傳統上解答低區分度同分異構體種數的方法主要有基團連接法、換位思考法、等效氫法(又稱對稱軸法)、定一移二法、組合法等,而同分異構體等概念、等效氫判斷、有序思維是克敵制勝的三大法寶。
1. 不飽和烴的同分異構體數
不飽和烴涉及環烷烴、烯烴、炔烴、環烯烴、二烯烴、芳香烴、立方烷等,解答此類試題時主要根據習慣命名法或系統命名法、官能團、同分異構體、同系物等概念、有機物中碳四價氫一價的成鍵特點、碳骨架進行有序推斷,主要涉及碳鍊異構、官能團的位置異構,不涉及官能團的類别異構。
例1.(2015全國課标I,38(5))寫出與A(C2H2)具有相同官能團的異戊二烯的同分異構體共有種(不含立體異構),它們的結構簡式分别為。
解析
點評
解答此類試題時,需要搞清各類烴的分子通式、典型代表物的組成和結構、官能團(如碳碳雙鍵、碳碳三鍵),還要了解有機物的碳骨架中每個碳原子周圍共用4對電子的成鍵規律(實質是八隅律),不能出現某個碳原子與周圍原子形成3對(或5對、6對等)共用電子對的情況,否則所得物質不能穩定存在。
2.一鹵代烴和二鹵代烴的同分異構體數
鹵代烴的同分異構體主要涉及烷烴(或環烷烴、立方烷、苯的同系物等)的一鹵代烴和二鹵代烴,主要以選擇題形式存在。解答時主要依據同分異構體等概念、等效氫判斷(或對稱軸法)、定一移二的有序思維,一般隻涉及碳鍊異構、官能團的位置異構。
例2.(2016全國課标II,10)分子式為C4H8Cl2的有機物共有(不含立體異構)( )
A.7種 B.8種 C.9種 D.10種
解析
點評
解答本題時,關鍵是具備有序思維的能力和品質。具體過程和方法如下:先定碳骨架,再定等效氫種數,然後定一鹵代物的種數及碳骨架,再定一鹵代物的等效氫種數,最後确定二鹵代物的種數,需要注意防止重複計算種數,因為兩個取代基(或官能團)相同。常用系統命名法對所得有機物進行命名,但要選對主鍊、編對号。本題的難度較大,少算或多算的可能性較高,估計半數考生得不到分。
3.二取代芳香化合物的同分異構體數
二取代芳香化合物是繼二取代烴之後的又一考查形式,主要涉及兩個相同官能團或取代基的同分異構體,且常常與官能團的結構與性質綜合在一起考查。解答此類試題,主要依據官能團的性質和變化、同分異構體及苯的一取代物和二取代物等概念、碳骨架的種數、等效氫判斷方法、定一移二等有序推斷方法,一般不考查官能團的類别異構。
解析
點評
本題的難度較大,确定W的同分異構體種數(數目)共有十二種,區分度很高,很難答對,估計很少考生能夠正确推出結論。
4.烯烴的二元取代物的同分異構體數
推斷烯烴的二取代物的同分異構體種數,方法與二鹵代烴有點類似。關鍵是等效氫的判斷,先定第一個取代基或官能團,再定一元取代物的等效氫數目,然後移動另一個取代基(或官能團)的位置,從而得出結論。需要注意的是,兩個取代基(或官能團)是否相同,所得有機物是否重複。
解析
點評
本題的難度較大,确定G的同分異構體種數(數目)共有八種,區分度也比較大,不容易答對,估計不到10%的考生能夠順利推出。
5.烷烴的二元取代物的同分異構體數
解答烷烴的二取代物的種數時,方法與二鹵代物、烯烴的二取代物的推斷方法相似。
例5.(2015全國課标II,38(5))HOOC-CH2-CH2-CH2-COOH的同分異構體中能同時滿足下列條件的共有種(不含立體異構);
①能與飽和NaHCO3溶液反應産生氣體 ②既能發生銀鏡反應,又能發生皂化反應
其中核磁共振氫譜顯示為3組峰,且峰面積比為6∶1∶1的是(寫結構簡式);
HOOC-CH2-CH2-CH2-COOH的所有同分異構體在下列一種表征儀器中顯示的信号(或數據)完全相同,該儀器是(填标号)。
a.質譜儀 b.紅外光譜儀 c.元素分析儀 d.核磁共振儀
解析
點評
本題第一空的難度較大,确定HOOC-CH2-CH2-CH2-COOH的同分異構體種數(數目)共有五種,估計隻有個别考生能夠得分。
綜上所述,高區分度同分異構體種數是每年高考的難題之一,側重考查三維課程目标中的過程與方法、知識與技能維度。此類試題主要涉及鹵代烴、醇、羧酸、酯等,碳原子數一般不超過5個,官能團一般不超過3個。學習和複習同分異構體時,需要充分研究問題,理清解題思路,進行充足的練習。解題思路或模型通常是:先确定官能團(題中直接給出或給出性質)并将其視為取代基,再确定碳鍊異構的數目(碳骨架),然後确定每種碳鍊(碳骨架)上的官能團或取代基(或一元取代物)異構體的數目,最後推斷二元取代物異構體的數目。
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