A、正丁烷的结构简式为CH₃CH₂CH₂CH₃，分子中含有2种氢原子，其一氯代物有2种异构体，故A不选；
B、丙烷的结构简式为CH₃CH₂CH₃，分子中含有2种氢原子，其一氯代物有2种异构体，故B不选；
C、2-甲基丙烷的结构简式为（CH₃）₂CHCH₃，分子中含有2种氢原子，其一氯代物有2种异构体，故C不选；
D、2，2-二甲基丙烷的结构简式为C（CH₃）₄，分子中含有1种氢原子，其一氯代物有1种，没有同分异构体，故D选；
故选D．