有機物同分異構體書寫中的辯證關系探究

王興鋒

摘 要：有機物同分異構體的書寫，需要對碳原子和氫原子在有機物結構中的辯證關系有清晰的認識：碳原子和氫原子好比樹木的主干和樹木的葉子。有機物的同分異構體書寫應先有主干碳架，再有枝葉氫原子。復雜有機物的同分異構體的書寫，要找不變的結構因素和變化的結構因素，不變的結構因素先寫，變化的結構因素后寫。

關鍵詞：高中化學;偶然性;條理性;碳架;主干;枝葉

中圖分類號：G633.8 文獻標志碼：A文章編號：1008-3561（2021）09-0096-02

有機物同分異構體的書寫是高中化學的重點，也是高考的熱點，在全國卷選擇題中經常出現(xiàn)，掌握其書寫規(guī)律，對提升學生考試成績尤為重要。對此，高中化學課程標準的基本要求是：通過同分異構體的書寫體會原子的連接順序、空間構型、成鍵方式上的變化，知道有機物存在構造異構和立體異構。本文結合教學實踐，對有機物同分異構體書寫中的辯證關系進行探究。

一、有機物同分異構體書寫中碳原子與氫原子的辯證關系

有機物主要是一類含碳的化合物，碳原子和氫原子是構成有機物的主體，認清碳原子和氫原子在結構中的辯證關系尤為重要。從碳原子和氫原子的原子結構上看，碳原子的最外層有4個電子，這4個電子都可以與其他原子的未成對電子配對，形成共用電子對，形成4個共價鍵。氫原子只有1個未成對電子，只能形成1個共價鍵。這就決定了氫只能連接在有機物結構的末端位置，主體結構被碳和其他原子占據(jù)。這就好比樹木，樹葉總是長在樹干上一樣。因此，有機物同分異構體的書寫應先寫“碳架”，然后按照四價原則加上一定數(shù)目的氫原子。例如，寫出分子式為C6H14的同分異構體結構簡式。思路：先寫“碳架”后加氫原子，“碳架”的書寫要在主碳架的基礎上逐步加“枝條”（支鏈），通過逐步在主干上添加枝條，形成“碳架”的不同變化。（篇幅所限，圖略）1）無支鏈C-C-C-C-C-C，2）有一個支鏈：，3）有兩個支鏈：

這樣就可以得到5種碳骨架，然后按照碳的四價原則添加氫原子就可以了。寫C6H12的同分異構體，由于分子中比烷烴少2個氫原子，有兩個碳原子各有1個電子未配對成鍵，因此分子結構中應有一個環(huán)狀結構或一個碳碳雙鍵。碳氫關系規(guī)律總結：先寫碳后寫氫，有環(huán)狀氫少二，有雙鍵氫少二，有三鍵氫少四，有苯環(huán)氫少八。（雙鍵包含碳氧雙鍵）

二、烴的衍生物同分異構體書寫要分析烴的衍生物官能團的特點，羥基、醛基、羧基不能接在碳鏈中間

（1）鹵代烴、醇、芳香族化合物取代基可在碳架上變換位置，因此應先寫碳架，然后在碳架上添加官能團或取代基。例如，寫出分子式為C5H12O屬于醇的同分異構體。思路：（在這里一定要認真審題，是屬于醇的異構體）先寫出碳架，再寫官能團羥基，最后加入氫原子。

碳架有三種A. ? ?B. ? C.

在這三種碳架上加入醇的官能團羥基后，碳架A上可以形成三種同分異構體，碳架B上可以形成四種同分異構體，碳架C上只形成一種同分異構體。寫出分子式為C4H8Cl2的同分異構體。思路：先寫出碳骨架，分兩種情況：一是在同一碳原子上接入兩個氯原子;二是在不同碳原子上分別接入兩個氯原子，最后按照四價原則加入氫原子。

碳架有兩種：A.B.

在碳架A中，同一碳原子上連接兩個氯原子，可以連出兩種，將氯原子分開連在不同碳上可有①②、①③、①④、②③四種連接方法。在碳架B中：同一碳原子上連接兩個氯原子，只能連出一種，將氯原子分開連在不同碳原子上可有①②、①③兩種連接方法。

（2）醛和羧酸官能團醛基和羧基不能連接在碳架的中間，只能接在末端碳原子上，它的書寫可以讓官能團在碳架的末端變化，也可以確定官能團讓碳架變化，最后再加入氫原子。例如，寫出C4H8O屬于醛的同分異構體。思路：先寫醛基，然后在醛基上連接剩余碳原子，最后加入氫原子。剩余3個碳原子有兩種碳架形式，所以C4H8O屬于醛的同分異構體有兩種。

（3）酯的結構中，酯基處在結構的中心，剩余碳原子在酯基的兩邊發(fā)生碳原子數(shù)目的增減和碳架的變化。酯同分異構體的書寫方法，應先確定中心基團酯基，然后在官能團酯基的兩端分配不同數(shù)目的碳原子，如果分配的碳原子數(shù)目≥3個，就要進行碳架變化調整，最后加入一定數(shù)目的氫原子。例如，寫出C4H8O2屬于酯的同分異構體。思路分析：先寫出酯基，然后在酯基的左右兩端按[1 2]、[2 1]、[0 3]、[3 0]分配碳原子，其中含3個碳的要進行碳骨架的變化，最后添加氫原子。[1 2]分配碳原子 ，[2 1]分配碳原子，[0 3]分配碳原子，酯基的右邊出現(xiàn)碳架異構 。[3 0]分配碳原子，結構中出現(xiàn)羧基，是酸的結構。

所以，C4H8O2屬于酯的同分異構體有4種。

三、限定條件的同分異構體的書寫，要把握限定的條件要素，根據(jù)條件找不變的因素和變化的因素，然后調整變化因素進行書寫

下面，筆者以2019高考真題為例進行分析。

1.[2019新課標Ⅰ卷]

有機同分異構體_____。（不寫立體異構） 限定條件：具有六元環(huán)狀結構;能夠發(fā)生銀鏡反應。思路分析：此題共有8個碳原子，題目要求六元環(huán)結構、并能發(fā)生銀鏡反應，也就是說主體結構是六元環(huán)，變化的是環(huán)外的醛基。六元環(huán)外可以連接一個支鏈，也可以是兩條支鏈。兩條支鏈可以在六元環(huán)上不同碳原子上領、間、對的變化，也可以接在同一個碳原子上。寫出的結構有6種。（篇幅所限圖略）

2.[2019新課標Ⅱ卷]

的二氯代物有多種結構，請寫出它異構體的結構簡式_____。

限定條件：能發(fā)生銀鏡反應;有三種不同化學環(huán)境的氫，個數(shù)比321;芳香族化合物。思路分析：題目限定了芳香族化合物，可發(fā)生銀鏡反應說明主體結構是苯環(huán)，且在環(huán)外有醛基。根據(jù)氫譜分析峰面積比為321，峰面積為3的是含有3個氫原子的甲基，峰面積為2的只能是苯環(huán)上的氫原子對稱分布，峰面積為1的是含有1個氫原子的醛基。（篇幅所限圖略）

3.[2019新課標Ⅲ卷]

同分異構體結構簡式_____。（含有苯環(huán)的）限定條件為：在氫譜圖象中，它的峰面積比值是為126;有機物與足量金屬鈉反應可生成氫氣，有機物與氫氣的物質的量比值為11。思路分析：含有苯環(huán)給出了有機物的主體結構，1 mol的該有機物與足量金屬鈉反應可生成1 mol的氫氣說明結構中含有羥基，從量的關系上看含有兩個羥基，從氫原子126的分布來看這兩個羥基在苯環(huán)上對稱分布，氫原子為6的應該為兩個甲基對稱分布在苯環(huán)上。（篇幅所限圖略）

4.[2019江蘇]

寫出的一種同分異構體_____。限定的條件：遇FeCl3的水溶液使溶液顏色變?yōu)樽仙?在氫氧化鈉溶液中會水解，然后用硫酸酸化處理，含苯環(huán)的產物中對于不同的化學環(huán)境氫原子數(shù)目比為11。思路分析：與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應說明該有機物的主體結構有酚羥基，水解又酸化處理后，苯環(huán)上不同類型氫原子的比值為11，說明水解后苯環(huán)上有三個間位羥基，其中的羥基決定了酯基的連接形式。（篇幅所限圖略）

總之，有機物同分異構體的書寫一定要認清結構中的辯證關系，分清主次，要先寫碳架后寫支鏈;在書寫過程中，要分清楚變化的結構和不變的部分，先書寫不變的，后寫變化的;如果題目中有對結構的限制條件，就要在限制條件的基礎上對可能的結構進行刪減。

參考文獻：

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