有機化合物的空間結構同系物同分異構體第57講復習目標1.掌握有機化合物中原子的共線與共面個數的判斷。2.了解同系物、同分異構體的概念。3.掌握有機化合物同分異構的書寫與判斷。內容索引真題演練明確考向考點二同系物同分異構體考點一有機化合物的空間結構課時精練有機化合物的空間結構><1.熟記四種基本模型夯實必備知識(1)甲烷分子中所有原子一定不共平面，最多有3個原子處在一個平面上，即分子中碳原子若以四個單鍵與其他原子相連，則所有原子一定不能共平面(如圖1)。(2)乙烯分子中所有原子一定共平面，若用其他原子代替其中的任何H原子，所得有機物中的所有原子仍然共平面(如圖2)。(3)苯分子中所有原子一定共平面，若用其他原子代替其中的任何H原子，所得有機物中的所有原子也仍然共平面(如圖3)。(4)乙炔分子中所有原子共直線，若用其他原子代替H原子，所得有機物中的所有原子仍然共直線(如圖4)。2.注意碳碳單鍵的旋轉碳碳單鍵兩端碳原子所連原子或原子團能以“C—C”為軸旋轉，例如

，因①鍵可以旋轉，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，也可能不共面。3.恰當拆分復雜分子觀察復雜分子的結構，先找出類似于甲烷、乙烯、乙炔和苯分子的結構，再將對應的空間結構及鍵的旋轉等知識進行遷移即可解決有關原子共面、共線的問題。特別要注意的是，苯分子中處于對位的兩個碳原子以及它們所連的兩個氫原子，這四個原子是在一條直線上的。4.審準題目要求題目要求中常有“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等限制條件。如

分子中所有原子可能共平面，

分子中所有碳原子一定共平面而所有原子一定不能共平面。1.結構中若出現一個飽和碳原子，則整個分子不可能共平面(

)2.結構中每出現一個碳碳雙鍵，則最多6個原子共面(

)3.結構中每出現一個碳碳三鍵，則至少4個原子共線(

)4.結構中每出現一個苯環，則最多有12個原子共面(

)××√√5.與

或

或

直接相連的原子一定共面(

)√1.有機物

分子中最多有___個碳原子在同一平面內，最多有___個原子在同一條直線上，與苯環共面的碳原子至少有___個。提升關鍵能力1169以碳碳雙鍵為中心，根據乙烯、苯、乙炔、甲烷的結構，可以畫出如圖所示結構。由于碳碳單鍵可以繞軸自由旋轉，炔直線一定在苯平面內，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。由于苯分子、乙烯分子的鍵角均為120°，炔直線與所在苯環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。2.某有機物結構為

，回答下列問題。(1)最多有____個碳原子在同一條直線上。(2)最多有____個碳原子在同一平面上。(3)最多有____個原子在同一平面上。41321以碳碳雙鍵為中心，根據乙烯、苯、乙炔、甲烷的結構，可以畫出如圖所示結構。返回同系物同分異構體><1.同系物夯實必備知識相似CH22.同分異構現象同分異構體(1)概念分子式相同、結構不同的現象稱為同分異構現象。存在同分異構現象的化合物互為同分異構體。(2)同分異構體類型碳架異構碳鏈骨架不同，如CH3—CH2—CH2—CH3和______________位置異構官能團位置不同，如CH2==CH—CH2—CH3和________________官能團異構官能團種類不同，如CH3CH2OH和

，常見的官能團異構有醇、酚、醚；醛與酮；羧酸與酯等CH3CH==CHCH3CH3OCH3(3)常見的官能團異構舉例組成通式可能的類別及典型實例CnH2n烯烴(CH2==CHCH3)、環烷烴()CnH2n－2炔烴(CH≡C—CH2CH3)、二烯烴(

)、環烯烴()CnH2n＋2O醇(C2H5OH)、醚(CH3OCH3)CH2==CHCH==CH2組成通式可能的類別及典型實例CnH2nO醛(CH3CH2CHO)、酮()、烯醇(CH2==CHCH2OH)、環醚()、環醇()組成通式可能的類別及典型實例CnH2nO2羧酸(CH3CH2COOH)、酯(

、

)、羥基醛(HO—CH2CH2—CHO)、羥基酮()CnH2n－6O酚()、芳香醚()、芳香醇(

)HCOOCH2CH3CH3COOCH33.同分異構體數目的判斷方法(1)記憶法：記住一些常見有機物的同分異構體數目，如①凡只含一個碳原子的分子均無同分異構體；②乙烷、丙烷、乙烯、乙炔無同分異構體；③4個碳原子的烷烴有2種同分異構體，5個碳原子的烷烴有3種同分異構體，6個碳原子的烷烴有5種同分異構體。(2)基元法：如丁基有4種同分異構體，則丁醇、戊醛、戊酸都有4種同分異構體。(3)替代法：如二氯苯(C6H4Cl2)有3種同分異構體，四氯苯也有3種同分異構體(將H和Cl互換)；又如CH4的一氯代物只有1種，新戊烷C(CH3)4的一氯代物也只有1種。(4)等效氫法：是判斷同分異構體數目的重要方法，其規律有：①同一碳原子上的氫原子等效。②同一碳原子上的甲基上的氫原子等效。③位于對稱位置上的碳原子上的氫原子等效。1.相對分子質量相同的有機物一定是同分異構體(

)2.同分異構體和同系物一定屬于同類有機物(

)3.CH3CH2OH與CH2OHCH2OH是同系物(

)4.

與

互為官能團異構(

)5.CH2==CH2和

在分子組成上相差一個CH2原子團，兩者互為同系物(

)6.CH2==CH—CH==CH2與

一定互為同系物(

)7.C4H8與C3H6可能互為同系物(

)8.同分異構體的化學性質可能相似(

)××√√×××√1.寫出C7H16的同分異構體(用碳架結構表示)。提升關鍵能力一、同分異構體書寫的模型建構答案C—C—C—C—C—C—C、

、

、

、

、

、

、

、2.寫出C4H10O的同分異構體(只寫出骨架和官能團)。答案

、

、

、

、C—O—C—C—C、

、C—C—O—C—C練后提升(1)烷烴：烷烴只存在碳架異構，書寫時要注意全面而不重復，具體規則如圖：(2)具有官能團的有機物：一般按碳架異構→位置異構→官能團異構的順序書寫。3.某有機物的化學式為C8H8O2，寫出符合下列條件的有機物的結構簡式。①含有苯環；②屬于酯類。二、限制條件同分異構體的書寫思維流程審限定條件確定官能團或特殊基團→觀察研究對象確定不飽和度→做減法，拆成碎片→重新組裝。(1)甲酸某酯→符合條件的同分異構體共有6種。(2)乙酸某酯→(3)苯甲酸某酯→答案

、

、

、

、

、4.F(HOCH2—C≡C—CH2OH)的同分異構體中能同時滿足下列條件的共有______種(包含順反異構)。①鏈狀化合物；②能發生銀鏡反應；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________(寫結構簡式)。思維流程思維流程答案9

OHC—CH2—CH2—CHO歸納總結(1)根據限定條件確定同分異構體中所含官能團。(2)結合所給有機物有序思維：碳架異構→位置異構→官能團異構。(3)確定同分異構體種數或根據性質書寫結構簡式。返回真題演練明確考向><1.(2019·全國卷Ⅱ，13)分子式為C4H8BrCl的有機物共有(不含立體異構)A.8種

B.10種C.12種

D.14種123√4123C4H8BrCl可看成是C4H10分子中的2個H被1個Br和1個Cl取代得到的產物。C4H10有正丁烷和異丁烷2種，被Br和Cl取代時，可先確定Br的位置，再確定Cl的位置。正丁烷的碳骨架結構為

，Br分別取代1號碳原子和2號碳原子上的氫原子時，Cl均有4種位置關系，異丁烷的碳骨架結構為

，Br分別取代1號碳原子和2號碳原子上的氫原子時，Cl分別有3種和1種位置關系，綜上可知C4H8BrCl共有12種結構，C項正確。42.[2021·湖南，19(4)]B(

)有多種同分異構體，同時滿足下列條件的同分異構體有____種(不考慮立體異構)；①苯環上有2個取代基②能夠發生銀鏡反應③與FeCl3溶液發生顯色反應，其中核磁共振氫譜有五組峰，且峰面積之比為6∶2∶2∶1∶1的結構簡式為____________________。123154123

的同分異構體滿足：①能發生銀鏡反應，說明結構中存在醛基，②與FeCl3溶液發生顯色反應，說明含有酚羥基，同時滿足苯環上有2個取代基，酚羥基需占據苯環上的1個取代位置，支鏈上苯環連接方式(黑色點標記)：

、

共五種，因此一共有5×3＝15種結構；其中核磁共振氫譜有五組峰，因酚羥基和醛基均無對稱結構，因此峰面積之比為6∶2∶2∶1∶1的結構簡式一定具有對稱性(否則苯環上的氫原子不等效)，即苯環上取代基位于對位，核磁共振氫譜中峰面積比為6的氫原子位于與同一碳原子相連的兩個甲基上，因此該同分異構體的結構簡式為

。43.[2021·河北，18(2)]

有多種同分異構體，其中能同時滿足下列條件的芳香族化合物的結構簡式為____________、____________。①可發生銀鏡反應，也能與FeCl3溶液發生顯色反應；②核磁共振氫譜有四組峰，峰面積比為1∶2∶2∶3。1234123

的同分異構體滿足：①可發生銀鏡反應，也能與FeCl3溶液發生顯色反應，說明結構中含有醛基和酚羥基，

除苯環以外不飽和度為1，則該同分異構體中只有一個—CHO，②核磁共振氫譜有四組峰，峰面積比為1∶2∶2∶3，說明該結構具有對稱性，根據該結構中氧原子數可知該結構中含有1個醛基、2個酚羥基、1個甲基，滿足該條件的同分異構體的結構簡式為

和

。44.[2021·福建，15(5)]化合物Y是B(

)的同分異構體，遇FeCl3溶液顯紫色，其核磁共振氫譜有4組峰，峰面積之比為3∶2∶2∶1。Y的結構簡式為____________________。1234123返回4化合物Y是B的同分異構體，遇FeCl3溶液顯紫色，可知Y中含有酚羥基結構，核磁共振氫譜有4組峰說明含有四種氫原子，峰面積之比為3∶2∶2∶1可知Y中應含有甲基，則滿足條件的Y的結構簡式為

。課時精練><1234567891.化學式為C5H7Cl的有機物，其結構不可能是A.只含一個雙鍵的直鏈有機物B.含兩個雙鍵的直鏈有機物C.含1個雙鍵的環狀有機物D.含1個三鍵的直鏈有機物把氯原子看做氫原子，再與相同碳原子的烷烴相比，少了4個氫原子，該有機物可能含有2個雙鍵或者1個三鍵，或者1個雙鍵和1個環。1011121314√2.下列說法正確的是A.凡是分子組成相差一個或幾個CH2原子團的物質，彼此一定是同系物B.兩種化合物組成元素相同，各元素質量分數也相同，則兩者一定是同分異構體C.相對分子質量相同的幾種化合物，互稱為同分異構體D.組成元素的質量分數相同，且相對分子質量也相同的不同化合物，一定互為同分

異構體1234567891011121314√丙烯與環丁烷分子組成相差一個CH2原子團，但是結構不相似，不互為同系物，A項錯誤；若兩種化合物組成元素相同，各元素的質量分數也相同，則它們的最簡式必定相同，最簡式相同的化合物可能是同分異構體，也可能不是同分異構體，B項錯誤；相對分子質量相同的物質有很多，如無機物中的H2SO4和H3PO4，又如有機物中的C2H6O(乙醇)與CH2O2(甲酸)，但由于它們的分子組成不同，所以它們不是同分異構體，C項錯誤；當不同化合物組成元素的質量分數相同，相對分子質量也相同時，其分子式一定相同，因此這樣的不同化合物互為同分異構體，D項正確。12345678910111213141234567891011123.某烴的結構簡式如圖所示，若分子中共線碳原子數為a，可能共面的碳原子最多為b，含四面體結構碳原子數為c，則a、b、c分別是A.3,14,5 B.4,10,2C.3,14,4 D.3,10,31314√已知乙炔為直線形結構，則與C≡C相連的C原子一定共線，則共有3個；分子中與苯環以及

直接相連的原子共平面，則可能共面的碳原子最多為14個，即所有的碳原子可能共平面；含四面體結構碳原子為飽和碳原子，共4個。D.至少有16個原子共平面、8個原子共線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.丙烯所有原子均在同一平面上1234567891011121314C.所有碳原子一定在同一平面上√1234567891011121314直鏈烴是鋸齒形的，所以丙烷分子中3個碳原子不可能在一條直線上，A錯誤；CH3—CH==CH2中甲基上至少有1個氫原子不和它們共平面，B錯誤；因為該環狀結構不是平面結構，所以所有碳原子不可能在同一平面上，C錯誤；該分子中在同一條直線上的原子有8個()，再加上其中一個苯環上剩余的8個原子，至少有16個原子共平面，D正確。D.CH3—CH==CH—C≡C—CF3分子中6個碳原子有可能都在同一平面上B.

最多有10個碳原子共面5.下列有機物的分子結構敘述正確的是A.CH3—C≡C—CH==CH2分子中最多有4個碳原子共面1234567891011121314√C.2-苯基丙烯(

)分子中所有原子能共面CH3—C≡C—CH==CH2分子中，最多有5個碳原子共面，A錯誤；有機物

中，最多有12個碳原子共面，B錯誤；2-苯基丙烯分子中甲基的碳原子為sp3雜化，則所有原子不可能共面，C錯誤。6.分子式為C5H12O的飽和一元醇與和它相對分子質量相同的飽和一元羧酸進行酯化反應，生成的酯共有(不考慮立體異構)A.13種

B.14種

C.15種

D.16種1234567891011121314√與分子式為C5H12O的飽和一元醇相對分子質量相同的飽和一元羧酸為C4H8O2。C5H12O的飽和一元醇的同分異構體有8種，C4H8O2的飽和一元羧酸的同分異構體有2種，所以生成的酯共有2×8＝16種。7.(2022·黑龍江模擬)組成和結構可用

表示的有機物共有(不考慮立體結構)A.3種

B.10種

C.15種

D.30種1234567891011121314√8.某芳香族化合物甲的分子式為C10H11ClO2，已知苯環上只有兩個取代基，其中一個取代基為—Cl，甲能與飽和碳酸氫鈉溶液反應放出二氧化碳，則滿足上述條件的有機物甲的同分異構體有A.15種

B.12種

C.9種

D.5種1234567891011121314√1234567891011121314甲能與飽和碳酸氫鈉溶液反應放出二氧化碳，說明含有羧基；苯環上只有兩個取代基，其中一個取代基為—Cl，根據分子式C10H11ClO2確定另一個取代基為—C4H7O2，取代基—C4H7O2含有羧基的同分異構體有：—CH2CH2CH2COOH、

、

、

和

共5種,取代基—C4H7O2與取代基—Cl有鄰、間、對三種情況，則滿足條件的同分異構體的數目為5×3＝15。9.分子式為C8H8

的兩種同分異構體X和Y。X是一種芳香烴，分子中只有一個環；Y俗稱立方烷，其核磁共振氫譜顯示只有一個吸收峰(即一種等效氫)。下列有關說法錯誤的是A.X既能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，也能使溴水褪色，還能發生加聚反應B.X苯環上的二氯代物有5種C.X、Y均能燃燒，都有大量濃煙產生D.Y的二氯代物有三種1234567891011121314√1234567891011121314分子式為C8H8的X是一種芳香烴，分子中只有一個環，則X是苯乙烯

，其苯環上的二氯代物采用定一移一法有：共6種，故B錯誤。10.(2022·長春東北師大附中高三模擬)合成某藥物中間體的片段如下，下列說法錯誤的是A.E→F和F→G反應都是取代反應B.E、F和G分子中碳原子都不可能共平面C.E、F和G都能與Na、NaOH溶液反應D.與E的分子式相同且苯環上含2個—OH、

1個—CH2COOH的結構有6種1234567891011121314√1234567891011121314E→F時，—COOH轉化為—COOCH3，發生酯化(取代)反應，F→G時，—OH轉化為—Br，發生取代反應，A正確；E、F和G分子中，可能共平面的碳原子所在平面為

、2個原子，所以同一分子中碳原子都可能共平面，B不正確；E、F和G分子中都含有酚羥基，所以都能與Na、NaOH溶液反應，C正確；與E的分子式相同且苯環上含2個—OH、1個—CH2COOH的結構有6種，它們分別，兩個相鄰平面都共用、1234567891011121314是

(其中①②③④為另一個—OH所在位置)和

(其中①②為另一個—OH所在位置)，D正確。

11.分子式與苯丙氨酸(

)相同，且同時符合下列兩個條件的同分異構體有①有帶兩個取代基的苯環②有一個硝基直接連接在苯環上A.3種

B.5種

C.6種

D.10種1234567891011121314√分子式與苯丙氨酸[C6H5CH2CH(NH2)COOH]相同，且同時符合下列兩個條件：①有帶兩個取代基的苯環、②有一個硝基直接連接在苯環上，則說明其為芳香族化合物，含有—NO2，則另一個取代基為—C3H7，有正丙基、異丙基兩種，兩種取代基在苯環上有鄰、間、對三種位置關系，故符合條件的同分異構體有2×3＝6種。12.以下有機物同分異構體數目判斷不正確的是A.有機物

的三氯代物只有一種B.甲苯苯環上的一個氫原子被—C3H6Cl取代，形成的同分異構體有15種C.C4H7Br的同分異構體(不考慮立體異構)共有10種D.分子式為C5H10O2的有機物中能與NaOH溶液反應的有13種1234567891011121314√1234567891011121314正丙基和異丙基各有3種和2種氫原子，則—C3H6Cl就有5種結構，而甲苯苯環上的氫原子有3種，所以其同分異構體有15種，B正確；丁烯有3種同分異構體，即1-丁烯、2-丁烯和甲基丙烯，其氫原子種類分別是4、2、2，共8種，C4H8屬于環烷烴的同分異構體有

和

兩種，

只有一種氫原子，一溴代物有1種，

有三種氫原子，一溴代物有3種，所以C4H7Br的同分異構體(不考慮立體異構)共有12種，C錯誤；1234567891011121314分子式為C5H10O2并能與NaOH溶液反應，該有機物可能為羧酸，也可能為酯。若為羧酸，C5H10O2為飽和一元羧酸，烷基為—C4H9，—C4H9有4種結構，因此含有4種同分異構體；若為酯，分子式為C5H10O2的酯為飽和一元酯，①甲酸和丁醇酯化，丁醇有4種；②乙酸和丙醇酯化，丙醇有2種；③丙酸和乙醇酯化，丙酸有1種；④丁酸和甲醇酯化，丁酸有2種；因此屬于酯的共4＋2＋1＋2＝9種，因此符合條件的C5H10O2的同分異構體共13種，D正確。12345678910111213.有人設想合成具有以下結構的烴分子，下列說法不正確的是A.Ⅳ不可能合成B.Ⅱ與苯互為同分異構體C.Ⅲ(立方烷)的六氯代物共有3種D.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的實驗式不同1314√1234567891011121314Ⅳ中碳原子形成5個共價鍵，所以不可能合成，故A正確；Ⅱ的分子式為C6H6，與苯的分子式相同，結構不同，二者互為同分異構體，故B正確；Ⅲ(立方烷)分子的二氯代物有3種，二氯取代產物和六氯取代產物種數一樣，所以Ⅲ(立方烷)的六氯代物共有3種，故C正確；Ⅰ的化學式為C4H4、Ⅱ的化學式為C6H6、Ⅲ的化學式為C8H8，實驗式都是CH，故D錯誤。12345678910111214.按要求書寫多種限制條件的同分異構體。1314(1)二元取代芳香族化合物H是G()的同分異構體，H滿足下列條件：①能發生銀鏡反應；②酸性條件下水解產物的物質的量之比為2∶1；③不與NaHCO3溶液反應。則符合上述條件的H共有____種(不考慮立體異構，不包含G本身)，其中核磁共振氫譜為五組峰的結構簡式為_____________________________________(寫出一種即可)。111234567891011121314H為二元取代芳香族化合物，說明苯環上只有兩個取代基；同時滿足：①能發生銀鏡反應，說明有醛基或HCOO—；②酸性條件下水解產物的物質的量之比為2∶1，說明有兩個酯基；③不與NaHCO3溶液反應，說明沒有羧基；若其中一個為甲基，另一個為

，共有鄰、間、對位3種結構；若兩個均為

，共有間、鄰位2種結構；若一個為

，另一個可能是—CH2CH2OOCH或—CH(CH3)OOCH，共有鄰、間、對位6種結構，則符合上述條件的H共有11種，其中核磁共振氫譜為五組峰的結構簡式為1234567891011121314。123456789101112(2)的一種同分異構體具有以下性質：①難溶于水，能溶于NaOH溶液；②能發生銀鏡反應；③核磁共振氫譜有三組峰，且峰面積之比為1∶1∶1。則0.5mol該物質與足量的NaOH溶液反應，最多消耗4mol·L－1

NaOH溶液_____mL。13145001234567891011121314

的同分異構體中，滿足：①難溶于水，能溶于NaOH溶液；②能發生銀鏡反應；③核磁共振氫譜有三組峰，且峰面積之比為1∶1∶1的是

，

與氫氧化鈉溶液反應的化學方程式為

＋2HCOONa＋2H2O，則0.5mol該物質與足量的NaOH溶液反應，最多消耗4mol·L－1

NaOH溶液500mL。123456789101112(3)W是