專題解密（四）同分異構(gòu)體的書寫和分子空間構(gòu)型（考點(diǎn)考法剖析）-【高考引領(lǐng)教學(xué)】2023屆高考化學(xué)一輪針對性復(fù)習(xí)方案（全國通用）（原卷版）

題解密（四）同分異構(gòu)體的書寫和分子空間構(gòu)型【關(guān)鍵能力及高考要求】關(guān)鍵能力要求：理解辨析能力、探究創(chuàng)新能力、微觀辯識(shí)能力。高考要求：同分異構(gòu)現(xiàn)象和同分異構(gòu)體是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)，同時(shí)也是高考的熱點(diǎn)。1.在近幾年的高考中，同分異構(gòu)體的書寫及數(shù)目判斷屬必考的題型，尤其是考查芳香族（含苯環(huán)）類的同分異構(gòu)體的書寫及數(shù)目的判斷，2.限定條件下，要求對芳香族（含苯環(huán)）類同分異構(gòu)體結(jié)構(gòu)簡式進(jìn)行書寫及數(shù)目的判斷。3.手性碳原子數(shù)的判斷4.原子共線、共面的判斷【學(xué)科核心素養(yǎng)解析】1.宏觀辨識(shí)與微觀探析:能從結(jié)構(gòu)層次認(rèn)識(shí)有機(jī)物的多樣性。能從原子之間的連接方式不同認(rèn)識(shí)有機(jī)物的同分異構(gòu)現(xiàn)象。2.證據(jù)推理與模型認(rèn)知:根據(jù)不同的數(shù)據(jù)條件推測有機(jī)物的結(jié)構(gòu)。根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)判斷性質(zhì)，建立典型的同分異構(gòu)體的書寫模型和同分異構(gòu)體的數(shù)目判斷，能運(yùn)用模型書寫和判斷同分異構(gòu)體，揭示同分異構(gòu)體的本質(zhì)和規(guī)律。3.科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)：能從試題提供的新信息中準(zhǔn)確地提取實(shí)質(zhì)性內(nèi)容，并與已有知識(shí)塊整合重組為新知識(shí)塊的能力。【知識(shí)必備】必備知識(shí)一同分異構(gòu)現(xiàn)象和同分異構(gòu)體一、同分異構(gòu)體現(xiàn)象的類型1、無機(jī)物和有機(jī)物間的異構(gòu)現(xiàn)象無機(jī)物氰酸銨[NH4CNO]與有機(jī)物尿素[CO(NH2)2]互為同分異構(gòu)體。2、有機(jī)物與有機(jī)物間的異構(gòu)現(xiàn)象——中學(xué)階段涉及的常見有機(jī)同分異構(gòu)體：（1）碳鏈異構(gòu)：是指具有相同的分子式，但碳原子在分子中的排列方式不同而產(chǎn)生的異構(gòu)。（2）位置(官能團(tuán)位置)異構(gòu)：具有相同分子式但取代基或官能團(tuán)在分子的碳鏈或碳環(huán)上的位置不同而產(chǎn)生的異構(gòu)稱為位置異構(gòu)。（3）類別異構(gòu)(又稱官能團(tuán)異構(gòu))：類別異構(gòu)的常見情況有：①CnH2n：(n≥3)烯烴和環(huán)烷烴；②CnH2n－2：(n≥3)二烯烴和炔烴；③CnH2n＋2O：(n≥2)飽和一元醇和飽和一元醚；④CnH2nO：(n≥2)飽和一元醛、烯醇和環(huán)氧烷；(n≥3)飽和一元酮；⑤CnH2nO2：(n≥2)飽和一元羧酸、飽和一元羧酸飽和一元醇酯、羥基醛；⑥CnH2n＋1O2N：(n≥2)氨基酸、硝基化合物；⑦CnH2n－6O：(n≥7)酚、芳香醇和芳香醚。⑧C6H12O6：葡萄糖和果糖；C11H22O11：蔗糖和麥芽糖；3.順反異構(gòu)：含有雙鍵（如，，等）的化合物存在順反異構(gòu)。二、巧用不飽和度記住常見有機(jī)物的官能團(tuán)異構(gòu)1.不飽和度(1)概念：不飽和度又稱缺氫指數(shù)，即有機(jī)物分子中的氫原子與和它碳原子數(shù)相等的鏈狀烷烴相比較，每減少2個(gè)氫原子，則有機(jī)物的不飽和度增加1，用Ω表示(2)有機(jī)化合物(CxHyOz)分子不飽和度的計(jì)算公式為：（3）在計(jì)算不飽和度時(shí)，若有機(jī)化合物分子中含有鹵素原子或硝基數(shù)，可將其視為氫原子，氫原子數(shù)減去鹵素原子數(shù)或硝基數(shù)；若含有氧或硫原子，則不予考慮；若含有氮原子（氨基氮原子），就在氫原子總數(shù)中加上氮原子數(shù)(4)幾種常見結(jié)構(gòu)的不飽和度官能團(tuán)或結(jié)構(gòu)CCCO環(huán)CC苯環(huán)CN不飽和度111242（5）不飽和度相同的有機(jī)物，氫原子數(shù)相同。所以，不飽和度相同、碳、氧原子數(shù)相同、雜原子數(shù)相同的物質(zhì)是同分異構(gòu)體。2.常見有機(jī)物的官能團(tuán)異構(gòu)通式不飽和度常見類別異構(gòu)體CnH2n+20無類別異構(gòu)體CnH2n1單烯烴、環(huán)烷烴CnH2n－22單炔烴、二烯烴、環(huán)烯烴、二環(huán)烴CnH2n＋2O0飽和一元醇、飽和一元醚CnH2nO1飽和一元醛、飽和一元酮、烯醇、烯醚、環(huán)醇、環(huán)醚CnH2nO21飽和一元羧酸、飽和一元酯、羥醛、羥酮CnH2n＋1O2N1氨基酸、硝基烷三、同分異構(gòu)體的書寫步驟1．烷烴只存在碳架異構(gòu)，一般可采用“降碳對稱法”進(jìn)行書寫，具體步驟如下(以C6H14為例)：(1)確定碳架①先寫直鏈：C—C—C—C—C—C。②減少一個(gè)碳原子，將其作為支鏈，由中間向一端移動(dòng)：、。③減少2個(gè)碳原子，將其作為一個(gè)或兩個(gè)支鏈并移動(dòng)位置；2個(gè)支鏈時(shí)，可先連在同一個(gè)碳上，再連在相鄰、相間的碳原子上。、。從主鏈上取下來的碳原子數(shù)，不能多于主鏈所剩部分的碳原子數(shù)。(2)補(bǔ)寫氫原子：根據(jù)碳原子形成4個(gè)共價(jià)鍵，補(bǔ)寫各碳原子所結(jié)合的氫原子。則C6H14共有5種同分異構(gòu)體。2．烯烴同分異構(gòu)體的書寫(限單烯烴范圍內(nèi))書寫方法：先鏈后位，即先寫出可能的碳鏈方式，再加上含有的官能團(tuán)位置。下面以C4H8為例說明。(1)碳架異構(gòu)：C—C—C—C、。(2)位置異構(gòu)：用箭頭表示雙鍵的位置，即。故C4H8在單烯烴范圍內(nèi)的同分異構(gòu)體共有3種。3．烴的含氧衍生物同分異構(gòu)體的書寫書寫方法：一般按碳架異構(gòu)→位置異構(gòu)→官能團(tuán)異構(gòu)的順序來書寫。下面以C5H12O為例說明。(1)碳架異構(gòu)：5個(gè)碳原子的碳鏈有3種連接方式。C—C—C—C—C(2)位置異構(gòu)：對于醇類，在碳鏈各碳原子上連接羥基，用“↓”表示連接的不同位置。(3)官能團(tuán)異構(gòu)：通式為CnH2n＋2O的有機(jī)物在中學(xué)階段只能是醇或醚，對于醚類，位置異構(gòu)是因氧元素的位置不同而導(dǎo)致的。分析知分子式為C5H12O的有機(jī)物共有8種醇和6種醚，總共14種同分異構(gòu)體。4、含苯環(huán)的同分異構(gòu)體的書寫技巧A.苯環(huán)上有兩個(gè)取代基時(shí)：①先確定好“對稱軸”，再“定一移一”。（這個(gè)屬于“位置異構(gòu)”，注意苯環(huán)上的“鄰、對、間”。②接著再進(jìn)行官能團(tuán)異構(gòu)：-COOH（羧基），-COOC-（酯基）；它們在苯環(huán)上會(huì)被分為-OH（羥基），-CHO（醛基），-C-O-C-（醚鍵），-CO-（羰基），但要記住前提是分子式相同。B.苯環(huán)上有三個(gè)取代基時(shí)：①先確定好“對稱軸”，再“定二移一”。（這個(gè)屬于“位置異構(gòu)”，注意苯環(huán)上的“鄰、對、間”。②接著再進(jìn)行官能團(tuán)異構(gòu)：-COOH（羧基），-COOC-（酯基）；它們在苯環(huán)上會(huì)被分為-OH（羥基），-CHO（醛基），-C-O-C-（醚鍵），-CO-（羰基），但要記住前提是分子式相同。四、同分異構(gòu)體數(shù)目的判斷方法（一）．等效氫法，適用于一鹵代物、醇的找法單官能團(tuán)有機(jī)物分子可以看作烴分子中一個(gè)氫原子被其他的原子或官能團(tuán)取代的產(chǎn)物，確定其同分異構(gòu)體數(shù)目時(shí)，實(shí)質(zhì)上是看處于不同位置的氫原子的數(shù)目，可用“等效氫法”判斷。1.判斷“等效氫”的三原則是：(1)同一碳原子上的氫原子是等效的，如CH4中的4個(gè)氫原子等效。(2)同一碳原子上所連的甲基上的氫原子是等效的，如C(CH3)4中的4個(gè)甲基上的12個(gè)氫原子等效。(3)處于對稱位置上的氫原子是等效的，如CH3CH3中的6個(gè)氫原子等效，乙烯分子中的4個(gè)氫原子等效，苯分子中的6個(gè)氫原子等效，CH3C(CH3)2C(CH3)2CH3上的18個(gè)氫原子等效。2.應(yīng)用(1)一鹵代烴：看作是氯原子取代烴分子中的氫原子，以“C5H11Cl”為例(2)醇：看作是—OH原子取代烴分子中的氫原子，以“C5H12O”為例（二）．烴基取代法(1)記住常見烴基的結(jié)構(gòu)：丙基有2種結(jié)構(gòu)，丁基有4種結(jié)構(gòu)，戊基有8種結(jié)構(gòu)。(2)將有機(jī)物分子拆分為烴基和官能團(tuán)兩部分，根據(jù)烴基同分異構(gòu)體的數(shù)目，確定目標(biāo)分子的數(shù)目，如C4H10O屬于醇的可改寫為C4H9—OH，共有4種結(jié)構(gòu)，C5H10O屬于醛的可改寫為C4H9—CHO，共有4種結(jié)構(gòu)。（三）．換元法若烴中含有a個(gè)氫原子，則其n元取代物和(a－n)元取代物的同分異構(gòu)體數(shù)目相同。如：二氯苯C6H4Cl2有3種同分異構(gòu)體：、、，用H代替Cl，用Cl代替H，則四氯苯也有3種同分異構(gòu)體。（四）、組合法：飽和一元酯R1COOR2，R1—有m種，R2—有n種，共有m×n種酯。如：C6H12O2飽和一元酯的同分異構(gòu)體：甲酸戊酯（HCOOC5H11）1×8=8種乙酸丁酯（CH3COOC4H9）1×4=4種丙酸丙酯（C2H5COOC3H7）1×2=2種丁酸乙酯（C3H7COOC2H5）2×1=2種戊酸甲酯（C4H9COOCH3）4×1=4種共20種酯同分異構(gòu)體:飽和酯C4H8O2C5H10O2C6H12O2個(gè)數(shù)4920（五）、強(qiáng)化記憶常見同分異構(gòu)體的數(shù)目1.烷基烷基甲基乙基丙基丁基戊基個(gè)數(shù)112482.烷烴烷烴甲烷乙烷丙烷丁烷戊烷己烷庚烷個(gè)數(shù)11123593.烯同分異構(gòu)體烷烴烯烴丁烯C4H8戊烯C5H10己烯C6H12庚烯C7H14個(gè)數(shù)3513274.苯環(huán)上有三個(gè)不同的取代基的：10種苯環(huán)上有三個(gè)相同的取代基的：連偏均3種，苯環(huán)上有二個(gè)相同一個(gè)不同的取代基的：6種5.二元相同取代物：烷烴甲烷CH2X2乙烷C2H4X2丙烷C3H6X2丁烷C4H8X2戊烷C5H10X2立方烷萘聯(lián)苯個(gè)數(shù)124921310126.二元不同的取代基：烷烴甲烷CH2XY乙烷C2H4XY丙烷C3H6XY丁烷C4H8XY戊烷C5H10XY立方烷萘聯(lián)苯個(gè)數(shù)125123331421五、限定條件的同分異構(gòu)體書寫技巧明確書寫什么物質(zhì)的同分異構(gòu)體？確定該分子組成中，除了已知的環(huán)、碳碳雙鍵、碳氧雙鍵之外，還可能形成哪些環(huán)、碳碳雙鍵、碳氧雙鍵或碳碳叁鍵。還可能形成哪些類型的物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。解讀限制條件，根據(jù)條件，確定要保留官能團(tuán)的種類和數(shù)目，和有幾種不同的氫原子數(shù)。4.常見的限定要符合的條件:（1）結(jié)構(gòu)上的條件EQ\o\ac(○,1)核磁共振氫譜鋒的面積之比，有幾種氫原子EQ\o\ac(○,2)指出屬于某物質(zhì)類別。如：屬醛、酸EQ\o\ac(○,3)指出烴基、官能團(tuán)和某結(jié)構(gòu)，能發(fā)生某種反應(yīng)。如氧化反應(yīng)，生成對苯二甲酸（2）性質(zhì)條件EQ\o\ac(○,1)與NaHCO3反應(yīng)，有羧基屬酸類EQ\o\ac(○,2)與Na反應(yīng)有氫氣，有羧基或羥基，屬酸、醇、酚類EQ\o\ac(○,3)與FeCl3溶液反應(yīng)，顯紫色。有酚羥基，屬苯酚EQ\o\ac(○,4)即能發(fā)生銀鏡反應(yīng)，又能水解反應(yīng)。一定是甲酸酯EQ\o\ac(○,5)能與NaOH溶液反應(yīng)的，有酸類、酚類；加熱能反應(yīng)的有：鹵代烴類、酯類。必備知識(shí)二手性碳原子的判斷手性碳原子：連接四個(gè)不同原子或基團(tuán)的碳原子，稱為手性碳原子，常用表示。如下圖所示。

必備知識(shí)三分子的空間構(gòu)型1.空間構(gòu)型：共線、共面分析碳原子共線點(diǎn)共面點(diǎn)飽和碳原子2點(diǎn)共線，3點(diǎn)以上不共線3點(diǎn)共面，4點(diǎn)以上不共面碳碳雙鍵2點(diǎn)共線，3點(diǎn)以上不共線6點(diǎn)共面碳碳三鍵—C≡C—4點(diǎn)共線4點(diǎn)共面苯環(huán)4點(diǎn)共線12點(diǎn)共面3點(diǎn)不共線3點(diǎn)共面2．判斷方法（1）若分子中有飽和碳原子，碳原子上連接的兩點(diǎn)可以共面，碳原子上連接的三點(diǎn)或三點(diǎn)以上的點(diǎn)一定不共面。（2）單鍵旋轉(zhuǎn)法一個(gè)碳碳雙鍵，有六個(gè)原子共平面，也就是說，碳碳雙鍵上連接的四個(gè)點(diǎn)，一定共面；一個(gè)苯環(huán)，有12個(gè)原子共平面，也就是說，苯環(huán)上連接的六個(gè)點(diǎn)，一定共面，加上苯環(huán)上的六個(gè)碳，共有12個(gè)原子共面。碳碳單鍵兩端碳原子所連原子或原子團(tuán)可以以“C—C”為軸旋轉(zhuǎn)。例如：因①鍵可以旋轉(zhuǎn)，故的平面可能和確定的平面重合，也可能不重合。因而分子中的所有原子可能共面，也可能不完全共面。（3）上連接的兩個(gè)原子共平面。（4）一個(gè)叁鍵上，連接的原子共直線。（5）注意題中的“關(guān)鍵詞”如最多、最少、至少、可能、一定、所有原子、所有碳原子等限制條件。高頻考點(diǎn)1限定條件的同分異構(gòu)體書寫【高考實(shí)例】例1．（2022年全國統(tǒng)一高考化學(xué)試卷（乙卷））左旋米那普倫是治療成人重度抑郁癥的藥物之一，如圖是其鹽酸鹽（化合物K）的一種合成路線（部分反應(yīng)條件已簡化，忽略立體化學(xué)）：已知：化合物F不能與飽和碳酸氫鈉溶液反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳。（7）在E的同分異構(gòu)體中，同時(shí)滿足下列條件的總數(shù)為種。a）含有一個(gè)苯環(huán)和三個(gè)甲基；b）與飽和碳酸氫鈉溶液反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳；c）能發(fā)生銀鏡反應(yīng)，不能發(fā)生水解反應(yīng)。上述同分異構(gòu)體經(jīng)銀鏡反應(yīng)后酸化，所得產(chǎn)物中，核磁共振氫譜顯示有四組氫（氫原子數(shù)量比為6：3：2：1）的結(jié)構(gòu)簡式為?！究键c(diǎn)演練】1．（2022屆山西大同高三三模）B（C2H5－－CH3）的同分異構(gòu)體中能同時(shí)滿足如下條件：①苯環(huán)上有兩個(gè)取代基，②能發(fā)生銀鏡反應(yīng)，共有______種（不考慮立體異構(gòu)），其中核磁共振氫譜為5組峰，且峰面積比為6︰2︰2︰1︰1的結(jié)構(gòu)簡式是______________________。高頻考點(diǎn)2選擇題中同分異構(gòu)體判斷【高考實(shí)例】例2．（2019·全國高考試題）分子式為C4H8BrCl的有機(jī)物共有（不含立體異構(gòu)）A．8種B．10種C．12種D．14種【考點(diǎn)演練】2.．（2022屆甘肅天水模擬）分子式為C5H9ClO2，且能與NaHCO3溶液反應(yīng)放出氣體的有機(jī)物共有（）。A．10種B．11種C．12種D．13種高頻考點(diǎn)3手性碳原子和空間構(gòu)型【高考實(shí)例】空間構(gòu)型例3．（2021.1·浙江高考試題）有關(guān)的說法不正確的是A．分子中至少有12個(gè)原子共平面B．完全水解后所得有機(jī)物分子中手性碳原子數(shù)目為1個(gè)C．與FeCl3溶液作用顯紫色D．與足量NaOH溶液完全反應(yīng)后生成的鈉鹽只有1種【考點(diǎn)演練】3．（2022屆甘肅慶陽一模）螺環(huán)化合物（環(huán)與環(huán)之間共用一個(gè)碳原子的化合物）M在制造生物檢測機(jī)器人中有重要作用，其結(jié)構(gòu)簡式如圖（）。下列有關(guān)該物質(zhì)的說法正確的是（）。A．分子式為C6H8OB．所有碳原子處于同一平面C．是環(huán)氧乙烷（）的同系物D．一氯代物有2種（不考慮立體異構(gòu)）【高考實(shí)例】手性碳原子例4．（2022年湖南省新高考化學(xué)試卷）物質(zhì)J是一種具有生物活性的化合物。該化合物的合成路線如圖：已知：①②回答下列問題：（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；（6）I中的手性碳原子個(gè)數(shù)為