“模型认知”在解决新高考试题中的应用——以“限制条件的同分异构体书写”为例

孔德坤 刘紧娥

(1.云南省昆明市第一中学 2.云南省安宁中学)

“限制条件的同分异构体书写”可以很好地考查学生的有序思维能力,一直是近年高考的热点和难点问题.特别是随着新课程改革,新高考方案施行下,“限制条件的同分异构体书写”受到各省命题者的青睐.如何快速突破“限制条件的同分异构体书写”? 本文从“模型认知”的角度阐述自己对“限制条件的同分异构体书写”的思考,以供学生参考及应用.

1 “限制条件的同分异构体书写”必备基础知识

1.1 新教材中对同分异构体的分类

图1

1.2 识记常见烷烃、烷烃一元取代、烷烃二元取代、苯环二元、苯环三元取代的种类

表1

1.3 常考限制条件归纳总结

1)隐性限制条件

表2

2)显性限制条件

近3年高考试题中出现一些显性限制性条件,例如,不含—O—O—、—CN 直接与苯环相连、苯环上只有2个取代基、含—NH2、含2个六元环、属于α-氨基酸(1个—NH2和1个—COOH 连接在同一个碳上)、二元酚、含苯环的醛酮、只含1个—CH2—、含—COOCH==CH2等.

1.4 模型认知

“模型认知”是解决新高考试题的一种思维方法,化学问题的解决是不断进行模型建构、模型优化、模型完善的过程.“限制条件同分异构体书写”的思维模型可总结如图2所示.

图2

2 “模型认知”在解决“限制条件的同分异构体书写”中的应用

2.1 模型核心思想一——分类讨论与等效替代

例1(2022年6月浙江卷,节选)写出同时符合下列条件的化合物的同分异构体的结构简式_________.

①1H-NMR 谱和IR 谱检测表明:分子中共有3种不同化学环境的氢原子,有N—H 键.

②分子中含有1个环,其成环原子数≥4.

解析

根据化合物F的结构及分子中只含有1个环,其成环原子数≥4,结合N 可以形成3条共价键,可以参与成环分析,可形成七元环、六元环、五元环、四元环;再根据信息①可得七元环、六元环不可能满足题意,只考虑五元环和四元环,又可以形成氮杂环,故只能考虑结构高度对称的环.解题模型建构如图3所示.

图3

例2(2022年辽宁卷,节选)化合物的同分异构体满足以下条件的有_________种(不考虑立体异构).①含有苯环且苯环上只有一个取代基;②红外光谱无醚键吸收峰.其中,苯环侧链上有3种不同化学环境的氢原子,且个数比为6∶2∶1的结构简式为________(任写一种).

解析

根据化合物I的结构及限制条件①可以推知,去除苯环剩余的碳只能形成1个饱和烃基,即取代基为丁基,又根据限制条件②无醚键,说明只能是—OH 取代烃基上的氢.解题模型建构如图4所示.

图4

2.2 模型核心思想二——定一移一

例3(2022年山东卷,节选)化合物的同分异构体中,仅含—OCH2CH3、—NH2和苯环结构的有_________种.

解析

根据仅含—OCH2CH3、—NH2和苯环,说明该同分异构体为苯环上连接3 个—OCH2CH3和1 个—NH2,解题模型建构如图5所示.

图5

2.3 模型核心思想三——插入

例4(2022年湖南卷,节选)是一种重要的化工原料,其同分异构体中能够发生银镜反应的有_________种(考虑立体异构),其中核磁共振氢谱有3组峰,峰面积之比为4∶1∶1的结构简式为_________.

解析

图6

(完)