二元取代物 [同位组合法确定环上二元取代物同分异构体]

  在中学化学中,有机物环上二元取代物同分异构体的确定,在一些资料中已作了多种方法的介绍,如:定位移动、利用公式,等等。这些方法虽精妙,但十分抽象,学生难以接受。而同位组合法,学生容易接受、掌握。
  同位碳原子指在有机物中相互对称,空间位置相同的碳原子。同位组合法首先找出有机物分子结构中同位碳原子的种数,然后两两逐一组合,可得有机物二元取代物同分异构体数目。在找每种情况的取代种数时,保持一个取代基位置不变,只改变另一个取代位置。
  例1:确定(两个苯环在同一平面上)环上二溴取代物的同分异物体数目。
  解析:连苯分子结构中连有氢的不同碳原子有如图a、b、c三种:
  取代环上两个氢原子:可同在a碳上或b碳上或c碳上;
  也可一个在a碳上、一个在b碳上(简称在ab上),一个在a碳上、一个在c碳上(简称在ac上), 一个在b碳上、一个在c碳上(简称在bc上)。
  对于任何一种情况,如同在a上,首先确定一个溴在一个a碳上保持不动,只移动另一个Br原子(如图)。同理可得b碳上、c碳上、ab上、ac上、bc上同分异构体数。
  同分异物体数目:
  同在a上:3种 同在b上:3种 同在c上:1种
  在ab:4种在ac:2种 在bc:2种 共15种
  解析:萘分子环上连有氢的不同碳原子有如图a、b两种,同在a上:3种,同在b上:3种,在一个在a另一个在b上:4种,一共10种。
  例3:蒽的结构简式为:
  ①其二溴代物有多少种?
  ②其一氯一溴代物有多少种?
  解析①:环上连有氢原子的碳原子有如图a、b、c三种:
  全在a上:1种 在ab:2种
  全在b上:3种 在ac:2种
  全在c上:3种 在bc:4种
  共15种
  解析②:两个取代基不同:如果两个取代基在同位碳原子上,则无两种取代基换位的同分异构体,如
  属同一物质;如果两个取代基在不同位的碳原子上,则有两种取代基换位的同分异物体,如:
  属不同物质。
  全在a上:1种 在ab:2×2=4
  全在b上:3种 在ac:2×2=4
  全在c上:3种 在bc:4×2=8 共23种
  例4:如图所示某有机物结构简式为
  ①其一氯取代物有多少种?
  ②其二氯取代物有多少种?
  解析:一氯有一种,二氯有三种。
  例5:如图所示某有机物结构简式为
  ①其一氯取代物有多少种?
  ②其二氯取代物有多少种?
  解析:①一氯取代物有2种
  ②环上连有氢的不同碳原子有如图a、b两种
  同在a上:1种
  同在b上:3种
  在ab上:2种
  共6种
  练习:
  1.已知化合物BNH(硼氮苯)与CH(苯)的分子结构相似,如下图:
  则硼氮苯的二氯取代物 BNHCI 的同分异构体的数目为()
  A.2 B. 3 C. 4 D. 6
  2.桶烯(Barrelene)结构简式如右图所示,有关说法错误的是( )
  A.桶烯分子中所有的原子在同一平面内
  B.桶烯在一定条件下能发生加聚反应
  C.桶烯与苯乙烯(CHCH=CH)互为同分异构体
  D.桶烯中的两个氢原子被氯原子取代,所得产物只有两种
  3.下列芳香烃的二氯取代物的同分异物体数目最多的是()
  4.立方烷是新合成的一种烃,其分子呈正立方体结构。如右图所示:
  (1)立方烷的分子式为?摇?摇 ?摇?摇,(2)其一氯代物共有?摇?摇 ?摇?摇种,
  (3)其二氯代物共有?摇?摇?摇 ?摇种,(4)其三氯代物共有?摇?摇 ?摇?摇种。
  煤焦油、燃烧的烟雾和内燃机的尾气中)。它的分子由5个苯环并合而成,其结构式可以表示为(Ⅰ)或(Ⅱ)式:
   这两者也是等同的。现有结构式ABCD
  其中:与(Ⅰ)、(Ⅱ)式等同的结构式是( );
  与(Ⅰ)、(Ⅱ)式同分异构体的是( )。(全国高考题)
  6.下列有机化合物环上的二氯取代物的同分异物体数目最多的是( )
  1.两个氯原子都在B原子上有一种;两个氯原子都在N原子上有一种;一个氯原子在B原子上,另一个氯原子在N原子在B原子上有两种,一共四种。选C。
  2.两个氯原子同在a上:1种 同在b上:3种
  在ab上:2种 共6种
  选AD。
  3.A.有15种,C有15种,
  B.环上连有氢原子的碳原子有如图a、b、c、d、e五种:
  全在a上:1种 在ab:2种
  全在b上:1种 在ac:2种
  全在c上:1种 在ad:2种
  全在d上:1种 在ae:2种
  全在e上:1种 在bc:2种在bd:2种 在be:2种
  在cd:2种 在ce:2种 在de:2种 共25种
  D.环上连有氢原子的碳原子有如图a、b、c、d
  四种:全在a上:3种 在ab:4种
  全在b上:3种 在ac:4种
  全在c上:3种 在ad:2种
  全在d上:1种 在bc:4种 在bd:2种 在cd:2种
  共28种 选D。
  4.(1)分子式为CH;(2)一氯代物有1种;(3)二氯代物有3种;(4)其三氯代物共有3种。
  5.以(Ⅰ)式为基准,图形从纸面上取出向右翻转180度后再贴回纸面即得D式,将D式在纸面上反时针旋转45度即得A式。因此,A、D都与(Ⅰ)、(Ⅱ)式等同。
  也可以(Ⅱ)式为基准,将(Ⅱ)式图形在纸面上反时针旋转180度即得A式,(Ⅱ)式在纸面上反时针旋转135度即得D式。
  从分子组成来看,(Ⅰ)式是CH,B式也是CH,而C式是CH,所以B是Ⅰ、Ⅱ 的同分异构体,而C式不是。
  答案是(1)AD;(2)B。
  判断两结构是否相等的思维过程是:(1)用系统命名法命名时名称相同者;(2)将分子整体旋转、翻转后能“重合”者。
  6.A有1种,B有3种,C有1种,D有7种,选D。
  总之,对于一个具体的有机物分子,应特别注意找准连有氢原子的同位碳原子。利用同位组合法确定二元取代物同分异构体,便于学生直观形象地理解、掌握。
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