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同分异构体限定条件的解读与应用

来源:未知作者:化学自习室 点击:所属专题: 限定同分异构体书写
夏时君 1,吴孙富 2 (1.深圳市新安中学高中部,广东深圳 518101;2.当阳市第二高级中学,湖北当阳 444100) 限定条件同分异构体的书写既可以考查学生对有机官能团结构及性质的熟练程度,又可考查学生的空间想象能力以及对有关数据的判断处理能力,成了近年的高考热点和教

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夏时君 1,吴孙富 2

(1.深圳市新安中学高中部,广东深圳 518101;2.当阳市第二高级中学,湖北当阳 444100)

限定条件同分异构体的书写既可以考查学生对有机官能团结构及性质的熟练程度,又可考查学生的空间想象能力以及对有关数据的判断处理能力,成了近年的高考热点和教研热点。黄爱民、徐文华、朱建兵等老师对书写同分异构体的限定条件进行了归类分析,指出了书写限定条件同分异构体的重要意义,举例说明了书写限定条件同分异构体的教学策略 [1,2,3]。笔者将从性质、结构及有关数量三个角度来解读有关限定条件的信息含义,举例说明书写同分异构体的基本步骤和方法。希望对提高学生阅读理解、吸收、整合、应用化学信息的能力起到有益的作用。

1、 从性质角度解读限定信息,书写同分异构体

限定条件同分异构考查突显同分异构考查的化学味,强化结构与性质的联系,强调思维和方法的多元化。利用性质信息与结构特点的相关性和匹配性,通过性质信息推导出结构碎片,继而形成有机物结构。在性质信息解读时要求从官能团性质的共性和特性入手,缩小范围,比较分析、从多个层面综合反映物质的结构信息。常见的性质信息表征为:典型反应、特殊反应和反应类型等形式, 解读如表 1。

同分异构体限定条件的解读与应用

同分异构体限定条件的解读与应用

案例 1(2014年重庆卷)同分异构体限定条件的解读与应用 的同分异构体L有如下特征:

①遇FeCl3溶液显色,

②与足量饱和溴水反应未见白色沉淀产生,

③与NaOH 的乙醇溶液共热反应,

试写出L在反应③所得有机物的可能结构简式为          。(只写一种)

解析:

第一步,列出苯环侧链的重要参数:Ω= 0(Ω为不饱和度,下同),n(C)=2(n为原子个数, 下同),n(O)=1,n(Cl)=3。

第二步,解读限定信息,找出对应基团。①说明有酚羟基;②说明酚羟基的邻位对位都有取代基;③说明 Cl相连碳原子的邻位碳上存在β-H。

第三步,应用拼接、插入和换位等方法,组装新物质。

答案 L 可能是:

同分异构体限定条件的解读与应用

故L在 NaOH的乙醇溶液共热,所得有机物的可能结构简式是:

同分异构体限定条件的解读与应用

2、从结构角度解读限定信息,书写同分异构体

有机限定条件除了关注性质信息外,结构信息出现的频率也很高。结构信息包括:几何构型、结构对称、连接顺序和相对位置等。常见具体表征形式主要包括:类属信息、同分异构信息及核磁共振氢谱信息。

2.1有机类属信息解读

限定条件中的类属信息有:有机类属、支链类型、数目位置等。其一般限定考查范围、强调信息解读、追求思维的有序性、有限性和有效性。解读如表 2。

同分异构体限定条件的解读与应用

案例:(2014 年安徽卷)TOB 是 H(同分异构体限定条件的解读与应用)的同分异构体,具有下列结构特征:

①核磁共振氢谱除苯环吸收峰外仅有1 个吸收峰;②存在甲氧基(CH3O-)。

TOB的结构简式是          

解析:

第一步,列出同分异构的重要参数: Ω=4,n(C)=10,n(O)=3。

第二步,解读限定信息, 找出对应基团。①说明分子存在对称性或同一个碳上连几个相同基团;②说明有甲氧基(-OCH3),且可组成 3个-OCH3

第三步,组装结构碎片,形成有机结构。

答案为:

同分异构体限定条件的解读与应用

2.1同分异构信息解读

有机限定条件信息常存在同分异构信息,如苯环上的一卤代物有多种,从本质上来看,其反映有机结构中等效氢的相关信息。解读时首先要关注研究范围,如卤代发生的限定位置可能在苯环、苯环的侧链或其他部位;其次要关注有机结构的对称性和侧链数目。如芳香化合物中苯环上一溴代物数量少时,则有可能是结构高度对称,苯环上氢多为等效;或苯环上取代基数目多,导致能取代的氢原子数目少。

解读有序过程为:

①侧链取代基数目由少到多,侧链碳链由长到短,由整到散, 由中到边。

②侧链取代基类型分相同和不同两种情况。

③对比苯环上剩余氢原子数与一氯代物同分异构数目,推测有机结构的对称性。如二取代物中一溴代物只有一种的情况,由于苯环上只有 4个氢,说明 4个氢都是等效的,要求苯环必须要有 2个面对称,并且要求侧链二取代基相同。

④结合结构对称性,变换侧链取代基位置关系,如二取代基有邻、间、对位置关系;三取代基有邻、偏、均位置关系等。

解读如表 3。

同分异构体限定条件的解读与应用

案例3(2014年浙江卷)写出同时符合下列条件的B(同分异构体限定条件的解读与应用)的所有同分异构体的结构简式 。

①分子中含有羧基;

1H-NMR谱显示分子中含有苯环,且苯环上有两种不同化学环境的氢原子。

解析:

第一步,列出苯环侧链的重要参数:Ω=1,n(C)=2,n(O)=2,n(N)=1。

第二步,解读限定信息,找出对应基团。①说明含有-COOH;②如何解读苯环上只有 2种氢原子,这是关键。若苯环有二个不同侧链,则两个基团必须处于对位, 对位基团为 -NH2和-CH2COOH,或是 -CH2NH2-COOH。若有三个侧链,则必有两个相同侧链处于对称位置,显然不存在。若有 4个取代基,必然要求结构不能有对称结构,显然也不存在。

第三步,应用拼接、换位等方法组装新物质。答案为:

同分异构体限定条件的解读与应用

2.1核磁共振氢谱的信息解读

限定条件中核磁共振氢谱重点关注氢原子的种类和数量与结构的关系。核磁共振氢谱有几个峰,说明结构中有几种 H原子(即等效氢),具体表现于氢原子连比的个数;峰面积之比代表各种对应H原子个数比(即连比数值)。解读核磁共振氢谱信息时,在了解 H总数条件下,关注连比数和连比值渗透出有机结构的对称性和所含基团信息。核磁共振氢谱信息解读如表 4。

同分异构体限定条件的解读与应用

案例 4(2014年全国课标 I卷)化合物 F(同分异构体限定条件的解读与应用)的同分异构体中含有苯环的还有多种,其中核磁共振氢谱中有 4组峰,且面积比为6:2:2:1的是            (写出其中一种的结构简式)。

解析:

第一步,列出 F苯环侧链的重要参数: Ω=0,n(C)=2,n(N)=1。

第二步,解读限定信息,找出对应基团。同分异构n(H)=11,核磁共振氢谱峰面积之比 6:2:2:1,可判断 4种H个数分别为6个、2个、2个、1个。其中 6个相同的H可能是 2个-CH3处于对称位置,或 2个-CH3与同一个原子相连。2个H可能源于 -CH2- 或处于对称位置上的 2个H。

第三步,组装结构,形成有机物。

答案为:

同分异构体限定条件的解读与应用

2、从定量角度解读限定信息,书写同分异构体

有机化学方程式是有机化学的“语言”,有机化学方程式用结构式和反应条件来表示有机物之间的物质变化和数量关系。数据信息也是同分异构的重要限定条件之一,依据数据信息亦可以对反应类型、结构特点、基团类型及基团数量做出初步判断。在分析数据关系时,要善于利用有机反应中的原子守恒、电子守恒、质子守恒等关系。有关的数据信息及其解读如表 5。

同分异构体限定条件的解读与应用

案例5(2014年广东百校联考)化合物I有如下特点:

①与化合物 II同分异构体限定条件的解读与应用互为同分异构体;

②遇FeCl3溶液不显色;

③ 1mol 化合物 I与足量银氨溶液反应生成 4mol Ag;

④ 1mol 化合物I与足量NaOH溶液反应消耗 4mol NaOH;

⑤核磁共振氢谱有 4组峰,且峰面积之比为 3:2:2:1,

写出化合物 I所有可能的结构简式:                       

解析:

第一步,列出苯环侧链重要参数:Ω=2,n(C)=3,n(O)=4。

第二步,解读限定信息,找出对应基团:② 说明不含酚羟基;③ 说明有 2 个-CHO;④ 能与 NaOH溶液反应的含氧基团有:-OH(酚羟基)、-COOH,-COOR。综合分析数据信息只能是 2mol 甲酸酚酯结构才会消耗 4mol NaOH;⑤表明8个H有4种,个数分别是3个、12个、2个和 1个,说明结构中有 1个-CH3,结构对称性好。

第三步,通过拼接、插入和换位等方法组装成新物质。

答案为:

同分异构体限定条件的解读与应用

参考文献:

[1] 黄爱民 . 对同分异构体书写时限制条件的分析 [ J]. 中学化学教学参考,2011,(10):60~61.

[2] 徐文华 . 浅析有限制条件同分异构体引入的意义及解题策略 [ J]. 化学教育,2012,(11):54~56.

[2]朱建兵,袁春仙,王秋霞 . 有限制条件的同分异构体书写策略 [ J]. 化学教学,2012,(8):62~64

(责任编辑:化学自习室)
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