有機物的同分異構現象可分成兩大類:構造異構和立體異構。其中,立體異構又包括順反異構、對映異構和構象異構三種情況。而費歇爾投影式主要用于對映異構的書寫,對映異構體是分子式相同,構造式相同,但構型不同,互為鏡象但不能重合的立體異構體。從構象上分析,費歇爾式都是不穩定的重疊式構象,因此,在進行構象分析時不用費歇爾式。
乳酸的費歇爾投影式
為了作出統一的分子構型表達式,費歇爾曾制定了三條投影規則 :
(1)將碳鏈放在垂直線上或豎起來,把氧化態較高的碳原子或命名時編號最小(主鏈中第一號)的碳原子C1放在最上端。
(2)投影時假定手性碳原子放在紙平面上,與垂直線(vertical line)相連的原子或基團(垂直方向的鍵 /豎鍵)表示伸向紙面后方,即遠離讀者;與水平線(horizonal line)相連的原子或基團(水平方向的鍵 /橫鍵)表示伸向紙面前方,即伸向讀者。 “橫前豎后”規則是費歇爾式最基本的硬性規定。
(3)手性碳位于橫線與豎線交叉處,用一個“+”號的交點代表手性碳原子。四端與四個不同的原子或基團相連,一般總是把含碳原子的基團放在豎線相連的位置上。
在書寫糖類時,羰基一般寫在鏈的上端,羥甲基寫在下端,氫原子和羥基位于鏈的兩側。 對于含兩個相鄰手性碳的費歇爾式,主鍵為兩手性碳之間的鍵,共平面為費歇爾式的豎線。即主鍵和共平面都在同一豎線上并垂直于紙面,而兩個碳原子分別在兩個平行的紙面上。
費歇爾投影式嚴格表示了各個原子或基團空間與平面的關系,所以使用時應注意以下事項。同時,也可以逆用這些規則來判別不規范的費歇爾投影式之間,是同一種構型還是對應異構體,下面就用氟氯溴碘化碳(假想物)舉例子。
(1)某一個化合物的費歇爾投影式只能在紙平面上平移,投影式不能離開紙平面翻轉180°,否則一對對映體的投影式便能相互重疊。
不能離開紙平面翻轉
(2)費歇爾投影式在平面內轉動180°,不改變分子的構型。而且只有轉動180°,才不改變基團的前后關系。 若將其中一個費歇爾投影式在紙平面上旋轉180°后,得到的投影式和另一投影式相同,則這兩個投影式表示同一構型。
a到d為紙面旋轉180°,構型不變
(3)如果未特別指出,不能在紙平面上旋轉90°或270°(奇數倍),否則會改變投影式的構型。若將其中一個費歇爾投影式在紙平面上(順時針或逆時針)旋轉90°后,兩個投影式表示兩種不同構型,二者是一對對映體。
(4)若將其中一個費歇爾投影式的手性碳原子上的任意兩個原子或基團交換偶數次后,得到的投影式和另一投影式相同,則這兩個投影式表示同一構型,如下圖所示。若將其中一個費歇爾投影式的手性碳原子上的任意兩個原子或基團內部互變,或者交換奇數次后,所得的費歇爾投影式表達的化合物是原化合物的對映體。
任意兩個原子或基團交換偶數次后,得到的投影式和另一投影式相同
(5)在投影式中,固定任一基團不動,其余三個基團按順時針或逆時針順序依次交換位置,其構型不變。如下圖所示。
固定一個基團不動,其余基團按時針順序依次交換位置,其構型不變