同分异构问题
唐荣德
一、概念
① 化合物，② 分子式同，③ 结构不同，④ 性质有别。
关键是②和③。
二、类型
① 碳链异构：由支链的数目、大小和位置所引起的异构；
② 位置异构：由同种官能团的不同位置所引起的异构；
③ 种类异构：由不同官能团所引起的异构。
三、几类同分异构
① CnH2n：(n≥3) 烯烃和环烷烃；
② CnH2n－2：(n≥3)二烯烃和炔烃；
③ CnH2n＋2O：(n≥2)饱和一元醇和饱和一元醚；
④ CnH2nO：(n≥2)饱和一元醛、烯醇和环氧烷；(n≥3)饱和一元酮；
⑤ CnH2nO2：(n≥2)饱和一元羧酸、饱和一元羧酸饱和一元醇酯；
⑥ CnH2n＋1O2N：(n≥2)氨基酸、硝基化合物和亚硝酸酯；
⑦ CnH2n－6O：(n≥7)酚、芳香醇和芳香醚。
四、几种特殊的同分异构体
① C8H8：苯乙烯和立方烷；
② C8H10：乙苯和邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯；
③ C6H12O6：葡萄糖和果糖；
④ C11H22O11：蔗糖和麦芽糖；
⑤ CH4ON2：尿素[CO(NH2)2]和氰酸铵[NH4CNO]。
五、书写方法：
① 截长变支法(适用于碳链异构)；
对于链烃，可采用此法。先直链，后支链。每次把主链碳原子数减一个来作支链，支链的位置：若有对称面的，从边二到中；若无对称面的，从左二到右二。(注意：支链接在端头无意义！)支链的数目：由少到多。支链的大小：由小到大。两个支链的关系：邻—间—对。按此顺序书写就不会漏写同分异构体。
主链：由长到短。
支链：碳原子数——由短到长；
个数——由少到多；
位置——由边2到中，(注意对称因素)；
支链间关系——邻、间、对。
碳链由长到短，支链由整到散，取代基的位置由中心到边缘；芳烃的排法最好按照邻、间、对的顺序，以免重复或遗漏。
② 亚甲基移位法(适用于烃的衍生物)。
对于烃的衍生物，可用此法，将左边的亚甲基依次移向右边，即形成不同的同分异构体。
考虑异构体的顺序是：种类异构
位置异构碳链异构，书写顺序是：碳链异构位置异构种类异构。
③ 残基分析法
对于复杂的有机物，且要求按条件书写同分异构体，可采用此法。首先考虑主体组成，然后从总的组成中减去主体后的剩余部分(即残基)，再按条件确定残基可能的结构，从而写出符合题意要求的同分异构体。
六、判断同分异构体数目
1．等效氢法
烃的一取代物数目的确定，实质上是看处于不同位置的氢原子数目。可用“等效氢法”判断。判断“等效氢”的三条原则是：
① 同一碳原子上的氢原子是等效的；如甲烷中的4个氢原子等同。
② 同一碳原子上所连的甲基是等效的；如新戊烷中的4个甲基上的12个氢原子等同。
③ 处于对称位置上的氢原子是等效的。如乙烷中的6个氢原子等同，2,2,3,3—四甲基丁烷上的24个氢原子等同，苯环上的6个氢原子等同。
2．轴线移动法
对于多个苯环并在一起的稠环芳烃，要确定两者是否为同分异构体，则可画一根轴线，再通过平移或翻转来判断是否互为同分异构体。
3．定一移二法
对于二元取代物的同分异构体的判断，可固定一个取代基位置，再移动另一取代基位置以确定同分异构体数目。
4．排列组合法
排列组合的方法特别适用于多元取代基所形成的同分异构体数目的确定。
七、辨认互为同分异构体，或为同一物质的方法
① 碳、氢等元素的原子个数(即分子式同)；
② 头和尾的个数；
③ 支链位置(注意对称)；
④ 命名，看名称是否相同。
八、其它
1．烷烃只有碳链异构。对于CnH2n＋2的烷烃，可能出现最大取代基(碳原子数为x)的关系是：3x＋1＝n。
2．同分异构体中，随碳原子数的增加，最先出现种类异构，其次出现位置异构，最后出现碳链异构。
① 链烃、环烃从3个碳原子起出现种类异构，从4个碳原子起出现碳链异构和位置异构；
② 烷基苯从8个碳原子起出现同分异构；
③ 脂肪族一卤代烃，从3个碳原子起出现位置异构；脂肪族二卤代烃，从2个碳原子起出现位置异构；芳香族一卤代烃，从7个碳原子起出现位置异构；芳香族二卤代烃，从6个碳原子起出现位置异构。
④ 脂肪族一元醇，从2个碳原子起出现种类异构(醇和醚)，从3个碳原子起出现位置异构和碳链异构；芳香醇从7个碳原子起产生种类异构(醇和醚)。
⑤ CnH2nO，从2个碳原子起产生同分异构体：醛、环氧烷和烯醇；从3个碳原子起产生同分异构体：醛、酮、烯醇和环氧烷。
⑥ CnH2nO2，从2个碳原子起出现种类异构：羧酸和酯。
⑦ “两种烃的组成相同，分子量相同，但结构不同，因而性质不同，它们一定互为同分异构体。” 此说法不对。如：
M 128 142 156 ……
烷烃 C9H20 C10H22 C11H24 ……
萘系芳烃 C10H8 C11H10 C12H12 ……
九、练习题
1．互为同分异构体的物质不可能 ( )
A. 具有相同的相对分子质量 B. 具有相同的结构
C. 具有相同的通式 D. 具有相同的分子式
2．有三种不同的基团，分别为－X、―Y、―Z，若同时分别取代苯环上的三个氢原子，能生成的同分异构体数目是 ( )
A. 10 B. 8 C. 6 D. 4
3．C6H14的各种同分异构体中，所含甲基数和它的一氯取代物的数目与下列相等的是
( )
A. 2个－CH3，能生成6种一氯代物 B. 3个－CH3，能生成4种一氯代物
C. 3个－CH3，能生成5种一氯代物 D. 4个－CH3，能生成4种一氯代物
4．分子式为C5H12O2的二元醇，有多种同分异构体，其中主链上碳原子数为3的同分异构体数目为m，主链上碳原子数为4的同分异构体数目为n，下列各组数据中m和n均正确的是(不包括一个碳原子上连接两个羟基的化合物) ( )
| A | B | C | D | |
| m | 1 | 1 | 2 | 2 |
| n | 6 | 7 | 6 | 7 |
5．某有机化合物的结构简式为：
；其中属于芳香醇的同分异构体共有( )
A. 3种 B. 4种 C. 5种 D. 6种
6．近年来，人们利用合成的方法制备了多种具有特殊结构的有机物，例如分子具有以下立体结构的环状化合物(其中碳、氢原子均已略去)。
有人认为上述有机物中，① 立方烷、棱晶烷、金刚烷都是烷烃的同系物，② 盆烯能与溴水发生加成反应，③ 棱晶烷、盆烯都是苯的同分异构体，④ 立方烷的二氯代物有3种同分异构体，⑤ 金刚烷是癸烷的同分异构体。你认为上述判断中正确的是 ( )
A. 只有③ B. ②和③ C. ①、③和⑤ D. ②、③和④
7．下列烷烃分子中的1个氢原子被溴原子取代后，不可能产生同分异构体的是 ( )
A. 丁烷 B. 新戊烷 C. 2,3—二甲基丁烷 D. 2,2,3,3—四甲基丁烷
8．已知二氯苯的同分异构体有三种，从而可以推知四氯苯的同分异构体数目是( )
A. 2种 B. 3种 C. 4种 D. 5种
9．下列化合物分别与浓硝酸和浓硫酸的混合酸反应，苯环上的氢原子被取代，生成一硝基取代物有三种的是 ( )
A. 乙苯 B. 邻二甲苯 C. 间二甲苯 D. 对二甲苯
10．已知丁基共有四种。不必试写，立即可断定分子式为C5H10O的醛应有 ( )
A. 3种 B. 4种 C. 5种 D. 6种
11．一氯丁烯(C4H7Cl)的同分异构体只有8种，某学生却写了如下10种：
其中，两两等同的式子是_______和________，________和________。
12．分子结构中含有两个－CH3、一个－CH2－、一个 基、一个－OH，且属于
酚类的同分异构体有6种，其结构简式为：__________、_________、_________、_________、_________、__________。
13．因 中两个双键碳原子不能绕通过双键的轴旋转，而双键相连的每个碳原
子上连接有不同的原子或原子团时，双键碳原子上连接的原子或原子团在空间有两种不同的排列方式。如：
A和B互为顺反异构体。A式中两个相同的原子或原子团(两个a或两个b)在双键的同侧，叫做顺式异构体；B式中两个相同的原子或原子团(两个a或两个b)在双键的两侧，叫做反式异构体。据此，回答下列问题：
(1) 现有下列有机物分子：① 丙烯，② 1－丁烯，③ 2－丁烯，④ 1,2－二氯乙烯。其中存在顺反异构体的是(填序号)_______________________。
(2) 苯丙烯有C和D两种位置异构体，其中C具有顺式E及反式F两种异构体。请写出它们的结构简式：
C______________；D______________；E_______________；F________________。
14．羧酸A(分子式为C5H10O2)可以由醇B氧化得到。A和B可以生成酯C(分子量172) 。符合这些条件的酯只有4种，请写出这4种酯的结构简式。(1992年三南高考35题)
15．在一定条件下，某些不饱和烃分子可以进行自身加成反应。例如：
 |
有机物甲的结构简式为 ，它是由不饱和烃乙的两个分子在一定
条件下自身加成而得到的。在此反应中除生成甲外，还同时得到另一种产量更多的有机物丙，其最长碳链仍为5个碳原子，丙是甲的同分异构体。
(1). 乙的结构简式是_____________________。
(2). 丙的结构简式是_____________________。
16．A、B两种有机化合物，分子式都是C9H11O2N。
(1) 化合物A是天然蛋白质的水解产物，光谱测定显示，分子结构中不存在甲基(－CH3)。化合物A的结构是_____________。
(2) 化合物B是某种分子式为C9H12的芳香烃一硝化后的唯一产物(硝基连在芳环上)。化合物B的结构式是_______________。(MCE94.33)
17．合成类固醇是奥委会医学委员会于1984年公布的违禁药物之一。从结构上看，类固醇是一类含有环戊烷多氢菲核(如Ⅰ式)基本结构的化合物。这种药物之一的17
-烷基化睾酮衍生物，如康力龙(其结构简式如Ⅱ式)，由于其分子中17-碳上烷基的作用，此种药物具有对肝功能明显的损害作用，过量使用还会产生女子男性化，男子过早秃顶，肝中毒甚至肝癌等毒副作用，因此属违禁药物。
(1) 康力龙分子中共有 个碳原子。
(2) 用Ⅰ式中给碳位编号的方法给Ⅱ式碳原子定位，其中位的编号是
。
(3) 已知Ⅰ式能使溴水褪色，将其可能产物的结构简式填入下列空白(未参加反应部位的碳环可略去不写，但反应部位的碳环上碳位编号至少要标上两处，可不填满，也可补充，有几个填几个。)：
① ② ③ ④ ⑤ ⑥
、 、 、 、 、 。
答 案
1.B
2. A 解析：邻位3种：XYZ，XZY，ZXY；邻间位6种：XY-Z，XZ-Y，YX-Z，YZ-X，ZX-Y，ZY-X；间位1种：X-Y-Z。
3.BC 4.C
5.C 6.D 7.BD 8.B 9.AC 10.B
11. F；G；I；J
12. 解析：由于是酚类，且只有3个取代基，实际上是-C2H5、-CH3、-OH三个基团的组合。
13. (1) 3、4 (2)
14.CH3(CH2)3COO(CH2)4CH3；(CH3)2CHCH2COO(CH2)2CH(CH3)2；
CH3CH2CH(CH3)COOCH2CH(CH3)CH2CH3；(CH3)3CCOOCH2C(CH3)3
 | |||
 | |||
15. (1) (2)
16. (1) (2)
17. (1) 21 (2) 8 (3)