有序思维助力，寻求“含苯环有机物同分异构体数目”

广东 周曼文 赖文花

有序思维助力，寻求“含苯环有机物同分异构体数目”

有机物同分异构体的考查既是高考化学的高频考点，也是热点和难点。这类试题不仅能很好地考查学生对有机物结构特点和官能团特性的掌握程度和应用能力，还能全面考查学生的自学能力、逻辑思维能力、问题解决能力。2013、2014、2016全国卷都考了限制条件下苯环上有多个取代基的同分异构体数目的判断和某种结构简式的书写。可将其归为三类：①几元取代已定，求侧链异构，如2016·全国Ⅰ·38(5)。②侧链结构已定，求几元取代，如2013·全国Ⅰ·38(6)。 ③侧链结构、几元取代都待定。教学中发现不管哪种类型，“有序思维”对限定条件下同分异构体数量的求解，都能达到快速、准确、高效的效果。在此介绍与大家分享。

书写同分异构体，一般分三步：

1.依据限制条件，推测“碎片(原子、原子团、官能团)”结构；

2.摘除“碎片”,构建碳架；

3.“碎片”组装。

支撑这些步骤完成的“有序思维”如下：

“碎片”推测：依分子式(不饱和度)信息、特殊结构信息、化合物性质、类别信息。

碎片分类：先“简”后“繁”(或按“端基碎片”和“非端基碎片”分)。

碳架构建：由“长”到“短”，先“整”后“散”, 支链由“心”到“边”。

方法选择：“端基碎片”的位置异构一般选择“等效氢”“定1动1”等方法；“非端基碎片”的位置异构一般选择“插入法”“烷基分配法”。

一、几元取代已定，求侧链异构

【解析】第1步：推测“碎片(原子、原子团、官能团)”结构

题中信息“碎片”依分子式(不饱和度)信息6特殊结构信息一种官能团、二取代化合物性质信息0．5molW与足量碳酸氢钠溶液反应生成44gCO2类别信息芳香化合物碎片推断先“简”后“繁”。已定：“简”：2个—COOH，“繁”： 、 、 ；待定：C2H4

第2步：摘除“碎片”,构建碳架

碳链先“整”后“散”：

方案1：—CH2CH2COOH、—COOH

方案2：—CH2COOH —CH2COOH

第3步：组装

【点拨】端基官能团(也可称为一价官能团)是指在有机物的结构简式中只能位于末端的官能团，主要包括卤素原子(—X)、硝基(—NO2)、氨基(—NH2)、羟基(—OH)、羧基(—COOH)、醛基(—CHO)等。书写含有这些官能团的同分异构体时，可将其分子式变形为烃基和官能团两部分，如R—CHO、R—X等。它们的同分异构体数目则取决于烃基部分的异构体数目。常见烷基的异构体数目：甲基(1种)，乙基(1种)，丙基(2种)，丁基(4种)，戊基(8种)。熟记这些烷基的异构体数目可以迅速解题。

二、侧链结构已定，求几元取代

【解析】第1步：推测“碎片(原子、原子团、官能团)”结构

题中信息“碎片”依分子式(不饱和度)信息5化合物性质信息既能发生银镜反应，又能与FeCl3溶液发生显色反应碎片推断先“简”后“繁”。已定：醛基、酚羟基、甲基；待定：苯环的几元取代

第2步：组装

【点拨】解题关键从两方面入手，①根据题给信息确定取代基的结构和数目；②判断取代基在苯环上的位置。方法：以取代基相同的二元、三元位置关系(如图)为基础，用换元法或等效氢法延伸拓展取代基不同的位置种数。

邻 间 对

邻 间 对

如：当苯环上的三个取代基有两个相同(X、X)、一个不同(Y)时,

方法1：先写出两个相同取代基在苯环上的位置关系，再引人(Y)。即：

邻 间 对

方法2：先写出三个相同取代基在苯环上的位置关系，再将其中一个取代基换成Y。即：

邻

间 对

练习2：分子式为C10H14的芳香烃中，苯环上的一溴代物的结构有两种，满足此条件的结构共有________种。

【答案】5

二元取代基为2个—C2H5或1个—CH3、1个—C3H7(2种)，形成的有机物中苯环上的一溴代物结构有两种的有：

三元取代基为2个—CH3、1个—C2H5，形成的有机物中苯环上的一溴代物结构有两种的有：

四元取代基为4个—CH3，空位的位置关系有邻、间、对3种。不管哪种其苯环上的一溴代物的结构只有一种。

三、几元取代、侧链结构都待定

【典例3】化合物W(C9H12O4)中不存在两个氧原子直接相连的结构，且有如下性质：能使FeCl3溶液显紫色，苯环上一氯代物只有1种，1 mol W最多消耗1 mol氢氧化钠。满足此条件的结构共有________种。

【答案】8

【解析】第1步：推测“碎片(原子、原子团、官能团)”结构

题中信息“碎片”依分子式(不饱和度)信息4特殊结构信息不存在两个氧原子直接相连、苯环上一氯代物只有1种化合物性质信息1molW最多消耗1mol氢氧化钠类别信息能使FeCl3溶液显紫色碎片推断先“简”后“繁”。已定：含1个酚羟基、苯环；待定：苯环至少有二元取代。从不饱和度和氧原子数推测可能有醇羟基和醚键

第2步：侧链与几元取代的匹配

苯环上一氯代物都不止1种。

方案2 苯环上的三元取代，侧链2个：—CH3与—C2H5。苯酚一元取代后，再在苯环接上1个—C2H5(用等效氢法)，分别有4种、4种、2种。如图：

苯环上一氯代物都不止1种。

邻 间 对

第3步：组装(先碳架异构，后官能团异构)

【点拨】从【典例3】可以看出此类题的难点和复杂程度在于侧链与几元取代的匹配，然后依据限定条件，筛选出题中所需的同分异构体。

练习3：(2016·全国Ⅲ·38改编)分子式为C8H8Cl2的芳香化合物中，其分子中只有两种不同化学环境的氢，数目比为3∶1；这样的同分异构体有________种。

【答案】5

广东省佛山市三水中学)