专题五 同系物及同分异构体【专题目标】1 了解有机化合物数目众多和异构现象普遍存在的本质原因，碳原子彼此连接的可能形式；2 理解同系列及同分异构的概念；3 能够识别结构简式中各原子的连接次序和方式；4 能够辨认同系物和列举异构体。【知识规律总结】一、 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同因此，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 、同分异构体的种类1 碳链异构2 位置异构3 官能团异构（类别异构） （详见下表）组成通式 可能的类别 典型实例CnH2n 烯烃 环烷烃 CH2=CHCH H2C CH2 CH2CnH2n-2 炔烃 二烯烃 环烯烃 CH= CCH2CH3 CH2=CHCH=CH2CnH2n+2O 醇 醚 C2H5OH CH3OCH3CnH2nO 醛 酮 烯醇 环醇 环醚CH3CH2CHO CH3COCH3 CH=CHCH2OHCH3CH CH2 CH2 CH OHO CH2CnH2nO2 羧酸 酯 羟基醛 羟基酮 CH3COOH HCOOCH3 HOCH2CHOCnH2n-6O 酚 芳香醇 芳香醚 H3CC6H4OH C6H5CH2OH C6H5OCH3CnH2n+1NO2 硝基烷烃 氨基酸 CH3CH2NO2 H2NCH2COOHCn(H2O)m 单糖或二糖 葡萄糖与果糖（C 6H12O6） 蔗糖与麦芽糖（C12H22O11）三 、同分异构体的书写规律1 主链由长到短，支链由大到小，位置由心到边，排列由对到邻到间2 按照碳链异构 位置异构 官能团异构的顺序书写，也可按照官能团异构 碳链异构 位置异构的顺序书写，不管按照那种方法书写都必须防止漏写和从写四 、分异构体数目的判断方法1 记忆法 记住已掌握的常见的异构体数。例如：（1） 凡只含一个碳原子的分子均无异构，甲烷、乙烷、 新戊烷（看作 CH4 的四甲基取代物） 、2,2,3,3四甲基丁烷（看作乙烷的六甲基取代物） 、苯、环己烷、 乙炔、 乙烯等分子一卤代物只有一种;（2） 丁烷、丁炔、丙基、丙醇有 2 种；（3） 戊烷、丁烯、戊炔有 3 种；（4） 丁基 C8H10 有 4 种；（5） 己烷、C 7H8O（含苯环）有 5 种；（6） 戊基、C 9H12 有 8 种；2 基元法 例如：丁基有 4 种，丁醇、丁醛都有 4 种；3 替元法 例如：C 6H4Cl2 有 3 种,C 6H2Cl4 有 3 种(将 H 替代 Cl)；4 对称法（又称等效氢法） 判断方法如下：（1） 同一 C 原子上的氢原子是等效（2） 同一 C 原子所连甲基上的氢原子是等效氯（3） 处于镜面对称位置上的氢原子是等效【经典题型】题型一：确定异构体的数目例 1 某烃的一种同分异构只能生成 1 种一氯代物，该烃的分子式可以是（ ）AC 3H8 BC 4H10 CC 5H12 DC 6H14解析：分析 C3H8 、C 4H10、 、C 6H14 各种结构，生成的一氯代物不只 1 种。从CH4、C2H6 的一氯代物只有 1 种，得出正确答案为 C。 题型二：列举同分异构的结构例 2 液晶是一种新型材料。 MBBA 是一种研究得较多的液晶化合物。它可以看作是由醛 A 和胺 B 去水缩合的产物。CH3O CH=N CH2CH2CH2CH3 （MBBA） CH3O CHO H2 N CH2CH2CH2CH3 醛 A 胺（1） 位上有C4H9 的苯胺可能有 4 种异构体 ，它们是：CH3CH2CH2CH2 NH2、 （CH 3） 2CHCH2 NH2、 、 ；（2） 醛 A 的异构体甚多，其中属于酯类化合物且结构式中有苯环的异构体就有 6 种，它们是 COOCH3、 OCOCH3、HCOO CH3、 、 、 。 （全国高考题） 解析 ：（1）无类别异构、位置异构之虑，只有C 4H9 的碳架异构；（2） 题中有两个条件：属于酯类化合物且结构中含有苯环，不涉及类别异构。通过有序的思维来列举同分异构体可以确保快速、准确。可以按类别异构到碳链异构再到官能团或取代基位置异构的顺序进行有序的列举，同时要充分利用“对称性”防漏剔增。题型三：判断两结构是否等 例 3 萘分子的结构可以表示为 或 ，两者是等同的。苯并 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（）或（）式： （） () 这两者也是等同的。现有结构式 A B C D A B C D其中：与（） 、 （）式等同的结构式是（ ） ；与（） 、 （）式同分异构体的是（ ） 。 （全国高考题）解析： 以（）式为基准，图形从纸面上取出向右翻转 180 度后再贴回纸面即得D 式，将 D 式在纸面上反时针旋转 45 度即得 A 式。因此，A、D 都与（） 、( )式等同。也可以（）式为基准，将（）式图形在纸面上反时针旋转 180 度即得 A 式，（）式在纸面上反时针旋转 135 度即得 D 式。从分子组成来看， （）式是 C20H12，B 式也是 C20H12，而 C 式是 C19H12，所以B 是、 的同分异构体，而 C 式不是。答案是（1）AD；（2）B。判断两结构是否相等的思维过程是：（1）用系统命名法命名时名称相同者；（2）将分子整体旋转、翻转后能“重合”者。题型四：测试同分异构体的变通策略例 4 已知萘的 n 溴代物和 m 溴代物的种数相等，则 n 与 m（n 不等于 m）的关系是A n+m=6 B n+m=4 C n+m=8 D 无法确定解析： 解题过程中要避免犯策略性错误，就要见机而行，变“正面强攻”为“侧翼出击” ，转换思维角度和思维方向。正确思路是：从萘的分子式 C10H8 出发，从分子中取代 a 个 H（C 10H8-a Bra）与取代 8-a 个 H(C10HaBr8-a)的同分异构体的种数相等，故n+m=a+(8-a)=8,选 C。解答本题的策略在于“等价”变通，如 CHCl3 与 CH3Cl、CH 2=CHCl 与CCl2=CHCl、C9H19OH（醇类）与 C9H19Cl 等等同分异构体的种数相等。解题思维策略对完成条件向结果转化和实现解题起着关键性的作用。策略性错误主要是指解题方向上的偏差，造成思维受阻或解题过程中走了弯路。对于高考来说，费时费事，即便做对了，也有策略性错误。题型五：由加成产物确定不饱和有机物异构体数例 5 某有机物与 H2 按 1：1 物质的量比加成后生成的产物结构为：CH3CH3CHCH2CHCCH2CH3OH CH3 OH 则该有机物可能的结构有（ ）种（说明 羟基与碳碳双双键的结构不稳定）。解析 ：某有机物与 H2 按 1：1 物质的量比加成说明原来的有机物为烯烃，又由 C的四价原则，双键位置的情况有四种，再考虑酮的存在情况。答案是 5 种。该题的特点是：已知某不饱和有机物加成后产物结构，确定原不饱和有机物的同分异构体的种数。解此类题的关键是：抓住加成反应的特点即反应前后碳链结构不变，确定不饱和键（双键、叁键）的可能位置，进而得到有机物的结构及种数。【随堂作业】一、选择题1下列化学式中，只表示一种纯净物的是 （ ）AC BC 3H8 CC 2H4O DC 3H6 2.当今化学界关注的热点之一的 C60，它可以看成是金刚石的 （ ）A同素异形体 B同分异构体 C同位素 D同系物 3下列各组物质中互为同分异构体的是 （ ）A1H 与 2H BO 2 与 O3 C乙烯与丙烯 D正丁烷与异丁烷4下列各组物质中一定互为同系物的是 （ ）ACH 4、C 3H8 B C2H4、C 3H6C C2H2、C 6H6 D C2H2、C 6H65下列各组物质中，互为同系物的是 （ ）A OH 与 CH3 BHCOOCH 3 与 CH3COOH C CH=CH2 与 CH3CH=CH2 DC 6H5OH 与 C6H5CH2OH 6对尼古丁和苯并芘的分子组成与结构描述正确的是 （ ） N NCH3尼古丁 苯并 芘 A 尼古丁为芳香族化合物B 苯并 芘的分子式为 C20H18C 苯并 芘分子中含有苯环结构单元，是苯的同系物D 尼古丁分子中的所有碳原子可能不在同一平面上，苯并 芘分子中的所有碳原子可能都在同一平面上 7对复杂的有机物的结构，可以用“键线式”简化表示。如有机物 CH2=CHCHO 可以简写成 。则与键线式为 的物质互为同分异构体的CH2O OCH3是 （ ）A OCH2CH3 B CHOC COOH DHO CH38以 M 原子为中心形成的 MX2Y2 分子中，X 、Y 分别只以单键与 M 结合，下列说法中正确的是 （ ）A若