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作者简介：雷范军，华南师范大学教育硕士，广东省佛山市高明区教育科研培训中心教研员，中学化学高级教师。工作以来，11年高中毕业班教育教学，多次参与或主持国家级、省级课题研究，两次参加佛山市中考命题，曾荣获广东省中学化学教研积极分子、佛山市优秀辅导员、高明区教育系统先进工作者、区优秀班主任和优秀教师等荣誉称号。近十年在《化学教育》《化学教学》《中学化学教学参考》《中学生数理化》等报刊上发表500多篇文章，其中3篇文章被中国人民大学书报资料中心的《中学化学教与学》全文转载，多篇文章被引用率超过10次。2017年主持广东省教育科学“十三五”规划2017年度研究课题“模型方法在普通高中化学教学中的应用研究”（课题批准号：2017YQJK069），2018年10月，主持的全国教育科学“十三五”规划2018年度教育部重点课题“模型认知在普通高中化学教学中的应用研究”（DHA180440）顺利开题。
基于真实问题情境推断指定条件下有机物的同分异构体数目，或者基于证据对符合一定条件同分异构体的结构简式进行推理和书写，上述两种设问方式均具有显著选拔功能，难度系数合理、区分度优秀，因而是近年各地高考命题的难点和热点。同分异构体的数目及其结构简式的推断问题，不仅有助于考查考生对有机物的组成、结构、性质和转化等化学学科核心知识的掌握程度，而且有助于考查考生的科学素养或者化学学科核心素养。下面以近两年各省市高考典型试题为例，对新颖情境下有机物同分异构体数目或结构简式推断的思路与方法进行探究，帮助同学们学习理解、迁移拓展和创新应用有关思路和方法，以分析和解决上述两类热点问题。
一、已知有机物本身或其转化产物的结构简式，推断同分异构体结构简式及数目
2018年高考海南卷中化学试题对同分异构体的考查首次涉及立体异构体结构简式的推断，突出对必备知识、关键能力、思维方法和创新意识的考查，既体现了基础性、应用性、综合性、创新性的考查要求，又反映了高考积极的育人导向，有利于推动新一轮基于素养的课程改革的实施。
例1盐酸梅西律（E）是一种抗心律失常药，其一条合成路线如下：
回答下列问题：
（1）由D的结构可判断：D应存在立体异构。该立体异构体的结构简式为____ 。
（2）A的同分异构体中能与三氯化铁溶液发生显色反应的还有____ 种;其中，核磁共振氢谱为四组峰，峰面积比为6：2：1：1的结构简式为____ 。
点拨：新型药物合成是典型的真实问题，其中所涉及的关键物质的键线式已知，符合限定条件下的同分异构体数目，属于真实问题情景下的复杂问题，主要考查考生是否具备模型认知等化学学科核心素养。此类问题可以按如下认识模型进行推断：第一，认真审题，确定分析的起点是苯，终点是苯的二元或三元取代物数目，且分析清楚两个或三个取代基是否相同;第二，根据等效氢原理确定苯分子所含氢原子种数，进而确定一元取代物种数，第一个取代基可以是已知两个或三个取代基中的任何一个;第三，写出苯的一元取代物的结构简式，并根据等效氢原理确定一元取代物苯环上有几种氫原子，由此推断二元取代物种数，第二个取代基可以是余下两个取代基中的任何一个;第四，写出苯的二元取代物的结构简式，并且依据等效氢原理确定它们苯环上的氢原子种数，以便确定苯的三元取代物的数目;第五，根据题意，除去已知物质本身之外，可得符合题目条件下的同分异构体数目。
二、以结构简式及同分异构体特征为证据，推理同分异构体数目及结构简式
近两年高考全国Ⅱ卷有机化学基础模块选考题均考查合成路线中某环状有机物同分异构体数目及结构简式书写，通常涉及有机物的组成、结构、性质（定性和定量相结合）、转化、核磁共振氢谱中峰数及峰面积比等特征，需要进行证据推理才能分析问题和解决问题。
例2异山梨醇（A）是重要的生物质转
B是A的同分异构体，7. 30 9的B与足量饱和碳酸氢钠反应可释放出2. 24 L二氧化碳（标准状况），B的可能结构共有____ 种（不考虑立体异构），其中核磁共振氢谱为三组峰，峰面积比为3：1：1的结构简式为____ 。
点拨：在信息时代，要让同分异构体数目及结构简式等知识学习过程成为核心素养的形成和发展过程。首先，要转变知识观，不再把同分异构体数目及结构简式等知识当作“客观真理”或“固定事实”，而使之成为探究的对象和使用的资源。其次，要将同分异构体数目及结构简式推断等学科核心知识提升为学科观念，信息时代，知识的衰减和更新速度空前加快，但同分异构体数目及结构简式等知识所体现的观念或思想却相对稳定。解答本题时，考生需要从A的结构简式及7. 30 9的B与足量饱和碳酸氢钠反应可释放出2. 24 L二氧化碳（标准状况）等信息中，抽取出能描述A的同分异构体B的主要参数，即B的分子式为C6 H10 04，且含有2个-COOH，及剩余原子团为C4 H8，由此可以找出这些参数之间的正确关系，即B可以视为C4 Hio的二元取代物且两个取代基相同（均为COOH），接下来建构模型足以解释B的同分异构体数目及书写出符合题给条件下的结构简式。
三、以结构简式及同分异构体的关键特征为证据，用模型方法分析解答
近两年全国工卷化学选择题的某一选项考查不熟悉或熟悉烃的二氯代物同分异构体数目，而有机化学基础模块选考题中则考查合成路线中某有机物同分异构体的结构简式书写，通常涉及有机物的组成、结构、性质、转化、核磁共振氢谱中峰数及峰面积比等指定条件。解答时，考生需要从复杂的现象中，抽取出能描绘该现象的元素或参数，并找出这些元素或参数之间的正确关系，建构模型足以正确描述、解释该现象的过程。
点拨：分析与解决本题时，需要从陌生有机物E的结构简式中，抽取出能描述其同分异构体的三个参数，即2个酯基、4个甲基和1个季碳原子（不连氢原子的单键碳原子），从而找出这些参数之间的逻辑关系，即2个酯基和2个甲基连在季碳原子周围，另外2个甲基则分别连在酯基的另一侧，且连在季碳原子上的2个酯基对称，2个甲基也对称，连在2个酯基的另一侧的2个甲基也位于对称位置，建构上述模型并迁移应用，可以快速、准确地得到“与E互为同分异构体的酯类化合物的结构简式（核磁共振氢谱为两组峰，峰面积比为1：1）”。 四、以分子式、合成路线及同分异构体特征为证据，运用排列组合法推理
近两年全国Ⅲ卷有机化学基础模块选考题均考查合成路线中某链状有机物同分异构体的结构简式书写问题，通常涉及有机物的组成、结构（官能团）、转化（烃及其衍生物、信息给予反应）、核磁共振氢谱中峰数及峰面积比等限定条件。
例4化合物D的合成路线如下：
X与D互为同分异构体，且具有完全相同的官能团。X的核磁共振氢谱显示三种不同化学环境的氢，其峰面积之比为3：3：2。写出3种符合上述条件的X的结构简式：____。
解析：合成路线中已知D的分子式为C6 H8 02，A→B的反应试剂为氯气和光照及A（丙炔）中含有甲基，由烷烃的取代反应类推可知，该反应实质是甲基所含C-H键中氢原子被氯原子取代，则B的结构简式为CICH） C≡CH或HC≡CCH2 CI;再由B C的反应试剂为NaCN和加热及B、C的分子式和原子个数守恒原理推断，该反应实质是B所含C-CI键中的氯原子被氰基取代，则C的结构简式为NCCH2C≡CH或HC≡CCH2 CN;由C→D的反应条件和试剂及D的分子式推断，该步反应实际上包含两步反应，先是C中氰基在酸性溶液中水解变为羧基等，后是HOOCCH2 C≡CH 或 HC≡CCH2 COOH 与CH3 CH2 0H在浓硫酸加热下发生酯化反应，则D的结构简式为CH3 CH2 00CCH） C≡CH或HC≡CCH） COOCH2 CH3。
点拨：科学素养或核心素养是灵活运用学科核心知识解决真实情境下复杂问题的能力，同学们只有置身于真实问题情境，亲历复杂问题的解决过程，才能迅速发展与提升。当“同分异构体推断”的学习脱离探究与实践而直接进行（通过直接教学而“内化”“同分异构体推断”）的时候，“同分异构体数目推断”的熟练就与学科核心素养的发展成反比。当“同分异构体推断”的学习成为间接过程和解决复杂问题的“副产品”的时候，“同分异构体数目及结构简式推断”的熟练与学科核心素养的发展才会成正比。
五、以结构简式、同分异构体的性质为证据，推断结构简式
近两年江苏卷有机化学基础模块选考题均考查合成路线中某环状有机物同分异构体的结构简式书写问题，通常涉及有机物的组成、结构（含苯环、官能团）、转化（水解反应且生成兩种产物）、不同化学环境的氢及其种数等限定条件。这类试题同样考查高中化学学科核心素养，即高中学生通过化学学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力，基本上涵盖了“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”5个方面。
六、已知结构简式的某链状有机物同分异构体数目及结构简式的推断
近两年考查合成路线中某链状有机物同分异构体数目及限定条件下的结构简式书写问题，通常涉及有机物的组成、结构（官能团）、转化（烃及其衍生物）、核磁共振氢谱中峰数等条件。
C的同分异构体W（不考虑手性异构）可发生银镜反应，且1 mol W最多与2 mol NaOH发生反应，产物之一可被氧化成二元醛。满足上述条件的W有____种，若W的核磁共振氢谱具有四组峰，则其结构简式为____。
解析：合成路线中已知C的结构简式为HOOC（CH2）4CH2Br，已知“C的同分异构体W（不考虑手性异构）可发生银镜反应，且1 mol W最多与2 mol NaOH发生反应，产物之一可被氧化成二元醛”，说明W含有1个HCOO-、1个Br-且二者必须连在剩余碳原子形成的碳骨架结构的端碳原子上，不能连在仲碳、叔碳原子上，二者也不能连在同一个端碳原子上，否则碱性水解产生的二元醇被氧化后得不到2个醛基，而是1个醛基和1个酮基（或羰基）或2个酮基（或羰基）等。除1个HCOO 、1个Br外，剩余5个碳原子可以形成的碳骨架有
点拨：解答本题时，考生需要从“C的同分异构体W（不考虑手性异构）可发生银镜反应，且1 mol W最多与2 mol NaOH发生反应，产物之一可被氧化成二元醛”等信息中，抽取出能描述C的同分异构体W在组成、结构、性质和转化方面的主要参数，即W的分子中含有1个 OOCH、1个 Br及剩余原子团为C5H10，由此可以找出这些参数之间的正确关系，即W可以视为Cs Hl2的二元取代物且两个取代基不相同（分别为- OOCH、-Br），并且W水解所得醇能被氧化为醛，说明所得醇羟基所连碳原子上至少还连有2个氢原子，由此推断-OOCH、-Br必须连接在端碳原子上，而非其他碳原子上，接下来建构模型足以分析W的同分异构体数目及书写出符合题给条件下的结构简式。
（责任编辑 谢启刚）
基于真实问题情境推断指定条件下有机物的同分异构体数目，或者基于证据对符合一定条件同分异构体的结构简式进行推理和书写，上述两种设问方式均具有显著选拔功能，难度系数合理、区分度优秀，因而是近年各地高考命题的难点和热点。同分异构体的数目及其结构简式的推断问题，不仅有助于考查考生对有机物的组成、结构、性质和转化等化学学科核心知识的掌握程度，而且有助于考查考生的科学素养或者化学学科核心素养。下面以近两年各省市高考典型试题为例，对新颖情境下有机物同分异构体数目或结构简式推断的思路与方法进行探究，帮助同学们学习理解、迁移拓展和创新应用有关思路和方法，以分析和解决上述两类热点问题。
一、已知有机物本身或其转化产物的结构简式，推断同分异构体结构简式及数目
2018年高考海南卷中化学试题对同分异构体的考查首次涉及立体异构体结构简式的推断，突出对必备知识、关键能力、思维方法和创新意识的考查，既体现了基础性、应用性、综合性、创新性的考查要求，又反映了高考积极的育人导向，有利于推动新一轮基于素养的课程改革的实施。
例1盐酸梅西律（E）是一种抗心律失常药，其一条合成路线如下：
回答下列问题：
（1）由D的结构可判断：D应存在立体异构。该立体异构体的结构简式为____ 。
（2）A的同分异构体中能与三氯化铁溶液发生显色反应的还有____ 种;其中，核磁共振氢谱为四组峰，峰面积比为6：2：1：1的结构简式为____ 。
点拨：新型药物合成是典型的真实问题，其中所涉及的关键物质的键线式已知，符合限定条件下的同分异构体数目，属于真实问题情景下的复杂问题，主要考查考生是否具备模型认知等化学学科核心素养。此类问题可以按如下认识模型进行推断：第一，认真审题，确定分析的起点是苯，终点是苯的二元或三元取代物数目，且分析清楚两个或三个取代基是否相同;第二，根据等效氢原理确定苯分子所含氢原子种数，进而确定一元取代物种数，第一个取代基可以是已知两个或三个取代基中的任何一个;第三，写出苯的一元取代物的结构简式，并根据等效氢原理确定一元取代物苯环上有几种氫原子，由此推断二元取代物种数，第二个取代基可以是余下两个取代基中的任何一个;第四，写出苯的二元取代物的结构简式，并且依据等效氢原理确定它们苯环上的氢原子种数，以便确定苯的三元取代物的数目;第五，根据题意，除去已知物质本身之外，可得符合题目条件下的同分异构体数目。
二、以结构简式及同分异构体特征为证据，推理同分异构体数目及结构简式
近两年高考全国Ⅱ卷有机化学基础模块选考题均考查合成路线中某环状有机物同分异构体数目及结构简式书写，通常涉及有机物的组成、结构、性质（定性和定量相结合）、转化、核磁共振氢谱中峰数及峰面积比等特征，需要进行证据推理才能分析问题和解决问题。
例2异山梨醇（A）是重要的生物质转
B是A的同分异构体，7. 30 9的B与足量饱和碳酸氢钠反应可释放出2. 24 L二氧化碳（标准状况），B的可能结构共有____ 种（不考虑立体异构），其中核磁共振氢谱为三组峰，峰面积比为3：1：1的结构简式为____ 。
点拨：在信息时代，要让同分异构体数目及结构简式等知识学习过程成为核心素养的形成和发展过程。首先，要转变知识观，不再把同分异构体数目及结构简式等知识当作“客观真理”或“固定事实”，而使之成为探究的对象和使用的资源。其次，要将同分异构体数目及结构简式推断等学科核心知识提升为学科观念，信息时代，知识的衰减和更新速度空前加快，但同分异构体数目及结构简式等知识所体现的观念或思想却相对稳定。解答本题时，考生需要从A的结构简式及7. 30 9的B与足量饱和碳酸氢钠反应可释放出2. 24 L二氧化碳（标准状况）等信息中，抽取出能描述A的同分异构体B的主要参数，即B的分子式为C6 H10 04，且含有2个-COOH，及剩余原子团为C4 H8，由此可以找出这些参数之间的正确关系，即B可以视为C4 Hio的二元取代物且两个取代基相同（均为COOH），接下来建构模型足以解释B的同分异构体数目及书写出符合题给条件下的结构简式。
三、以结构简式及同分异构体的关键特征为证据，用模型方法分析解答
近两年全国工卷化学选择题的某一选项考查不熟悉或熟悉烃的二氯代物同分异构体数目，而有机化学基础模块选考题中则考查合成路线中某有机物同分异构体的结构简式书写，通常涉及有机物的组成、结构、性质、转化、核磁共振氢谱中峰数及峰面积比等指定条件。解答时，考生需要从复杂的现象中，抽取出能描绘该现象的元素或参数，并找出这些元素或参数之间的正确关系，建构模型足以正确描述、解释该现象的过程。
点拨：分析与解决本题时，需要从陌生有机物E的结构简式中，抽取出能描述其同分异构体的三个参数，即2个酯基、4个甲基和1个季碳原子（不连氢原子的单键碳原子），从而找出这些参数之间的逻辑关系，即2个酯基和2个甲基连在季碳原子周围，另外2个甲基则分别连在酯基的另一侧，且连在季碳原子上的2个酯基对称，2个甲基也对称，连在2个酯基的另一侧的2个甲基也位于对称位置，建构上述模型并迁移应用，可以快速、准确地得到“与E互为同分异构体的酯类化合物的结构简式（核磁共振氢谱为两组峰，峰面积比为1：1）”。 四、以分子式、合成路线及同分异构体特征为证据，运用排列组合法推理
近两年全国Ⅲ卷有机化学基础模块选考题均考查合成路线中某链状有机物同分异构体的结构简式书写问题，通常涉及有机物的组成、结构（官能团）、转化（烃及其衍生物、信息给予反应）、核磁共振氢谱中峰数及峰面积比等限定条件。
例4化合物D的合成路线如下：
X与D互为同分异构体，且具有完全相同的官能团。X的核磁共振氢谱显示三种不同化学环境的氢，其峰面积之比为3：3：2。写出3种符合上述条件的X的结构简式：____。
解析：合成路线中已知D的分子式为C6 H8 02，A→B的反应试剂为氯气和光照及A（丙炔）中含有甲基，由烷烃的取代反应类推可知，该反应实质是甲基所含C-H键中氢原子被氯原子取代，则B的结构简式为CICH） C≡CH或HC≡CCH2 CI;再由B C的反应试剂为NaCN和加热及B、C的分子式和原子个数守恒原理推断，该反应实质是B所含C-CI键中的氯原子被氰基取代，则C的结构简式为NCCH2C≡CH或HC≡CCH2 CN;由C→D的反应条件和试剂及D的分子式推断，该步反应实际上包含两步反应，先是C中氰基在酸性溶液中水解变为羧基等，后是HOOCCH2 C≡CH 或 HC≡CCH2 COOH 与CH3 CH2 0H在浓硫酸加热下发生酯化反应，则D的结构简式为CH3 CH2 00CCH） C≡CH或HC≡CCH） COOCH2 CH3。
点拨：科学素养或核心素养是灵活运用学科核心知识解决真实情境下复杂问题的能力，同学们只有置身于真实问题情境，亲历复杂问题的解决过程，才能迅速发展与提升。当“同分异构体推断”的学习脱离探究与实践而直接进行（通过直接教学而“内化”“同分异构体推断”）的时候，“同分异构体数目推断”的熟练就与学科核心素养的发展成反比。当“同分异构体推断”的学习成为间接过程和解决复杂问题的“副产品”的时候，“同分异构体数目及结构简式推断”的熟练与学科核心素养的发展才会成正比。
五、以结构简式、同分异构体的性质为证据，推断结构简式
近两年江苏卷有机化学基础模块选考题均考查合成路线中某环状有机物同分异构体的结构简式书写问题，通常涉及有机物的组成、结构（含苯环、官能团）、转化（水解反应且生成兩种产物）、不同化学环境的氢及其种数等限定条件。这类试题同样考查高中化学学科核心素养，即高中学生通过化学学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力，基本上涵盖了“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”5个方面。
六、已知结构简式的某链状有机物同分异构体数目及结构简式的推断
近两年考查合成路线中某链状有机物同分异构体数目及限定条件下的结构简式书写问题，通常涉及有机物的组成、结构（官能团）、转化（烃及其衍生物）、核磁共振氢谱中峰数等条件。
C的同分异构体W（不考虑手性异构）可发生银镜反应，且1 mol W最多与2 mol NaOH发生反应，产物之一可被氧化成二元醛。满足上述条件的W有____种，若W的核磁共振氢谱具有四组峰，则其结构简式为____。
解析：合成路线中已知C的结构简式为HOOC（CH2）4CH2Br，已知“C的同分异构体W（不考虑手性异构）可发生银镜反应，且1 mol W最多与2 mol NaOH发生反应，产物之一可被氧化成二元醛”，说明W含有1个HCOO-、1个Br-且二者必须连在剩余碳原子形成的碳骨架结构的端碳原子上，不能连在仲碳、叔碳原子上，二者也不能连在同一个端碳原子上，否则碱性水解产生的二元醇被氧化后得不到2个醛基，而是1个醛基和1个酮基（或羰基）或2个酮基（或羰基）等。除1个HCOO 、1个Br外，剩余5个碳原子可以形成的碳骨架有
点拨：解答本题时，考生需要从“C的同分异构体W（不考虑手性异构）可发生银镜反应，且1 mol W最多与2 mol NaOH发生反应，产物之一可被氧化成二元醛”等信息中，抽取出能描述C的同分异构体W在组成、结构、性质和转化方面的主要参数，即W的分子中含有1个 OOCH、1个 Br及剩余原子团为C5H10，由此可以找出这些参数之间的正确关系，即W可以视为Cs Hl2的二元取代物且两个取代基不相同（分别为- OOCH、-Br），并且W水解所得醇能被氧化为醛，说明所得醇羟基所连碳原子上至少还连有2个氢原子，由此推断-OOCH、-Br必须连接在端碳原子上，而非其他碳原子上，接下来建构模型足以分析W的同分异构体数目及书写出符合题给条件下的结构简式。
（责任编辑 谢启刚）