王建剛
同學們在書寫限制條件的同分異構體時,往往耗時長且準確率偏低,運用“殘基片段和排列組合法”來書寫同分異構體,能夠快速、正確地書寫同分異構體,降低思維難度,提高準確率。
一,問題提出
同分異構體是高中有機化學核心概念之一,在《普通高中化學課程標準(2017版)》中,明確了學業要求:能辨識同分異構現象,能寫出符合特定條件的同分異構體。歷年高考試卷中也都涉及同分異構體的書寫??疾榉绞綇募兇庥捎袡C物分子式書寫同分異構體的題型,逐漸過渡到有限制條件下同分異構的書寫。因為前者在考慮滿足鍵數的前提下,采用窮舉和圖形變換,使它更接近數學而遠離化學的能力考查要求,而現在考查最多的是限制條件下的同分異構體的書寫,這種方式的轉變,既可以考查考生對官能團結構及性質的掌握程度,又能考查考生思維的嚴密性、有序性,具有較高的難度和很好的區分度,是近年高考的重要題型。
二、理論基礎
2.物質結構和性質的條件限制。
考查同分異構體書寫時為了更多地體現化學性,題中通常會附加一些限制條件,使得原本只考查有機物結構的試題增加了考查有機物性質的內容,從注重數學思維能力轉變為多元化能力的考查。條件限制又分為結構方面的限制和性質方面的限制,結構方面限制通常包含:①是否含有苯環、其他環或雜環;②根據HNMR譜顯示分子中氫原子的個數來確定同分異構的對稱度。苯環上含有不同化學環境的氫原子情況如下(R、R1、R2分別表示不同的基團):
熟悉苯環的對稱性,能快速判斷不同化學環境氫的種類。性質方面的限制通常包含官能團的性質,如表2所示。
3.書寫限制條件同分異構體的解題策略。
對書寫限制條件同分異構體的考查大都在苯的衍生物范圍內,涉及的異構體類型也一般為側鏈異構、苯環上的位置異構和官能團異構。我們可先通過限制條件得到已知基團,用分子式減去已知基團,得到殘基片段,再對殘基片段進行有規則的排列組合,即可得到答案。
三、方法的運用
例1 寫出同時符合下列條件的C7H7NO2的所有同分異構體的結構簡式:______ 。
例3 寫出C6H13NO2同時符合下列條件的同分異構體的結構簡式:_____。
①分子中有一個六元環,且成環原子中最多含2個非碳原子;
②1 H-NMR譜和IR譜檢測表明分子中有4種化學環境不同的氫原子;
③有 N-O 鍵,沒有過氧鍵(O-O-)。
解析:第一步,由分子式C6 H13 NO2可知,其不飽和度Ω =1,題中給出限制條件為有一個六元環,即為1個不飽和度,其余原子均為單鍵連接。成環原子中最多含2個非碳原子,有NO鍵,可得六元環情況有如下6
①1 H-NMR譜和IR譜檢測表明分子中共有4種氫原子,無氮氧鍵和碳氮雙鍵;
②除了苯環外無其他環。
解析:第一步,由題中所給結構簡式,可得不飽和度Ω=5,由題中限制條件“除了苯環外無其他環,無氮氧鍵和碳氮雙鍵”,可知含有一個苯環和一個碳氧雙鍵,無硝基。
例5 寫出化合物C7H6CINO2同時符合下列條件的同分異構體的結構簡式:_____ 。
1 HNMR譜和IR譜檢測表明:
①分子中共有4種氫原子,其中苯環上的有2種;
②有碳氧雙鍵,無氮氧鍵和- CHO。
解析:第一步,由分子式為C7 H6CINO2,得不飽和度Ω=5,結合限制條件,可知含有一個苯環和一個碳氧雙鍵,即符合不飽和度Ω=5,其余均為單鍵,無硝基和-CHO。