同分異構體計演算法電腦程序

A. 如何計算同分異構體的種數麻煩說詳細點。

沒有計算方法，要一個一個寫，只要不同，就是一種。高中老師，不說教孩子如何區別結構的不同，而要計算同分異構體的數目！可悲啊！

B. 計算同分異構體的公式

通常將所給公式整理成用後面的項表示前面的項的形式. 根據遞推公式寫出數列的前幾項，這個關系就稱為該數列的遞推公式：如果一個數列的第n項an與該數列的其他一項或多項之間存在對應關系的：bn=q(n-1)*b （q為公比 b為首項）由遞推公式寫出數列的方法.若知道的是末項：an=d(n-1)+a（d為公差 a為首項）等比數列遞推公式。例如斐波納契數列的遞推公式為an=a（n-1）+a（n-2）等差數列遞推公式，依次代入計算即可 2： 1遞推公式

C. 同分異構體的電腦求解

在種類繁多的有機化合物中，烴是最簡單的一種。它的特點是只含有碳和氫兩種元素。而烷烴又是烴中構造最簡單的。它的分子中碳原子都是飽和4價的，碳原子之間只以單鍵相互連接，其餘的價則完全與氫原子相連。在計算及表示中只需表示出其碳鏈即可。
在多碳原子的烷烴中由於分子中碳鏈構造的不同，同一種烷烴會存在多種同分異構體。例如丁烷有兩種分子構造：
C
|
C－C－C－CC－C－C
當碳原子數較少時，其同分異構體數量也較少，憑直觀還易於寫出其所有的同分異構體；但當碳原子數增加時，其同分異構體數將迅速增加，見上表。 用計算機解決這個問題實際上模擬了人在解決這個問題時的方法。先寫出一個最簡單碳鏈——只有兩個碳原子的碳鏈：
1 4
3 C—C 6
2 5
然後可在這個基礎上進一步擴展。具體方法為向這個碳原子加入新的碳原子。現在可供擴展碳原子的位置有六個，可逐一試放。放在一個位置後，與已得到的構造進行比較，如果重復則只算一種；如果構造不同，則把這種新的構造儲存下來。在本例中顯然六個位置放置後都只算同一種。對於四個碳原子的情況，是根據三個碳原子的結果再推算的。在三個碳原子的結構基礎上對新形成的八個空位來試放第四個碳原子，判斷重復性，可得兩個同分異構體。五個碳原子的情況又是由四個碳原子的兩個同分異構體再擴展而來。按這樣的演算法，實際上計算N個碳原子的烷烴時都要從三個碳原子的情況一步步推過來。 1、 碳鏈的計算機表示
碳鏈可看作是一種無根樹結構，每一個碳原子作為一個結點。結點下子樹的個數為該結點的度。碳鏈這種樹結構的儲存可用鄰接矩陣和廣義表兩種方式。
使用鄰接矩陣來表示各結點之間的連通性。對碳鏈上每個碳原子都編上號。如1號碳原子和2號碳原子相連，則矩陣元素a12和a21均置為1，若無連通關系則置0。例如下面一個碳鏈的鄰接矩陣表示為
1234567
1
2
3
4
5
6
7 0100111
1011000
0100000
0100000
1000000
1000000
1000000
這種表示的優點為擴展碳原子很方便。例如要在上例2號碳原子的右邊再增加一個8號碳原子只需將鄰接矩陣擴展為8階方陣，並置元素a28與a82為1，其餘新增元素為0即可完成。
另一種表示碳鏈的方法是用廣義表。用字元C表示一個碳原子，用「（」和「）」表示層次關系，類似於集合。如上例的碳鏈，用廣義表可表示為
C（C（CC）CCC）
↑↑↑↑↑↑↑
表示碳原子： 1 2 3 4 5 6 7
可見廣義表可直接用一個字元串來表示。這種表示方法的好處為判斷所求碳鏈是否重復時較方便，因為重復的異構體的鄰接矩陣經過一定的演算法可轉化成唯一一種廣義表，另外廣義表儲存時也比較方便。
2、樹的兩種儲存結構的互換
由於程序演算法在擴展結點時使用鄰接矩陣，判重時使用廣義表，因此兩種儲存結構要相互轉換。
廣義表轉化為鄰接矩陣相對簡單，可用遞歸過程實現，在此不再贅述。
鄰接矩陣轉化為廣義表時，為了使重復的同分異構體轉化為相同的廣義表，必須對鄰接矩陣進行以下處理：
(1) 按每個結點的度進行由大到小的排序，若度相同，則比較子結點的度的總和。前面例子中的鄰接矩陣即是以排好序的。
(2) 以度最大的第一個結點為根構造廣義表，也可用遞歸方法實現。 （略）
無機物的同分異構主要出現在配合物中，包括：

D. 高三化學里怎樣計算有機物的同分異構體的數量

同分異構體的數量不是計算出來的，是通過綜合分析而得出的。

至於高中化學有機物的同分異構體數目一般不是太大，往往需要一一例舉。比較常見的方法有：等效氫法、不飽和度法、優先組合法、換元法等。

等效氫法：

這幾種方法往往需要綜合使用。另外，同分異構體的書寫可以體現學生對有機結構掌控的能力，因此，需要多多練習，努力提高。沒有捷徑可以走。

E. 如何計算烷烴的同分異構體數目

O(N^2)DP (Python實現)

我展示一些結果吧：
甲烷：1乙烷：1丙烷：1丁烷：2戊烷：3己烷：5庚烷：9辛烷：18壬烷：35癸烷：7511烷：15912烷：35513烷：80214烷：185815烷：4347
100烷：
具體思路詳見

http://builtinclz.abcz8.com/showart.php?id=2011/0818_alkane

import sys
N=1000
dp=[[0 for i in range(0,N+1)] for j in range(0,5)]
for i in range(0,5):
dp[i][0]=1
alkyl=[1 for i in range(0,N+1)]
alkane=[1 for i in range(0,N+1)]
for i in range(1,N):
c=[0 for j in range(0,5)]
c[0]=1
for j in range(1,5):
c[j]=c[j-1]*(alkyl[i]+j-1)/j
for j in range(4,0,-1):
for k in range(0,N+1):
dp[j][k]+=sum([dp[j-l][k-i*l]*c[l] for l in range(1,min(j,k/i)+1)])
alkyl[i+1]=dp[3][i]
if i*2+1<=N:
alkane[i*2+1]=dp[4][i*2]
if i*2<=N:
alkane[i*2]=dp[4][i*2-1]-alkyl[i]*(alkyl[i]-1)/2
sys.stderr.write('i='+str(i)+'\n')
for i in range(1,N+1):
print i,alkane[i],alkyl[i]

F. 烷烴 同分異構計算方法

烷烴

【重點難點解析】

一、同系物、同位素、同分異構體、同素異形體的比較

二、書寫同分異構體的方法

1.書寫烷烴的各種同分異構體的方法

①「成直鏈、一線串」②「從頭摘、掛中間」③「往邊排、不到端」

以C5H12為例，寫出C5H12的各種同分異構

(1)「成直鏈、一線串」：CH3—CH2—CH2—CH2—CH3

(2)「從頭摘、掛中間」：

(3)「往邊排、不到端」：重復上述兩式重復(2)、(3)兩步，可寫出C5H12的另一種同分異構體 ，所以C5H12共有三種同分異構體。

2.書寫各類有機物同分異構體的正確方法

按照官能團異構、碳鏈異構、位置異構的順序來書寫。

三、根、基、烷基正離子的比較

1.根：帶有電荷，一般存在於電解質溶液或其熔融狀態中，如SO42-、NH4+等，其電性及電荷數目要用「+」「-」及阿拉伯數字表示在原子團右上角。

2.基：不顯電性，短時間內可自由存在如-CH3、-OH(羥基)等，其書寫形式中「-」表示與「-」相連的原子上有未成對的電子。

3.烷基正離子：帶有正電荷，瞬間存在，如 H3為甲基正離子，CH3— H2為乙基正離子等，它是烷基失去其未成對電子後所剩餘的部分，其書寫形式中「+」應寫在失去電子的那個碳原子的上方。

四、學習烷烴命名指導

烷烴命名是我們學習有機化學必須掌握的基礎知識之一。由於有機物的碳架結構繁雜伴有同分異構現象，而且同學們剛剛接觸有機化學知識，還沒有掌握有機物的結構特點和變化規律，因此不少同學常感到困難，甚至有部分同學失去學好有機化學的信心。所以這一知識點不僅是烷烴教學中的重點、難點，也是我們學習有機化學的分化點。因此，我們一定要跨過這一難關。

1.「長」。即在命名時要選擇烴分子中最長的碳鏈為主鍵，以主鏈上的碳原子數稱為「某烷」。然而初學者在命名時，大多善於選擇形式上的「長」鏈，而不會選實際上的長鏈，而 w:wrap type="square" designtimesp="12138">不會觀察拐彎相連的長鏈。

例如：在，一些同學常把主鏈誤選為五個碳的主鏈，而實際上應為含有丙基和乙基的八個碳的主鏈；又如在

結構中，命名時一些同學常誤認為主鏈的碳原子數為八個或九個或十個，而實際上，按最「長」原則主鏈碳原子數應為十一，如結構中標號所示。(註：該例只適宜在練習時供選主鏈用，中學階段不適宜命名用)。

2.「多」。是指主鏈上含有的取代基要最多。在有多個等長碳鏈時，要選擇含有支鏈最多的碳鏈作為主鏈，以便於命名時方便簡單。例如：在

中，有三條等長碳鏈，但由於從左到右的碳鏈上取代基最多(四個)，故主鏈應選從左到右的碳鏈作為主鏈。又如，在

中，主鏈不應選擇從左到右的長鏈，而應選擇向下拐彎的碳鏈為主鏈，因為這樣主鏈上的取代基最多(5個)。

3.「近」。即在給主鏈上碳原子編號時，要從距取代基(支鏈)最近的一端編起，用以確定取代基在主鏈上的位置。例如：在

中，給主鏈碳原子編號應從右端編起，而不應從左端編起，即該烴名稱應為：3，4—二甲基—5—乙基辛烷而不是5，6—二甲基—4—乙基辛烷。

4.「小」。是指按照上述三原則選擇的主鏈，編號確定取代基在主鏈上的位置時，取代基的序數之和要最小，否則命名是錯誤的。例如：

其正確名稱應為2，5—二甲基—3—乙基己烷(取代其序數和為2+5+3＝10)，而不是2，5—二甲基—4—乙基己烷(取代基序數和為2+5+4＝11大於10)。再如：

其名稱應為3，3，5—三甲基庚烷，而不是3，5，5—三甲基庚烷。

啟示一：在主鏈兩端等距離地出現相同的取代基時，按取代基所在位置序數之和較小的給取代基定位。即兩端等距又同基，取代基序數和要最小。

5.「簡」。是指靠近起點碳的取代基要最簡單。例如，在

中，給主鏈碳原子編號時，起點碳應是右邊而不是左邊，即該烴名稱為3—甲基—4—乙基己烷，而不是4—甲基—3—乙基己烷。

啟示二：在主鏈兩端等距離地出現不同的取代基時，從靠近簡單取代基的一端給主鏈編號。即兩端等距不同基，起點靠近簡單基。

【命題趨勢分析】

1.基礎知識考核：烷烴通式、結構簡式、同分異構體、烷烴命名、一氯代物及二氯代物有幾種、鍵線式的識別等。

2.綜合計算(求化學式、判斷結構式，實驗和計算綜合等)。

核心知識

【基礎知識精講】

1.烷烴

(1)烷烴的概念：碳原子跟碳原子都以單鍵結合，碳原子剩餘的價鍵全部跟氫原子相結合，使每個原子的化合價都達到「飽和」的鏈烴叫飽和鏈烴，或稱烷烴。

(2)烷烴的通式：CnH2n+2(n≥1)。

(3)烷烴的通性：烷烴的化學性質與CH4相似。一般比較穩定，在通常情況下跟酸、鹼和酸性高錳酸鉀等氧化劑都不起反應，也不跟其他物質化合。但在特定條件下也能發生下列反應：①取代反應；②氧化反應(燃燒)；③分解反應(裂解反應)。

烷烴燃燒的通式為：CnH2n+2+ O2 nCO2+(n+1)H2O

2.同系物與烴基

(1)同系物的概念：結構相似，在分子組成上相差一個或若干個CH2原子團的物質互稱為同系物。

(2)同系物的特點：通式相同，結構相似，化學性質相似；物理性質一般是隨碳原子數的增多而呈規律性變化。同系物在分子組成上相差一個或者干個CH2原子團。
(3)烴基：烴分子失去一個或幾個氫原子所剩餘的部分叫烴基，一般用—R表示。中學生重要的烴基有—CH3(甲基)、—CH2CH3(乙基)。與「根」不同，「烴基」不帶電荷，「根」帶電荷。

3.簡單烷烴的表示法(見下)

4.同分異構體及同分異構現象

同分異構現象

在研究物質的分子組成和性質時，發現有很多物質的分子組成相同，但性質卻有差異。例如，在研究丁烷（C4H10）的組成和性質時，發現有另一種組成和分子量跟丁烷完全相同，但性質卻有差異的物質。為了區別起見，人們把一種叫做正丁烷，另一種叫做異丁烷。

為什麼這兩種丁烷具有相同的組成和相同的分子量但卻有不同的性質呢？經過科學實驗證明，原來它們的結構是不同的。正丁烷分子里的碳原子形成直鏈，而異丁烷分子里的碳原子卻帶有支鏈：

由此可見，烴分子里的碳原子既能形成直鏈的碳鏈（如正丁烷），又能形成帶有支鏈的碳鏈（如異丁烷）。因此雖然兩種丁烷的組成相同，但分子里原子結合的順序不同，也就是說分子的結構不同，因此它們的性質就有差異。

化合物具有相同的分子式但具有不同結構的現象，叫做同分異構現象。具有同分異構現象的化合物互稱為同分異構體。

同分異構體的特點：分子式相同，結構不同，性質也不同。

5.烷烴的命名法

(1)習慣命名法：以碳原子總數命名「某烷」，在某烷前面加正、異、新區別同分異構體(無同分異構體時，「正」去掉)。

碳原子數計算方法：1～10的碳原子數分別用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示，10個碳原子以上，用中文小寫數字表示。

(2)系統命名法：

①選主鏈：含碳原子的數最多的碳鏈作主鏈，當碳原子數相等時，以支鏈多的碳鏈作主鏈。

②編號：在主鏈離支鏈最近的一端開始編號；當兩個相同支鏈離兩端相等時，以離第三個支鏈最近的一端編號。

③寫名稱：先寫取代基編號，再寫取代基名稱；簡單在前、復雜在後，相同的合並，最後寫母體名稱。

系統命名法書寫順序規律是：

命名為：2，3-二甲基-4-乙基庚烷。

典型例題

例1 將下列各烷烴用系統命名法將它們命名?

1.(CH3)2CHC(CH3)2CH2CH(C2H5)C(CH3)2CH3

2.(CH3)3CCH(CH3)CH(C3H7)CH2CH(CH3)CH(C2H5)2

解析 先將上述結構簡式按照碳為四價原則展開為帶有短線的結構簡式，以便於確定支鏈的類型及其在主鏈上的位置。

1.變形為：

其名稱為：2，2，5，5，6—五甲基—3—乙基庚烷

2.變形為

其名稱為：2，2，3，6—四甲基—7—乙基—4—丙基壬烷。

例2 下列各烷烴的命名是否正確?如不正確請說明錯誤的原因，並寫出正確的名稱?

1.

名稱(1)：4，4—二甲基—2—乙基己烷；名稱(2)3，5，5—三甲基庚烷

2.

名稱為：2，4—二甲基—6，8—二乙基壬烷

解析 1.(1)錯誤，原因未找對主鏈；名稱(2)也錯誤，原因取代基序數不是最小，即主鏈找對，編號錯誤。正確名稱應為3，3，5—三甲基庚烴。

解析 2.錯誤，原因未找對主鏈；其正確名稱應為：2，4，8—三甲基—6—乙基癸烷。

綜上所述可知，只要真正理解「五字」方針的內涵，掌握烷烴命名的書寫法則，善於辨析有機物的結構特點，跨越烷烴命名這一難關，將是輕而易舉的事了。

【課本難題解答】

【習題】(課本第124頁)

二、選擇題

2.〔解題思路〕化合物具有相同的分子式，但具有不同的結構的化合物互稱為同分異構體。異戊烷和新戊烷都是具有5個碳原子的烷烴，它們之所以互為同分異構體，是由於碳原子在空間分布不同造成的。本題應選D。

4.〔解題思路〕在題給的4個選項中，2-甲基丙烷的一氯取代產物有兩種：

本題答案：D。