2023版高三一輪總復(fù)習(xí)化學(xué)魯科版教案：第8章 第46講 同分異構(gòu)體與共面、共線問題分析(能力課)

1、PAGE PAGE 15第46講同分異構(gòu)體與共面、共線問題分析(能力課)1.了解同分異構(gòu)體的書寫和數(shù)目的確定。2.掌握限定條件下的同分異構(gòu)體的書寫規(guī)律與方法。3.掌握有機(jī)物分子中共線、共面原子數(shù)目的分析。同分異構(gòu)體的書寫與數(shù)目的確定1同分異構(gòu)體的書寫(1)同分異構(gòu)體的分類與書寫順序(2)幾種異類異構(gòu)體CnH2n(n3)：烯烴和環(huán)烷烴。CnH2n2(n4)：二烯烴和炔烴。CnH2n2O(n2)：飽和一元醇和飽和一元醚。CnH2nO(n3)：飽和一元醛、烯醇和環(huán)氧烷、飽和一元酮。CnH2nO2(n2)：飽和一元羧酸、飽和一元羧酸與飽和一元醇形成的酯等。CnH2n1O2N(n2)：氨基酸、硝基烷。(

2、3)芳香族化合物異構(gòu)體書寫若苯環(huán)上連有2個(gè)取代基，其結(jié)構(gòu)有鄰、間、對(duì)3種。若苯環(huán)上連有3個(gè)相同的取代基，其結(jié)構(gòu)有3種。若苯環(huán)上連有X、X、Y 3個(gè)取代基，其結(jié)構(gòu)有6種。若苯環(huán)上連有X、Y、Z 3個(gè)不同的取代基，其結(jié)構(gòu)有10種。2同分異構(gòu)體數(shù)目的確定(1)一元取代產(chǎn)物數(shù)目的判斷等效氫原子法：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(duì)稱位置的氫原子等效。如的一氯代烷有3種。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

3、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(duì)于二元取代物同分異構(gòu)體數(shù)目的判斷，可固定一個(gè)取代基的位置，再移動(dòng)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(shí)，各種情況結(jié)果相加即得同分異構(gòu)體的總數(shù)目。如的苯環(huán)上氫原子被C4H9取代所形成的結(jié)構(gòu)有12種。(5)組合法A(m種)與B(n種)連接形成AB結(jié)構(gòu)有mn種如C5H10O2的酯：HCOO與C4H9形成的酯有144種；CH3COO與C3H7形成的酯有

4、122種；C2H5COO與C2H5形成的酯有111種；C3H7COO與CH3形成的酯有212種， 共9種?！镜淅?】2甲基丁烷()的二氯代物有(不考慮立體異構(gòu))()A3種 B9種 C10種 D6種C當(dāng)兩個(gè)氯原子取代同一個(gè)碳原子上的氫原子時(shí)，有(CH3)2CHCH2CHCl2、(CH3)2CHCCl2CH3、CHCl2CH(CH3)CH2CH3，共3種；當(dāng)兩個(gè)氯原子取代兩個(gè)碳原子上的氫原子時(shí)有(CH3)2CHCHClCH2Cl、(CH3)2CClCH2CH2Cl、CH2ClCH(CH3)CH2CH2Cl、(CH3)2CClCHClCH3、CH2ClCH(CH3)CHClCH3、CH2ClCCl(

5、CH3)CH2CH3、(CH2Cl)2CHCH2CH3，共7種，所以共有3710種?！镜淅?】(2021全國(guó)甲卷，T36節(jié)選)化合物B()的同分異構(gòu)體中能同時(shí)滿足下列條件的有_(填標(biāo)號(hào))。a含苯環(huán)的醛、酮b不含過氧鍵(OO)c核磁共振氫譜顯示四組峰，且峰面積比為3221A2個(gè)B3個(gè)C4個(gè) D5個(gè)審題指導(dǎo)(1)根據(jù)要求進(jìn)行官能團(tuán)拆分：化合物B()中含有苯環(huán)、羧基和羥基，同分異構(gòu)體中能同時(shí)滿足下列條件：含苯環(huán)的醛、酮，則把羧基(COOH)拆分成CHO和OH；核磁共振氫譜顯示四組峰，說明有四種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，峰面積比為3221，說明這四種氫原子的個(gè)數(shù)比是3221，不含過氧鍵(OO)，說明有機(jī)物

6、分子中兩個(gè)氧原子不能直接以單鍵形式相連。(2)根據(jù)要求進(jìn)行碳骨架或者局部支鏈拼接根據(jù)化合物B的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式，把其中的側(cè)鏈CH2COOH拆分成CH2、CHO和OH的形式，或者拆分成和OH的形式。(3)搭建或組裝同分異構(gòu)體同分異構(gòu)體要求苯環(huán)上有四種氫原子，峰面積比為3221，苯環(huán)上有六個(gè)位置可以放置官能團(tuán)或支鏈，現(xiàn)在要求有四種氫原子，說明苯環(huán)上有兩個(gè)對(duì)稱點(diǎn)，苯環(huán)是平面正六邊形，則構(gòu)建一個(gè)對(duì)稱軸，按照要求可以寫出如下符合題意的結(jié)構(gòu)：、，故有4種。答案C限定條件下的同分異構(gòu)體書寫技巧 (1)確定碎片：明確書寫什么物質(zhì)的同分異構(gòu)體，該物質(zhì)的組成情況怎么樣，解讀限制條件，從性質(zhì)聯(lián)想結(jié)構(gòu)，將物質(zhì)分裂成一個(gè)個(gè)碎片

7、，碎片可以是官能團(tuán)，也可是烴基(尤其是官能團(tuán)之外的飽和碳原子)。(2)組裝分子：要關(guān)注分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，包括幾何特征和化學(xué)特征。幾何特征是指所組裝的分子是空間結(jié)構(gòu)還是平面結(jié)構(gòu)，有無(wú)對(duì)稱性；化學(xué)特征包括等效氫原子。同分異構(gòu)體數(shù)目的確定1下列有機(jī)物的種類(不含立體異構(gòu))數(shù)目判斷錯(cuò)誤的是()選項(xiàng)有機(jī)物同分異構(gòu)體數(shù)目A分子式為C5H10O2的酯10B分子式為C5H10，能使溴的四氯化碳溶液褪色5C分子式為C4H8O2，含有COOH2D分子式為C8H10的芳香烴4答案A2(2021泰安月考)有機(jī)物有多種同分異構(gòu)體結(jié)構(gòu)，其中含有苯環(huán)且屬于酯類的有()A2種 B3種C4種 D6種D由題目要求可知該有機(jī)物的同分

8、異構(gòu)體中應(yīng)具有酯基和苯環(huán)，和苯環(huán)相連的取代基可以是CH3和OOCH，存在鄰位取代、間位取代、對(duì)位取代三種，CH2OOCH或OOCCH3或COOCH3，共六種。3已知金剛烷的鍵線式結(jié)構(gòu)如圖所示。請(qǐng)回答：(1)金剛烷的分子式為_。(2)金剛烷的一氯代物有_種。(3)金剛烷的二氯代物有_種。解析(3)、。答案(1)C10H16(2)2(3)6限定條件下的同分異構(gòu)體的書寫與數(shù)目的確定4(2020全國(guó)卷，T36節(jié)選)化合物C()的同分異構(gòu)體中能同時(shí)滿足以下三個(gè)條件的有_個(gè)(不考慮立體異構(gòu)體)。含有兩個(gè)甲基；含有酮羰基(但不含C=C=O)；不含有環(huán)狀結(jié)構(gòu)(a)4 (b)6(c)8 (d)10其中，含有手性

9、碳原子(注：連有四個(gè)不同的原子或基團(tuán)的碳原子)的化合物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為_。解析C為，有2個(gè)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(gè)碳碳雙鍵，一個(gè)酮羰基，外加2個(gè)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，含有手性碳原子的為CH2=CHCH(CH3)COCH3()。答案c CH2=CHCH(CH3)COCH3()5已知G

10、的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為，同時(shí)滿足下列條件的G的同分異構(gòu)體數(shù)目為_種(不考慮立體異構(gòu))，寫出其中的一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為_。核磁共振氫譜為3組峰；能使溴的四氯化碳溶液褪色；1 mol該同分異構(gòu)體與足量飽和NaHCO3溶液反應(yīng)產(chǎn)生88 g氣體。解析說明滿足條件的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)具有高度對(duì)稱性；說明含有碳碳雙鍵；說明分子結(jié)構(gòu)中含有2個(gè)羧基，則滿足條件的G的所有同分異構(gòu)體為HOOCCH2CH=CHCH2COOH和。答案2HOOCCH2CH=CHCH2COOH、 (任寫一種)有機(jī)物分子中原子共線與共面分析1五種基本模型(1)分子中碳原子若以四條單鍵與其他原子相連(含有四面體結(jié)構(gòu)碳原子)，則所有原子一定不能共平面，如CH3

11、Cl、甲烷分子中所有原子一定不共平面，最多有3個(gè)原子處在一個(gè)平面上。(2)含有，至少6個(gè)原子一定共平面，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氫原子，如CH2=CHCl所得有機(jī)物中所有原子仍然共平面。(3)含有，至少12個(gè)原子一定共平面，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氫原子，所得有機(jī)物中所有原子也仍然共平面，如溴苯()。含有的對(duì)角線一定有4個(gè)原子共線，若用其他原子代替對(duì)角線上的任何氫原子，所得有機(jī)物苯環(huán)對(duì)角線上所有原子也仍然共線。即位于苯環(huán)上的12個(gè)原子共平面，位于對(duì)角線位置上的4個(gè)原子共直線。(4)含有CC，至少4個(gè)原子一定共線，乙炔分子中所有原子一

12、定共線，若用其他原子代替其中的任何氫原子，如HCCBr所得有機(jī)物中所有原子仍然共線。(5)含有結(jié)構(gòu)，至少4個(gè)原子一定共平面，甲醛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氫原子，如COCl2所得有機(jī)物中所有原子仍然共平面。2分析共線、共面應(yīng)注意的問題(1)要注意碳碳單鍵可以旋轉(zhuǎn)，而碳碳雙鍵、三鍵不能旋轉(zhuǎn)，如分子中苯的平面和乙烯的平面由連接的碳碳單鍵可能旋轉(zhuǎn)到同一平面上，也可能旋轉(zhuǎn)后不在同一平面上。若平面間被多個(gè)點(diǎn)固定，則不能旋轉(zhuǎn)，一定共平面。如分子中所有原子一定共面。(2)注意題目要求是“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

13、中所有碳原子一定共平面而所有原子一定不能共平面?！镜淅?(2020天津等級(jí)考，T9)關(guān)于的說法正確的是()A分子中有3種雜化軌道類型的碳原子B分子中共平面的原子數(shù)目最多為14 C分子中的苯環(huán)由單雙鍵交替組成 D與Cl2發(fā)生取代反應(yīng)生成兩種產(chǎn)物審題指導(dǎo)第1步：挖掘題干信息，確定結(jié)構(gòu)特點(diǎn)該有機(jī)物含有甲基、苯環(huán)和乙炔基。第2步：判斷有機(jī)物共面、共線問題的分析技巧(1)看清要求題目要求是“碳原子”還是“所有原子”，“一定”“可能”“最多”“共線”“共面”等)。(2)選準(zhǔn)主體凡出現(xiàn)碳碳雙鍵結(jié)構(gòu)形成的原子共面問題，以乙烯的結(jié)構(gòu)為主體，凡出現(xiàn)碳碳三鍵結(jié)構(gòu)形式的原子共線問題，以乙炔的結(jié)構(gòu)為主體，凡出現(xiàn)苯環(huán)結(jié)

14、構(gòu)形式的原子共面問題，以苯的結(jié)構(gòu)為主體。(3)準(zhǔn)確判斷碳碳單鍵及碳的四鍵原則是造成有機(jī)物原子不在同一平面的主要原因，其具體判斷方法如下：結(jié)構(gòu)中每出現(xiàn)一個(gè)飽和碳原子，則整個(gè)分子不再共面結(jié)構(gòu)中每出現(xiàn)一個(gè)碳碳雙鍵，至少有6個(gè)原子共面結(jié)構(gòu)中每出現(xiàn)一個(gè)碳碳三鍵，至少有4個(gè)原子共線結(jié)構(gòu)中每出現(xiàn)一個(gè)苯環(huán)，至少有12個(gè)原子共面注意：?jiǎn)捂I可以旋轉(zhuǎn)、雙鍵和三鍵不能旋轉(zhuǎn)。AA項(xiàng)，分子中有CH3(sp3)、 (sp2)、CCH(sp)，正確；B項(xiàng)，分子中共平面的原子數(shù)目最多為15，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，苯環(huán)不是單雙鍵交替組成，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，有機(jī)物中存在6種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，所以取代反應(yīng)生成的產(chǎn)物不止兩種，錯(cuò)誤。有機(jī)物原子共面

15、、共線的解題思路(1)“等位代換不變”原則?；窘Y(jié)構(gòu)上的氫原子，無(wú)論被什么原子替代，所處空間結(jié)構(gòu)維持原狀。(2)單鏈可以沿鍵軸旋轉(zhuǎn)，雙鍵和三鍵不能沿鍵軸旋轉(zhuǎn)。若平面間靠單鏈相連，所連平面可以繞鍵軸旋轉(zhuǎn)，可能旋轉(zhuǎn)到同一平面上也可能旋轉(zhuǎn)后不在同一平面上。(3)若平面間被多個(gè)點(diǎn)固定，且不是單鏈，則不能旋轉(zhuǎn)，一定共平面。(4)拆分原則。可把復(fù)雜的構(gòu)型拆分為幾個(gè)簡(jiǎn)單構(gòu)型，再分析單鏈旋轉(zhuǎn)時(shí)可能的情況。1某有機(jī)物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為，關(guān)于該有機(jī)物的空間構(gòu)型的說法中正確的是()A該分子中所有的碳原子均可能處于同一平面上B該分子中一定共面的碳原子數(shù)至少為8個(gè)C該分子中至少有9個(gè)碳原子處于同一條直線上D該分子中可能處于同一

16、平面的原子總數(shù)最多為16個(gè)B將此有機(jī)物中部分碳原子按如圖所示編號(hào)，其中1、2、3、8號(hào)這4個(gè)碳原子不可能在同一平面上，故A錯(cuò)誤；該分子中，碳碳三鍵中的3、4號(hào)碳原子與碳碳雙鍵中的5、6號(hào)碳原子一定在同一平面上，與3號(hào)碳原子相連的2號(hào)碳原子一定在這個(gè)平面內(nèi)，與6號(hào)碳原子相連的苯環(huán)上的碳原子以及7號(hào)碳原子一定在同一平面內(nèi)，故在同一平面內(nèi)的碳原子數(shù)最少是8個(gè)，故B正確；乙炔中所有原子共直線，故最多有4個(gè)碳原子在同一條直線上，故C錯(cuò)誤；2、3、4、5、6、7號(hào)碳原子以及苯環(huán)上所有的原子都可能在同一平面內(nèi)，故可能處于同一平面的原子數(shù)大于16個(gè)，故D錯(cuò)誤。2如圖所示的轉(zhuǎn)化是合成抗組胺藥物的中間過程之一，下

17、列說法正確的是()AL的分子式為C13H11OBM能發(fā)生消去反應(yīng)CN中所有原子可能處于同一平面DL、M、N均能與Na反應(yīng)生成H2B根據(jù)L的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可知，L的分子式為C13H12O，A錯(cuò)誤；化合物M中有羥基和碳鹵鍵，與羥基(或鹵原子)相連的C的相鄰C上有H，可以發(fā)生消去反應(yīng)，B正確；化合物N中有sp3雜化的C，(圖中箭頭所指：)，這些C在空間形成以C為中心的四面體結(jié)構(gòu)，故所有原子不可能處于同一平面，C錯(cuò)誤；L和M中含有羥基，可以與Na反應(yīng)生成H2，但N中的官能團(tuán)只有碳鹵鍵和醚鍵，均不能與Na反應(yīng)，D錯(cuò)誤。3(2021溫州高三二模)有關(guān)的說法不正確的是()A分子中至少有8個(gè)碳原子共平面B分子中含1

18、個(gè)手性碳原子C酸性條件下加熱水解有CO2生成D與足量NaOH溶液完全反應(yīng)后生成的鈉鹽有2種C苯環(huán)上的6個(gè)碳原子，以及與苯環(huán)直接相連的2個(gè)碳原子一定共面，單鍵可以旋轉(zhuǎn)，所以其余碳原子不一定共面，即分子中至少有8個(gè)碳原子共平面，A正確；連接四個(gè)不同原子或原子團(tuán)的碳原子為手性碳原子，該分子中只有六元環(huán)中連接五元環(huán)中氮原子的碳原子為手性碳原子，B正確；該分子中含有酰胺鍵，可以水解，但水解產(chǎn)物中沒有碳酸，即不會(huì)有CO2生成，C錯(cuò)誤；酰胺鍵可以水解產(chǎn)生羧基，羧基可以和NaOH反應(yīng)，該物質(zhì)與足量NaOH溶液完全反應(yīng)后生成、兩種鈉鹽，D正確。4請(qǐng)把下列物質(zhì)中一定共面的碳原子數(shù)分別填在橫線上。_個(gè)，CH3CCH

19、_個(gè)，答案3388810111(2021河北選擇性考試，T8)苯并降冰片烯是一種重要的藥物合成中間體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式如圖。關(guān)于該化合物，下列說法正確的是()A是苯的同系物B分子中最多8個(gè)碳原子共平面C一氯代物有6種(不考慮立體異構(gòu))D分子中含有4個(gè)碳碳雙鍵B苯并降冰片烯與苯在組成上不是相差若干個(gè)CH2原子團(tuán)，結(jié)構(gòu)上也不相似，故二者不互為同系物，A錯(cuò)誤；由題給苯并降冰片烯的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可知，苯環(huán)上的6個(gè)碳原子與苯環(huán)相連的2個(gè)碳原子共平面，則該分子中最多8個(gè)碳原子共平面，B正確；苯并降冰片烯的結(jié)構(gòu)對(duì)稱，其分子中含有5種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，則其一氯代物有5種，C錯(cuò)誤；苯環(huán)中含有的碳碳鍵是介于碳碳單鍵和碳碳雙

20、鍵之間特殊的共價(jià)鍵，故1個(gè)苯并降冰片烯分子中含有1個(gè)碳碳雙鍵，D錯(cuò)誤。2(雙選)(2021山東等級(jí)考，T12)立體異構(gòu)包括順反異構(gòu)、對(duì)映異構(gòu)等。有機(jī)物M(2甲基2丁醇)存在如圖轉(zhuǎn)化關(guān)系，下列說法錯(cuò)誤的是()AN分子可能存在順反異構(gòu)BL的任一同分異構(gòu)體最多有1個(gè)手性碳原子CM的同分異構(gòu)體中，能被氧化為酮的醇有4種DL的同分異構(gòu)體中，含兩種化學(xué)環(huán)境氫的只有1種AC在濃硫酸作催化劑并加熱條件下發(fā)生消去反應(yīng)生成或，N與HCl發(fā)生加成反應(yīng)生成L，L能發(fā)生水解反應(yīng)生成M，則L的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為都不存在順反異構(gòu)，故A錯(cuò)誤；手性碳原子是指與四個(gè)各不相同原子或原子團(tuán)相連的碳原子，L的同分異構(gòu)體結(jié)構(gòu)及手性碳原子(用*標(biāo)

21、記)為，任一同分異構(gòu)體中最多含有1個(gè)手性碳原子，故B正確；當(dāng)與羥基相連的碳原子上只有1個(gè)氫原子時(shí)，醇發(fā)生催化氧化反應(yīng)生成酮，羥基取代戊烷同分異構(gòu)體中含有2個(gè)氫原子的碳原子上的1個(gè)氫原子即滿足條件，滿足條件的結(jié)構(gòu)有，共3種，故C錯(cuò)誤；連接在同一碳原子上的氫原子等效，連接在同一碳原子上的甲基等效，由B項(xiàng)可知，L的同分異構(gòu)體中，含有兩種化學(xué)環(huán)境的氫原子的結(jié)構(gòu)為，故D正確。3(2021廣東選擇性考試，T21節(jié)選)天然產(chǎn)物()的芳香族同分異構(gòu)體中，同時(shí)滿足如下條件的有_種，寫出其中任意一種的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：_。條件：a)能與NaHCO3反應(yīng)；b)最多能與2倍物質(zhì)的量的NaOH反應(yīng)；c)能與3倍物質(zhì)的量的Na發(fā)生放出H2的反應(yīng)；d)核磁共振氫譜確定分子中有6個(gè)化學(xué)環(huán)境相同的氫原子；e)不含手性碳原子(手性碳原子是指連有4個(gè)不同的原子或原子團(tuán)的飽和碳原子)