同分異構體是有機化學中的重點内容,同分異構體數目的确定是高考考查中常見的題型。常見的判斷技巧如下:
一、“等效氫”法
對于烴的一元取代物數目的确定,實質上是看處于不同位置的氫原子數目,可用“等效氫”法判斷。将處于相同位置的氫原子稱為“等效氫”: ①同一碳原子上的氫原子是等效的;②同一碳原子上所連的甲基上的氫原子是等效的;③處于對稱位置上的氫原子是等效的。
運用“等效氫”法,關鍵是先找出對稱面,從而判斷“等效氫”,然後根據“等效氫”的數目來确定同分異構體的數目。
【例1】 “立方烷”是人工合成的一種烴,其分子呈正方體結構。如圖所示:
其一氯代物的種數是
A、4種 B、2種 C、8種 D、1種
【解析】根據“立方烷”空間結構的對稱性,易知該分子中隻有1種“等效氫”,因而一氯代物隻有1種。答案為D。
【答案】D
【拓展應用】對于烴的衍生物,如果分子中隻含一個官能團,同分異構體數目的确定也可采取此法:将官能團去取代“等效氫”,有幾種“等效氫”就有幾種該類烴的衍生物。如C5H11Cl、C5H11OH的結構均有8種,這是因為C5H12有正戊烷、異戊烷、新戊烷三種同分異構體,其中正戊烷有3種“等效氫”, 異戊烷有4種“等效氫”, 新戊烷有1種“等效氫”, C5H12共有8種“等效氫”。
二、定一動一法
對于烴的二元取代物數目的确定,結合“等效氫”法,先分析母體對稱性,确定被第一個取代基取代的産物種數,然後在第一個取代基位置确定的物質中,再分析其對稱性,看可被第二個取代基取代的氫原子種數,确定被兩個取代基同時取代的産物種數。
【例2】已知化合物萘的結構簡式為
,則二氯萘的種數是
A、4種 B、10種 C、2種 D、14種
【解析】萘分子結構的對稱性如圖:
可見萘的一元取代位置有兩種,所以一氯取代物有兩種。當第一個氯原子取代①号氫時,萘的一氯代物無對稱關系,第二個氯原子有7個位置可代入,此時二氯萘有7種;當第一個氯原子取代②号氫時,為避免重複, 第二個氯原子不能取代與①号相當的氫(4個位置),隻有3個位置可代入,此時二氯萘有3種,所以二氯萘共有10種。
【答案】B
三、換元法
對于多元取代物數目的确定,可結合有機物分子裡氫原子數目,理解相對位移的觀點,采取換元法來确定。
【例3 】已知二氯苯的同分異構體有三種,從而可以推知四氯苯的同分異構體數目是
A.2種 B.3種 C.4種 D.5種
【解析】二氯苯的分子式為C6H4Cl2,分子中2個Cl的位置有三種可能,就意味着4個H的位置也有三種可能;若将4個H換為4個Cl,同時将2個Cl換成2個H,則4個Cl的位置同樣有三種可能,此時為四氯苯(C6H2Cl4)。答案為B。
【答案】B
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