有机物同分异构体数目的确定

化学圈李先生 2024-02-16 20:25:38

朱肖娟

确定同分异构数目可归纳为3种方法:“等效氢”法、“插入”法、“烷基组合”法。

一、“等效氢”法

适用于烷基、卤代烃、醇、醛、羧酸、甲酸某酯类及苯环上的位置异构。

1.因为烷基=烷烃-氢原子,所以烷烃分子中氢原子种类就对应烷基的结构数。

如:丁基-C4H9有4种结构,分别是:

2.—X、—OH、—CHO、—COOH、HCOO—均为一价基团,其相应化合物均可看作这些官能团代替烷烃分子中的氢原子,故其同分异构体也取决于氢原子种类,即“等效氢”问题。不同之处在于对于n碳有机物来说,卤代烃、醇类物质均是以n碳烷烃为基础,而醛、羧酸、甲酸酯类物质均以(n-1)碳烷烃为基础。如:C4H9Cl有4种结构;C4H10O属于醇的结构有4种;C4H8O属于醛的结构有2种;C4H8O2属于羧酸的结构有2种。

3.苯环上的位置异构

苯环上有取代基时,可视为取代基替代苯环上的-H,故取代基数目、种类及对应的位置异构体数目间的关系是:1个取代基,1种位置异构;2个取代基,3种位置异构(邻、间、对);3个取代基时有3种情况,分别是:3个不同取代基,10种位置异构 ;2个相同取代基1个不同取代基,6种位置异构;3个相同取代基,3种位置异构。

二、“插入”法(又称为“等效键”法)

适用于烯烃、炔烃、醚、酮、酯(除:甲酸某酯)类。这些官能团均为二价基团,其相应物质可视为官能团插入到烷烃的碳碳键之间。

如:4碳烯烃有2种碳架,3种结构,碳碳双键可位于编号位置:。4碳炔烃有2种,碳碳三键位于编号位置:。4碳醚有3种,醚键位置与4碳烯中碳碳双键位置相同。5碳酮须以4碳烷烃为基础,结构与4碳醚类似,故有3种结构。

三、“烷基组合”法

适用于醚、酮、酯类。先写醚键、酮羰基、酯基,再将剩余的碳以2个烷基的形式放于官能团两侧。如:4碳醚有3种,烷基组合为:(1+3)即—CH3与—C3H7组合(2种)和(2+2)即—C2H5与—C2H5组合(1种)。因为醚键羰基是对称的二价基,所以(3+1)组合与(1+3)组合重复,酯基则不同。如5碳酮有3种,5碳酯有9种。

四、例题解析

例题1 的同分异构体中满足下列条件的结构有__种(不考虑立体异构)。

a.苯环上连有4个取代基;

b.1 mol该物质最多能与3 mol NaOH完全反应。

解析 经分析可知,苯环侧链为3个酚羟基和1个—C3H7,借助“换元法”,其结构类似于苯环上3个取代基中的”2同1不同”形式,故有6种位置异构,又因为—C3H7有2种,故符合题意的结构种数为6×2=12。答案:12

例题2 (Ac—表示)的同分异构体中满足下列条件的结构有__种(不考虑立体异构);

a.苯环上有2个取代基,其中一个为氨基;

b.能与NaOH溶液反应

解析据题意,只能将CH3COO-异构,满足题意的物质类别有羧酸、酯,用—R表示—C6H4NH2,则:

(1)羧酸类,适用“等效氢”法。

因为—CH3只有1种—H,且—CH3与—NH2有邻、间、对3种位置关系,故有1×3=3种羧酸。

(2)“酯”类

(1)甲酸酯,适用“等效氢”法。同“(1)羧酸类”,有3种。

(2)其它“酯”。在R—C间插入酯基,有2种结构,即:RCOOCH3、ROOCCH3,再结合苯环上2个取代基的位置异构,故有2×3=6种。

综上所述,符合题意的异构体种数为3+3+6-1=11。答案:11

对于具体题目,需要根据所给物质的碳原子数、不饱和度及杂原子数首先分析官能团异构,再融合以上方法最终确定同分异构体数目。

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