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及其关联写法
湘乡四中成润辉
立体化学在有机化学的教学和学习中始终是个重点又是个难点。分子的性能和反应行为不但取决于它的组成,而且取决于它在三维空间的特定的构型。如何在纸平面上表示分子在三维空间的立体构型,当看到纸平面上的结构式时想象出它在三维空间的几何形状,是初学者学面上正确表示分子在三维空间的立体构型,建立空间想象力是学习有机立体化学所必须掌握的基本技能。
在纸平面上表示分子立体构型的式子有四种,它们分别是Fischer投影式、Newman投影式、锯架式和楔形式。这四种式子都可以用来表示分子在三维空间的立体构型,但各有其特点和习惯应用范围。现分别介绍如下:
1四种立体构型式的写法

Fischer投影式是1891年由碳水化合物之父EmilFischer在研究单糖的构型时首创的。
该式通过立体模型在纸平面上的投影得到(如图1所示)。由于这种式子不具任何的立体感,所以规定:连在竖键上的原子或基团在纸平面之后,连在横键上的原子或基团在纸平面之前。横键和竖键的交叉点表示碳原子。竖向后、横向前是Fischer投影式的最基本的规定,是掌握这种式子的关键所在。Fischer投影式的辅助规定:投影式可在纸平面上旋转nl80o,不能旋转n900,不能离开纸平面进行翻转等,都是源于竖向后、横向前的这一基本规定。
Fischer投影式从构象的角度来看,它表示的是能量较高的全重叠式的构象。它的最大优点是写在纸平面上时基团相互不发生遮盖,比较清晰、醒目。常用来描述含有多个手性碳原子的开链化合物的立体异构现象。

如图2所示:将模型⑴垂直于纸平面放置得到⑵,在⑵中C2和C3发生重叠,将该模型用光照射后得到的投影因C2和C3产生重叠而无法分辨,因而Newman规定:前面的碳原子即C3用圆心来表示,
后面的碳原子即C2用圆来表示。换言之,用圆心表示前面的碳原子,用圆表示后面的碳原子,分别从圆心和圆上引出三条互为1200的射线作为价键,用以连接碳原子上的三个原子或基团。从Newman投影式可以清楚地看出相互邻近的,非直接键合的原子或基团的空间关
系,故主要用来描述化合物的构象和进行构象分析。
⑴
H
CH2OH
4CH2OH
OH
OH
图2
⑵
Newman投影式的写法

锯架式是一种透视式,它不象前两种式子,是立体模型在纸平面
上的投影,式子本身不具立体感,是通过特定的规定去想象分子的立体构型,锯架式本身具
有立体感。写法如下:
⑴⑵
图3锯架式的写法1
将模型⑴中的小球去掉,保留分子的键骨架,然后写出键上连接的原
图4锯架式的写法2
子或基团就得到锯架式⑵。也可按下列方法写出:
4
hoch2
OH
HO3
hoCh/
1cho
H、OH
先划出一条斜线,斜线的两个端点表示两个碳原子。然后从每个端点引出三条互为1200的射线作为碳原子上的三个价键,再写出每个价键所连接的原子或基团。

楔形式的基本规定是:与楔形键相连的原子或基团在纸平面之前;与虚线键相连的原子或基团在纸平面之后;与实线键相连的原子或基团在纸平面之上,可简称为:楔前、虚后、实平面。根据基本规定,将模型中C1、C2、C3、C4用实线相连表示在纸平面之上,在纸平面之前的基团用楔形键相连,在纸平面之后的基团用虚线键相连就得到楔形式
图5楔形式的写法
锯架式和楔形式自身具有立体感,所以常用来表示反应过程中的
立体化学。
2四种立体结构式的相互关联写法
F面我们以(2R,3R)赤藓糖为例来进行介绍。

1CHO
H—2 OH=
H—3 OH
眼睛由此从下向上看
重叠式构象
交叉式构象
4CH2OH
图6由Fischer投影式写Newman投影式
眼睛从C3由下向上看,C3、C2以及C3、C2上所连接的原子和基团均发生重叠,以圆心表示C3、以圆表示C2,再分别从圆心和圆上引出三条互为1200的三条射线,写出所连的原子和基团就得到
Newman投影式。从得到的Newman投影式可以看出,Fischer投影式表示的是能量最高的全重叠式的构象。以C2、C3为轴旋转1800后得到较为稳定的交叉式的构象。

根据Fischer投影式竖向后、横向前的基本规定,先将Fischer
投影式写成竖向放置
的楔形式,再进行一定的操作将它转化成习惯上横向放置的楔形
式:
CHO
CHO
OH
H
OH
H
CH2OH
00
OH
OH
重叠式构象
由Fischer投影式写楔形式
CH2OH
竖直轴向旋转
图7

1)
4)
重叠式构象
(5)交叉式构象
图8由Fischer投影式写锯架式
将Fischer投影式(1)根据竖向后、横向前的基本规定写出模型
式(2),将模型式(2)在纸平面上旋转450得模型式(3),去掉模
型式(3)中的小球就得到锯架式(4)。对Fisher投影式中各基团的空间关系熟悉后可直接由(1)写出(4)。以(4)中C2—C3之间的
键为轴旋转1800就得到稳定的交叉式的构象(5)。

(2)
图9Newman投影式与锯架式之间的互写
将c3由圆心向左下方拉出,把表示c2的圆去掉就得到了锯架式。
其逆过程就是由锯架式写Newman投影式的方法。

将(1)式中C3向左拉出,然后将表示C2的圆去掉得到(2)式。分别将(2)式中C2、C3左边的的原子或基团用虚线连接,右边的原子或基团用楔形键连接,就得到楔形式(3)。同理,其逆过程就是由
楔形式写Newman投影式的方法。
(1)
H
左
4CH2OH
OH
右
HO
左
1CHO
hoCh2
OH
H
CHO
(2)
(3)
图10Newman投影式与楔形式之间的互写

由其它式子写Fischer投影式只要抓住Fischer投影式竖向后、横
向前的基本规定就很容易了。
例1:
1)
HO
OH
OH
4CH2OH
H
2)
图11由锯架式、Newman投影式写Newman投影式
从锯架式(1)和Newman投影式(3),可明显看出q、C4在下(后)
C2、C3上所连基团在上(前)将在下面的基团写在Fischer投影式的
竖键上,在上面的基团写在Fischer投影式的横键上就都得到Fischer
投影式(2)。
CHO
(1)
OH
OH
图12
CH2OH
(2)
由楔形式写Fischer投影式
(3)
将横置的楔形式(1)改写成竖置的楔形式(2),自然就写出了Fischer
投影式(3)。