王永森

摘要：從丁基的種類和結構入手，結合例題分別介紹了丁基的種類、對稱性、碳鏈插入其他基團以及丁基碳鏈為母體的有機物及其轉(zhuǎn)化關系在高中化學試題中的呈現(xiàn)方式，揭示了丁基作為同分異構體、有機合成（推斷）素材的重要性、變化的多樣性及隱蔽性。

關鍵詞：丁基；同分異構體；試題分析

文章編號：1005–6629（2016）10–0082–05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

有機化合物具有非常豐富的同分異構現(xiàn)象，概括如圖1所示[1]：

碳鏈異構、位置異構、官能團異構和順反異構（鑒于中學的實際要求，如未標注，均不考慮對映異構和構象異構）錯綜復雜地交織在一起，使判斷和正確書寫有機化合物的同分異構體成為學習有機化學的瓶頸。本文試從丁基的角度探析相關同分異構體的判斷、書寫和有機物的推斷，通過例題以及變式題的訓練和解析，從而達到舉一反三，融會貫通的效果。

1 新課程中的丁基

丁基是正丁烷和異丁烷分別失去一個不同位置的H原子而生成，人教版《有機化學基礎》[2]中對上述丁基以“知識支持”的方式進行了介紹。筆者認為，對于高中而言，不僅對其本身了然于胸，還要在一定的要求下進行各種深層次的變換。丁基的變化與異構類型的關系分析如圖2所示，其呈現(xiàn)形式變化多樣，且十分隱蔽[3]，不易識別，即便能夠識破意圖，成功地解決問題也絕非易事！

2 丁基的呈現(xiàn)方式

2.1 丁基的種類

2.1.1 直接呈現(xiàn)丁基的種類

解析：苯環(huán)與三個取代基直接相連，可采取定二移三的方式：分別將-OH、-CH3固定在鄰、間、對位，移動-COOR分別獲得4種、4種和2種同分異構體，如圖3所示。又因-R為丁基，同分異構體有（4+4+2）×4=40種。

對于上述單苯環(huán)上的2～3個取代基種類問題，先解決苯環(huán)上的取代基位置異構問題，再考慮碳鏈異構問題。變式1屬苯環(huán)上3個取代基均不同，此外還有3個取代基均相同（見圖4）、2個取代基相同的情形（見圖5）[4]。

a. 1mol該化合物能與2mol NaHCO3反應

b.苯環(huán)上只有兩個取代基，且相同

c.苯環(huán)上的一氯取代物有三種

a.屬于芳香族化合物且苯環(huán)上有五個取代基

b.核磁共振氫譜有四種類型氫原子的吸收峰

c. 1mol該物質(zhì)最多可消耗2mol NaOH

d.能發(fā)生銀鏡反應

解析：此有機物的分子式為C15H22O3，Ω=5，除苯環(huán)外還應有-CHO；為了減少等效氫的種類，將其放在對稱軸上；考慮到1mol該物質(zhì)最多可消耗2mol NaOH，將2個O設計成2個-OH并對稱放置在兩側(cè)，取代苯環(huán)上的氫而不增加等效氫的種類；剩下8個C平均拆分（即形成丁基）在對稱軸兩側(cè)，要做到取代苯環(huán)上的氫而不增加等效氫的種類唯有叔丁基，如圖8；將-CHO在對稱軸上變換位置，得到另一種，如圖9。

此類問題屬限定條件書寫同分異構體，其思維模式如圖10。結構信息與位置信息是相輔相成的，拆分環(huán)節(jié)需在二者不斷磨合匹配的基礎上再融入性質(zhì)信息方可完成。

變式3：若將“a.屬于芳香族化合物且苯環(huán)上有五個取代基”的條件改為“a.屬于芳香族化合物且苯環(huán)上有六個取代基”，其他條件不變，寫出一種符合該條件的物質(zhì)的結構簡式 。

解析：“屬于芳香族化合物且苯環(huán)上有六個取代基”系結構信息，考慮到按性質(zhì)信息“1mol該物質(zhì)最多可消耗2mol NaOH、能發(fā)生銀鏡反應”，可拆分成酚的甲酸酯；“核磁共振氫譜有四種類型氫原子的吸收峰”既是結構信息，也是位置信息；為了減少等效氫的種類，將甲酰氧基與另一O都放置到對稱軸上；此時，剩余8個C，如果平均拆分以-C2H5放置在左右對稱的a、a’、b、b’位，等效氫增至6種，不僅與“四種類型氫原子”矛盾，多出的酚-OH還與性質(zhì)信息“1mol該物質(zhì)最多可消耗2mol NaOH”相悖，如圖11。

根據(jù)同一甲基上的H等效，連接在同一碳原子上-CH3的H也等效，為了安置出更多的C且與“四種類型氫原子”匹配，只能將剩余的8個C先拆分出4個-CH3接入a、a’、b、b’處（取代苯環(huán)上的氫而不增加等效氫的種類），另4個C要安排c處O上又不增加等效H的種類，非叔丁基莫屬！至此，撥云見日，-C（CH3）3露出真容，如圖12。

解析：此有機物的分子式為C5H8O2，含有碳碳雙鍵和酯基；要滿足能發(fā)生銀鏡反應且含有酯基，可將酯基設計成甲酰氧基（-OOCH），剩余的4個C即為丁基的碳鏈，在原有碳碳單鍵上再添加一條鍵形成雙鍵，并判斷順反異構即可確定同分異構體種類。如圖13所示，標記為“1”的位置只形成雙鍵而無順反異構；標記為“2”的位置不僅形成雙鍵且存在順反異構；叔丁基的中心碳原子已滿足碳四價，無法形成雙鍵，滿足題目條件的同分異構體的總數(shù)目為11種。思維順序：官能團異構→碳鏈異構→位置異構→順反異構。

解析：此題要求與已知有機物具有相同的官能團，只能含有1個-CHO和1個C=CH2就已經(jīng)滿足了不飽和度的要求；除此之外，剩余的4個C設計成丁基的碳鏈，將C=CH2插入相應的碳碳鍵和碳氫鍵之間即可。如圖14，a中無2個-CH3，舍；b中因考慮不能破壞甲基，有6處可插入；c中因2個-CH3局部對稱，只考慮其一，有5處可插入；d中含3個-CH3，且完全對稱，可破壞其一而插入碳氫鍵之間，剩余2個-CH3，均不能插入。滿足條件的數(shù)目為12種。

利用基團插入法時，首先，根據(jù)分子組成、結合限定條件，抽出一個二價基團（如酯基、氧原子、羰基、亞甲基和亞氨基等）作為插入基團；其次，寫出剩余部分形成碳骨架的可能結構；最后，將插入基團插入到碳骨架的相應位置，就可以確定同分異構體的數(shù)目。該法只需考慮骨架的碳鏈異構、苯環(huán)上基團的位置異構，而不需考慮官能團的類別異構，一定程度上降低了解題難度[5]。

2.4 以丁基碳鏈為母體的有機物及其轉(zhuǎn)化關系

例6 （2013吉林省長春市第二次調(diào)研）A、B、C、D、E、F、G都是鏈狀有機物，它們的轉(zhuǎn)化關系如圖15所示。A只含一種官能團，D的相對分子質(zhì)量與E相差42，D的核磁共振氫譜圖上有3組峰，且峰面積之比為1：3：6。已知：Mr（R-Cl）-Mr（ROH）= 18.5，Mr（RCH2OH）-Mr（RCHO）=2，Mr表示相對分子質(zhì)量。（問題略）

目標分子中的碳鏈有8個C，似正丁基和仲丁基接在一起，但-OH的位置使切斷、關聯(lián)易得原料相當困難。結合羥醛縮合的特點，產(chǎn)物為α，β-不飽和的醛或酮，將-CH2OH進行官能團轉(zhuǎn)換為-CHO，同時在α、β位（有兩處，選擇利于切斷成2個丁基處）補上雙鍵。α、β間的雙鍵是由β位羥基脫水而成，β位羥基又由兩分子的羥醛縮合獲得。再施以同樣操作，逆推為易得原料乙烯。

合成：

丁基為有機化學中的重要烴基，不僅在同分異構體的書寫及判斷中使用較廣，在有機合成及

3 結語

綜上，丁基變換多樣，又常與其他知識交叉，受到各方關注不足為奇。對于學生而言，要根據(jù)一定的問題情境，選擇適當?shù)姆椒?，有序地按不同的異構層次思考問題，柳暗花明的一刻也許近在咫尺！

參考文獻：

[1]人民教育出版社，課程教材研究所，化學課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標準實驗教科書·有機化學基礎（選修5）教師教學用書[M].北京：人民教育出版社，2011：12.

[2]曹居東，王磊，尹冬冬.普通高中課程標準實驗教科書·有機化學基礎（選修）[M].濟南：山東科學技術出版社，2007：10.

[3]連麗華.例談丁基的隱蔽性[J].山西教育·教學，2010，（3）：20.

[4]徐俊龍，吳文中.系統(tǒng)分析法判定苯環(huán)上多元取代物的同分異構體[J].化學教學，2015，（11）：86.

[5]白建娥.高三復習課“限定條件下同分異構體的書寫”教學設計及實施[J].化學教育，2011，（12）：43.