专题七　同系物与同分异构体

一、高考展望：

同分异构体和同系物知识的考查是高考的热点，几乎每年高考均要涉及，难度由理解转移到综合运用，梯度较大，题型也由前几年高考中常见的选择题发展至近两年的有机板块中的两题均出，环也由以前的碳环衍变为杂环，灵活性越来越大，故考生须掌握判断和书写同分异构体的技巧和方法，才能正确解题。要求了解有机化合物数目众多和异构现象普遍存在的本质原因，碳原子彼此连接的可能形式；理解基团、官能力、同分异构、同系列等要领。能够识别结构式（结构简式）中各原子的连接次序和方式、基团和官能团。能够辨认同系物和列举异构体。掌握烷烃的命名原则。

近年高考中将一些药物作为考查学生有机化学知识的情境命题，同时考查学生有关氨基酸、蛋白质知识，既考查学生对两种官能团位置异构知识又考查学生官能团异构知识，还让学生了解了一些科学分析方法和知识。对于同系物与同分异构体的知识一定要牢牢掌握，能根据题给信息，灵活应用所学知识，达到正确解题的目的。

二、考点归纳：

1、同系物：

⑴定义：结构相似，在分子组成上相差一个或若干个“CH2”原子团的物质互相称为同系物。

⑵组成特点：

①同系物必须结构相似，即组成元素相同，官能团种类、个数与连接方式相同；

②分子组成通式相同；

③同系物相对分子质量相差14或14的整数倍；

④同系物有相似的化学性质，物理性质有一定的递变规律。

⑶判断规律：

①一差：分子组成差一个或若干个CH₂；

②二同：同通式，同结构；

③三注意：

I. 必为同一类物质

Ⅱ. 结构相似（有相似的原子连接方式或相同的官能团种类和数目）

Ⅲ. 同系物间物理性质不同化学性质相同

强调：因此，具有相同通式的有机物除烷烃外都不能确定是不是同系物。

2、同分异构体：

⑴定义：凡分子式相同，但分子结构不同，因而性质也不同的一类化合物互称同分异构体。强调：同分异构体可以属于同一类物质，也可以属于不同类物质。可以是有机物，也可以是无机物。

⑵同分异构体的类别：

①碳链异构：

【例1】(03春季）有机物甲的分子式为C₉H₁₈O₂，在酸性条件下甲水解为乙和丙两种有机物，在相同的温度和压强下，同质量的乙和丙的蒸气所占体积相同，则甲的可能结构有( C )

　 A. 8种　　　　  B. 14种　　　　　 C. 16种　　　　　 D. 18种

【例2】已知萘的n溴代物和m溴代物的种数相等，则n与m（n不等于m）的关系是( C )

　 A.  n+m=6　　　　  B.　n+m=4　　　　  C.　n+m=8　　　　  D.　无法确定

【例3】维生素C(分子式为C₆H₈O₆)又名抗坏血酸，可预防感染、坏血病等，也是一种常见的食品添加剂，能够阻止空气中的氧气将食品氧化变质。维生素C具有酸性和强还原性，其工业合成路线如下图所示：

⑴上述合成过程中与A互为同分异构体的有　CD　 (填写字母代号)。

⑵上述反应中，属于加成反应的有　①③　　  (填数字序号)。

⑶反应④除生成E外，还有　H₂O 　生成。比较D和C的结构可知，C可看成由D通过反应

⑤氧化得到，在工业生产中设计④和⑥两步的目的是： 是保护D分子中其它羟基不被氧化　。

—1—

⑷维生素C的结构简式是　　　　　　　　  。

②位置异构：支链位置或官能团的位置不同而引起的异构。

③官能团异构（类别异构）：

组成通式	可能的类别	典型实例
CnH2n	烯烃、环烷烃	CH2=CHCH 　　H2C　CH2 　　　　　　　  CH2
CnH2n－2	炔烃、二烯烃、环烯烃	CH≡CCH2CH3　 CH2=CHCH=CH2
CnH2n+2O	醇、 醚	C2H5OH　　 CH3OCH3
CnH2nO	醛、 酮、 烯醇、 环醇 、环醚	CH3CH2CHO　 CH3COCH3　　CH=CHCH2OH CH3CH CH2　　CH2 CH OH 　　 O　　　　  CH2
CnH2nO2	羧酸、酯、羟基醛、羟基酮。	CH3COOH　HCOOCH3　HOCH2CHO
CnH2n－6O	酚、芳香醇、芳香醚。	H3CC6H4OH　 C6H5CH2OH　　C6H5OCH3
CnH2n+1NO2	硝基烷烃、氨基酸。	CH3CH2NO2 　H2NCH2COOH
Cn(H2O)m	单糖或二糖	葡萄糖与果糖(C6H12O6)蔗糖与麦芽糖(C12H22O11)

三 、同分异构体的书写规律：

1. 主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边，连接不能到端，排列由对到邻到间。碳总为四键，规律牢记心间。

2.按照碳链异构　　 位置异构　　　官能团异构的顺序书写；也可按照官能团异构　　 碳链异构　　　位置异构的顺序书写，不管按照那种方法书写都必须防止漏写和从写

四 、分异构体数目的判断方法：

1. 记忆法：记住已掌握的常见的异构体数。例如：

⑴凡只含一个碳原子的分子均无异构，甲烷、乙烷、 新戊烷（看作CH₄的四甲基取代物）、2,2,3,3—四甲基丁烷（看作乙烷的六甲基取代物）、苯、环己烷、乙炔、乙烯等分子一卤代物只有一种；

⑵丁烷、丁炔、丙基、丙醇有2种；　　　　　　  ⑶戊烷、丁烯、戊炔有3种；

⑷丁基C₈H₁₀有4种；　　　　　　　　　　　　　 ⑸己烷、C₇H₈O（含苯环）有5种；

⑹戊基、C₉H₁₂有8种；

2. 基元法：例如：丁基有4种，丁醇、丁醛都有4种；

3. 替元法：例如：C₆H₄Cl₂有3种,C₆H₂Cl₄有3种(将H替代Cl)；

4. 对称法（又称等效氢法） 判断方法如下：

⑴同一C原子上的氢原子是等效；　　　　 ⑵同一C原子所连甲基上的氢原子是等效氢；

⑶处于镜面对称位置上的氢原子是等效。

—2—

三、考点强训

一、选择题：

( B )1. 下列各化学式中，只表示一种纯净物的是

A. C₃H₈O　　　　　　  B. C₃H₈　　　　　　 C. C₂H₄O　　　　　  D. C₃H₆

( A )2．当今化学界关注的热点之一的C₆₀，它可以看成是金刚石的

A. 同素异形体　　 B. 同分异构体　　　　C. 同位素　　　　  D. 同系物

( D )3．下列各组物质中互为同分异构体的是

A. ¹H与²H　　　　 B. O₂与O₃　　　　 C. 乙烯与丙烯　　　　D. 正丁烷与异丁烷

( A )4．下列各组物质中一定互为同系物的是

A. CH₄、C₃H₈　　　 B. C₂H₄、C₃H₆　　　　C. C₂H₂、苯　　　　D. C₂H₂、C₄H₆

( A )5．下列各对物质中，互为同系物的是

( D )6．对尼古丁和苯并[a]芘的分子组成与结构描述正确的是

A. 尼古丁为芳香族化合物

B. 苯并[a]芘的分子式为C₂₀H₁₈

C. 苯并[a]芘分子中含有苯环结构单元，是苯的同系物

D. 尼古丁分子中的所有碳原子可能不在同一平面上，苯并[a]芘分子中的所有氢原子可能都在同一平面上

( D )7．对复杂的有机物的结构，可以“键线式”简化表示。如有机物CH₂=CH-CHO可以简写成。则与键线式为　 的物质互为同分异构体的是

( AD)8．以M原子为中心形成的MX₂Y₂分子中，X、Y分别只以单键与M结合，下列说法正确的是

A. 若MX₂Y₂分子空间构型为平面四边形，则有两种同分异构体

B. 若MX₂Y₂分子空间构型为平面四边形，则无同分异构体

C. 若MX₂Y₂分子空间构型为四面体形，则有两种同分异构体

D. 若MX₂Y₂分子空间构型为四面体形，则无同分异构体

( B )9．在沥青中有一系列稠环化合物，它们彼此虽不是同系物，但其组成和结构都有规律的变化，从萘开始，这一系列化合物中第25个分子式是

A. C₅₀H₃₀　　　　　　　B. C₁₅₄H₅₆　

C. C₁₅₄H₆₀　　　　　　 D. C₁₅₀H₅₆

(CD)10．速效感冒冲剂的主要成分之一为“对乙酰氨基酚”，其结构简式为

有关它的叙述不正确的是

A. 能溶于热水　　　　　　　　　　　　　　　　　　  B. 在人体内能水解

C. 1mol对乙酰氨基酚与溴水反应时最多消耗Br₂4mol　　 D. 与对硝基乙苯互为同系物

( D )11. 下列反应的产物中，有的有同分异构体，有的没有同分异构体，其中一定不存在同分

异构体的反应是

A．异戊二烯（　　　　　  ）与等物质的量的Br₂发生加成反应

—3—

B．2—氯丁烷（ 　　　　 ）与NaOH乙醇溶液共热发生消去HCl分子的反应

　　　 C．甲苯在一定条件下发生硝化生成一硝基甲苯的反应

　　　 D．邻羟基苯甲酸与NaHCO₃溶液反应

(AC)12.下列分子式所代表的物质具有题中所指类别(括号中)的四种同分异构体的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　 

A. C₄H₁₀O(醇类)　　 　　　　　 B. C₄H₇Cl(不饱和卤代烃)

C. C₄H₈O₂(酯类)　　　 　　　　 D. C₉H₁₂(芳香烃)

( A )13. 蒽的结构简式是　 　　　 ，如果将蒽分子中减少3个碳原子，而H

原子数保持不变，形成的稠环化合物的同分异构体数目是

A．2　　　　　　  B．3　　　　　　  C．4　　　　　　  D．5

( B )14．下列有机物的一氯取代物的同分异构体数目相等的是

①　　　　　　　 ②　　　　　　　 ③　　　　　　　  ④

A．①②　　　　　 Ｂ．②③　　　　  Ｃ．③④　　　　　　Ｄ．②④

( C )15．分子式为C₉H₁₂芳香烃的一卤代衍生物数目和分子式为C₇H₈O中遇FeCl₃溶液呈紫色的芳香族化合物数目分别为

A．7和1　　　　　  B．8和2　　　　 C．42和3　　　　D．56和5

( A )16. 立方烷(C₈H₈)、棱晶烷(C₆H₆)和盆烯(C₆H₆)是近年来运用有机合成的方法制备的具有如下所示立体结构的环状有机物。萜类化合物是广泛存在于动、植物界中的一类有机物（如月桂烯、柠檬烯），是由若干个含5个碳原子的异戊二烯单位组成的。

对上述有机物有如下说法：①盆烯、月桂烯、柠檬烯都能使溴水褪色；②棱晶烷、盆烯与苯互为同分异构体。③月桂烯、柠檬烯互为同分异构体。④立方烷、棱晶烷是烷烃的同系物。其中正确的是　

A．①②③　　　　　　　 B．①③④　　　　　　　　 C．①②④　　　　　　　　D．②③④

( A )17. 鸦片具有复杂的组成，其中的罂粟碱的分子结构如下：鸦片最早用于药物（有止痛、止泻、止咳作用），长期服用会成瘾，使人体质衰弱，精神颓废，寿命缩短。已知该物质的燃烧产物为CO₂、H₂O和N₂，1 mol该化合物完全燃烧消耗O₂的物质的量及在一定条件下与Br₂发生苯环取代反应生成的一溴代物同分异构体的种数分别是

A. 23.25 mol；5 　　 B. 24.5 mol；7　　　C. 24.5 mol；8　 　　D. 26.5 mol；6

( B )18. 菲的结构简式可表示为：，若菲分子中有1个H原子被Cl原子取代，则所得一氯取代产物有

A. 4种　　　 　　 B. 5种　　　　　 C. 10种　　　　　 D. 14种

( B )19．有一系列有机物按以下顺序排列：CH₃CH=CHCHO， CH₃CH=CHCH=CHCHO ，

CH₃(CH=CH)₃CHO，……在该系列有机物中，分子中含碳元素的质量分数最大值最接近

A．95.6%　　　　　　B．92.3%　　 　　　C．85.7%　　 　　　　D．75%

( A )20．下列各物质若n值相等时，其同类的同分异构体最多的是

COOH  CH3

A．C_nH_2n+2O的醇　　 B．C_nH_2nO的醛　　 C．C_nH_2nO₂的羧酸　　 D．C_nH_2n+2的烃

( D )21．邻甲基苯甲酸（ 　　　　　）有多种同分异构体，其中属于酯类，且分子结构中有甲基和苯环的异构体有

—4—

A．2种　　　　　  B．3种　　　　　　 C．4种　　　　　　　 D．5种

( D )22．在化合物C₃H₉N的分子中，N原子以三个单键与其他原子相连接，则化合物C₃H₉N具有的同分异构体数目为

A．1　　　　　　　 B．2　　　　　　　  C．3　　　　　　　　 D．4

( B )23．已知C₅H₁₁OH有8种同分异构体，则C₆H₁₂O₂属于羧酸的结构有

A．4种　　　　　  B．8种　　　　　　 C．16种　　　　　　  D．6种

( D )24．化学式为C₄H₈O₂的某有机物分子中含有一个羰基和一个羟基，此有机物即能发生银镜反应，又能发生酯化反应。此有机物的结构可能有

A．2种　　　　　　 B．3种　　　　　　 C．4种　　　　　　　 D．5种

( B )25．某一有机物A可发生右列变化：，已知C为羧酸，且C、E均不发生银镜反应，则A的可能结构有

A．1种　　B．2种　　C．3种　　D．4种

二、填空题：

26．某芳香化合物A的分子式为C₇H₆O₂，溶于NaHCO₃水溶液，将此溶液加热，能用石蕊试纸检验出有酸性气体产生。

⑴写出化合物A的结构简式： 　COOH　　　　；

⑵依题意写出化学反应方程式：　  COOH＋NaHCO－→　　COONa＋CO↑＋HO　；

⑶A有几个属于芳香族化合物的同分异构体，写出它们的结构简式。

OHC　　CHO(邻、间)、　　 OOCH　　　　　　　　　　　　　　　　 。

27．今有化合物甲：

⑴请写出丙中含氧官能团的名称：醛基、羟基 　；

⑵请判别上述哪些化合物互为同分异构体：甲、乙、丙互为同分异构体　；

⑶请分别写出鉴别甲、乙、丙化合物的方法（指明所选试剂及主要现象即可）。

鉴别甲的方法：与三氯化铁溶液作用显色的是甲　  ；

鉴别乙的方法：与碳酸钠溶液作用有气泡生成的是乙  ；

鉴别丙的方法：　与银氨溶液共热会发生银镜反应的是丙　 。

⑷请按酸性由强至弱排列甲、乙 、丙的顺序：　乙>甲>丙　 。

28．（01年上海）2000年，国家药品监督管理局发布通告暂停使用和销售含苯丙醇胺的药品制剂。苯丙醇胺（英文缩写为PPA）结构简式为：

其中—代表苯基。苯丙醇胺是一种一取代苯，取代基是

⑴PPA的分子式是： CNO　　　　  ；

⑵它的取代基中有两个官能团，名称是  羟 　基和　氨　 基（请填写汉字）。

⑶将—、H₂N—、HO—在碳链上的位置作变换，可以写出多种同分异构体，其中5种的结构简式是：

请写出另外4种同分异构体的结构简式（不要写出—OH和—NH₂连在同一个碳原子上的异构体；写出多于4种的要扣分）：

 

 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　 

29．烷烃分子中的基团可能有四种：—CH₃、—CH₂—、—CH—、—C—，其数目分别用a、b、c、d表示，对烷烃(除甲烷外)中存在的关系作讨论：

⑴下列说法正确的是：　 AC 　

　　A．a的数目与b的数目的大小无关　　　　  B．c增加l，a就会增加3

—5—

C．d增加1，a就会增加2　　　　　　　　 D．b增加1，a就会增加2

⑵四种基团之间的关系为：a==　2+c+2d　  (用a、b、c、d表示)

⑶若某烷烃分子中，b=c=d=1，则满足此条件的该分子的结构可能有　 3　　 种，写出其中一种的名称。 2,2,3—三甲基戊烷(其它2种正确也给分) 　　　。

30．分子式为C₃H₆O₃的物质有多种同分异构体，请写出符合下列要求的各种同分异构体的结构简式：

⑴A能与NaHCO₃溶液反应，且1 molA与足量金属Na能生成1 molH₂，则A为：

 

 CHCH(OH)COOH　　　　 或　CH(OH)CHCOOH 　　　 。

⑵B中所有同类原子的化学环境等同（如CH₄中所有H所处化学环境等同），且不与Na反应，

则B为　　　 ，它可看作由 HCHO　（写结构简式）加成得到。

⑶C中碳与氧分别有两种化学环境，氢的环境等同，且C与Na不反应，则C为：CH₃OCOOCH₃ 。

31．毒品冰毒属于芳香族化合物，分子中只含有碳、氢、氮三种元素，相对分子质量不超过150，碳元素和氢元素质量分数之和为90.6%。请按要求填空：

⑴冰毒的摩尔质量为：　149g/mol　 ，分子式为：　  C₁₀H₁₅N 　 。

⑵冰毒的同分异构体有很多，写出同时符合下列三项要求的冰毒的同分异构体的结构简式。（只要求写出其中的三种）。①苯环上只含有两个相邻的取代基；②分子中含有氨基（—NH₂）；③分子中含有两个甲基（—CH₃）。

 

 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

32．有机化学反应因反应条件不同，可生成不同的有机产品。例如：

　

⑴HX + （X为卤素原子）

⑵苯的同系物与卤素单质混合，若在光照条件下，侧链上氢原子被卤素原子取代；若在催化剂作用下，苯环上的氢原子被菌素原子取代。工业上利用上述信息，按下列路线合成结构简式为的物质，该物质是一种香料。

　　　

请根据上述路线，回答下列问题：

⑴A的结构简式可能为____________________________________。

⑵反应①、③、⑤的反应类型分别为：　加成、　消去、　　 水解或取代 　。

⑶反应④的化学方程式为（有机物写结构简式，并注明反应条件）：

_________________________________________________________。

⑷工业生产中，中间产物A须经反应③④⑤得D，而不采取直接转化为D的方法，其原因是_____________________________________________。

—6—

⑸这种香料具有多种同分异构体，其中某些物质有下列特征：①其水溶液遇FeCl₃溶液呈紫色　②分子中有苯环，且苯环上的一溴代物有两种。写出符合上述条件的物质可能的结构简式（只写两种）：__________________________________________________________　　　 _。

　　　 33．分子式为C₈H₈O₃的芳香族化合物有多种不同的结构，其中A、B、C三种有

机物苯环上的一氯取代物均有两种。等物质的量的A、B、C分别与足量的NaOH

溶液完全 反应时，消耗NaOH的物质的量 为1:2:3。

⑴A可发生分子间酯化反应；B遇FeCl₃溶液显紫色，其分子内含有羧基，则A、B

的结构简式分别为

A. HOOC－　　－CH₂OH　　　  B．_HO－_____－CH₂COOH________

⑵C可以看为酯类，C与足量的NaOH溶液反应的方程式为：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　 

34．有机物A的结构简式是，它可以通过不同的反应得到下列物质：

B． 　　C．　　　 D．　　

⑴A中官能团的名称是：　 羟基 　　、　羧基　　　 。　

⑵写出由A制取B的化学方程式：

　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

⑶写出A制取C、D两种物质的有机反应类型：C： 消去　　 D：　 取代　

⑷写出两种既可以看做酯类又可以看做酚类，且分子中苯环上连有三种取代基的A的同分异构体的结构简式（要求这两种同分异构体中苯环上的取代基至少有一种不同）

 

　　　　　　　　　　　　  ； 　　　　　　　　　　　　 。

34．有两个或两个以上的苯环以共有环边的方式相互稠合的多环芳香烃称为稠环芳香烃。下列椭圆烯也属于稠环芳香烃。

　（Ⅰ）　　　　　　　　　　　　（Ⅱ）

据此回答：

⑴已知椭圆烯（Ⅰ）的分子式为C₂₄H₁₂，则椭圆烯（Ⅱ）的分子式为 C　　　　　 。

⑵上述椭圆烯的一氯取代物各有几种同分异构体？

（Ⅰ）有　 1　 种， （Ⅱ）有　4　 种。

⑶假如上述椭圆烯可以和氢气在一定条件下发生加成反应生成饱和脂环烃，则加氢后的生成物分子中所有的碳原子是否仍在同一平面内？ 否　（填是或否），请简要说明理由　 加氢后所有碳原子的四个单键键角都接近于109°28’，不在是平面结构 。

—7—