高考题型专讲之
同分异构体、有机反应类型
考纲要求
1、了解有机化合物中碳的成键特征。了解有机化合物的同分异构现象。
2、了解常见有机化合物发生反应的类型。
题型特点
在高考中,主要考查同分异构体数目的判断,一般不包括立体异构。考查反应类型时,也只是对反应类型的判断。该类题目的难度一般为中等。
题型示例
( 2012·新课标)分子式为 C 5 H 12 O且可与金属钠反应放出氢气的有机化合物有(不考虑立体异构)
A. 5种 B. 6种 C. 7种 D. 8种
答案: D
解析:与金属反应放出氢气的有机化合物为醇,戊烷的同分异构体有三种:正戊烷、异戊烷、新戊烷,用- OH取代这些同分异构体中的氢原子,可以得到 3+ 4+ 1= 8种醇。
解题策略
对于同分异构体,掌握的书写方法很重要,要注意书写时不要重复、遗漏。对于常见反应,要熟记其反应类型,才能做出正确的判断。
知识要点
一、同系物、同分异构体
1、同系物及其判定
( 1)定义:结构相似,在分子组成上相差一个或若干个“ CH 2”原子团的有机物称为同系物。
( 2)判定依据:①分子组成符合同一通式,但彼此有若干个系差( CH 2);②主碳链(或碳环)结构相似(与环的大小无关);③所含官能团的种类和个数相同;④有机物所属类别相同。
( 3)同系物通式的归纳和应用:总结一系列具有相似结构的同系物的通式,应采用数学分析法。首先找出不同物质的分子式,确定系差,再根据起始碳数即可确定通式。然后利用通式和数学极限知识即可求同系物中碳的最大含量。
2、同分异构体
( 1)定义:化合物具有相同的分子式,但具有不同结构的现象,叫做同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互称为同分异构体。
( 2)同系物、同分异构体、同素异形体和同位素的比较
( 3)同分异构体的判断
①分子式必须相同。相对分子质量相同,结构不同的化合物不一定是同分异构体,如 C 8 H 18和 C 7 H 14 O。②结构不同。碳链骨架不同,或官能团在碳链上的位置不同,或官能团种类不同。
注意问题:
①分子式相同则相对分子质量必然相同,但相对分子质量相同而分子式不一定相同。如: H 3 PO 4与 H 2 SO 4、 C 2 H 6 O与 CH 2 O 2的相对分子质量相同,但分子式不同。最简式相同的化合物不一定是同分异构体,如: HCHO、 CH 3 COOH、 HCOOCH 3、 C 6 H 12 O 6的最简式相同,但分子式不同。
②分子结构不同是由分子里原子或原子团的排列方式不同而引起的,如: CH 3 CH 2 OH和 CH 3 OCH 3、 CH 3 CH 2 CHO和 CH 3 COCH 3等。
③同分异构现象在有机化合物中广泛存在,既存在于同类有机物中,又存在于某些不同类有机物中,如: CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3、 CH 3 CH 2 CH( CH 3) CH 3、 C( CH 3) 4; CH 3 COOH、 HCOOCH 3。同分异构现象在某些无机化合物中也存在,如: CO( NH 2) 2与 NH 4 OCN、 HOCN(氰酸)和 HNCO(异氰酸)。
④化合物的分子组成、分子结构越简单,同分异构现象越弱。反之,化合物的分子组成、分子结构越复杂,同分异构现象越强。如甲烷、乙烷、丙烷等均无同分异构现象,而丁烷、戊烷的同分异构体分别为 2种、 3种。
⑤同分异构体之间的化学性质可能相同也可能不同,但它们的物理性质一定不同。各同分异构体中,分子里支链越多,熔沸点一般越低。
( 4)同分异构体的类型
①碳链异构:指的是分子中碳原子的排列顺序不同而产生的同分异构体。如:所有烷烃异构都属于碳链异构。
②位置异构:指的是分子中官能团(包括双键、叁键或侧链在苯环上)位置不同而产生的同分异构。如: 1 -丁烯与 2 -丁烯; 1 -丙醇与 2 -丙醇;邻二甲苯、间二甲苯与对二甲苯。
③官能团异构:指的是分子中官能团不同而分属不同类物质的异构体。常见的如:碳原子数相同的烯烃与环烷烃;炔烃与二烯烃、环烯;醇与醚;醛与酮、烯醇、环醚、环醇;羧酸与酯、羟基醛;酚与芳香醇、芳香醚;硝基烷与氨基酸等。
( 5)同分异构体的书写方法
方法一:
①列出有机物的分子式。
②根据分子式找出符合的通式,由通式初步确定该化合物为烷烃、;烯烃或环烷烃、;炔烃、二烯烃或环烯烃;芳香烃及烃的衍生物等。
③书写顺序:先写碳链异构,再写位置异构,最后写官能团异构。碳链异构的书写顺序应遵循:主链由长到短,支链由整到散,位置由心到边,排布由邻到间,后三句是指支链的大小、支链的移动及排布形式,或参考“成直链,一线穿,从头摘、挂中间,往边排、不到端”的口诀书写,要注意思维有序,谨防重复和遗漏。
方法二:
①“减碳移位”法
一般采用“减碳法”,可概括为“两注意,四句话”。“两注意”:选择最长的碳链为主链;找出中心对称线。“四句话”:主链由长到短,支链由整到散,位置由心到边,排布由对到邻间。
②等效氢法:
a.有机物中位置等同的氢原子叫等效(性)氢原子,烃的分子中等效氢原子的种类有多少,则其一元取代物种类就有多少。
b.“等效氢原子”种类的判断通常有如下三个原则:同一碳原子所连的氢原子是等效的;同一碳原子所连的甲基上的氢原子是等效的;同一分子中处于轴对称或镜面对称(相当于平面镜成像时,物与像的关系),对称位置上的氢原子是等效的。
( 6)同分异构体数目的确定方法
①记忆法:记住已掌握的常见的异构体数。例如:凡只含一个碳原子的分子均无异构,甲烷、乙烷、新戊烷(看作 CH 4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、乙炔、乙烯等分子一卤代物只有一种;丁烷、丁炔、丙基、丙醇有 2种;戊烷、丁烯、戊炔有 3种;丁基 C 8 H 10有 4种;己烷、 C 7 H 8 O(含苯环)有 5种;戊基、 C 9 H 12有 8种;
②基元法:如丁基有四种,则丁醇、戊醛、戊酸等都有四种同分异构体。
③替代法:如二氯苯( C 6 H 4 Cl 2)有三种同分异构体,四氯苯也有三种同分异构体(将 H替代 Cl);如 CH 4的一氯代物只有一种,新戊烷[ C( CH 3) 4]的一氯代物也只有一种。
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:同一碳原子上的氢等效;同一碳原子上的甲基氢原子等效;位于对称位置上的碳原子上的氢原子等效。有几种等效氢,一卤代物就有几种。
二、有机物的命名
有机物的命名法要求必须反映分子结构,使我们根据一个名称就能写出它的结构式,或者根据一个结构式就能叫出它的名称。
烷烃命名法是有机物命名法的基础,常用习惯命名法和系统命名法。
1、习惯命名法
通常把烷烃命名为“某烷”。“某”是指烷烃中碳原子的数目,一到十依次用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸来表示。如 CH 4命名为甲烷、 CH 3 CH 3命名为乙烷、 CH 3 CH 2 CH 3命名为丙烷,依次类推。自十一起用汉字数字表示,如 C 12 H 26命名为十二烷。
为了区别异构体,常用正、异、新来表示。直链烷烃叫“正某烷”;把碳链的一末端带有两个— CH 3的特定结构称为“异某烷”;把碳链的一末端带有 3个— CH 3的特定结构称为“新某烷”。如 CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3名为正戊烷; CH 3 CH 2 CH( CH 3) 2名为异戊烷; C( CH 3) 4命名为新戊烷。
此命名法只适用于简单的有机化合物,对于复杂的有机化合物有些无法区别,需用系统命名法。
2、系统命名法
( 1)烷烃的命名
①选主链:选择一个最“长”的碳链(注意拉直和旋转)为主链,当出现碳链等长时,则选具有支链最“多”的为主链。按其碳原子数目称为“某烷”,作为母体。
②编号位:把主链里离支链最“近”的一端做起点,用 1, 2, 3,……给主链的各个碳原子依次编号定位,以确定支链的位置。当支链与端点距离相等时,选离较“简”单支链最近的一端做起点,进行编号。当支链与端点距离相等且均为简单支链时,编号要使取代基位次和最“小”。
③写名称:依次为支链位置(阿拉伯数字)→支链数目(汉字)→支链名称→某烷(母体);阿拉伯数字与汉字之间用短线隔开,阿拉伯数字之间则用逗号隔开;相同取代基的位置罗列,用逗号隔开。顺序为:先较小取代基,后较大取代基。
命名时,名称中不能出现“ 1—甲基”、“ 2—乙基”、“ 3—丙基”等。
常见烷基的名称:— CH 3名为甲基;— CH 2 CH 3名为乙基;— CH 2 CH 2 CH 3名为丙基;名为异丙基;— CH 2( CH 2) 2 CH 3名为正丁基;— CH 2 CH( CH 3) 2名为异丁基;— C( CH 3) 3名为叔丁基。
( 2)烯烃的命名
烯烃命名是在烷烃命名的基础上围绕碳碳双键进行命名的。
①选主链:选含碳碳双键的最长碳链为主链。
②编号位:从离双键最近的一端开始编号。
③写名称:支链位置→支链数目→支链名称→双键位置→某烯烃。其它与烷烃命名相同。烯烃命名时,若双键离两端等距离,则应从支链小的一端开始编号;若既等距离,支链大小又相等,则应从位次代数和最小的一端开始编号。
( 3)炔烃的命名
炔烃的命名与烯烃相似,步骤相似。
( 4)苯的同系物及苯的取代物命名
苯的同系物及苯的取代物命名时,苯环上的编号既可顺时针编,亦可逆时针编,但是要从环上最简单的取代基或侧链编起,且使各取代基或侧链的位置之和最小。(也可能用习惯命名法)。如:
。
( 5))酯的命名
根据它的羧酸和醇来命名,成为“某酸某(醇字省略)酯”。如: CH 3 COOCH 3命名为乙酸甲酯; 命名为苯甲酸乙酯; CH 3 OOCCOOCH 3命名为乙二酸二甲酯。