同分异构体数目判断四法

同分异构体数目判断四法

同分异构体是指具有相同的分子式，但具有不同结构式的化合物。同分异构体数目的判断是有机化学中的一个难点，下面介绍四种常见的判断方法。 一、等效氢法

要点：①同—C 上的H 是等效的；②同—C 上所连的分子中处于轴对称或中心对称位置上的H 是等效的。

例1 化合物数目为（ ）种。

解析：

有两条对称轴即

，所以

有两种一氯代物即

和

中，若两个H 被一个

和一个

取代，则得到的同分异构体上的H 是等效的；③同一

，而这两种一氯代物都没有对称轴，所以从中再插入一个硝基各有7种，故共有14

种。

二、不饱和度法

不饱和度又称缺氢指数，即是将有机物分子与碳原子数相等的烷烃相比较，每减少2个氢原子，则有机物的不饱和度增加1，用表示。若有机物为含氧化合物，因为氧为二价，C=O与C=C“等效”，所以在进行不饱和度计算时可不考虑氧原子。至于有机物分子中的卤素原子，可视为氢原子。

例2 化学式为

，且遇

溶液呈紫色的芳香族化合物的数目是（ ）种。

解析：首先确定而个

的不饱和度，由题中知其为芳香族化合物，

和一

的不饱和度即为4，所以，

上连接一个

除苯环外，其他都是饱和的，即还有一个和一个

，有邻、间、对三种位置，故这类芳香族化合

物的数目为3种。

三、优先组合法

不同基团的连接组合方法：①定中心，连端基；②插桥梁基例3 已知某有机物的化学式为，和1个

，结构中有2个

，2个

，定结构。

，1

个

，写出其可能的结构。

解析：首先定中心，连端基：即分为两个

和1

个

和

种，即

和

，再插入桥梁基，2个。两个

；1个

。

可

的插法有两种，即

的插法有两

四、换元法

例4 已知二氯苯的同分异构体有3种，从而推断四氯苯的同分异构体有（ ）种；一氯戊烷有8种同分异构体，则戊醇属于醇类的同分异构体有（ ）种。

解析：苯只有1种等效氢共6个，从6个中选2个与从6个中选4个完全相同，所以二氯苯的同分异构体有3种，四氯苯的同分异构体也有3种。同理：把一氯戊烷中的氯换成醇中的

一. 书写同分异构体的一个基本策略

1. 判类别：据有机物的分子组成判定其可能的类别异构(一般用通式判断) 。

2. 写碳链：据有机物的类别异构写出各类异构的可能的碳链异构。一般采用“减链法”，可概括为：写直链，一线串；取代基，挂中间；一边排，不到端；多碳时，整到散。即①写出最长碳链，②依次写出少一个碳原子的碳链，余下的碳原子作为取代基，找出中心对称线，先把取代基挂主链的中心碳，依次外推，但到末端距离应比支链长，③多个碳作取代基时，先做一个，再做两个、多个，依然本着由整大到散的准则。

3. 移官位：一般是先写出不带官能团的烃的同分异构体，然后在各余碳链上依次移动官能团的位置，有两个或两个以上的官能团时，先上一个官能团，依次上第二个官能团，依次类推。

4. 氢饱和：按“碳四键”的原理，碳原子剩余的价键用氢原子去饱和，就可得所有同分异构体的结构简式。

按“类别异构—碳链异构—官能团或取代基位置异构”的顺序有序列举的同时要充分利用“对称性”防漏剔增。

二．确定同分异构体的二个基本技巧

1. 转换技巧——适于已知某物质某种取代物异构体数来确定其另一种取代物的种数。此类题目重在分析结构，找清关系即找出取代氢原子数与取代基团的关系，不必写出异构体即得另一种异构体数。

，即得戊醇属于醇类的同分异构体有8种。

2. 对称技巧—--

适于已知有机物结构简式，

确定取代产物的同分异构体种数，判断有机物发生取代反应后，能形成几种同分异构体的规律。可通过分析有几种不等效氢原子来得出结论。

①同一碳原子上的氢原子是等效的。

②同一碳原子上所连甲基上的氢原子是等效的。

③处于镜面对称位置上的氢原子是等效的(相当于平面镜成像时，物与像的关系) 。

三. 书写或判断同分异构体的基本方法

1．有序分析法

例题1 主链上有4个碳原子的某烷烃，有两种同分异构体，含有相同碳原子数且主链上也有4个碳原子的单烯烃的同分异构体有

A ．2种 B．3种 C.4种 D。5种

解析：根据烷烃同分异构体的书写方法可推断，主链上有4个碳原子的烷烃及其同分异构体数分别为：一个甲基(1种) ；两个甲基(2种) ；三个甲基(1种) ；四个甲基(1种) 。所以符合此条件的烷烃的碳原子数为6个。故含有相同碳原子数且主链上也有4个碳原子的单烯烃有：

共4种。故答案为C 项。

注意：(1)含官能团的开链有机物的同分异构体一般按“类别异构—碳链异构—官能团或取代基位置异构”的顺序有序列举，一定要充分利用“对称性”防漏剔增。

(2)碳链异构可采用“减链法” ，此法可概括为“两注意、四句话”。两注意：①选择最长的碳链为主链；②找出中心对称线。四句话：主链由长到短(短不过三) ，支链由整到散，位置由心到边(但不到端) ，排布由对到邻到间(对、间、邻„) 。 (3)苯的同系物的同分异构体的判断技巧主要把握以下两个方面。①烷基的类别与个数，即碳链异构。②烷基在苯环上的位次，即位置异构：如果是一个侧链，不存在位置异构；两个侧链存在邻、间、对三种位置异构；三个相同侧链存在连、偏、均三种位置异构。

2．等效氢法

例题2 分子式是C 8H 10苯的同系物在苯环上的一硝基取代物的同分异构体共有多少种？

解析 判断有机物发生取代反应后生成同分异构体数目，可采用“等效氢法”，即找出该有机物分子中有多少种“等效氢原子”，具体分析如下：

，

共计9种。又例如：

3．背景转换法（排列组合法）

依据：烃分子中若有n 个氢原子，其中m 个氢原子被取代的产物数目与( n -m)个氢原子被同一原子或原子团取代的产物数目相等。

例题4 已知萘的n 溴代物和m 溴代物的种数相等，则n 与 m(m≠n) 的关系是 A．m+n=6 B．m+n=4 C．m+ n= 8 D．无法确定

解析：解题过程要避免犯策略性的错误，相当多的同学按照常规思维方式思考：根据萘的结构利用等效H 原子的方法判断知道，它的一溴代物有2种、二溴代物有10种、„„六溴代物有10种、七溴代物有2种，再利用数学的不完全归纳法才发现同分异构体数目相等时的m 与n 的定量关系：1+7=8，2+6=8，„„m+n=8,用了好长时间才确定答案为C 。也有部分同学因为书写或判断同分异构体的复杂性，不到终点就放弃作答。

聪明的同学会见机行事，变“正面强攻”为“侧面出击”，迅速转换思维的角度和思考的方向。正确的思路是：从萘的分子式C 10H 8出发，从分子中取代a 个H 原子（C 10H 8-a Br n ）与取代8-a 个H 原子（C 10H n Br 8-a ）的同分异构体数目应该是相等的，因为对C 10H 8-a Br a 若观察的是个Br 的位置，而对C 10H n Br 8-a 则转化为观察a 个H 的位置关系了。

从数学角度思维可使用排列组合的方法：C 8

a

=C88-a （因为C m n =Cm m-n ）。

解答本题的策略在于等价变通，例如CH 2=CHCl与CCl 2=CHCl C 5H 11Cl 与C 5H 12O 的醇等的关系都是同分异构体数目相等。

解题思维策略对完成条件向结果转化和实现解题起着关键性的作用。策略性错误主要是指解题方向上的偏差，造成思维受阻或解题过程中走了弯路，费时费事，还不一定能够做对。

4．烷基异构规律法

例题5 能和金属钠反应，分子组成为C 4 H 100的同分异构体有 ( ) A．4种 B．5种 C．6种 D．7种

解析

思维模式：烷 烷基 烷的一元取代物

C 3H 89 （1种） -C 3H 7（2种） 2种 C 4H 10 （2种） -C 4H 9 （4种） 4种 C 5H 12 （3种） -C 5H 11（8种） 8种

注意：烷基的种类数是对应的烷的所有同分异构体分子中的所有等效H 原子的

加和。当丁基与任何原子或原子团连接时都会因丁基的不同产生4种结构。因此，分子式为C 4H 9Cl 的卤代烃、分子式为C 4H l0O 的醇、分子式为C 5H l0O 的醛、分子式为C 5H l0O 2的羧酸及分子式为C 10H 14且只有一个侧链的芳香烃都有4种同分异构体。能与钠反应且分子式为C 4H l0O 的有机物为丁醇，根据丁基异构规律可推知，符合条件的异构体有4种。故答案为A 项。 例题6 -C4H 9丁基有4种异构体，①问饱和卤代烃C 4H 9X 有多少种异构体；②醇C 4H 90H 有几种? ③C 5H 1002属于酯的同分异构体有几种

解析 可理解为-C 4H 9有几种异构体，所以①C 4H 9X 相当于C 4H 9-X 有4种异构体；②C4H9OH(属醇的结构) 相当于C 4H 9-0H ，同理推得有4种醇的异构体。

同样在苯的同系物范围内有四种异构体。C 5H 10O （属于醛的异构）相当与C 4H 9-CHO ，也有4种同分异构体；同理，C 5H 10O 2的羧酸，即是C 4H 9-COOH ，因而属于酸的同分异构体有4种同分异构体

③C 5H 10O 2属于酯类的同分异构体可以这样理解：类似与HCOOC 4H 9的有4种，CH 3COOC 3H 7的有2（-C 3H 7有2种），C 2H 5COOC 2H 5的只有1种，C 3H 7COOCH 3的有2种，共计有9种。

5. 二元取代物同分异构体的“定一变一，注意重复”法

例题7 判断二氯蒽的同分异构体有几种?

解析: 烃的二元取代物的判定的基本思路是:“定一变一，注意重复”。对于蒽结构中

第一氯原子的位置可选在图中蒽结构式中对称轴的一侧表示：，这样可以得到

三种一氯蒽：

在此基础上再考虑二氯蒽的同分异构体，此时另一个氯原子的位置可以用序号表示，以计算同分异构体的种类数

，共计15种。

6．特殊关系法

例8某烃的一种同分异构体只能生成1种一氯代物，该烃的分子式可以是( )

解析:思维方式一--先按照书写的基本策略熟练列举出对应烷的同分异构体, 再依据等效H 原子的方法判断出起一元取代物的同分异构体数目; 思维方式二

-----逆向思考, 若只有一种一元取代物, 则对应的烷中只会有一种H 原子, 而烷的任何结构中都必含甲基, 因此它的结构中H 原子应该全部以甲基的形式存在, 故烷的分子式中的H 原子总数一定是3的整数倍. 显然答案为C 。

7．不饱和度法

例题9 A 、B 两种有机化合物，分子式都是C 9H 1102N 。

(1)化合物A 是天然蛋白质的水解产物，光谱测定显示，分子结构中不存在甲基(-CH3) 。化合物A 的结构式是 。

(2)化合物B 是某种分子式为C 9H 12的芳香烃硝化后的惟一产物(硝基连在苯环上) 。化合物B 的结构式是___________。

解析 不饱和度又称缺氢指数。有机物分子中与碳原子相等的开链烷烃相比较，每减少

2个氢原子，则有机物的不饱和度增加1，用Ω表示。对于有机物C x H y 0z ，其Ω=

。

若含有氮原子，每有一个氮原子增加O ．5个不饱和度；当Ω=1时，分子结构中含有一个C=O键或C=C键或单键构成的环；当Ω≥4时，分子结构中含有苯环的可能性极大。

(1)由分子式可计算其Ω=+0.5=5,则A 中有苯环，且A 是天然蛋白质水解的

产物(a一氨基酸) ，分子中无甲基，据此可推知A 的结构为

(2)B与A 属类别异构，应为硝基芳烃，故符合条件的B 的结构为

8．命名法

例题10 一氯丁烯(C4H 7C1) 的同分异构体只有8种，某学生却写了如下10种：

_

其中，两两等同的式子是_________和_________，__________和________。

解析 对给出的结构式用系统命名法命名，若分子式相同名称也相同，则属同一物质；若分子式相同名称不同，则两者互为同分异构体。

用系统命名法对给出的结构命名。A ：1-氯-1-丁烯，B ：2-氯-1-丁烯，C ：3-氯-1-丁烯，D ：4-氯-1-丁烯，E ：1-氯-2-丁烯，F ：2-氯-2-丁烯，G ：2-氯-2-丁烯，H ：1-氯-2-甲基-1-丙烯，I ：3-氯-2-甲基-1-丙烯，J ：3-氯-2-甲基-1-丙烯。其中F 和G ，I 和J 两组的分子式相同，名称也相同，故两两等同的式子是F 和G ，I 和J 。 9．公共边数法

例题11 在烟囱灰、煤焦油、燃烧烟草的烟雾及内燃机的尾气中，含有一种强致癌性物质苯并(a)芘，它是由五个苯环并合而成，它的分子结构简式如右图所示，与它互为同分异构体的有 ( )

A ．①② B．②④ C

．③④

D

．①④

解析 此法适用于判断稠环芳烃。判断方法为；对于苯环数目相同的稠环芳烃，若公共边数相同，苯环的排列顺序也相同，则属于同一物质；若公共边数相同，但苯环的排列顺序不同，则互为同分异构体；若公共边数不同，则既不是同一物质，也不是同分异构体。

苯并(a)芘的公共边数为6，给出的4种稠环芳烃的公共边数分别为：①7条；②4条；③6条；④6条。故答案为C 项。 10. 二价基团插入法

此法适用于给出有机碎片，要求推断有机物结构的试题。方法是先把三价基团(中

梁基) ，即可无重复、无遗漏地推出所有的同分异构体。

例题12 已知某链烃，分析数据表明：分子中有含有两个-CH 3，三个-CH 2-，一个- CH-和一个-Cl 的可能的结构有 ( )

A．4 B．6种 C．7种 D．8种

解析 先把三价基团(一个次甲基) 与一价基团两个甲基、一个氯原子) 连接起来，然

后插入二价基团，分析过程如下：

故答案为B 项。

11. 由加成产物确定不饱和有机物同分异构体数

则该有机物可能的结构有________种(已知羟基不连接在C=C键上) 。

解析 某有机物与H 2按l ：l 物质的量比加成说明原来的有机物为烯烃，又由C 的四价原则，双键位置的情况有3种，再考虑酮的存在情况。答案是4种。

该类题目的特点是：已知某不饱和有机物加成后产物结构，确定原不饱和有机物的同分异构体的种数。解此类题的关键是：抓住加成反应的特点即反应前后(不饱和键变成饱和键) 碳链结构不变，确定不饱和键(双键、叁键) 的可能位置(注意碳原子在共价化合物中的四价原则) ，进而得到有机物的结构及种数。

一. 一般思路

分子式相同，结构不同的化合物互称为同分异构体。在中学阶段结构不同有以下三种情况：类别不同，碳链不同，位置不同（环上支链及官能团）。因此同分异构体书写的一般思路为：类别异构→碳链异构→位置异位。 例1. 写出

的所有同分异构体的结构简式。

分析：（1）类别异构：根据通式类。

可知在中学知识范围内为羧酸和酯两

（2）碳链异构：四个碳原子的碳链有二种连接方式

（3）位置异构：对于羧酸类，用

只能连接在碳链两边的碳原子上，直接

去取代上述分子中标有1、2、5、6（未标号的两个碳原子与5号碳原

子位置相同）号碳原子上的一个氢原子即可。则羧酸的异构体为

对于酯类：则是由酯基的位置引起的，可将酯基插入上述分子中CC键及CH键之间即可。插入

之间为：

插入

，插入，插入

的

键为

，插入

二. 常见方法 1. 等效氢法

的的

之间为

键之间为，插入

的

间为，

、插入

键之间为

。

键之间为

同一碳原子上的氢原子互为等效；与同一碳原子上相连的甲基上的氢原子互为等效；处于镜面对称位置的碳原子上的氢原子互为等效；特别适合于环状化合物异构体书写。

例2. 写出联二苯的一氯取代物

分析：注意CC的可旋转性，可以确定对称性。

说明联二苯中只有a 、b 、c 三个碳原子上的位置不同，则联二苯的异构体有三种，分别为：

2. 转换法

例3. 写出苯环上连有四个甲基的异构体。 分析：依据教材知识，二甲苯有三种形式，

可将二甲苯中两个甲基换为2个氢原子，其余四个碳上的氢原子换为甲基，便可得题目所求异构体：

3. 逐个引入法

当题目所求异构体中包含多个官能团时，可以采取逐个依次引入。

例4. 苯丙醇胺（英文缩写为PPA ）其结构简式如下：

将、、在碳链上的位置作变换，可以写出多种同分异构体（

、

不能连在同一个碳原子上），请写出这些异构体。

分析：（1）先解决碳链异构→

（2）引入，其可能的位置为1、2、3、4、5号五个碳原子上（5、6两个线路图如下：

甲基位于同一个碳原子上，所处位置相同），然后再引入

故：题目所求同分异构为上述9种。

4. 移位法

例5. 写出与

化合物的结构简式。 互为同分异构体且含有苯环，又属于酯类

分析：属于酯类化合物，结构中必含，且不能直接连接在氢原子上，故可对题给结构中有关原子或原子团的位置作相应变动即可。

（1）结构中，将移至苯环与羰基之间为：

依据教材知识，苯环上连有两个取代基，不管取代基相同不相同，均存在三种位置关系，移动

在苯环上的位置得

，

。

（2）在结构中，将移至羰基与氢原子之间为，又将移至苯环与羰基之间为

，再将移至苯环与之间为

。

故：题目所求同分异构体有六种，它们分别是：

5. 分类法

例6. 1、2、3三苯基环丙烷的3个苯基可以分布在环丙烷平面的上下，因此有两种异构体。

据此，可判断1、2、3、4、5五氯环戊烷（假定五个碳原子也处于同平面上）的异构体数是（ ）

A. 4 B. 5 C. 6 D. 7

分析：依据题设信息，可以对五个氯原子在环戊烷平面上的位置做分类处理，五个上有一种，四个上一个下有一种，三个上两个下有两种，很容易写出其异构体，故选A 。