湖北省天门中学2010届高三化学知识梳理及例题解析(3)同分异构体和同系物新人教版

专题三 同系物和同分异构体

考纲要求：

了解同分异构现象普遍存在的本质原因。

掌握同分异构和同系物的概念，会辨认同系物和列举同分异构体。 知识点：

一、同系物： 1、定义：

2、同系物的判断规律

(1)一差(分子组成差一个或若干个CH2)； (2)二同(同通式，同结构)； (3)三注意：①必为同一类物质

②结构相似(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，化学性质相似，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

1 概念辩析(同分异构、同一种物质、同系物)

同分异构：化合物具有相同的分子式,但结构不同的现象称为同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互称为同分异构体。在中学阶段，引起同分异构的原因主要有三种：碳架异构、位置异构和官能团异构。识别两者是否是同分异构体，首先要查碳原子数，判别分子式是否相同，然后再看结构式。在分子式相同的情况下，若结构不同，则两者必为同分异构体。

同一种物质：两者不仅分子式相同，而且结构也完全相同，则为同一种物质。同一种物质应具有相同的物理参数，如有相同的熔沸点。判断两结构是否相同方法有二：(1)将分子整体翻转或沿对称要素(面、线)旋转后能“重合”者；(2)用系统命名法命名,所得名称相同者。

同系物：结构相似，在分子组成上相差一个或几个CH2原子团的物质互称同系物。结构相似是指分子中含有官能团的种类和数目都要相同。如乙醇与丙醇为同系物,但乙二醇与丙三醇就不属同系物了。

若已知两结构式要判断它们是否具有相同的分子式，数不饱和度要比数氢原子数目快捷得多。在C 、O 、N 、Cl 等原子数对应相同的前提下，不饱和度相同的，分子式一定相同。 如：

HO Cl

O

Cl

两者C 、O 、Cl 原子数相同，不饱度都是4，所以两结构式具有相同的分子式。而结构显然不同，因此两者应为同分异构体。

对于稠环芳香烃利用公用边数目来确定两个已知结构式的关系则很方便。在苯环数相同的前提下，若公用边数相同，且各苯环排列顺序又相同，则两者表示的是同一种物质；若公用边数相同，且各苯环排列顺序不相同，则两者表示的是同分异构体；若公用边数不同，则两者即不是同分异构体，也不是同一物物质。 [练1-1]下列4式表示的是棉子象鼻虫的四种的信息素的结构简式，其中互为同分异构体是(③④)

解析：②中含10个碳原子，①③④都有11个碳原子，③含一个-CH2OH ，比①式(含一个-CHO)

多二个氢，

故①③不是同分异构体。③④分子式相同，但③式是一个六元环，④式是一个四元环，两者结构不同，故互为同分异构体。

[练1-2] 下列各组物质中属于同分异构体的是⑴⑶，属于同系物的是⑵，既不是同系物又不同分异构体的是⑷，属于同一种物质的是⑸。

①

⑤

②乙酸和硬脂酸 ③硝酸乙烷和氨基乙酸 ④苯甲酸和对苯二甲酸

解析： ①组属于同分异构体，分子式都是C7H8O ，但前者属芳香醇，后者属酚；②组属同系物，同属一元脂肪酸系列，分子组成相差16个CH2；③是同分异构体，要掌握同碳数的硝基烷和氨基酸是互为类别异构；④组两者含碳数不同，不是同分异构体，两者虽都有含羧基-COOH ，但含有羧基数不同，也不属同系物。⑤组要注意到C-C 单键可绕键轴旋转，故两结构式是相同，表示的是同一种物质。

[练1-3] 萘分子的结构可以表示为 或 ，两者是等同的。苯并[α]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，其结构式可以表示为(Ⅰ)或(Ⅱ)式：

(Ⅰ)

(Ⅱ)

这两者也是等同的。现有结构式A 、B 、C 、D ：

A B C D 其中：与(Ⅰ)、(Ⅱ)式等同的结构式是( )； 与(Ⅰ)、(Ⅱ)式同分异构体的是( )。

[解析] 以(Ⅰ)式为基准，图形从纸面上取出向右翻转180°后再贴回纸面即得D 式，将D 式在纸面上逆时针旋转45°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°即得A 式，(Ⅱ)式在纸面上逆时针旋转135°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。

稠环芳烃共用边数法 A 与D 两式共用边都是 6条，且五个苯环的排列顺序实质是一样的，所以两式表示的是同一种物质。A 与 B(或D 与B )五个苯环都共用6条边，但苯环的排列顺序不一样，所以它们互为同分异构体。而C 式五个苯环共用的是7条边，因此 C 与其它三式即不是同分异构体，也不是同一种物质。 答案是(1)AD ；(2)B 。

2 烃的异构

2.1 烷烃的异构(碳架的异构)

熟记C1-C6的碳链异构: CH4、C2H6、C3H8 无异构体；C4H10 2种、C5H12 3种、C6H14 5种。

2.2 烯炔的异构(碳架的异构和碳碳双键或叁键官能团的位置异构)

如丁烯C4H8有两种碳链，形成3种异构体：

2.3 苯同系物的异构(侧链碳架异构及侧链位置的异构) 如C9H12有8种异构体： 3 烃的一元取代物的异构(取代等效氢法) 卤代烃、醇、醛、羧酸都可看着烃的一元取代物。确定它们异构体可用取代等效氢法。 等效氢概念

有机物分子中位置等同的氢叫等效氢，分子中等效氢原子有如下情况：

①分子中同一个碳原子上连接的氢原子等效。 ②同一个碳原子上所连接的甲基上的氢原子等效。如新戊烷(可以看作四个甲基取代了甲烷分子中的四个氢原子而得)，其四个甲基等效，各甲基上的氢原子完全等效，也就是说新戊烷分子中的12个H 原子是等效的。

③分子中处于镜面对称位置(相当于平面镜成像时，物与像的关系)上的氢原子是等效的。如

分子中的18个H 原子是等效的。

取代等效氢法要领

利用等效氢原子关系，可以很容易判断出有机物的一元取代物异构体数目。其方法是先写出烃(碳架) 的异构体，观察分子中互不等效的氢原子有多少种，则一元取代物的结构就有多少种。 C3H7X 一种碳链，共有 2 种异构体

C5H11X 3种碳链，共有 8 种异构体

这里的一元取代基X ，可以是原子，如卤原子，也可以是原子团，如-OH 、-CHO 、-COOH 、HCOO-等。因此，已知丁基-C4H9有四种，则可断定丁醇、戊醛、戊酸以及甲酸丁酯都有4种异构体。 观察并找出分子结构中的对称要素是取代等效氢法的关键

例：菲和蒽互为同分异构体，菲的结构简式为 从菲的结构简式分析，菲的一氯取代物共有(B)

A ．4种 B.5种 C ．10种 D ．14种

提示：找出菲结构的对称轴，则答案显见。 [练3-1] 分子式为C11H16的一烷基取代苯的同分异体共有 8 种

[解析] 一烷基取代苯[C6H5-C5H11]可看作苯基取代戊烷中的一个氢，而戊基有8种异构体，所以C11H16共有8 种一烷基取代苯的同分异构体。 [练3-2]

蓝烷分子结构如，试写出蓝烷分子式：C10H10，它的一氯代物共有 4 种。

{说明}常可根据某些烃存在的一元取代物数目，反推原烃分子结构式。如含碳原数少于10的烷烃中，其中一卤代物不存在异构体的有 4 种。