同分异构体的种类
1.碳链异构:是指由于碳原子的排列顺序不同而引起的同分异构现象。如:正丁烷和异丁烷。
2.官能团位置异构:是指由于官能团取代的位置不同而引起的同分异构现象。 如1-丁烯和2-丁烯,1-丙醇和2-丙醇
3.类别异构 (官能团异构):是指由于官能团的不同而引起的同分异构现象。如丙醛和丙酮,乙酸和甲酸甲酯。
三、同分异构体的书写规律
同分异构体的书写是有一定规律性的,按一定顺序来书写的,不是随意的拆分与组合。一般先判断有无类别异构,然后对每一类先写碳链异构,再写官能团位置异构,这样不容易漏写或重复。或是先写碳链异构,再写位置异构,最后写官能团异构。
(一)、碳链异构的书写
1. 主链由长到短,短至主链碳原子数目不得少于或等于全部碳原子数的二分之一。
2. 支链的大小由整到散。
3. 支链的位置由“心”到“边”(末端碳原子除外)。
4. 支链的排布由相“对”,相“邻”到相“间”。
例1:分子式为c7h16的所有同分异构体的结构式(为清楚从简只用碳的骨架表示)
分析:可按上述方法
1. 先写出最长为七个碳原子的主链:
c─c─c─c─c─c─c (1)
2. 后写出少一个碳原子的直链作主链,把取下来的一个碳原子作为支链加到直链上,并由“心”到“边”地依次变动位置:
3. 再写出少两个碳原子的直链,把取下来的两个碳原子作为支链加在这一直链上,先“整”加一个乙基,后“散”加两个甲基。添加这些取代基时注意由“心”到“边”和由“对”、“邻“到“间”:
4. 取下三个碳原子,其余的四个碳原子(其数目大于全部碳原子数目的二分之一),还可组成“主链”。但此时取下的三个碳原子再无“整”的可能,而只能“散”了。
最后用氢原子补足碳原子的四个价键。即c7h16只可能有上述九种同分异构体
(二)链端官能团(如卤原子、羟基、醛基、羧基、硝基、氨基等)的同分异构体的书写
1. 取代法
该法的实质是将同分异构体看作是由官能团取代烃中的不同氢而形成的,书写时首先写出有机物的碳链结构,然后利用“等效氢”规律判断可以被取代的氢的种类,一般有几种等效氢就有几种取代位置,就有几种同分异构体。该法适合于卤代烃、醇、醛和羧酸等有机物同分异构体的书写。
等效氢规律是:同一碳上的氢是等效的;同一碳上所连的甲基上的氢是等效的;处于镜面对称位置上的氢是等效的。
例2. 写出分子式为 的醇的同分异构体
解析:(1)先不考虑羟基,写出 的同分异构体,共有三种碳链结构(h已省略)
(2)利用等效氢规律,判断各种碳链结构中可被取代的氢的种数(序号相同的是等效氢)
(3)用 取代不同种h,得到醇的各种同分异构体。(略)
2. 丁基法
醇、醛、酸、卤代烃等类烃的衍生物,均可表示为r-a(r为烃基,a为官能团或指定原子团)的形式,则其同分异构就是烃基r-变化造成的,r-的种数即为其同分异构体数,因此凡是可看成r-a形式的有机物同分异构体,只要考虑烃基r-的种数即可。高考中考丁基的情况特多,所以称此种书写同分异构体的思想方法为丁基法。其中丙基(-c3h7)两种、丁基(-c4h9)四种、戊基(-c5h11)八种、己基(-c6h13)十七种。
例4. 写出对位上有 的苯胺的可能有的同分异构体。
解析:据题意,可把 作为一个指定原子团,属于连接到烃基上的一类。
因丁基 共有四种:
故对位上有 的苯胺同分异构体共有4种。
(三)链中官能团(如碳碳双键、酯基等)的同分异构体的书写
1. 插入法
该法适合于酯、醚、酮、烯、炔等官能团镶在碳链中的有机物同分异构体的书写。
方法是:先将官能团拿出,然后写出剩余部分的碳链结构,再利用对称规律找出可插入官能团的位置,将官能团插入。注意,对称位置不可重复插入。
例2. 写出分子式为 属于酯的同分异构体
解析:(1)将酯键 拿出后,剩余部分有两种碳链结构:
(2)利用对称规律可判断出各种碳链结构中可插入位置。如上注意 不仅可插在 键间,也可插在 键间形成甲酸酯。
(3) 插入。注意,酯键在 键间插入时可正反插入,但对称结构处将重复,例如: 中①位置就是对称点,正反插时重复:
、 而在②位正反插入时,得两种酯。
(4)将 插在 键间时,只能是 中c连h,不可o接h,否则成酸,如, 是酸,而 是甲酸丁酯。
(四)其他方法
1. 基团组装法
有的题是给出组成有机物的各种基团,要求按题意推出有机物的可能结构种类或结构简式,这类题用基团组装法解较简便。
例3. 某链烃每个分子中都含有下列基团:
。若它们的个数分别为2、2、3、1,请写出该烃可能的结构简式。
分析:(1)确定其团等级。含一个游离键的为一价级,如 含两个的为二价级,如 依次类推。
(2)按级别,由高到低连接基团,连完高价级再连低价级,最后以一价级封顶。
①两个三价级相连:
②连入两个二价级,有两种方式:
③一价级封顶,共5种方式:
;
2. 定一议二法
含有两个或两个以上取代基的同分异构体书写,若只凭想象写很容易造成重、漏现象。不如先将所有取代基拿下,分析母体对称性找出被一个取代基取代的产物种类,然后再分析各种一取代物的对称性,看第二个取代基可进入的位置,……,直至全部取代基都代入。
例5. 有一化合物萘( ),若其两个原子被一个cl原子和一个 取代,试写出所得到的同分异构体的结构简式。
分析:(1)分析萘分子结构的对称性:
可见萘的一取代位置有两个,所以一氯(或一硝基)取代物有两种 。
(2)分析萘的一氯代物的对称性,发现均无对称关系,各有7个不同位置可代入 ,所以其同分异构体共有14种(结构简式略)。
3. 等价代换法
代换法就是用相关联的等量关系或对应因子代替,进行推理分析或计算的方法,如果用以解答某些同分异构题,便会迅速得出结构。
例7. 已知分子式为 的物质a的结构简式为 ,a苯环上的二溴代物有九种同分异构体,由此推断a苯环上的四溴代物的同分异构体有几种?
解题思路:二溴代物的苯环上有2个 ,4个h;而四溴代物的苯环上连的是2个h,4个 ,若把四溴代物的h换成 , 换为h,恰好为四溴代物,故四溴代物的同分异构体也必有9种。
同分异构体书写方法很多,试题不同方法也随之改变,遇到不同的题型方法就要灵活变通,但是不管题型如何变化,书写同分异构体根本是有序性和对称性,这样可以大大提高解题的准确率。