称，采取“定一移二”法〈先将一个甲基固定在2号碳原子后另一个甲基可能连接在2或3或4位置得到3种异构体，然后将固定在2号碳原子的甲基固定在3号碳原子上，则另一个甲基只能连接在3位置得到1种异构体〉将得到4种异构体）；⑵作为一个支链（乙基）（得到1种异构体）；第四步：去掉最长碳链中的3个碳原子作为支链，也出现两种情况：⑴作为三个支链（三个甲基）（得到1种异构体）；⑵作为两个支链（一个甲基和一个乙基）：不能产生新的同分异构体。

第五步：最后用氢原子补足碳原子的四个价键。

2、插入法（适用于烯烃、炔烃、酯、醚、酮类等）：所谓“插入法”是将官能团拿出，利用降碳法写出剩余部分的碳链异构，再找官能团（相当于取代基）在碳链上的位置（C和H原子间或C和C原子间），将官能团插入，产生位置异构。

同分异构体的书写及其判断方法一、同分异构体的概念同分异构体是指分子式相同而结构式不同的物质之间的互称，关键要把握好以下两点：1、分子式相同2、结构式不同：（1）碳链异构（烷烃、烷烃基的碳链异构）（2）位置异构（官能团的位置异构）（3）官能团异构（官能团的种类异构）同分异构体的书写步骤一般为：官能团异构→碳链异构→位置异构二、同分异构体的书写方法基本方法：主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边（烃基不能到端），排布由邻位到间位，再到对位（或同一个碳原子上）。

位置：指的是支链或官能团的位置。

排布：指的是支链或官能团的排布。

例如：己烷（C6H14）的同分异构体的书写方法为：⑴写出没有支链的主链。

CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3⑵写出少一个碳原子的主链，将这个碳原子作为支链，该支链在主链上的位置由心到边，但不能到端。

CH3—CH2—CH—CH2—CH3 CH3—CH2—CH2—CH—CH333⑶写出少两个碳原子的主链，将这两个碳原子作为支链连接在主链上碳原子的邻位、间位或同一个碳原子上。

CH3CH3—CH—CH—CH3 CH3—C—CH2—CH3333故己烷（C6H14）的同分异构体的数目有5种。

三、同分异构体的判断方法1、记忆法记住一些常见的物质的同分异构体数目。

例如：⑴甲烷、乙烷、新戊烷（可看作CH4的四甲基取代物）、2,2,3,3—四甲基丁烷（可看作乙烷的六甲基取代物）等分子，其一卤代物只有一种；⑵甲基、乙基的结构只有一种，即甲基（—CH 3）、乙基（—CH 2CH 3） ； ⑶丙基的结构有两种，即 —CH 2CH 2CH 3、；⑷丁基（—C 4H 9）的结构有4种，戊基（—C 5H 11）的结构有8种。

该方法可以借助书写碳链异构的基本方法和等效氢法来辅助记忆，例如戊基的8种结构的判断方法为： CH 3—CH 2—CH 2—CH 2—CH 3 （有3种等效氢）（有4种等效氢）（有1种等效氢）故戊基的结构共有8种。

书写有机物同分异构体的常用方法一.取代法该法的实质是将同分异构体看作是由官能团取代烃中的不同氢而形成的，书写时首先写出有机物的碳链结构，然后利用“等效氢”规律判断可以被取代的氢的种类，一般有几种等效氢就有几种取代位置，就有几种同分异构体。

该法适合于卤代烃、醇、醛和羧酸等有机物同分异构体的书写。

等效氢规律是：同一碳上的氢是等效的；同一碳上所连的甲基上的氢是等效的；处于镜面对称位置上的氢是等效的。

例1.的醇的同分异构体解析：（（2（3）用二.方法是：例2.写出分子式为属于酯的同分异构体解析：（）将酯键拿出后，剩余部分有两种碳链结构：（2）利用对称规律可判断出各种碳链结构中可插入位置。

如上注意不仅可插在键间，也可插在键间形成甲酸酯。

（3）插入。

注意，酯键在键间插入时可正反插入，但对称结构处将重复，例如：中①位置就是对称点，正反插时重复：而在②位正反插入时，得两种酯。

（4）将三.这类题例3.某链烃每个分子中都含有下列基团：。

若它们的个数分别为分析：（如依次类推。

（2）按级别，由高到低连接基团，连完高价级再连低价级，最后以一价级封顶。

①两个三价级相连：②连入两个二价级，有两种方式：③一价级封顶，共35种方式：；四.丁基法醇、醛、酸、卤代烃等类烃的衍生物，均可表示为R�A（R为烃基，A为官能团或指定原子团）可看成例4.的苯胺的可能有的同分异构体。

作为一个指定原子团，属于连接到烃基上的一类。

因丁基的苯胺同分异构体共有五.例5.有一化合物萘（），若其两个原子被一个到的同分异构体的结构简式。

分析：（1）分析萘分子结构的对称性：可见萘的一取代位置有两个，所以一氯（或一硝基）取代物有两种。

（2个不同位置可代入，所以其六.）又称缺H原子，所以，有机物每有一个环，或一个双键（），相当于有一个不饱和度，相当于2个，。

利用不饱和度可帮助推测有机物可能有的结构，写出其同分异构体。

例6.有机物写出与该有机物互为同分异构体的属于芳香族化合物的同分异的组成看只能有一个苯环，因为一个苯环就有4个不饱和度，所以取代基中都以单键相连。

同分异构体的书写及种类数目的判断方法在有机化学学习中，同分异构体是一个必考的知识点，常见的出题形式是以有机物的推断与有机合成为题来考察学生对有机物知识的理解，对有机物的同分异构体的书写及种类数目的判断,是有机化学教学中的难点之一。

为了让学生正确书写同分异构体和判断同分异构体种类数目,我认为同学们要使掌握下列要点和技巧：一、同分异构体的异构方式 绝大多数有机物普遍存在同分异构现象，高中阶段的同分异构现象主要有4种情况。

即碳链异构、官能团位置异构、官能团类别异构。

1. 碳链异构 碳链异构是指由于碳原子的连接次序不同引起的异构，如，正丁烷与异丁烷。

由于烷烃分子中没有官能团，所以烷烃不存在官能团位置异构和官能团类别异构，而只有碳链异构。

再如，CH 3CH 2CH 2CH 2CHO （戊醛）与（CH 3）2CHCH 2CHO (2-甲基丁醛)也属于碳链异构。

2. 官能团位置异构 含有官能团的有机物，由于官能团的位置不同引起的异构。

如，33CHCH CH CH =和223CH CH CH CH =；CH 3CH 2CH 2CH 2COH （1-丁醇）与CH 3CH 2CH （OH ）CH 3(2-丁醇)。

含有官能团（包括碳碳双键、叁键）的有机物一般都存在官能团位置异构。

互为碳链异构和官能团位置异构的有机物属于同类物质异构。

3. 官能团类别异构所谓官能团类别异构是指分子式相同，官能团类型不同所引起的异构。

除烷烃以外，绝大多数有机化合物分子都存在与其对应的官能团类别异构体，如：烯烃与环烷烃，二烯烃与炔烃，饱和一元醇与醚，饱和一元醛与酮，饱和一元羧酸与酯，芳香醇与芳香醚及酚，硝基化合物与氨基酸，葡萄糖与果糖，蔗糖与麦芽糖。

如，CH3CH2COOH（丙酸）与CH3COOCH3（乙酸甲酯）是同分异构体，但是淀粉和纤维素由于n不等，所以不是同分异构体。

官能团类别异构主要有以下几种：①烯烃与环烷烃，如丙烯与环丙烷②二烯烃与炔烃，如1,3-丁二烯和丁炔③饱和一元醇与醚，如乙醇和二甲醚④饱和一元醛与酮，如丙醛和丙酮⑤饱和一元羧酸与酯，如乙酸和甲酸甲酯⑥芳香醇与酚及芳香醚，如苯甲醇和邻（/间/对）甲基苯酚、甲苯醚⑦硝基化合物与氨基酸除此之外还有：葡萄糖与果糖，蔗糖与麦芽糖等。

同分异构体的书写及数目判断技巧总结1．同分异构体的书写规律(1)烷烃：烷烃只存在碳链异构，书写时要注意全面而不重复，具体规则如下：(2)具有官能团的有机物：一般按碳链异构→位置异构→官能团异构的顺序书写。

例：(以C4H10O为例且只写出骨架与官能团)①碳链异构⇒C—C—C—C、②位置异构⇒③官能团异构⇒C—O—C—C—C、、C—C—O—C—C(3)芳香族化合物：两个取代基在苯环上的位置有邻、间、对3种。

(4)限定条件同分异构体的书写解答这类题目时，要注意分析限定条件的含义，弄清楚在限定条件下可以确定什么，一般都是根据官能团的特征反应限定官能团的种类、根据等效氢原子的种类限定对称性(如苯环上的一取代物的种数、核磁共振氢谱中峰的个数等)，再针对已知结构中的可变因素书写各种符合要求的同分异构体。

2．同分异构体数目的判断方法(1)记忆法：记住一些常见有机物同分异构体数目，如①凡只含一个碳原子的分子均无异构体；②乙烷、丙烷、乙烯、乙炔无异构体；③4个碳原子的烷烃有2种异构体，5个碳原子的烷烃有3种异构体，6个碳原子的烷烃有5种异构体。

(2)基元法：如丁基有4种，则丁醇、戊醛、戊酸都有4种同分异构体。

(3)替代法：如二氯苯(C6H4Cl2)有3种同分异构体，四氯苯也有3种同分异构体(将H和Cl互换)；又如CH4的一氯代物只有1种，新戊烷C(CH3)4的一氯代物也只有1种。

(4)等效氢法：等效氢法是判断同分异构体数目的重要方法，其规律有：①同一碳原子上的氢原子等效。

②同一碳原子上的甲基上的氢原子等效。

③位于对称位置上的碳原子上的氢原子等效。

典例分析1．与F()官能团的种类和数目完全相同的同分异构体有________种(不含立体结构)，其中核磁共振氢谱为4组峰，且峰面积之比为1∶2∶3∶4的是________________(写结构简式)。

答案8解析F中含有2个羧基，与F官能团种类和数目完全相同的同分异构体有，共8种。

同分异构体书写及判断的妙法一. 书写同分异构体的一个基本策略1.判类别：据有机物的分子组成判定其可能的类别异构（一般用通式判断）。

2.写碳链：据有机物的类别异构写出各类异构的可能的碳链异构。

一般采用“减链法”，3.移官位：一般是先写出不带官能团的烃的同分异构体，然后在各余碳链上依次移动官能团的位置，有两个或两个以上的官能团时，先上一个官能团，依次上第二个官能团，依次类推。

4.氢饱和：按“碳四键”的原理，碳原子剩余的价键用氢原子去饱和。

按“类别异构一碳链异构一官能团或取代基位置异构”的顺序有序列举的同时要充分利用“对称性”防漏剔增。

二. 确定同分异构体的二个基本技巧1.转换技巧一一适于已知某物质某种取代物异构体数来确定其另一种取代物的种数。

此类题目重在分析结构，找清关系即找出取代氢原子数与取代基团的关系，不必写出异构体即得另一种异构体数。

2.对称技巧一--适于已知有机物结构简式，确定取代产物的同分异构体种数，判断有机物发生取代反应后，能形成几种同分异构体的规律。

可通过分析有几种不等效氢原子来得出结论。

①同一碳原子上的氢原子是等效的。

②同一碳原子上所连甲基上的氢原子是等效的。

③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）。

三. 书写或判断同分异构体的基本方法1•有序分析法例题1主链上有4个碳原子的某烷烃，有两种同分异构体，含有相同碳原子数且主链上也有4个碳原子的单烯烃的同分异构体有A.2种B.3种C.4种D.5种解析：根据烷烃同分异构体的书写方法可推断，主链上有4个碳原子的烷烃及其同分异构体数分别为：一个甲基（1种）；两个甲基（2种）；三个甲基（1种）；四个甲基（1种）。

所以符合此条件的烷烃的碳原子数为6个。

故含有相同碳原子数且主链上也有4个碳原子的单烯烃有：共4种。

故答案为C项CEia I丨'.CH«=C —CH —；H 3*Cll 3―0=0—CTUI II I cH?cri ri cpirHs注意：（i ）含官能团的开链有机物的同分异构体一般按“类别异构一碳链异构一官能团或取代基位置异构”的顺序有序列举，一定要充分利用“对称性”防漏剔增。

同分异构体书写方法和技巧
本文介绍同分异构体的书写方法和技巧，包括碳链异构、官能团异构、位置异构等，以及书写同分异构体时应遵循的原则。

同分异构体是指分子式相同但结构不同的有机化合物。

在书写同分异构体时，需要考虑碳链异构、官能团异构和位置异构等因素。

下面介绍一些书写同分异构体的方法和技巧。

1. 碳链异构
碳链异构是同分异构体中最常见的一种。

在书写碳链异构时，应该先写出最长的碳链，然后去掉一个碳原子作为支链，其余碳原子作为主链。

接着，依次找出支链在主链中的可能位置。

例如，对于分子式为 C7H16 的烷烃，其碳链异构体可以按照主链由长到短、支链由整到散、位置由心到边的顺序书写。

2. 官能团异构
官能团异构是指因官能团不同而引起的异构现象。

在书写官能团异构时，应该先判断官能团的位置，然后根据等效氢原则和有序性原则书写同分异构体。

例如，对于分子式为 C5H11 的烯烃，应该先写出所有的碳架异构，再根据对称关系找出等效位置，在不等效的位置放上官能团。

3. 位置异构
位置异构是指因官能团或取代基的位置不同而引起的异构现象。

在书写位置异构时，应该先判断位置异构的可能性，然后根据等效氢原则和有序性原则书写同分异构体。

例如，对于分子式为 C4H9 的醇，应该先判断主链碳原子上的羟基位置，然后根据羟基位置的不同书写同分异构体。

在书写同分异构体时，应该遵循一些原则，例如等效氢原则和有序性原则。

等效氢原则是指有机物分子中位置等同的氢原子是等效的。

有序性原则是指在书写同分异构体时，应该按照一定的顺序逐个呈现，同时观察排除重复现象，以克服盲性。