不饱和度与同分异构体的关系

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期刊代号:G37
分类名称:中学化学教与学
复印期号:2000 年 01 期

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      同分异构体是有机化学中一个极其重要的基本概念,高考的覆盖率高达100%,而且题目经常是花样翻新, 如果不是从结构上真正的加以理解,形成一定的解题思路,则不可能以不变的基本概念应万变的试题,取得出奇制胜的效果。

      中学阶段,可以将同分异构体分为三种类型:碳连异构,官能团的位置异构,官能团的类别异构。对于前两种类型学生比较易于理解和掌握,而对于第三种官能团的类别异构,学生往往觉得种类繁多,难以记忆。虽然有时也能勉强死记硬背下来,可是时间稍微一长,所学的内容在脑子里便荡然无存。我认为造成这种结果的原因还是学生没有从本质上认识到“异构”的确切内涵。几年的教学实践使我感到:如果能从不饱和度的角度认识这个问题,就可以把种类繁多的类别异构全都归结为不饱和度这么一个问题。这样既可以避免简单的识记,又可以帮助学生从结构上理解类别异构的内涵,收到事半功倍的效果。

      在烃分子中,如果C原子与其他原子均以单键结合,说明C的化合价都已达到饱和,此时C原子结合的H原子数最多,形成的烃为饱和链烃——烷烃,通式为C[,n]H[,2n+2]。如果链烃分子中含有一个双键,则少2个H,认为具有一个不饱和度。环烷烃每含有一个环,也少2个H,也可认为具有一个不饱和度。所以单烯和环烷的通式都为C[,n]H[,2]n。 以此类推,与烷烃相比,每少二个氢原子,增加一个不饱和度。所以,炔烃含有一个参键,少4个H,就含有2个不饱和度,通式都为C[,n]H[,2n-2]。一个苯环可认为含有三个“双键”一个环,少8个氢原子,则应含有4个不饱和度,所以苯及苯的同系物的通式为C[,n]H[,2n-6]。 这样我们不必死记硬背,在理解的基础上,自然而然就记住了各类物质的通式以及它应具有的类别异构。烷烃的通式为C[,n]H[,2n+2],它没有类别异构,C[,n]H[,2]n:含有一个不饱和度, 〔有两种类别异构〕:单烯和环烷互为类别异构,C[,n]H[,2n-2]:含有两个不饱和度,〔有三种类别异构〕,我们虽然只要求掌握炔烃和二烯互为类别异构,但是,实际上,只要我们掌握了这种方法,很容易就能推导出环烯也应该跟它们互为类别异构。由此我们看出不饱和度与物质类别异构的数量关系:〔不饱和度+1〕即为类别异构的数目。这种方法同样适用于烃的衍生物,C[,n]H[,2n]O:含有一个不饱和度,如果是C=O双键,则表示饱和一元醛或酮,此外,如果是C=C双键,则O作为饱和的-OH还能代表烯醇。C[,n]H[,2n]O[,2]:同样含有一个不饱和度,它除了表示饱和一元羧酸或酯以外,还能代表羟基醛。例如东城区99年一模试题

      酸类又不属于酯类,却属于酚类物质的结构中必定含有什么官能团,有的学生就不知道从何入手,认为从来没有学过酸与酯以外还有什么类别异构。实际上这个问题就是问与一个-COOH互为酯类以外的异构体还有谁?那么如果能从不饱和度的角度来分析,反而觉得这个问题仍十分简单。还是原来的基本知识,只不过是变换了一个设问的方法。-COOH其中含有一个不饱和度,同时含有2个O,如果一个O以饱和的形式出现,即-OH的形式,那么另一个O只能以-CHO的形式出现,来占有这个不饱和度,所以另一官能团只能是-CHO(即为

      

      又说A与“茚”互为同分异构,A中含有一个苯环而且只含有一个侧链,解题时,先根据茚的结构推出它的分子式为C[,9]H[,8],比C[,9]H[,20]少12个H,所以含有6个不饱和度(或直接从茚的结构式可以看出含有一个苯环、一个环及一个双键,所以含有6个不饱和度),而A含有一个苯环(含4个不饱和度),则A的侧链中应含有2 个不饱和度(两个双键或一个三键)理应有三种类别异构,而侧链中含有三个碳原子时,由于2个C=C相邻为不稳定结构,所以A只能

      论到这一步,虽然好像只是解题的开始,但我认为:此题学生已经解出了一大半,下面再根据A的性质推导出A的准确结构,此题就会迎刃而解。

      可见从不饱和度的角度去认识类别异构的问题,不仅可以熟练的解决课本中出现的类别异构的问题,还可以解决课本中没有涉及到的类别异构的问题,使学生能够举一反三,从而使学生的能力得以提高。

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