一、有机物的同分异构体
1. 同分异构体的概念
化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象，叫做同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互称为同分异构体。
2. 同系物、同分异构体、同素异形体和同位素的比较
概 念
同系物
同分异构体
同素异形体
同位素
研究范围
有机物
化合物
单质
原子
限制条件[来源:学#
结构相似[来源:
分子式相同
同一元素
质子数相同
组成相差CH2原子团
结构不同
性质不同
中子数不同
【技巧归纳】
① 分子式相同则相对分子质量必然相同，但相对分子质量相同而分子式不一定相同。如：H3PO4与H2SO4 、C2H6O与CH2O2的相对分子质量相同，但分子式不同。最简式相同的化合物不一定是同分异构体，如：HCHO、CH3COOH、HCOOCH3、C6H12O6的最简式相同，但分子式不同。
② 分子结构不同是由分子里原子或原子团的排列方式不同而引起的，如：CH3CH2OH和CH3OCH3、CH3CH2CHO和CH3COCH3等。
③ 同分异构现象在有机化合物中广泛存在，既存在于同类有机物中，又存在于某些不同类有机物中，如：CH3CH2 CH2 CH2CH3、CH3CH2 CH（CH3）CH3、C（CH3）4；CH3COOH、HCOOCH3。同分异构现象在某些无机化合物中也存在，如：CO(NH2)2与NH4OCN、HOCN（氰酸）和HNCO（异氰酸）。
④ 化合物的分子组成、分子结构越简单，同分异构现象越弱。反之，化合物的分子组成、分子结构越复杂，同分异构现象越强。如甲烷、乙烷、丙烷等均无同分异构现象，而丁烷、戊烷的同分异构体分别为2种、3种。
⑤ 同分异构体之间的化学性质可能相同也可能不同，但它们的物理性质一定不同。各同分异构体中，分子里支链越多，熔沸点一般越低。
例1、下列化学式只表示一种物质的分子组成的是( )。
A．C4H8 B．C3H8 C．SiO2 D．P
例2、下列说法正确的是（ ）
A. 凡是分子组成相差一个或几个CH2原子团的物质，彼此一定是同系物。
B. 两种化合物组成元素相同，各元素质量分数也相同，则两者一定是同分异构体
C. 相对分子质量相同的几种化合物，互称为同分异构体
D. 组成元素的质量分数相同，且相对分子质量也相同的不同化合物，互为同分异构体
二. 同分异构体的类型
绝大多数有机物普遍存在同分异构现象，高中阶段的同分异构现象主要有4种情况。即碳链异构、官能团位置异构、官能团类别异构和顺反异构。
1. 碳链异构
碳链异构是指由于碳原子的连接次序不同引起的异构，如，正丁烷与异丁烷。由于烷烃分子中没有官能团，所以烷烃不存在官能团位置异构和官能团类别异构，而只有碳链异构。再如，CH3CH2CH2CH2CHO（戊醛）与（CH3）2CHCH2CHO(2-甲基丁醛)也属于碳链异构。
2. 官能团位置异构
含有官能团的有机物，由于官能团的位置不同引起的异构。如，CH3CH=CHCH3和CH3CH2CH=CH2；CH3CH2CH2CH2COH（1-丁醇）与CH3CH2CH（OH）CH3(2-丁醇)。
含有官能团（包括碳碳双键、叁键）的有机物一般都存在官能团位置异构。互为碳链异构和官能团位置异构的有机物属于同类物质异构。
3. 官能团类别异构
所谓官能团类别异构是指分子式相同，官能团类型不同所引起的异构。除烷烃以外，绝大多数有机化合物分子都存在与其对应的官能团类别异构体。
各类有机物异构体情况见下表：
有机物通式
可能类别
实 例
CnH2n+2
只能是烷烃，异构类别只有碳架异构
CH3CH2CH2CH2CH3，CH3CH(CH3)CH2CH3，C(CH3)4
CnH2n
单烯烃、环烷烃
CH2=CHCH2CH3，CH3CH=CHCH3，CH2=C(CH3)2，CH2=CH2，
CnH2n-2
炔烃、二烯烃
CHCCH2CH3，CH3CCCH3，CH2=CH—CH=CH2
CnH2n-6
芳香烃(苯及其同系物)
CnH2n+2O
饱和脂肪醇、醚
CH3CH2CH2OH，CH3CH(OH)CH3，CH3OCH2CH3
CnH2nO
醛、酮、环醚、
环醇、烯基醇
CH3CH2CHO，CH3COCH3，CH=CHCH2OH，
，
CnH2nO2
羧酸、酯、羟醛、羟基酮
CH3CH2COOH，CH3COOCH3、HCOOCH2CH3，HOCH2CH2CHO、CH3CH(OH)CHO，CH3COCH2OH
CnH2n-6O
酚、芳香醇、
芳香醚
CnH2n+1NO2
硝基烷，氨基酸
CH3CH2NO2、H2N—CH2COOH
Cn(H2O)m
糖类
C6H12O6：CH2OH(CHOH)4CHO，CH20H(CHOH)3COCH2OH
C12H22011：蔗糖、麦芽糖
【疑难解析】
淀粉和纤维素都可用（C6H10O5）n表示，但由于n不等，所以不是同分异构体。
4. 顺反异构
不饱和烃（烯烃）的C=C双键，还C=N双键，N=N双键及环状等化合物中可能存在顺反异构（一般如无特殊说明，不考虑顺反异构）。
【疑难解析】
存在顺反异构的条件：碳碳双键的每一个碳原子连两个不同的原子或原子团。
三、有机物同分异构体数目的计算方法
1．记忆法
（1）. 记住烃基的种数
烃 基
种 数
类 推
甲基、乙基
1种
甲醇、一氯甲烷；乙醇、一氯乙烷都没有同分异构体
丙 基
2种：
一氯丙烷、丙醇、丁醛、丁酸都有2种同分异构体
丁 基
4种：
一氯丁烷、丁醇、戊醛、戊酸都有4种同分异构体
戊 基
8种：
一氯戊烷、戊醇、己醛、己酸都有8种同分异构体
（2）. 碳原子数少于10的烷烃，一氯代物同分异构体只有1种的有四种：
甲烷CH4
新戊烷
乙烷CH3—CH3
2，2，3，3-四甲基丁烷
（3）. C7H8O含有苯环的同分异构体有5种：
苯甲醇：
、 苯甲醚：
、邻甲苯酚：
间甲苯酚：
、对甲苯酚：
例3、分子式为C5H12O且可与金属钠反应放出氢气的有机化合物有(不考虑立体异构) ( )
A．5种 B．6种 C．7种 D．8种
2. 等效氢法
判断“等效氢”的三条原则是：
① 同一碳原子上的氢原子是等效的；
如
中CH3上的3个氢原子是“等效”的。
② 同一个碳原子上相同取代基上的氢原子属于“等效”氢原子 ；
如
分子中有2种“等效”氢原子。
③ 处于对称位置上的氢原子是等效的。
如
分子中，在苯环所在的平面内有2条互相垂直的对称轴，故有两类“等效”氢原子。
例4、四联苯
的一氯代物有（ ）
A．3种 B．4种 C．5种 D．6种
【技巧点拨】有几种不同位置的H就有几种一元取代物，而二元取代物代物有几种，一般先固定一个取代基的位置，移动另一个，看有几种可能，然后再固定一个取代基于另一不同位置，依次移动，注意前面固定过的位置不能再放氢，否则重复。
3. 换元法（替代法）
将有机物分子中的不同原子或基团换位进行思考．
如：乙烷分子中共有6个H原子，若有一个氢原子被Cl原子取代所得一氯乙烷只有一种结构，那么五氯乙烷有多少种，假设把五氯乙烷分子中的Cl看作H原子，而H原子看成Cl原子，其情况跟一氯乙烷完全相同，故五氯乙烷也有一种结构．同理：二氯乙烷有二种结构，四氯乙烷也有二种结构．又如：二氯苯有三种，四氯苯也有三种。
例5、已知分子式为C12H12的物质A的结构简式为
，A苯环上的二溴代物有9种同分异构体，由此推断A苯环上的四溴代物的同分异构体数目为( )
A．9种 B．10种 C．11种 D．12种
4.定一移一转一法
苯环上的氢原子被其他原子或原子团取代，烃分子中的氢原子被两个取代基取代，常采用定一移一法。
例有三种不同的基团，分别为—Cl、—Br、—I，若同时分别取代苯环上的三个氢原子，生成的同分异构体可以先把Cl原子固定在苯环的上面顶点上，Br原子放在Cl原子的邻位上，把I原子绕苯环旋转，有4种结构；把Br原子移到Cl原子间位，再把I原子绕苯环旋转，又有4种结构；把Br原子移到Cl原子对位，把I原子绕苯环旋转，有2种结构，共有10种。
典例4 甲苯苯环上的一个H原子被—C3H6Cl取代，形成的同分异构体有（不考虑立体异构）（）
A．9种 B．12种 C．15种 D．18种
5. 排列组合法
对于不同的有机物分子间形成化合物时，要考虑排列组合的方式。如：甲醇CH3OH和丙醇C3H7OH，混合加热形成醚时，丙醇有两种结构，1-丙醇和2-丙醇，形成醚时可以是甲醇、1-丙醇、2-丙醇各自形成醚，也可以是甲醇和1-丙醇、甲醇和2-丙醇、1-丙醇和2-丙醇形成醚，共有六种醚。
例5、下列对氨基酸和蛋白质的描述正确的是( )
A．蛋白质水解的最终产物是氨基酸
B．氨基酸和蛋白质遇重金属离子均会变性
C．α－氨基丙酸与α－氨基苯丙酸混合物脱水成肽，只生成2种二肽
D．氨基酸溶于过量氢氧化钠溶液中生成的离子，在电场作用下向负极移动
例6、下列化合物中同分异构体数目最少的是( )
A．戊烷 B．戊醇 C．戊烯 D．乙酸乙酯
四、同分异构体的书写技巧
1. 思路方法
（1）. 列出有机物的分子式。
（2）. 根据分子式找出符合的通式，由通式初步确定该化合物为烷烃、；烯烃或环烷烃、；炔烃、二烯烃或环烯烃；芳香烃及烃的衍生物等。
（3）. 书写顺序：先写碳链异构，再写位置异构，最后写官能团异构。
2. 碳链异构书写规律
碳链异构的书写顺序应遵循：主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边，排布由邻到间，后三句是指支链的大小、支链的移动及排布形式，或参考“成直链一线穿，从头摘、挂中间，往边排、不到端”的口诀书写，要注意思维有序，谨防重复和遗漏。
例7、请写出C7H16的所有同分异构体
⑴ 先写最长的碳链：
⑵ 减少1个C，找出对称轴，依次加在第②、③ ……个C上（不超过中线）：
⑶ 减少2个C，找出对称轴：
① 组成一个-C2H5，从第3个C加起（不超过中线）：
② 分为两个-CH3
a 两个-CH3在同一碳原子上（不超过中线）：
，
b两个-CH3在不同的碳原子上：
，
⑷ 减少3个C，取代基为3个-CH3（不可能有-CH2CH3）
【技巧归纳】
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。碳总为四键，规律牢记心间。
2. 甲基不能挂在第一个碳上，乙基不能挂在第二个碳上，丙基不能挂在第三个碳上。
3. 熟记C1-C6的碳链异构：
甲烷CH4、乙烷C2H6、丙烷C3H8
无同分异构体
丁烷C4H10
2种：CH3CH2CH2CH3、
戊烷C5H12
3种：
、
、
己烷C6H14
5种：
、
、
、
、
五. 官能团位置异构书写规律
1. 移位法
对于含有官能团的单烯烃、炔烃、饱和一元脂肪醇、饱和一元脂肪酸等，往往先采取逐步降碳法写出所有的相应碳架，再让官能团分别在碳架上移动，进而写出同分异构体。
⑴ 烷烃中氢原子被其他原子或原子团取代后同分异体的写法
例8、试确定一氯戊烷的同分异构体数目，并写它门结构简式。
【答案】8种
、
、
、
、
、
、
、
【解析】第一步，写出含有五个碳原子的碳架，已知戊烷有三种：正戊烷、异戊烷、新戊烷，相应的碳架分别为：
第二步，让氯原子分别在三个碳架上移动，①可得三种氯代物，②可得四种氯代物，③只能得到一种氯代物，故一氯戊烷共有8种同分异构体。
例9、写出一氯戊烷分子中含有两个甲基的同分异构体的结构简式。
【答案】
【解析】碳架①上氯原子不得连于链端；碳架②上氯原子必须连于链端；氯原子无论在碳架③上如何移动，都会有三个甲基存在，因此不符合要求。所以，含有两个甲基的一氯戊烷共有四种：
例10、下列化合物的一氯代物的数目排列顺序正确的是（ ）
① CH3CH2CH2CH2CH2CH3② (CH3) 2CHCH(CH3) 2 ③ (CH3) 3CCH2CH3④ (CH3) 3CC(CH3) 3
A. ①> ②> ③> ④ B. ②> ③=①> ④ C. ③> ②> ④> ① D. ①=③> ②> ④
2. 插入法
该法适合于烯、炔、酯、醚、酮等官能团镶在碳链中的有机物同分异构体的书写。
方法是：先将官能团拿出，然后写出剩余部分的碳链结构，再利用对称规律找出可插入官能团的位置，将官能团插入。注意，对称位置不可重复插入。
⑴ 烯烃同分异构体的写法
例11、写出C5H10属于烯烃的同分异构体。
【解析】先写出5个碳原子的碳链异构，再在碳链中加上双键：
而
种结构无法添加双键。
⑵ 酯的同分异构体的书写方法
例12、写出分子式为C5H10O2属于酯的同分异构体。
【答案】HCOOCH2CH2CH2CH3 、HCOOCH(CH3)CH2CH3、HCOOCH2CH(CH3）CH3、HCOOC(CH3)3、
CH3COOCH2CH2CH3、CH3COOCH(CH3)CH3、CH3CH2COOCH2CH3、CH3CH2CH2COOCH3、CH3CH(CH3)COOCH3。
【解析】（1）将酯基
出后，剩余部分有两种碳链结构：
（2）利用对称规律可判断出各种碳链结构中可插入位置。如上注意
不仅可插在C-C键间，也可插在C-H键间形成甲酸酯。
（3）将
插入。注意，酯键在C-C键间插入时可正反插入，但对称结构处将重复，例如：
中①位置就是对称点，正反插时重复：
而在②位正反插入时，得两种酯。
（4）将
插在C-H键间时，只能是
中C连H，不可O接H，否则成酸，如
，是酸，而
是甲酸丁酯。
【技巧点拨】
酯是由羧酸和醇作用生成的有机化合物，在书写酯的同分异构体时，一般酸的碳原子数由少到多，相应醇的碳原子数由多到少。
例13、分子式为C8H8O2，结构中含有苯环且属于酯类的同分异构体有(逐一增碳法)：
例14、有机物B (
) 的一种同分异构体满足下列条件：
Ⅰ. 能发生银镜反应，其水解产物之一能与FeCl3溶液发生显色反应。
Ⅱ. 分子中有6种不同化学环境的氢，且分子中含有两个苯环。
写出该同分异构体的结构简式：_ 。
【答案】
3. 芳香族化合物同分异构体的写法：
苯环的氢原子被其他原子或原子团取代，同分异构体的写法是：定一、移一、转一。
(1) 苯环上有两个取代基，例二甲苯，可以先定一个甲基，另一甲基可以移到邻、间对位上，这样苯环上的位置有邻、间、对三种。
4．限定条件下同分异构体的书写
已知有机物的分子式或结构简式，书写在限定条件下的同分异构体或判断同分异构体的种数，是高考的热点和难点。解答这类题目时，要注意分析限定条件的含义，弄清楚在限定条件下可以确定是什么官能团，再根据分子式并针对可变因素书写各种符合要求的同分异构体。
近年高考题有机物同分异构体的命题特点：
① 通常是多官能团化合物，一般含有苯环。
② 有限制条件，信息量较大。
③ 问题一般是推断符合限制条件的同分异构体数目或写出符合条件的一种或几种结构简式。
④ 往往写对称性高的同分异构体。
⑴ 具体有下列限制条件：
常见限制性条件
有机物分子中的官能团或结构特征
与足量碳酸氢钠溶液反应生成 CO2
含-COOH
能发生银镜反应或能与新制Cu(OH)2反应
含-CHO, 可以是醛类或甲酸或甲酸盐或甲酸酯
能发生水解反应
是酯或卤代烃
水解后的产物与FeCl3 溶液发生显色反应
含酚酯结构
能与NaOH溶液反应
含酚-OH、-COOH -COO -、 -X等
具有两性
说明有羧基和氨基
水解产物能氧化为酸
伯醇
⑵ 特殊反应中的定量关系
①
② 2—OH（醇、酚）（或—COOH）（羧酸）
H2↑
例分子式为C7H8O，结构中含有苯环的同分异构体：
例15、分子式为C4H8O2的有机物，有关其同分异构体数目的说法正确的是
A．能与NaHCO3溶液反应的有3种
B．能发生水解反应的有5种
C．既能与钠反应，又能与银氨溶液反应的有4种
D．能与NaOH溶液反应的有6种
