专题十三：同系物及同分异构体【专题目标】1．了解有机化合物数目众多和异构现象普遍存在的本质原因，碳原子彼此连接的可能形式；2．理解同系列及同分异构的概念；3．能够识别构造简式中各原子的连接次序和方式；4．能够识别同系物和列举异构体。【知识规律总结】一、同系物的判断规律1．一差（分子组成差一个或假设干个CH2）2．二同（同通式，同构造）3．三注意（1）必为同一类物质（2）构造相似（有相似的原子连接方式或相同的官能团种类和数目）（3）同系物间物理性质不同化学性质相同因此，具有相同通式的有机物除烷烃外都不能确定是不是同系物。二、同分异构体的种类1．碳链异构2．位置异构3．官能团异构（类别异构）（详见下表）组成通式可能的类别典型实例11/11\nCnH2n烯烃环烷烃CH2=CHCHH2CCH2CH2CnH2n-2炔烃二烯烃环烯烃CH=CCH2CH3CH2=CHCH=CH2CnH2n+2O醇醚C2H5OHCH3OCH3CnH2nO醛酮烯醇环醇环醚CH3CH2CHOCH3COCH3CH=CHCH2OHCH3CHCH2CH2CHOHOCH2CnH2nO2羧酸酯羟基醛羟基酮CH3COOHHCOOCH3HOCH2CHOCnH2n-6O酚芳香醇芳香醚H3CC6H4OHC6H5CH2OHC6H5OCH3CnH2n+1NO2硝基烷烃氨基酸CH3CH2NO2H2NCH2COOHCn(H2O)m单糖或二糖葡萄糖与果糖（C6H12O6）蔗糖与麦芽糖（C12H22O11）三、同分异构体的书写规律1．主链由长到短，支链由大到小，位置由心到边，排列由对到邻到间2．按照碳链异构位置异构官能团异构的顺序书写，也可按照官能团异构碳链异构位置异构的顺序书写，不管按照那种方法书写都必须防止漏写和从写四、分异构体数目的判断方法1．记忆法记住已掌握的常见的异构体数。例如：（1）凡只含一个碳原子的分子均无异构，甲烷、乙烷、新戊烷（看作CH4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;（2）丁烷、丁炔、丙基、丙醇有2种；11/11\n（1）戊烷、丁烯、戊炔有3种；（2）丁基C8H10有4种；（3）己烷、C7H8O（含苯环）有5种；（4）戊基、C9H12有8种；2．基元法例如：丁基有4种，丁醇、丁醛都有4种；3．替元法例如：C6H4Cl2有3种,C6H2Cl4有3种(将H替代Cl)；4．对称法（又称等效氢法）判断方法如下：（1）同一C原子上的氢原子是等效（2）同一C原子所连甲基上的氢原子是等效氯（3）处于镜面对称位置上的氢原子是等效【经典题型】题型一：确定异构体的数目例1某烃的一种同分异构只能生成1种一氯代物，该烃的分子式可以是（）A．C3H8B．C4H10C．C5H12D．C6H14解析：分析C3H8、C4H10、、C6H14各种构造，生成的一氯代物不只1种。从CH4、C2H6的一氯代物只有1种，得出正确答案为C。题型二：列举同分异构的构造例2液晶是一种新型材料。MBBA是一种研究得较多的液晶化合物。它可以看作是由醛A和胺B去水缩合的产物。CH3OCH=NCH2CH2CH2CH3（MBBA）11/11\nCH3OCHOH2NCH2CH2CH2CH3醛A胺（1）位上有—C4H9的苯胺可能有4种异构体，它们是：CH3CH2CH2CH2——NH2、（CH3）2CHCH2——NH2、、；（2）醛A的异构体甚多，其中属于酯类化合物且构造式中有苯环的异构体就有6种，它们是—COOCH3、—OCOCH3、HCOO——CH3、、、。（全国高考题）解析：（1）无类别异构、位置异构之虑，只有—C4H9的碳架异构；（2）题中有两个条件：属于酯类化合物且构造中含有苯环，不涉及类别异构。通过有序的思维来列举同分异构体可以确保快速、准确。可以按类别异构到碳链异构再到官能团或取代基位置异构的顺序进展有序的列举，同时要充分利用“对称性”防漏剔增。题型三：判断两构造是否等例3萘分子的构造可以表示为或，两者是等同的。苯并[α11/11\n]芘是强致癌物质（存在于烟囱灰、煤焦油、燃烧的烟雾和内燃机的尾气中）。它的分子由5个苯环并合而成，其构造式可以表示为（Ⅰ）或（Ⅱ）式：（Ⅰ）(Ⅱ)这两者也是等同的。现有构造式ABCDABCD其中：与（Ⅰ）、（Ⅱ）式等同的构造式是（）；与（Ⅰ）、（Ⅱ）式同分异构体的是（）。（全国高考题）解析：以（Ⅰ）式为基准，图形从纸面上取出向右翻转180度后再贴回纸面即得D式，将D式在纸面上反时针旋转45度即得A式。因此，A、D都与（Ⅰ）、(Ⅱ)式等同。也可以（Ⅱ）式为基准，将（Ⅱ）式图形在纸面上反时针旋转180度即得A式，（Ⅱ）式在纸面上反时针旋转135度即得D式。从分子组成来看，（Ⅰ）式是C20H12，B式也是C20H12，而C式是C19H12，所以B是Ⅰ、Ⅱ的同分异构体，而C式不是。答案是（1）AD；（2）B。11/11\n判断两构造是否相等的思维过程是：（1）用系统命名法命名时名称相同者；（2）将分子整体旋转、翻转后能“重合”者。题型四：测试同分异构体的变通策略例4已知萘的n溴代物和m溴代物的种数相等，那么n与m（n不等于m）的关系是An+m=6Bn+m=4Cn+m=8D无法确定解析：解题过程中要防止犯策略性错误，就要见机而行，变“正面强攻”为“侧翼出击”，转换思维角度和思维方向。正确思路是：从萘的分子式C10H8出发，从分子中取代a个H（C10H8-aBra）与取代8-a个H(C10HaBr8-a)的同分异构体的种数相等，故n+m=a+(8-a)=8,选C。解答此题的策略在于“等价”变通，如CHCl3与CH3Cl、CH2=CHCl与CCl2=CHCl、C9H19OH（醇类）与C9H19Cl等等同分异构体的种数相等。解题思维策略对完成条件向结果转化和实现解题起着关键性的作用。策略性错误主要是指解题方向上的偏差，造成思维受阻或解题过程中走了弯路。对于高考来说，费时费事，即便做对了，也有策略性错误。题型五：由加成产物确定不饱和有机物异构体数例5某有机物与H2按1：1物质的量比加成后生成的产物构造为：CH3CH3—CH—CH2—CH—C—CH2—CH3OHCH3OH11/11\n那么该有机物可能的构造有（）种（说明羟基与碳碳双双键的构造不稳定）。解析：某有机物与H2按1：1物质的量比加成说明原来的有机物为烯烃，又由C的四价原那么，双键位置的情况有四种，再考虑酮的存在情况。答案是5种。该题的特点是：已知某不饱和有机物加成后产物构造，确定原不饱和有机物的同分异构体的种数。解此类题的关键是：抓住加成反响的特点即反响前后碳链构造不变，确定不饱和键（双键、叁键）的可能位置，进而得到有机物的构造及种数。【随堂作业】一、选择题1．以下化学式中，只表示一种纯洁物的是（）A．CB．C3H8C．C2H4OD．C3H62.当今化学界关注的热点之一的C60，它可以看成是金刚石的（）A．同素异形体B．同分异构体C．同位素D．同系物3．以下各组物质中互为同分异构体的是（）A．1H与2HB．O2与O3C．乙烯与丙烯D．正丁烷与异丁烷4．以下各组物质中一定互为同系物的是（）A．CH4、C3H8B．C2H4、C3H6C．C2H2、C6H6D．C2H2、C6H65．以下各组物质中，互为同系物的是（）A．—OH与—CH3B．HCOOCH3与CH3COOH11/11\nC．—CH=CH2与CH3—CH=CH2D．C6H5OH与C6H5CH2OH6．对尼古丁和苯并[α]芘的分子组成与构造描述正确的选项是（）尼古丁苯并[α]芘A．尼古丁为芳香族化合物B．苯并[α]芘的分子式为C20H18C．苯并[α]芘分子中含有苯环构造单元，是苯的同系物D．尼古丁分子中的所有碳原子可能不在同一平面上，苯并[α]芘分子中的所有碳原子可能都在同一平面上7．对复杂的有机物的构造，可以用“键线式”简化表示。如有机物CH2=CH—CHO可以简写成。那么与键线式为的物质互为同分异构体的是（）A．—OCH2CH3B．—CHOC．—COOHD．HO——CH38．以M原子为中心形成的MX2Y2分子中，X、Y分别只以单键与M结合，以下说法中正确的选项是（）A．假设MX2Y2分子空间构型为平面四边形，那么有两种同分异构体B．假设MX2Y2分子空间构型为平面四边形，那么无同分异构体C．假设MX2Y2分子空间构型为四面体型，那么有两种同分异构体11/11\nA．假设MX2Y2分子空间构型为四面体型，那么无同分异构体9．在沥青中有一系列稠环化合物，它们彼此虽不是同系物，但其组成和构造都有规律性的变化，从萘开场，这一系列化合物中第25个分子式是（）萘芘蒽并蒽A．C50H30B．C154H56C．C154H60D．C150H5610．速效感冒冲剂的主要成分之一为“对乙酰氨基酚”，其构造简式如下所示，有关它的表达不正确的选项是（）CH3—CO—NH——OHA．能溶于热水B．在人体内能水解C．1mol对乙酰氨基酚与溴水反响时最多消耗Br24molD．与对硝基乙苯互为同系物一、非选择题11．某芳香族化合物A的分子式为C7H6O2，溶于NaHCO3水溶液，将此溶液加热，能用石蕊试纸检验出有酸性气体产生。（1）写出化合物A的构造简式：；（2）依题意写出化学反响方程式：；（3）A有几个属于芳香族化合物的同分异构体，写出它们的构造简式。11/11\n12．今有化合物甲：乙：CH3丙：CHO—COCH3—COOH—CH2OHOH（1）请写出丙中含氧官能团的名称：（2）请判断上述哪些化合物互为同分异构体：（3）请分别写出鉴别甲、乙、丙化合物的方法：鉴别甲的方法：鉴别乙的方法：鉴别丙的方法：13．（上海高考）2000年，国家药品监视管理局发布通告暂停使用和销售含苯丙醇胺的药品制剂。苯丙醇胺（英文缩写为PPA）构造简式如下：φ—CHOH—CHNH2—CH3其中φ—代表苯基。苯丙醇胺是一种一取代苯，取代基是—CHOH—CHNH2—CH3。（1）PPA的分子式是；（2）PPA的取代基中有两个官能团，名称是基和基（写汉字）。（3）将—φ、—NH2、—OH在碳链上的位置作变换，可以写出多种同分异构体，其中5种的构造简式是：φ—CHOH—CHNH2—CH3φ—CHOH—CH2—CH2NH2φ—CH2—CHOH—CH2NH2φ—CHNH2—CHOH—CH3φ—CHNH2—CH2—CH2OH11/11\n请写出另外4种同分异构体的构造简式（不要写出—OH和—NH2连在同一个碳原子上的异构体；写出多于4种的要扣分）：、、、14.（上海高考）某有机物A（C4H6O5）广泛存在于许多水果中，尤以苹果、葡萄、西瓜、山楂中为多。该化合物具有如下性质：（1）在25oC时，电离常数K1=3.99×10-4，K2=5.5×10-6(2)A+RCOOH(或ROH)浓H2SO4/有香味的产物（3）1molA与足量的Na→慢慢产生1.5mol气体（4）A在一定温度下的脱水产物（不是环状化合物）可和溴水发生加成反响试答复：（1）根据以上信息，对以上A的构造可作出的判断是（多项选择扣分）（a）肯定有碳碳双键（b）有两个羟基（c）肯定有羟基（d）有—COOR官能团(2)有机物A的构造简式（不含—CH3）为（3）A在一定温度下的脱水产物和溴水反响的化学方程式（4）A的一个同类别的同分异构体是11/11
