有机立体化学构型判断及互换

庞　韬，吴根华

(安庆师范学院 化学化工学院，安徽 安庆 246011)



有机立体化学构型判断及互换

庞韬，吴根华

(安庆师范学院 化学化工学院，安徽 安庆 246011)

摘要：通过举例介绍了有机立体化学中透视式和Fischer投影式中手性碳原子的R/S 构型最基本判断法则。在立体化学的重点和难点——Newman投影式、透视式与Fischer 投影式之间的相互转换等方面，针对空间想象能力较薄弱的初学者，在遵循该法则的基础上，结合教学实践及教学实例，引导学生发现规律，探讨总结出一套有效的经验方法。使学生不再依赖分子模型的辅助，准确地实现分子各种立体结构式之间的相互转换，有助于同学们理解烯烃的亲电加成反应、卤代烃和醇的消除反应的立体化学并可以解决相关问题。

关键词：有机立体化学；转换；R、S构型； Newman投影式； Fischer投影式

烯烃亲电加成反应、卤代烃和醇消除反应的立体化学在有机化学教学和学习过程中既是重点，也是难点，前提要求学生深层次地掌握立体化学的基础知识 (作者使用的教材是王积涛主编的《有机化学》第三版)。立体化学涉及分子构象和构型，如旋光异构体的R/S 构型的判断，[1-8]而Newman式、透视式与Fischer 投影式的互换是该章节的难点内容，所以我们在教学中应总结简便有效的方法使学生容易理解、掌握，实现较好的教学效果。

1手性中心R/S 构型的判断

1.1透视式构型判断

透视式及Fischer投影式可以直观表达手性碳原子即手性中心的构型，要求学生首先牢记手性中心R/S 构型的判断方法。透视式构型判断(R、S标记法)[3]步骤为：(1)按照大小次序规则排列基团大小顺序；(2)将最小的原子或基团放置于观察者最远处(观察者面对最小基团)；(3)判断其他三个原子或原子团由大到小的排列方式。如果是顺时针，排列方式为R；逆时针则为S(如图1所示)。

1.2Fischer 投影式构型判断

Fischer 投影式构型判断(R、S标记法)[4]。简单总结为“横变竖不变”：(1)最小基团在竖键：其他三个基团按照优先次序顺时针排列，则为R型(不变)，按逆时针排列为S型(不变)。(2)最小基团在横键：其他三个基团按照优先次序顺时针排列，则为S型(变)，按逆时针排列的，则为R型(变)(如图2所示)。

2构型互换

对于初学立体化学的学生来说，Fischer投影式结构比较直观，根据其判断规则，无需空间想象，透视式代表分子的真实空间结构，但是，在Newman投影式中判断手性碳原子R/S 构型，需要学生具有空间立体思维，有一定的难度，在判断过程中较易出错。在立体化学章节中，重点考察的是利用分子构型及构象的转换实现对产物结构的判定，所以，指导学生掌握Newman投影式、透视式与Fischer投影式之间的转换显得尤为重要，接下来通过举例说明其在立体化学领域的应用。

2.1含一个手性碳分子透视式转化为Fischer投影式

透视式与Fischer投影式之间的转换：判断者从面外和面内的两个基团中间的位置观察整个分子结构，位于平面上的官能团按照空间顺序放在竖键上，而面外和面内的两个基团位于横键。最后可以用最原始最本质的方法来检验，即R/S标记法(如图3所示)。

2.2含两个手性碳分子Fischer投影式转化为透视式或Newman投影式

若判断解释消除反应(反式消除)的机理，把Fischer 投影式结构转换为透视式或Newman式，尤其在需要体现空间立体的情况下，把结构式转换为透视式无疑是非常简便准确的方法。需要注意的是：Fischer投影式描述的立体构象可以用Newman投影式的重叠式构象直接表达(如图4所示)。

在含有两个手性碳化合物的透视式结构中，固定其中一个手性碳不动，另一个手性碳顺时针或者逆时针旋转，构型不变。如图5所示：固定手性碳2不动，手性碳3以60°为间隔顺时针旋转一圈，构型始终不变。该结论具有很强的适用性，使学生不再依赖分子模型。帮助学生理解并掌握烯烃的亲电加成反应，卤代烃和醇的消除反应的立体化学[2]。

例1写出下列化合物的Newman投影式。

2.3含两个手性碳分子透视式或Newman投影式转化为Fischer投影式

前面提到：Fischer投影式表征的是分子的重叠式立体构象[2]，因此，可以将分子的交叉式构象转换为重叠式构象，实现从Newman投影式或者透视式到Fischer投影式的转换[9]。

例2写出下列化合物的费歇尔投影式。

3结语

本文通过例证阐述了透视式与Fischer 投影式构型的判定及Newman投影式、透视式与Fischer 投影式之间的相互转换方法，希望此方法能够帮助学生方便快捷地解决立体化学中各种立体结构之间相互转换的具体问题，提高学生的观察推导创新能力，有助于有机化学立体化学知识体系的教学改革。

参考文献:

[1]周文俊，蔡玉瑶，王碧，雷光东. Newman投影式和Fischer投影式的转换及应用[J].化学教育，2013，34(6)：81-83.

[2]黄艳仙. Fischer投影式和Newman投影式的互换方法及其应用[J].化学教学，2009(7)：72-74.

[3]代文彬, 刘明成, 安宁. 简单快速判断手性碳原子R/S构型[J].德州学院学报，2003，19(4)：55-56.

[4]周文俊，蔡玉瑶，张霞忠，王碧．楔形式、锯架式向Fischer投影式的转换及应用[J].化学教育，2013，34(5)：86-88.

[5]徐寿昌．有机化学[M]．第二版.北京：高等教育出版社，1993：159-178．

[6]李秋荣，王艳芝．复杂旋光体的简便Fischer 投影方法[J].齐齐哈尔大学学报，1999，15(4)：65-67．

[7]王文清．用手工模型来确定构型的方法[J]．化学通报，1982(5)：45-48．

[8]尚京川．判断R、S 构型的一种简单方法[J]．大学化学，1987(4)：55．

[9]李福枝，石璞，肖细梅．纽曼式、透视式、楔型式与Fischer 投影式的互换[J]．广东化工，2011，38(9)：67-68.

Judgement Configuration and Mutual Conversion

Techniques in Organic Stereochemistry

PANG Tao, WU Gen-hua

(Chemistry and Chemical Industry Chemistry, Anqing Teachers College, Anqing 246011, China)

Abstract:By exemplification, the author discussed the fundamental judgment rules of the R、S configuration of chiral carbon atom in organic stereochemistry's perspective and Fischer's Projection. Using this rule, it can help students learn and summary the effective method on the mutual transformation of Newman's Projection, perspective and Fisher's Projection in stereochemistry. As a result, students can transfer the dimensional structure of molecules and will no longer rely on the auxiliary of molecular models. This is beneficial to students to understand and solve the relevant questions in stereochemistry, such as the electrophilic addition reaction of olefins, elimination reaction of halogenated hydrocarbon and alcohol.

Key words:organic stereochemistry, mutual transformation, R、S configuration, Newman projection, Fischer Projection

文章编号：1007-4260(2015)02-0134-03

中图分类号：O621

文献标识码：A

作者简介：庞韬, 女,河南新乡人，博士，安庆师范学院化学化工学院讲师。

基金项目：安徽省级自然科学研究重点项目(KJ2014A141)。

收稿日期：2015-01-05