CCC考试当中,有机化学(organic chemistry)是最令大多数同学头疼的子科目之一。在每年的考试回访和正确率统计当中,有机化学部分也是得分率最惨淡,最令人答题心态不佳的化学子科目之一。因此笔者就有机化学专题做若干篇分析。
其中有机化学当中考试最常出现的题型之一就是同分异构体的识别、绘画、计数。
有机同分异构基本考法
最基础的考法是对isomer的识别并结合对skeletal formula的识别。比如2021年第18题属于isomer的最基本考法,根据skeletal formula判断哪些分子属于同分异构体、相同分子、甚至分子式也不同的分子等情况。
同样的考法还有2019年第10题,这也是isomer考察的最常见方式。
综合考法比如2020年第8题从很全面的角度要求给出某一分子式下的全部异构情况,是对同分异构现象的综合考察,要求考生不仅理解概念,还要会绘画,并且有效的进行不同种类异构的区分,难度很大。稍有不慎就会漏掉部分异构情况。
同分异构体的分类
同分异构现象可以笼统的分为两大类,其中子概念如下图(标注星星的概念需要直接掌握,未标注的主要是起到方法上作用):
1.结构/连接异构
碳链异构(chain isomerism)
比如pentane有五个碳,碳链异构来看可以形成五碳一条链,四碳一条链一个单碳支链,或者三个碳主链加两个单碳主链三种,这是碳链异构。
位置异构(position isomerism)
比如pentanol的OH基团可以放在碳链的不同位置,如下图:
或者环中的不同位置如下图在苯环上的相对位置不同:
官能团异构(functional isomerism)
有一些官能团是天然的异构体,比如:
Alcohol/ether;
Aldehyde/ketone;
Carboxylic acid/ester;
这种情况可以考虑杂原子O或者N是放在链端还是链中来进行判断。
2.几何/顺反异构
最常见的几何异构源自碳碳双键不可绕轴扭转的特点,双键碳的sp2杂化方式决定了其平面构型,从而如下图,双键碳两端连接不同的原子时存在顺式(cis)-反式(trans)两种构型。
3.对映/旋光异构
当一个碳原子上四个不同的基团(原子)时,它的镜像物跟其并不是同一分子如下图。
他们互为对映异构体或称之为旋光异构,这样的碳被称之为手性中心(chiral center)。
同分异构速判妙招
1.利用碳原子数快速排除不合理选项
如果两个分子互为isomer,他们一定有相同的分子式,那么起码碳原子数要相同。比如下图2019年第10题中d、e共有9个碳原子,而题干物质只有8个碳原子,不可能构成同分异构:
或者下图2017年第13题两个骨架碳原子数根本不同,左侧10个碳原子,右侧9个碳原子,从而两个物质根本不可能互为isomer,可以快速排除abce四个选项,直接得出答案:
2.利用不饱和度快速判断
同分异构体要求相同的分子式从而必然要求,相同碳原子和氢原子数目,那么不饱和度也必然相同。因此带有不同数目的双键/环的分子必然不是同分异构体。
比如2019年第10题b选项多形成了一个环,因此少两个氢原子,不可能是同分异构。
同分异构体绘画顺序方法论
同分异构绘画中为了保证完全没有遗漏,是有一个判断的逻辑前后链条,建议使用老师的方法顺序避免遗漏。
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