有機化合物的空間結(jié)構(gòu)+同系物+同分異構(gòu)體-2024高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)高頻考點精講（新教材新高考）

第62講有機化合物的空間結(jié)構(gòu)同系物同分異構(gòu)體2024高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)高頻考點精講1.掌握有機化合物分子中碳原子的成鍵特點，能正確判斷簡單有機物分子中原子的空間位置。2.了解有機化合物的同分異構(gòu)現(xiàn)象，能判斷并正確書寫簡單有機化合物的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式。復(fù)習(xí)目標(biāo)碳原子的成鍵特點有機化合物分子的空間結(jié)構(gòu)考點一1.有機化合物分子中碳原子的成鍵方式碳原子結(jié)構(gòu)最外層有4個電子，可形成4個共價鍵成鍵原子碳原子可與碳原子、其他非金屬原子成鍵成鍵形式(1)單鍵：都是σ鍵；(2)雙鍵：一個σ鍵，一個π鍵；(3)三鍵：一個σ鍵，兩個π鍵必備知識2.有機化合物常用的表示方法如乙酸的常見表示方法：結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)簡式鍵線式球棍模型空間填充模型

__________

CH3COOH[歸納提升]“結(jié)構(gòu)式”“結(jié)構(gòu)簡式”與“鍵線式”辨析(1)結(jié)構(gòu)式——完整地表示出有機物分子中每個原子的成鍵情況。

(2)結(jié)構(gòu)簡式——結(jié)構(gòu)式的縮簡形式。結(jié)構(gòu)式中表示單鍵的“—”可以省略，“C==C”和“C≡C”不能省略。醛基、羧基則可簡寫為—CHO和—COOH。

(3)鍵線式寫鍵線式要注意的幾個問題：①一般表示3個以上碳原子的有機物。②只忽略C—H鍵，其余的化學(xué)鍵不能忽略。③必須表示出、—C≡C—等官能團。④碳?xì)湓硬粯?biāo)注，其余原子必須標(biāo)注(含羥基、醛基和羧基中氫原子)。⑤計算分子式時不能忘記頂端的碳原子。3.有機化合物的成鍵方式和空間結(jié)構(gòu)與碳原子相連的原子數(shù)結(jié)構(gòu)示意碳原子的雜化方式碳原子的成鍵方式碳原子與相鄰原子形成的結(jié)構(gòu)單元的空間結(jié)構(gòu)4

__________________3

_________________________2—C≡____________________sp3sp2spσ鍵σ鍵、π鍵σ鍵、π鍵四面體形平面三角形直線形一、有機化合物的表示方法與碳原子的結(jié)合方式1.(2022·濟南模擬)碳原子的不同結(jié)合方式使得有機物種類繁多，下列碳原子的結(jié)合方式錯誤的是√碳原子可形成4個共價鍵，而C項中碳原子形成5個共價鍵，不符合碳原子的成鍵特點。專項突破解析2.下列表示正確的是A.乙醛的結(jié)構(gòu)簡式：CH3COHB.2-丁烯的鍵線式：C.乙炔的結(jié)構(gòu)簡式：HC≡CHD.乙烷的球棍模型：

乙醛含醛基，其結(jié)構(gòu)簡式為CH3CHO，A錯誤；2-丁烯的鍵線式為

，B錯誤；D項為乙烷的空間填充模型?！探馕?.碳酸亞乙烯酯是鋰離子電池低溫電解液的重要添加劑，其分子結(jié)構(gòu)如圖。(1)該分子中σ鍵和π鍵之比為_______。(2)該分子中有_____個原子共面。4∶18二、有機化合物分子中原子的空間位置判斷4.下列說法正確的是A.丙烷是直鏈烴，所以分子中3個碳原子也在一條直線上B.丙烯分子中所有原子均在同一平面上C.中所有碳原子一定在同一平面上D.CH3—CH==CH—C≡C—CH3分子中所有碳原子一定在同一平面上√A項，飽和直鏈烴是鋸齒形的，錯誤；B項，CH3—CH==CH2中有甲基，所有原子不可能共平面，錯誤；C項，因環(huán)狀結(jié)構(gòu)不是平面結(jié)構(gòu)，所有碳原子不可能在同一平面上，錯誤；D項，該分子表示為

，依據(jù)乙烯分子中6個原子共平面，乙炔分子中4個原子共直線判斷，該有機物分子中所有碳原子共平面，正確。解析5.有機物

分子中最多有____個碳原子在同一平面內(nèi)，最多有____個原子在同一條直線上，苯環(huán)平面內(nèi)的碳原子至少有____個。1169解析以碳碳雙鍵為中心，根據(jù)乙烯、苯、乙炔、甲烷的結(jié)構(gòu)，可以畫出如圖所示結(jié)構(gòu)。由于碳碳單鍵可以繞軸自由旋轉(zhuǎn)，炔直線一定在苯平面內(nèi)，苯平面和烯平面可能共面，也可能不共面，因而該有機物分子中的所有碳原子可能共面，最多有5＋6＝11個碳原子共面，至少有6＋2＋1＝9個碳原子在苯平面內(nèi)。由于苯分子、乙烯分子的鍵角均為120°，炔直線與所在苯環(huán)正六邊形對角線上的碳原子共線，因而5個碳原子和炔基上的1個氫原子共線，即5＋1＝6。結(jié)構(gòu)不同的基團連接后原子共面、共線分析(1)直線與平面連接，則直線在這個平面上。如苯乙炔：

，所有原子共平面。(2)平面與平面、直線、立體結(jié)構(gòu)連接①審準(zhǔn)題目要求題目要求中常用“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等限制條件。②碳碳單鍵的旋轉(zhuǎn)碳碳單鍵兩端碳原子所連接的基團能以“C—C”為軸旋轉(zhuǎn)。③恰當(dāng)拆分復(fù)雜分子觀察復(fù)雜分子的結(jié)構(gòu)，先找出類似于甲烷、乙烯、乙炔和苯分子的結(jié)構(gòu)，再將對應(yīng)的空間結(jié)構(gòu)及鍵的旋轉(zhuǎn)等知識進(jìn)行遷移即可解決有關(guān)原子共面、共線的問題。同系物同分異構(gòu)體考點二1.同系物相似CH2必備知識(1)下列物質(zhì)中屬于乙烯的同系物的是________(填序號，下同)。[例1]①②③CH2==CH—CH==CH2

④CH3CH==CHCH3①④(2)下列物質(zhì)屬于乙醇的同系物的是______。①乙二醇(

)

②丙醇③CH2==CHCH2OH②2.有機物的同分異構(gòu)現(xiàn)象和同分異構(gòu)體(1)概念化合物分子式相同、結(jié)構(gòu)不同的現(xiàn)象稱為同分異構(gòu)現(xiàn)象。具有同分異構(gòu)現(xiàn)象的化合物互為同分異構(gòu)體。(2)類型、?？脊倌軋F異構(gòu)組成通式不飽和度(Ω)可能的類別異構(gòu)CnH2n1烯烴和環(huán)烷烴CnH2n－22炔烴、二烯烴和環(huán)烯烴CnH2n＋2O0飽和一元醇和醚CnH2nO1飽和一元醛和酮、烯醇等CnH2nO21飽和一元羧酸和酯、羥基醛等(3)同分異構(gòu)體的分類與書寫順序下列各組有機物中屬于碳架異構(gòu)的是_____(填序號，下同)，屬于官能團位置異構(gòu)的是_____，屬于官能團類別異構(gòu)的是_______。①CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2②CH2==CHCH2CH3和CH3CH==CHCH3③CH3CH2OH和CH3OCH3④CH3CH2CH2COOH和CH3COOCH2CH3①②③④[例2]3.簡單有機物同分異構(gòu)體的書寫(1)烷烴同分異構(gòu)體的書寫：縮鏈法(主鏈由長到短，支鏈由整到散，位置由心到邊)。寫出C7H16的同分異構(gòu)體(用碳架結(jié)構(gòu)表示)。答案C—C—C—C—C—C—C、

、

、、、、、、[例3](2)烯烴、炔烴同分異構(gòu)體的書寫順序：碳架異構(gòu)→位置異構(gòu)→官能團異構(gòu)。技巧：烷烴鄰碳去氫，烷烴鄰碳上各去一個H可變成烯烴、鄰碳上各去兩個H可變成炔烴。分別寫出碳原子數(shù)為4的烯烴、炔烴的同分異構(gòu)體。答案烯烴：CH2==CH—CH2CH3、CH3CH==CHCH3、炔烴：CH3C≡CCH3、CH≡CCH2CH3[例4]寫出C9H12的含有苯環(huán)的同分異構(gòu)體。

同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式一元取代物二元取代物(鄰、間、對)、、、[例5](3)苯的同系物：支鏈由整到散，苯環(huán)上排列按鄰、間、對(由集中到分散)書寫。三元取代物(連、偏、均)、、寫出C4H10O的同分異構(gòu)體(只寫出碳骨架和官能團)。答案、、、、C—O—C—C—C、、C—C—O—C—C[例6](4)有含氧官能團的有機物：一般按類別異構(gòu)(分好類別)→碳架異構(gòu)→位置異構(gòu)的順序書寫。一、烴的一元、二元取代物數(shù)目判斷1.下列有關(guān)同分異構(gòu)體數(shù)目的敘述不正確的是A.甲苯苯環(huán)上的一個氫原子被含3個碳原子的烷基取代，所得產(chǎn)物有6種B.與

互為同分異構(gòu)體的芳香族化合物有6種C.含有5個碳原子的某飽和鏈烴，其一氯取代物可能有3種D.菲的結(jié)構(gòu)簡式為

，它與硝酸反應(yīng)，可生成5種一硝基取代物√專項突破含3個碳原子的烷基有正丙基和異丙基兩種結(jié)構(gòu)，甲基與該烷基在苯環(huán)上有鄰、間、對3種位置關(guān)系，故產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)共有2×3＝6種，A項正確；的分子式為C7H8O，與其互為同分異構(gòu)體的芳香族化合物有5種：、、、、，B項錯誤；正戊烷的一氯代物有3種，C項正確；菲的結(jié)構(gòu)具有對稱性，含有5種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，D項正確。解析2.分子式為C4H8Cl2的有機物共有(不含立體異構(gòu))A.7種

B.8種

C.9種

D.10種√分子式為C4H8Cl2的有機物可以采取“定一移一”法：

、

、

，共有9種。解析同分異構(gòu)體數(shù)目的判斷方法(1)記憶法：記住一些常見有機物的同分異構(gòu)體數(shù)目，如①凡只含一個碳原子的分子均無同分異構(gòu)體。②乙烷、丙烷、乙烯、乙炔無同分異構(gòu)體。③4個碳原子的鏈狀烷烴有2種，5個碳原子的鏈狀烷烴有3種，6個碳原子的鏈狀烷烴有5種。(2)基元法：烷基有幾種就有幾種一元取代物。如—C3H7有2種，C3H7Cl有2種；C3H8O屬于醇的結(jié)構(gòu)有2種。

(1)一元取代產(chǎn)物數(shù)目的判斷 ①等效氫原子法：連在同一碳原子上的氫原子等效；連在同一碳原子上的甲基上的氫原子等效；處于對稱位置的氫原子等效。如：的一氯代烷有3種。

②烷基種數(shù)法：烷基有幾種，一元取代產(chǎn)物就有幾種。如：—CH3、—C2H5

各有1種，—C3H7

有2種，—C4H9

有4種。 如：C4H10O的醇有4種，C5H10O2

的羧酸有4種。

(2)替代法：如二氯苯C6H4Cl2

的同分異構(gòu)體有3種，四氯苯的同分異構(gòu)體也有3種(將Cl替代H)。

(3)二元取代或多元取代產(chǎn)物數(shù)目的判斷 定一移一或定二移一法：對于二元取代物同分異構(gòu)體數(shù)目的判斷，可固定一個取代基的位置，再移動另一取代基的位置以確定同分異構(gòu)體的數(shù)目。如：的二氯代物有12種。

(4)疊加相乘法 先考慮取代基的種數(shù)，后考慮位置異構(gòu)的種數(shù)，相乘即得同分異構(gòu)體的總數(shù)目。分情況討論時，各種情況結(jié)果相加即得同分異構(gòu)體的總數(shù)目。的苯環(huán)上氫原子被—C4H9取代所形成的結(jié)

如：構(gòu)有12種。(5)組合法

A—(m種)與B—(n種)連接形成A—B結(jié)構(gòu)有m×n種 如：C5H10O2

的酯：HCOO—與—C4H9

形成的酯有1×4＝4種；CH3COO—與—C3H7

形成的酯有1×2＝2種；C2H5COO—與C2H5—形成的酯有1×1＝1種；C3H7COO—與—CH3

形成的酯有2×1＝2種，共9種。(6)芳香化合物異構(gòu)體書寫①若苯環(huán)上連有2個取代基，其結(jié)構(gòu)有鄰、間、對3種。②若苯環(huán)上連有3個相同的取代基，其結(jié)構(gòu)有3種。③若苯環(huán)上連有—X、—X、—Y3個取代基，其結(jié)構(gòu)有6種④若苯環(huán)上連有—X、—Y、—Z3個不同的取代基，其結(jié)構(gòu)有10種。二、烴的含氧衍生物同分異構(gòu)體數(shù)目3.分子式為C5H12O的飽和一元醇與和它相對分子質(zhì)量相同的飽和一元羧酸進(jìn)行酯化反應(yīng)，生成的酯共有(不考慮立體異構(gòu))A.13種 B.14種C.15種 D.16種√與分子式為C5H12O的飽和一元醇相對分子質(zhì)量相同的飽和一元羧酸為C4H8O2。分子式為C5H12O的飽和一元醇有8種，分子式為C4H8O2的飽和一元羧酸有2種，所以生成的酯共有2×8＝16種。解析4.某芳香族化合物甲的分子式為C10H11ClO2，已知苯環(huán)上只有兩個取代基，其中一個取代基為—Cl，甲能與飽和碳酸氫鈉溶液反應(yīng)放出二氧化碳，則滿足上述條件的有機物甲有A.15種 B.12種

C.9種 D.5種√解析由題意知甲中含有羧基；苯環(huán)上只有兩個取代基，其中一個為—Cl，則另一個為—C4H7O2，—C4H7O2含有羧基的結(jié)構(gòu)有：—CH2CH2CH2COOH、、、和，共5種，取代基—C4H7O2與—Cl有鄰、間、對三種情況，則滿足條件的有機物甲有5×3＝15種。5.下列說法不正確的是A.分子式為C3H6O2的有機物在酸性條件下可水解為酸和醇，若不考慮立體異構(gòu)，這些

醇和酸重新組合可形成的酯共有5種B.四聯(lián)苯(

)的一氯代物有5種C.與

具有相同官能團的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式為CH2==CHCH2COOH、

CH3CH==CHCOOHD.興奮劑乙基雌烯醇()可能有屬于芳香族的同分異構(gòu)體√分子式為C3H6O2的酯可能是HCOOC2H5、CH3COOCH3，水解得到的醇分別是C2H5OH、CH3OH，得到的酸分別是HCOOH、CH3COOH，C2H5OH、CH3OH與HCOOH、CH3COOH形成的酯共有4種，A項錯誤；四聯(lián)苯是具有兩條對稱軸的物質(zhì)，即

，有5種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，故有5種一氯代物，B項正確；將官能團的位置移動即可得其同分異構(gòu)體：CH2==CHCH2COOH、CH3CH==CHCOOH，C項正確；該有機物含有4個環(huán)和1個碳碳雙鍵，不飽和度為5，苯環(huán)的不飽和度為4，所以可能有屬于芳香族的同分異構(gòu)體，D項正確。解析特定條件下同分異構(gòu)體的書寫1.常見的限制條件總結(jié)(1)以官能團特征反應(yīng)為限制條件反應(yīng)現(xiàn)象或性質(zhì)思考方向(有機物中可能含有的官能團)溴的四氯化碳溶液褪色碳碳雙鍵、碳碳三鍵酸性高錳酸鉀溶液褪色碳碳雙鍵、碳碳三鍵、醛基、苯的同系物等遇氯化鐵溶液顯色、濃溴水產(chǎn)生白色沉淀酚羥基生成銀鏡或磚紅色沉淀醛基或甲酸酯基或甲酸與鈉反應(yīng)產(chǎn)生H2羥基或羧基遇碳酸氫鈉產(chǎn)生CO2羧基既能發(fā)生銀鏡反應(yīng)又能在NaOH溶液中水解甲酸酯基能發(fā)生催化氧化，產(chǎn)物能發(fā)生銀鏡反應(yīng)伯醇(—CH2OH)[歸納提升]

限定條件下同分異構(gòu)體的推斷，關(guān)鍵是根據(jù)提供的化學(xué)性質(zhì)推斷所含官能團，根據(jù)提供的結(jié)構(gòu)特點排列官能團的位置。分析和解答此類試題的思維流程如下：(2)以核磁共振氫譜為限制條件確定氫原子的種類及數(shù)目，從而推知有機物分子中有幾種不同類型的氫原子以及它們的數(shù)目。①有幾組峰就有幾種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子。②根據(jù)其峰值比例可判斷有機物中不同化學(xué)環(huán)境氫原子的最簡比例關(guān)系。③若有機物分子中氫原子個數(shù)較多但吸收峰的種類較少，則該分子對稱性高或相同的基團較多。2.隱含的限制條件——有機物分子的不飽和度(Ω)(1)根據(jù)有機物分子式計算不飽和度(Ω)特別提醒：有機物分子中鹵素原子(—X)以及—NO2、—NH2等都視為H原子。(2)3.限定條件下同分異構(gòu)體的書寫步驟第一步：依據(jù)限定條件，推測“碎片”(原子、基團)的結(jié)構(gòu)；第二步：摘除“碎片”，構(gòu)建碳骨架；第三步：按照思維的有序性組裝“碎片”，完成書寫。示例

F(HOCH2—C≡C—CH2OH)的同分異構(gòu)體中能同時滿足下列條件的共有____種(包含順反異構(gòu))。①鏈狀化合物；②能發(fā)生銀鏡反應(yīng)；③氧原子不與碳碳雙鍵直接相連。其中，核磁共振氫譜顯示為2組峰，且峰面積之比為2∶1的是______________________(寫結(jié)構(gòu)簡式)。9OHC—CH2—CH2—CHO分析1.已知阿魏酸的結(jié)構(gòu)簡式為

，則同時符合下列條件的阿魏酸的同分異構(gòu)體的數(shù)目為①苯環(huán)上有兩個取代基，且苯環(huán)上的一溴代物只有2種；②能發(fā)生銀鏡反應(yīng)；③與碳酸氫鈉溶液反應(yīng)可生成使澄清石灰水變渾濁的氣體；④遇FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng)A.2B.3C.4D.5√根據(jù)條件①，兩個取代基處于對位；根據(jù)條件②，含有醛基；根據(jù)條件③，含有羧基；根據(jù)條件④，含有酚羥基，結(jié)合阿魏酸的分子式，故其同分異構(gòu)體的可能結(jié)構(gòu)為、、、。解析2.[2022·湖南，19(5)]

是一種重要的化工原料，其同分異構(gòu)體中能夠發(fā)生銀鏡反應(yīng)的有_____種(考慮立體異構(gòu))，其中核磁共振氫譜有3組峰，且峰面積之比為4∶1∶1的結(jié)構(gòu)簡式為____________。5

的同分異構(gòu)體能發(fā)生銀鏡反應(yīng)，說明其同分異構(gòu)體中含有醛基，根據(jù)分子式C4H6O可得知，其同分異構(gòu)體中還含有碳碳雙鍵或者三元環(huán)，還要分析順反異構(gòu)，則符合條件的同分異構(gòu)體有5種，它們分別是CH2==CHCH2CHO、

、

(與前者互為順反異構(gòu)體)、

和

，其中核磁共振氫譜有3組峰，且峰面積之比為4∶1∶1的結(jié)構(gòu)簡式是

。解析3.[2022·遼寧，19(6)]化合物I(C10H14O)的同分異構(gòu)體滿足以下條件的有______種(不考慮立體異構(gòu))；ⅰ.含苯環(huán)且苯環(huán)上只有一個取代基ⅱ.紅外光譜無醚鍵吸收峰其中，苯環(huán)側(cè)鏈上有3種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，且個數(shù)比為6∶2∶1的結(jié)構(gòu)簡式為__________________________(任寫一種)。12(或

)化合物I的分子式為C10H14O，計算可得其不飽和度為4，根據(jù)題目所給信息，化合物I的同分異構(gòu)體分子中含有苯環(huán)(已占據(jù)4個不飽和度)，則其余C原子均為飽和碳原子(單鍵連接其他原子)；又由紅外光譜無醚鍵吸收峰，可得苯環(huán)上的取代基中含1個羥基；再由分子中苯環(huán)上只含有1個取代基，可知該有機物的碳鏈結(jié)構(gòu)有如下四種：

、

、

、(1、2、3、4均表示羥基的連接位置)，所以滿足條件的化合物I的同分異構(gòu)體共有12種；其中，苯環(huán)側(cè)鏈上有3種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，且個數(shù)比為6∶2∶1的同分異構(gòu)體應(yīng)含有兩個等效的甲基，則其結(jié)構(gòu)簡式為

或

。解析4.[2020·全國卷Ⅱ，36(6)]化合物

的同分異構(gòu)體中能同時滿足以下三個條件的有____個(不考慮立體異構(gòu)體，填標(biāo)號)。(ⅰ)含有兩個甲基；(ⅱ)含有酮羰基(但不含C==C==O)；(ⅲ)不含有環(huán)狀結(jié)構(gòu)。a.4b.6c.8d.10其中，含有手性碳(注：連有四個不同的原子或基團的碳)的化合物的結(jié)構(gòu)簡式為________。c

有2個不飽和度，含酮羰基但不含環(huán)狀結(jié)構(gòu)，則分子中含一個碳碳雙鍵，一個酮羰基，外加2個甲基，符合條件的有8種，如下：CH3CH==CHCOCH2CH3、CH3CH==CHCH2COCH3、CH3CH2CH==CHCOCH3、CH2==CHCH(CH3)COCH3、CH2==C(C2H5)COCH3、CH2==C(CH3)COCH2CH3、CH2==C(CH3)CH2COCH3、CH2==CHCOCH(CH3)2，其中，含有手性碳的為CH2==CHCH(CH3)COCH3(

)。解析5.M是D()的一種芳香族同分異構(gòu)體，滿足下列條件的M有____種(不包含D物質(zhì))。[已知苯胺和甲基吡啶()互為同分異構(gòu)體，并且均具有芳香性]①分子結(jié)構(gòu)中含一個六元環(huán)，且環(huán)上有兩個取代基；②氯原子和碳原子相連。其中核磁共振氫譜有3組峰，且峰面積之比為1∶1∶1的物質(zhì)的結(jié)構(gòu)簡式為________________。12M是D的一種芳香族同分異構(gòu)體，滿足：①分子結(jié)構(gòu)中含一個六元環(huán)，且環(huán)上有兩個取代基，則六元環(huán)可以是

或

；②氯原子和碳原子相連；若六元環(huán)為

，則取代基為—Cl和—NH2，有鄰、間、對三種，間位即為D，所以滿足條件的有2種；若六元環(huán)為

，則取代基為—Cl和—CH3，采用“定一移一”的方法討論：

、

、(數(shù)字表示甲基可能的位置)，共有4＋4＋2＝10種；綜上所述符合條件的同分異構(gòu)體有10＋2＝12種。解析6.(1)抗結(jié)腸炎藥物的有效成分的結(jié)構(gòu)簡式為

，它的同分異構(gòu)體中，符合下列條件的有______種。①遇FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng)②分子中甲基與苯環(huán)直接相連③苯環(huán)上共有三個取代基10遇FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng)，說明含有酚羥基；分子中甲基與苯環(huán)直接相連，苯環(huán)上共有三個取代