第38講有機化合物的空間結(jié)構同分異構體（講義）-2024年高考化學卓越講義（原卷版）

第37第37講有機化合物的空間結(jié)構同分異構體考點導航考點導航考點一考點一有機化合物的空間結(jié)構重難點辨析重難點辨析1.有機物分子中原子能否共平面的判斷方法(1)有機物分子的三個基本結(jié)構①甲烷。②乙烯。③苯。(2)判斷方法：①復雜有機物分子的共面問題可視為以上三個基本結(jié)構的組合。如甲苯為①與③的組合。②碳碳單鍵能_旋轉(zhuǎn)__，而碳碳雙鍵不能_旋轉(zhuǎn)__。③凡有機物分子結(jié)構中有碳的4條單鍵結(jié)構(如—CH3、—CH2—等)，則所有原子一定不在_同一平面上__。2.有機物分子中原子共面、共線的判斷方法(1)判斷原子共面的基本模型①正四面體結(jié)構：甲烷。②平面結(jié)構：乙烯、苯、萘()、甲醛()。③直線結(jié)構：乙炔。④.碳碳單鍵可任意旋轉(zhuǎn)，而雙鍵或叁鍵均不能旋轉(zhuǎn)。(2)原子共面的判斷技巧①結(jié)構中每出現(xiàn)一個飽和碳原子，則整個分子不再共面。②結(jié)構中每出現(xiàn)一個碳碳雙鍵，至少有6個原子共面。③結(jié)構中每出現(xiàn)一個碳碳叁鍵，至少有4個原子共線。④結(jié)構中每出現(xiàn)一個苯環(huán)，至少有12個原子共面。⑤在解決有機化合物分子中共面、共線問題的時候，要特別注意題目中的隱含條件和特殊規(guī)定，如題目中的“碳原子”“所有原子”“可能”“一定”“最少”“最多”“共線”和“共面”等在判斷中的應用。規(guī)律·方法·技巧·點拔規(guī)律·方法·技巧·點拔有機物分子中原子共面問題的判斷1.看清題意要求要注意“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等關鍵詞和限定條件2.母體法判斷有機物分子的空間結(jié)構eq\x(第一步)→eq\x(確定“母體”)→eq\a\vs4\al(必修階段有：甲烷、乙烯和苯的,分子結(jié)構)甲烷型乙烯型苯型空間構型正四面體結(jié)構平面結(jié)構平面正六邊形結(jié)構球棍模型分析4個H不在同一平面上，5個原子中最多有3個原子共平面6個原子均在同一平面上6個碳原子和6個氫原子共平面遷移凡是碳原子與4個原子形成4個共價鍵時，空間結(jié)構都是四面體結(jié)構位于乙烯結(jié)構上的6個原子共平面位于苯環(huán)上的12個原子共平面eq\x(第二步)→eq\x(進行合理的拆分和重組)拆分：先拆分為甲烷型、乙烯型和苯型分子的結(jié)構重組：將對應的空間構型進行重組注意：重組時要考慮到鍵的旋轉(zhuǎn)問題，單鍵能旋轉(zhuǎn)，雙鍵、三鍵不能旋轉(zhuǎn)3.分析分子中原子共線、共面的基本規(guī)律(1)任何兩個直接相連的碳原子在同一直線上。(2)當碳原子之間或碳原子與其他原子之間形成雙鍵時,形成雙鍵的原子以及與之直接相連的原子處于同一平面上。CH2CH2、H2CO所有原子處于同一平面上。(3)當碳原子之間或碳原子與其他原子之間形成叁鍵時,形成叁鍵的原子以及與之直接相連的原子均在同一直線上。(4)與苯環(huán)直接相連的碳原子或其他原子與苯環(huán)在同一平面上。典型例題剖析典型例題剖析考向1有機化合物的空間構型【典例1】（2023上·廣東汕頭·高三統(tǒng)考期中）維生素D含量越高，老年大腦的認知功能越好。目前已知的維生素D至少有10種分子，維生素D3是其中重要的一種(結(jié)構如圖)，下列有關說法正確的是A．D3不存在手性碳原子B．D3易溶于水，可溶解于水中服用C．D3可與溴水發(fā)生取代反應使其褪色D．D3分子中虛線框內(nèi)所含碳原子可能共平面【變式練1】（2023下·）已知碳碳單鍵可以繞鍵軸自由旋轉(zhuǎn)。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．丙烯所有原子均在同一平面上C．所有碳原子一定在同一平面上D．至少有16個原子共平面【變式練2】（2023上·廣東東莞）下面有關有機化合物分子中原子的共線共面說法正確的是A．正丁烷分子中4個碳原子不可能處于同一平面上B．甲苯分子最多有12個原子處于同一平面上，最多4個原子共線C．四苯乙烯()分子中所有碳原子不可能位于同一平面D．分子最多有7個碳原子共面，最多3個碳原子共線三年真題·兩年模擬三年真題·兩年模擬1．（2023上·寧夏銀川·高三校聯(lián)考階段練習）有機物M是合成抗過敏藥物色甘酸鈉的中間體，結(jié)構簡式如下圖。下列關于該有機物的說法正確的是A．屬于芳香烴B．該物質(zhì)最多消耗1molNaOHC．苯環(huán)上的一氯取代物有4種D．所有碳原子可能共平面2．（2023上·云南保山·高二校考階段練習）下列表示物質(zhì)結(jié)構的化學用語或模型正確的是A．乙烯的結(jié)構簡式 B．分子的球棍模型：C．醛基的電子式： D．葡萄糖的最簡式(實驗式)：3．（2023上·寧夏石嘴山·高二平羅中學?？茧A段練習）布洛芬具有抗炎、鎮(zhèn)痛、解熱作用，但口服該藥對胃、腸道有刺激性，該分子結(jié)構修飾過程如圖所示，下列說法錯誤的是A．乙的分子式為B．乙的苯環(huán)上的二氯代物有3種(不考慮立體異構)C．甲、乙均可使酸性褪色，產(chǎn)物均有D．甲分子中一定共面的碳原子有8個4．（2023上·內(nèi)蒙古鄂爾多斯·高三鄂爾多斯市第一中學校考階段練習）某些萜類化合物具有較強的香氣和生理活性，且可以相互轉(zhuǎn)化，其轉(zhuǎn)化關系如圖。下列說法錯誤的是A．可用銀氨溶液區(qū)別香葉醛與香葉醇B．若Q是一溴代物，則最多有2種不同結(jié)構(不考慮立體異構)C．香葉醛與香葉醇均至少有5個碳原子共平面D．等物質(zhì)的量的香葉醇、香葉醛完全燃燒生成H2O的質(zhì)量，前者比后者多5．（2024）有關“苯寶寶”的表情包非常流行，如圖：下列有關苯的說法錯誤的是A．苯分子結(jié)構中對位上的4個原子在一條直線上B．苯的結(jié)構簡式可用表示，說明含有3個碳碳雙鍵C．苯的一氯代物有1種D．苯是一種碳原子的價鍵遠沒有飽和的烴6．“碳九”是在石油提煉時獲得的一系列含碳數(shù)量在9左右的碳氫化合物?！疤季拧卑呀馓季藕椭卣季?，后者中的芳香烴含量較高。下列有關說法不正確的是A．若將“碳九”添加到汽油中，汽油燃燒更充分，不會形成積炭B．石油最主要的用途是提煉汽油和柴油，“碳九”的沸點低于汽油和柴油C．分子式為C9H12，且含有一個苯環(huán)的物質(zhì)共有8種D．均三甲苯()分子中所有碳原子都在同一平面7．（2023·吉林長春·統(tǒng)考一模）藥物異搏定合成路線中的某一步反應如圖所示(部分產(chǎn)物未給出)，下列說法正確的是A．X分子中共面的碳原子最多有8個B．有機物X不能與酸性高錳酸鉀溶液反應C．與溶液反應，最多消耗D．有機物Z與足量的氫氣加成所得分子中含有2個手性碳原子8．（2023上·重慶·高三西南大學附中校考階段練習）重慶火鍋馳名中外，譽滿全球?；疱伒琢现械墓鹌た梢云鸬饺バ冉饽伒墓δ?，桂皮的主要成份是肉桂醛()，可發(fā)生如下反應：n，下列說法正確的是A．a(chǎn)物質(zhì)所有原子在一個平面上B．可以用溴的四氯化碳溶液檢驗肉桂醛中的碳碳雙鍵C．肉桂醛和氫氣完全加成后有一個手性碳D．a(chǎn)物質(zhì)不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色9．（2023上·浙江嘉興·高三統(tǒng)考階段練習）某藥物具有清熱解毒功效，其有效成分結(jié)構如下。下列有關該物質(zhì)的說法不正確的是A．所有碳原子不可能處于同一平面上B．存在順反異構體C．與足量充分反應后的產(chǎn)物中共含6個手性碳原子D．1mol該物質(zhì)最多可與2molNaOH反應考點考點二同分異構體的書寫重難點辨析重難點辨析1．同分異構現(xiàn)象、同分異構體(1)定義：化合物具有相同的_分子式__，但具有不同結(jié)構的現(xiàn)象，叫同分異構現(xiàn)象。具有_同分異構現(xiàn)象__的化合物互稱同分異構體。(2)同分異構體的特點——一同一不同①一同：分子式相同，同分異構體的最簡式相同，但最簡式相同的化合物不一定是同分異構體，如C2H2和C6H6。②一不同：結(jié)構不同，即分子中原子的_連接方式__不同。同分異構體可以是同一類物質(zhì)，也可以是不同類物質(zhì)。(3)同分異構體類型①碳鏈異構(碳骨架不同)：如CH3CH2CH2CH3和___。②官能團位置異構(官能團位置不同)：如CH3—CH2—CH2—OH和___。③官能團類別異構(官能團種類不同)：如CH3—CH2—CH2—OH和_CH3—CH2—O—CH3__。2．同分異構體的書寫(1)烷烴同分異構體的書寫甲烷、乙烷、丙烷無同分異構體，丁烷的同分異構體有2種，戊烷的同分異構體有3種。烷烴只存在鏈架異構，書寫時應注意要全面但是不重復，一般采用“減碳法”。如以C6H14為例：第一步：將分子中全部碳原子連成直鏈作為母鏈C—C—C—C—C—C第二步：從母鏈一端取下一個碳原子作為支鏈(即甲基)，依次連在主鏈中心對稱線一側(cè)的各個碳原子上，此時碳骨架結(jié)構有兩種：不能連在①位和⑤位上，否則會使碳鏈變長，②位和④位等效，只能用一個，否則重復。第三步：從母鏈上取下兩個碳原子作為一個支鏈(即乙基)或兩個支鏈(即2個甲基)依次連在主鏈中心對稱線一側(cè)的各個碳原子上，兩甲基的位置依次相鄰、相同，此時碳骨架結(jié)構有兩種：②位或③位上不能連乙基，否則會使主鏈上有5個碳原子，使主鏈變長。所以C6H14共有5種同分異構體。(2)含官能團的有機物同分異構體的書寫一般按碳鏈異構?位置異構?官能團異構的順序書寫。實例：(以C4H8O為例且只寫出骨架與官能團)(1)碳鏈異構(2)位置異構(3)官能團異構3．同分異構書寫及數(shù)目的確定（1）同分異構體的書寫以C6H14為例，分析用“有序思維”法書寫同分異構體第一步：將分子中全部碳原子連成直鏈作為母鏈C—C—C—C—C—C第二步：從母鏈一端取下一個碳原子作為支鏈(即甲基)，依次連在主鏈中心對稱線一側(cè)的各個碳原子上，此時碳骨架結(jié)構有兩種：[注意]不能連在①位和⑤位上，否則會使碳鏈變長，②位和④位等效，只能用一個，否則重復。第三步：從母鏈上取下兩個碳原子作為一個支鏈(即乙基)或兩個支鏈(即2個甲基)依次連在主鏈中心對稱線一側(cè)的各個碳原子上，兩甲基的位置依次相間、相鄰，此時碳骨架結(jié)構有兩種：[注意]②位或③位上不能連乙基，否則會使主鏈上有5個碳原子，使主鏈變長。綜上分析C6H14共有5種同分異構體。（2）同分異構體數(shù)目的確定技巧①記憶法記住常見有機物的同分異構體數(shù)。例如：甲烷、乙烷、丙烷均無同分異構體，丁烷有2種，戊烷有3種。②替代法例如：二氯苯C6H4Cl2的同分異構體有3種，四氯苯的同分異構體也有3種。③等效氫法尋找有機物發(fā)生取代反應后能形成幾種同分異構體的規(guī)律，可通過分析有幾種等效氫原子得出結(jié)論，又稱為對稱法。A.同一碳原子上的氫原子是等效的。B.同一碳原子上所連甲基上的氫原子是等效的。C.處于鏡面對稱位置上的氫原子是等效的。(相當于平面鏡成像時，物與像的關系)4．限定條件下同分異構體的書寫解答這類題目時，要注意分析限定條件的含義，弄清楚在限定條件下可以確定什么，一般都是根據(jù)官能團的特征反應限定官能團的種類、根據(jù)等效氫原子的種類限定對稱性(如苯環(huán)上的一取代物的種數(shù)、核磁共振氫譜中峰的個數(shù)等)，再針對已知結(jié)構中的可變因素書寫各種符合要求的同分異構體。規(guī)律·方法·技巧·點拔規(guī)律·方法·技巧·點拔1.同分異構體數(shù)目的判斷方法(1)記憶法記住常見同分異構體的數(shù)目。①凡只含有一個碳原子的分子均無同分異構體。②甲烷、乙烷、新戊烷、苯的一鹵代物只有一種。③丁烷、丙基(—C3H7)有2種，如丙烷的一氯代物有2種。④戊烷有3種。⑤丁基(—C4H9)有4種，如丁烷的一氯代物有4種。⑥戊基(—C5H11)有8種，如戊烷的一氯代物有8種。(2)等效氫法①同一碳原子上的氫為等效氫。②同一碳原子上所連甲基(—CH3)為等效甲基，等效甲基上的所有氫為等效氫。③處于對稱位置的碳原子上的氫也為等效氫。④有n種不同的等效氫，其一元取代物就有n種。(3)先定后動法分析二元取代物的方法，如分析C3H6Cl2的同分異構體，先固定其中一個Cl的位置，移動另外一個Cl，從而得到其同分異構體：、、、，共4種。(4)分子中含有苯環(huán)的有機物同分異構體種數(shù)的判斷此類題目應首先根據(jù)有機物的分子式和苯環(huán)的組成，找出“苯環(huán)”之外的部分，依據(jù)排列組合的方式確定苯環(huán)上取代基的種類和種數(shù)，特別要用到苯環(huán)的“對稱軸”和兩個取代基在苯環(huán)上“鄰、間、對”的位置關系。如分析甲苯苯環(huán)上的二氯代物種數(shù)時，需先確定一氯代物的種數(shù)有三種：。若先固定一個Cl在甲基的鄰位，移動另一個Cl可得4種結(jié)構：。再固定一個Cl在甲基的間位，移動另一個Cl(注意另一個Cl不能連接甲基的鄰位，會出現(xiàn)重復)可得2種結(jié)構：。當最后再固定一個Cl在甲基的對位時，無法形成二氯代物。因此，甲苯苯環(huán)上的二氯代物有6種。2．常見的官能團類別異構組成通式可能的類別及典型實例CnH2n烯烴(CH2CH—CH3)、環(huán)烷烴()CnH2n－2炔烴(CCHCH2—CH3)、二烯烴(CH—CHCH2CH2)、環(huán)烯烴()CnH2n＋2O醇(C2H5OH)、醚(CH3OCH3)CnH2nO醛(CH3CH2CHO)、酮()、烯醇(CH2CH—CH2—OH)、環(huán)醚()、環(huán)醇()CnH2nO2羧酸(CH3COOH)、酯(HCOOCH3)、羥基醛(HO—CH2—CHO)CnH2n－6O典型例題剖析典型例題剖析考向1同分異構體的判斷與種數(shù)計算【典例1】（2023上·陜西寶雞·高三校聯(lián)考階段練習）2甲基2丁烯()是合成橡膠的中間體，其一氯代物有A．1種 B．2種 C．3種 D．4種【變式練1】（2023下·黑龍江哈爾濱）下列說法不正確的是A．含三個甲基的同分異構體有3種B．表示的有機物共有(不考慮立體異構)20種C．聯(lián)苯()屬于芳香烴，其二溴代物有15種D．分子式為屬于芳香烴的同分異構體有8種【變式練2】（2023下·重慶）下列物質(zhì)在給定條件下的同分異構體數(shù)目(不包括立體異構)正確的是A．分子式為且屬于烯烴的有機物有4種 B．

的一溴代物有5種C．分子式為且屬于羧酸的有機物有4種 D．分子式為且屬于醇類的有機物有3種考向2限定條件下同分異構體的書寫【典例2】（2023·全國·高三專題練習）的一種同分異構體符合下列條件，寫出該同分異構體的結(jié)構簡式：I．能使溴的CCl4溶液褪色，能與Na反應放出H2，不能與NaHCO3溶液反應；II．分子中含一個五元碳環(huán)和3種化學環(huán)境不同的氫原子?！咀兪骄?】（2023·全國·高三專題練習）M是F(

)的同分異構體，同時滿足下列條件的M的結(jié)構(不考慮立體異構)有。種。①遇FeCl3溶液發(fā)生顯色反②能發(fā)生銀鏡反應③除苯環(huán)外不含其他環(huán)【變式練4】（2023·全國·高三專題練習）化合物W的相對分子質(zhì)量比化合物C大14，且滿足下列條件的W的結(jié)構有種。其中核磁共振氫譜圖中有5組峰，峰面積比為2∶2∶2∶1∶1的結(jié)構簡式為。①遇FeCl3溶液顯紫色；②屬于芳香族化合物；③能發(fā)生銀鏡反應。三年真題·兩年模擬三年真題·兩年模擬1．（2023下·河北保定·高二河北省唐縣第一中學?？茧A段練習）分子式為C6H12O且含有“CHO”的同分異構體共有(不考慮立體異構)A．6種 B．8種 C．4種 D．10種2．（2023下·遼寧大連·高二大連八中?？茧A段練習）雙環(huán)己烷C12H22()它的二氯代物，且氯原子在同一個環(huán)上的同分異構體的個數(shù)是A．13 B．12 C．11 D．103．（2023下·四川成都·高一成都七中?？计谀┓肿邮綖镃5H10的有機物的同分異構體的數(shù)目為(不考慮立體異構)A．8種 B．9種 C．10種 D．11種4．（2023下·河北邢臺·高一寧晉中學統(tǒng)考階段練習）某有機物的分子式為，該有機物的同分異構體有多種，其中只含六元環(huán)不含其他環(huán)且能與金屬鈉反應的同分異構體的種類有(不考慮立體異構)A．2種 B．3種 C．4種 D．5種5．（2023下·山西運城·高二康杰中學校考階段練習）五聯(lián)苯的一溴代物有A．5種 B．6種 C．7種 D．8種6．（2023下·黑龍江哈爾濱·高二哈爾濱三中?？计谥校┙M成和結(jié)構可用

表示的有機物(不考慮立體結(jié)構)共有A．3種 B．