有机物的同分异构体

智能考点  有机物的同分异构体 一、有机物的同分异构体 1. 同分异构体的概念 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。 同系物、同分异构体、同素异形体和同位素的比较 概念 同系物 同分异构体 同素异形体 同位素 研究范围 有机物 化合物 单质 原子 限制条件 结构相似 分子式相同 同一元素 质子数相同 组成相差 CH2原子团 结构不同 性质不同 中子数不同 注意： 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：H3PO4与H2SO4 、C2H6O与CH2O2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、CH3COOH、HCOOCH3、C6H12O6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：CH3CH2OH和CH3OCH3、CH3CH2CHO和CH3COCH3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：CH3CH2 CH2 CH2CH3、CH3CH2 CH（CH3）CH3、C（CH3）4；CH3COOH、HCOOCH3。同分异构现象在某些无机化合物中也存在，如：CO(NH2)2与NH4OCN、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。 2．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。 3. 同分异构体的书写 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。 二、同分异构体的判断 1.等 判断有机物分子中有多少种等效氢。有机物分子中位置等同的氢原子叫等效氢，显然有多少种等效氢，其一元取代物就有多少种。 （1）同一个碳上的氢原子是等效的。如：分子中甲基上的3个氢原子，为等效氢原子。 （2）与同一碳原子相连的甲基上氢原子是等效的。如CH4有一种等效氢，C（CH3）4也只有一种等效氢。 （3）同一分子中处于轴对称位置或镜面对称位置上的氢原子是等效的。如：分子中，苯环所在的平面内有有两条互相垂直的对称轴，故有两类等效氢。 CH3 记住10个碳原子以内的烃，其一元取代产物只有一种的结构：①CH4  ②CH3CH3  ③C（CH3）4  ④C（CH3）3 C（CH3）3。 Y X 苯环上一元取代产物只有一种的结构有：① ②                推广为：符合                类型结构的苯环上的一元取代产物只有一种。符合              类型结构的苯环上的一元取代产物为两种。   2.拉、翻、转 CH2—CH3   “拉”即为拉直，如：                            可将其拉直为： CH3—CH2—C—CH2—CH2—CH3，又可转为CH3—CH2—C—CH2—CH2—CH3，还可以翻转为：       CH3—CH2—CH2—C—CH2—CH3  ，上述结构皆属于同一种物质。 3.换（换元法） 即改变一个观察的对象。如：二氯苯有3种结构，则四氯苯也有3种结构。这是当我们考虑C6H4Cl2中两个Cl的相对位置为邻、间、对3种结构时，再考虑C6H2Cl4的同分异构体种数，可以看两个H的相对位置也同样为邻、间、对3种结构。 换元法是一种技巧，因此必须在一定情况下才能使用。设烃的分子式为CxHy，如果CxHy-aCla与CxHy-bClb的同分异构体种数相同，则必须满足a+b=y的条件。 4.反 即将R—COOH反过来写成甲酸的酯HCOOR，将RCOOR′反过来写成为另一种酸和另一种醇形成的酯R′COOR。 5.抽 即抽出某个原子或和某个原子团与另一原子相连形成新的基团。如：将羧基—COOH中的O抽出，与烃基的H组成—OH，余下部分组成醛基—CHO，所以碳原子数目相同的饱和一元羧酸与羟基醛互为官能团异构。 6.插 CHO COOH 即将抽出来的原子或原子团插到另一原子残基团之间，抽和插是联系在一起的。如：将                  抽出一个O插在苯环的C—H之间就形成—OH，即                ,将CH3—抽出一个—CH2—，插在苯环和—COOH之间就成为 OH CH3—O— CH2—COOH                   。     实际上在判断有机物同分异构体种数时，这几个字是要综合使用的。如 OOCCH3 COOCH3 OOCH 属于酯类的同分异构体有6种。即将CH3—O—上的O抽出插在醛基和苯基之间就成为甲酸的酯：                ；—CH3又可以在苯环上转动（邻、间、对位）得3种；将—CH3抽出一个—CH2—，插在—OOCH中的—C—H键之间成为                        ；将—OOCCH3反过来写就成为                ；一共有6种。 另外记住常见烷基的种数和苯的同系物一元取代物的种数，可以快速判断某些同分异构体的种数。如丙基有2种；丁基有4种；那么C4H9Cl、C4H9OH、C4H9CHO、C4H9COOH等的同分异构体就相当于丁基（C4H9—）上连接—Cl、—OH、—CHO、—COOH等，它们的同分异构体数目都是4种。再如：二甲苯中苯环上的一元取代物，邻二甲苯有2种；间二甲苯有3种；对二甲苯有1种，因此C8H10苯环上的一元取代物共有6种。 三、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CH4命名为甲烷、CH3CH3命名为乙烷、CH3CH2CH3命名为丙烷，依次类推。自十一起用汉字数字表示，如C12H26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—CH3的特定结构称为“异某烷”；把碳链的一末端带有3个—CH3的特定结构称为“新某烷”。如CH3CH2CH2CH2CH3名为正戊烷；CH3CH2CH(CH3)2名为异戊烷；C（CH3）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，故用系统命名法。 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。如： 2             1       5  4  3     6、7                      母体为庚烷 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”。如上图。 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。上述结构命名为2，5—二甲基—3—乙基庚烷。 CH3 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：—CH3名为甲基；—CH2 CH3名为乙基；—CH2CH2 CH3名为丙基；—CH CH3名为异丙基；—CH2(CH2)2 CH3名为正丁基；—CH2CH(CH3)2名为异丁基；—C（CH3）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。如：                       命名为3，4，4—三甲基—2—戊烯。 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。如：                     命名为3，4，4—三甲基—1—戊炔。 （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：                  邻—二甲苯（1，2-二甲苯）；                        间—二甲苯（1，3-二甲苯）；                                            对—二甲苯（1，4-二甲苯）。 （5）饱和一元醇的命名 ①选主链：选择含官能团—OH的最长碳链为主链。 ②编号位：从离—OH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→羟基位置→某醇。 这种基本命名比较简单，只要按照基本步骤把主链选好，编好号即可。命名时醇是母体，主链有几个碳则命名为“某醇”，不要把羟基作为取代基。如： HO                         命名为3—甲基—3—戊醇。 （6）卤代烃的命名 卤代烃命名时母体是烃，而卤原子作为取代基。如： Cl CH3—CH—CH—CH2CH3                         命名为3—氯—2—甲基戊烷。 (7)饱和一元醛和饱和一元羧酸的命名 CH3—CH—CH 在醛和羧酸的分子中，—CHO与—COOH总在分子的1号位，不必写官能团的位置；选主链和编号位与前面的相似。如：CH3—CH—CHO 命名为2—甲基丙醛 CH3—CH—CH CH3—CH—CH—COOH 命名为2，3—二甲基丁酸。 （8）酯的命名 COOCH2CH3 根据它的羧酸和醇来命名，成为“某酸某（醇字省略）酯”。如：CH3COOCH3命名为乙酸甲酯；                      命名为苯甲酸乙酯；CH3OOCCOOCH3命名为乙二酸二甲酯。