VAL VEL A szerves vegyületek között vannak olyan anyagok, amelyek el tudják forgatni a fény polarizációs síkját. Ezt a jelenséget optikai aktivitásnak nevezzük, és a megfelelő anyagokat optikailag aktív. Az optikailag aktív anyagok párban fordulnak elő optikai antipódok- izomerek, amelyek fizikai és kémiai tulajdonságai normál körülmények között azonosak, egy kivétellel - a polarizációs sík forgásának jele: az egyik optikai antipód a polarizációs síkot jobbra eltéríti (+, jobbra forgató izomer), a másik balra (-, balra forgató).

Az optikai izoméria akkor jelenik meg, ha a molekula tartalmaz aszimmetrikus szénatom. Ez a név a négy különböző szubsztituenshez kapcsolódó szénatomnak. A szubsztituensek két tetraéderes elrendezése lehetséges egy aszimmetrikus atom körül. Mindkét térforma semmilyen forgatással nem kombinálható; egyikük a másik tükörképe.

A vizsgált izoméria típusát ún optikai izoméria , tükörizoméria vagy enantiomerizmus . Mindkét tükörforma optikai antipódpárt alkot, ill enantiomerek .
A térbeli izomerek számát a Fischer-képlet határozza meg N = 2 n, ahol n az aszimmetrikus centrumok száma.

Vetítési képletek

Egy aszimmetrikus atom síkon való hagyományos ábrázolásához használja a E. Fisher vetületi képletei. Ezeket úgy kapjuk meg, hogy egy síkra vetítjük azokat az atomokat, amelyekhez az aszimmetrikus atom kapcsolódik. Ebben az esetben magát az aszimmetrikus atomot általában kihagyjuk, csak a metsző vonalakat és a szubsztituens szimbólumokat tartjuk meg. A szubsztituensek térbeli elrendezésének emlékezetére a vetítési képletekben gyakran megőrződnek egy szaggatott függőleges vonal (a felső és alsó szubsztituensek a rajz síkján túl vannak eltávolítva), de ez gyakran nem történik meg. Az alábbiakban az előző ábra bal oldali modelljének megfelelő vetítési képlet különböző módjai vannak:

Íme néhány példa a vetületi képletekre:

Az anyagok nevei a forgási jeleiket mutatják. Ez például azt jelenti, hogy a butanol-2 balkezes antipódja a fenti képlettel pontosan kifejezett térbeli konfigurációval rendelkezik, és tükörképe a jobbkezes butanol-2-nek felel meg. Az optikai antipódok konfigurációját kísérleti úton határozzuk meg.

Mindkét antipódból egyenlő mennyiségű keveréket nevezünk racemát. Optikailag inaktív, és kiváló fizikai állandókkal rendelkezik.

Elvileg minden optikai antipód tizenkét (!) különböző vetületi képlettel ábrázolható - attól függően, hogy a modell hogyan helyezkedik el a vetítés felépítésénél, melyik oldalról nézzük. A vetületi képletek szabványosítása érdekében bizonyos szabályokat vezettek be azok írására. Így a fő funkció, ha a lánc végén van, általában a tetejére kerül, a fő láncot függőlegesen ábrázolják.

A vetületi képletek átalakításának szabályai:

1. A képletek 180°-kal elforgathatók a rajzsíkban anélkül, hogy sztereokémiai jelentésük megváltozna:

2. Egy aszimmetrikus atomon lévő szubsztituensek két (vagy páros számú) átrendeződése nem változtatja meg a képlet sztereokémiai jelentését:

3. Az aszimmetrikus centrumban lévő szubsztituensek egy (vagy páratlan számú) permutációja az optikai antipód képletéhez vezet:

4. A 90°-os elforgatás a rajzsíkban a képletet antipóddá változtatja, kivéve, ha ezzel egyidejűleg megváltozik a szubsztituensek elhelyezkedésének feltétele a rajzsíkhoz képest, pl. ne vegye figyelembe, hogy most az oldalsó szubsztituensek a rajzsík mögött helyezkednek el, a felső és az alsó szubsztituensek pedig előtte. Ha pontozott vonallal rendelkező képletet használ, akkor a szaggatott vonal megváltozott tájolása közvetlenül emlékezteti Önt erre:

5. Permutációk helyett a vetületi képletek átalakíthatók tetszőleges három szubsztituens óramutató járásával megegyező vagy azzal ellentétes forgatásával; a negyedik szubsztituens nem változtatja meg a helyzetét (ez a művelet két átrendeződésnek felel meg):

6. A vetítési képletek nem származtathatók a rajzsíkból.

Más típusú optikailag aktív anyagok

Ez a rész a szerves vegyületek néhány egyéb osztályát sorolja fel, amelyek optikai aktivitást is mutatnak (azaz optikai antipódpárokként léteznek).

A szénatomnak nincs monopóliuma a szerves vegyületek molekuláiban lévő királis központok létrehozásában. A kiralitás központja szilícium, ón és tetrakovalens nitrogénatom is lehet kvaterner ammóniumsókban és tercier amin-oxidokban:

Ezekben a vegyületekben az aszimmetriaközéppont tetraéderes konfigurációjú, mint az aszimmetrikus szénatom. Vannak azonban olyan vegyületek is, amelyeknek a királis centruma térbeli szerkezete eltérő.

piramis alakú a konfiguráció háromértékű nitrogén-, foszfor-, arzén-, antimon- és kénatomokból álló királis centrumok. Elvileg az aszimmetria középpontja tetraédernek tekinthető, ha a heteroatom magányos elektronpárját vesszük negyedik szubsztituensnek:

Optikai aktivitás is előfordulhat nélkül királis centrum, a teljes molekula egészének szerkezetének kiralitása miatt ( molekuláris kiralitás vagy molekuláris aszimmetria ). A legjellemzőbb példa a jelenlét királis tengely vagy királis sík .

A királis tengely például a különböző szubsztituenseket tartalmazó allénekben jelenik meg sp 2-hibrid szénatomok. Könnyen belátható, hogy az alábbi vegyületek nem kompatibilis tükörképek, tehát optikai antipódok:

A királis tengellyel rendelkező vegyületek egy másik osztálya az optikailag aktív bifenilek, amelyek rendelkeznek orto- a pozíciókban terjedelmes szubsztituensek vannak, amelyek akadályozzák a szabad forgást a benzolgyűrűket összekötő C-C kötés körül:

Királis sík jellemzi, hogy megkülönböztethető „felső” és „alsó”, valamint „jobb” és „bal” oldal. A királis síkkal rendelkező vegyületekre példa az optikailag aktív vegyületek transz- ciklooktén és optikailag aktív ferrocén származék:

Diasztereoméria

A több aszimmetrikus atomot tartalmazó vegyületek fontos jellemzőkkel bírnak, amelyek megkülönböztetik őket a korábban tárgyalt, egyszerűbb, egy aszimmetriaközépponttal rendelkező optikailag aktív anyagoktól.

Tegyük fel, hogy egy bizonyos anyag molekulájában két aszimmetrikus atom van; jelöljük őket feltételesen A-nak és B-nek. Könnyen belátható, hogy a következő kombinációkkal rendelkező molekulák lehetségesek (N = 2 2 = 4):

Az 1. és 2. molekulák optikai antipódpárok; ugyanez vonatkozik a 3. és 4. molekulapárra is. Ha összehasonlítjuk a különböző antipódpárokból származó molekulákat - 1 és 3, 1 és 4, 2 és 3, 2 és 4 - egymással, akkor látni fogjuk, hogy a felsorolt ​​párok nem optikai antipódok: az egyik aszimmetrikus atom konfigurációja azonos, a másiké nem azonos. Ezek párok diasztereomerek , azaz térbeli izomerek, Nem optikai antipódokat alkotnak egymással.

A diasztereomerek nemcsak az optikai forgásban különböznek egymástól, hanem az összes többi fizikai állandóban is: eltérő olvadásponttal és forrásponttal, eltérő oldhatósággal stb. .

Ilyen típusú vegyület például a klór-málsav (2 különböző királis centrum):

Sztereoizomer formái a következő vetületi képletekkel rendelkeznek:

eritro-formák

treo-formák

Címek erythro- És trió- a szénhidrátok erythrose és threose nevéből származnak. Ezeket a neveket a szubsztituensek relatív helyzetének jelzésére használják két aszimmetrikus atommal rendelkező vegyületekben: erythro -izomerek azok, amelyekben két azonos oldalsó szubsztituens szerepel a standard vetületi képletben az egyik oldalon (jobbra vagy balra, az E betű két vége); trió -izomerek azonos oldalsó szubsztituensekkel rendelkeznek a vetületi képlet különböző oldalain. Kettő eritro- Az izomerek egy pár optikai antipód; ha keverednek, racemát képződik. Az optikai izomerek párja és három- nyomtatványok; keverve racemátot is termelnek, amely tulajdonságaiban eltér a racemáttól eritro- formák. Így összesen négy optikailag aktív klór-málsav izomer és két racemát létezik.

A sztereoizomerek száma csökkenhet az egyes szerkezetekben megjelenő részleges szimmetria miatt. Ilyen például a borkősav, amelyben az egyes sztereoizomerek száma háromra csökkent. A vetítési képletük:

én

Ia

II

III

Az (I) képlet megegyezik az (la) képlettel, mivel a rajz síkjában 180°-kal elforgatva azzá alakul át, és ezért nem jelent új sztereoizomert. Ezt az optikailag inaktív módosítást ún mezo forma . Minden optikailag aktív anyagnak van mezoformája, amelyekben több azonos (azaz azonos szubsztituensekhez kapcsolódó) aszimmetriacentrum található. A mezoformák vetületi képletei mindig arról ismerhetők fel, hogy vízszintes vonallal két félre oszthatók, amelyek papírra írva formailag azonosak, de a valóságban tükröződnek (belső szimmetriasík):

A (II) és (III) képlet a borkősav optikai antipódjait ábrázolja; összekeverésükkor optikailag inaktív racemát képződik - szőlősav.

Az optikai izomerek nómenklatúrája

Az optikai antipódok legegyszerűbb, legrégebbi, de még mindig használatos nómenklatúrájának rendszere a nevezett antipód vetületi képletének összehasonlításán alapul egy bizonyos „kulcsként” választott standard anyag vetületi képletével. Így az α-hidroxisavak és α-aminosavak esetében a kulcs a vetületi képletük felső része (standard jelöléssel):

Az összes olyan α-hidroxisav konfigurációját, amelynek bal oldalán hidroxilcsoport van a szabványos írott Fischer-projekciós képletben, az előjellel jelöljük L; ha a hidroxil a jobb oldali vetületi képletben található - jel D

A vegyületek konfigurációjának megjelölésének kulcsa a gliceraldehid:

A cukormolekulákban a megjelölés D- vagy L- konfigurációra utal Alsó aszimmetrikus középpont.

Rendszer D-,L- az elnevezésnek jelentős hátrányai vannak: először is a megnevezés D- vagy L- csak egy aszimmetrikus atom konfigurációját jelzi; másodszor, egyes vegyületeknél különböző szimbólumokat kapunk attól függően, hogy a glicerinaldehid vagy a hidroxisav kulcsot veszik kulcsnak, például:

A kulcsrendszer ezen hiányosságai jelenleg az optikailag aktív anyagok három osztályára korlátozzák a használatát: cukrok, aminosavak és hidroxisavak. Általános használatra tervezték R,S-rendszer Kahn, Ingold és Prelog.

Az optikai antipód R- vagy S-konfigurációjának meghatározásához szükséges a szubsztituensek tetraéderét az aszimmetrikus szénatom körül úgy elrendezni, hogy a legalacsonyabb szubsztituens (általában hidrogén) iránya legyen „el a megfigyelőtől”. Ha az átmenet során a három megmaradt helyettesből álló körben a legidősebbtől a középső, majd a legfiatalabbig való mozgás történik óramutató járásával ellentétes irányban - Ezt S -izomer (ugyanaz a kézmozdulathoz kapcsolódik az S betű írásakor), ha óramutató járásával megegyező - Ezt R- izomer (az R betű írásakor a kéz mozgásával kapcsolatos).

Az aszimmetrikus atomon lévő szubsztituensek szenioritásának meghatározásához az atomszámok kiszámításának szabályait alkalmazzuk, amelyeket a geometriai izomerek Z,E nómenklatúrája kapcsán már tárgyaltunk.

Az R, S-jelölések kivetítési képlet szerinti kiválasztásához páros számú permutációval (amelyek, mint tudjuk, nem változtatják meg a képlet sztereokémiai jelentését) úgy kell elrendezni a szubsztituenseket, hogy a legfiatalabb ezek (általában hidrogén) a vetítési képlet alján találhatók. Ezután a fennmaradó három szubsztituens időbelisége az óramutató járásával megegyező irányban megfelel az R jelölésnek, az óramutató járásával ellentétes - az S jelölésnek:

A sztereoizomerek ábrázolásakor gyakran használják a Fischer-képleteket. Ezekben a képletekben a királis centrumot négy, egymással derékszöget képező kötéssel rajzoljuk meg. A függőleges vonalak a sík mögött elhelyezkedő szubsztituensek síkjára való vetületet, míg a vízszintes vonalak a sík előtt elhelyezkedő szubsztituensek vetületét jelölik. Fischer vetületi képleteiben szokás elhagyni az aszimmetrikus szénatom szimbólumát.

1951 előtt lehetetlen volt abszolút konfigurációt létrehozni. Rozanov 1906-ban javasolta a jobbra forgató (+) gliceraldehid használatát relatív standardként, amelyhez önkényesen D konfigurációt rendeltek. A balra forgató antipódot L betűvel jelölték.

D-gliceraldehid L-gliceraldehid

Fischer képleteiben a leghosszabb szénlánc függőlegesen van felírva, az 1. szénatommal felül; Az aszimmetrikus szénatom függőleges kötései a rajz síkja mögött, a vízszintesek a sík felett helyezkednek el.

D-tejsav L-tejsav

Ha a Fischer-vetítésben felcserélünk két szomszédos csoportot, akkor az eredeti vegyület tükörképét kapjuk. A Fischer-vetület 90 fokkal történő elforgatásával a kezdeti szerkezet tükörképe is megkapható.

2.4.4 σ-diasztereoizoméria

Azok a vegyületek, amelyek molekulái két vagy több sztereocentrumot tartalmaznak, diasztereomerként létezhetnek. Az aszimmetrikus szénatomok számának növekedésével a sztereoizomerek száma minden új sztereocentrum megjelenésével növekszik, és az N = 2n képlettel számítható, ahol n – sztereóközpontok száma. A két aszimmetrikus szénatomot tartalmazó molekulák négy sztereoizomerként létezhetnek. Például a 2,3-dibróm-pentán molekulának két sztereocentruma van, ezért ennek a vegyületnek 4 sztereoizomerje van.

2,3-dibróm-pentán

(2S,3R)-2,3-dibróm-pentán (2R,3S)-2,3-di... (2S,3S)-2,3-di... (23,3R)-2,3-di ...

(I) (II) (III) (IV)

Az (I) és (II), valamint (III) és (IV) sztereoizomer párok tárgyként és inkompatibilis tükörképként viszonyulnak egymáshoz, azaz. enantiomer párok. A sztereoizomerek bármely más párban diasztereomerek. Ugyanannak a molekulának két különböző konfigurációját, amelyek nem enantiomerek, diasztereomereknek nevezzük. A két diasztereomer minden tulajdonságában különbözik, és viszonylag könnyen szétválaszthatók két különböző vegyületként.

Az (I) és (II) vetületi képletekben azonos ligandumok vannak a vetület ugyanazon oldalán, az ilyen sztereoizomereket ún. erythro-formák. A (III) és (IV) képletben ugyanazok a ligandumok találhatók a Fischer-vetület függőleges vonalának ellentétes oldalán, a megfelelő vegyületeket ún. trió-formák.

A. Mezovegyületek

Egy két sztereocentrummal rendelkező szerkezetben nem mindig van 4 sztereoizomer. Például a 2,3-dibrómbutánnak két sztereocentruma van, de nem 4, hanem csak 3 sztereoizomer.

(2S,3R)-2,3-dibróm-bután (2S,3S)-2,3-di... (2R,3R)-2,3-di...

mezo- forma

A 2,3-dibróm-bután atomjai számozhatók felülről lefelé vagy alulról felfelé, és akkor egyértelmű, hogy az első két szerkezet ugyanazt a sztereoizomert képviseli. Ez a sztereoizomer akirális és optikailag inaktív, mert szimmetriasíkja van

Volt. 7. Rajzolja le a térbeli izomerek Fischer-képleteit: (a) gliceraldehid (2,3-dihidroxi-propanál), (b) tejsav (2-hidroxi-propánsav), (c) almasav (2-hidroxi-butándisav vagy hidroxi-borostyánkősav), (d) borkősav (2) ,3-dihidroxi-butándisav vagy dihidroxi-borostyánkősav.

2.4.5  - Diasztereomerek

Az ABC=CDE általános képlettel rendelkező alkének és származékaik alakban létezhetnek  - diasztereomerek.-Diasztereomerek akkor keletkeznek, ha a kettős kötés egyes szénatomjaihoz kapcsolódó ligandumok nem azonosak. A -diasztereomerek a ligandumok -kötés szimmetriájához viszonyított eltérő elrendezésében különböznek egymástól.

A kettős kötés egyik oldalán elhelyezkedő helyettesítőkről azt mondják, hogy benne vannak cis-helyzet egymáshoz képest; ha a kettős kötés síkjának ellentétes oldalán helyezkednek el, akkor ez az transz-pozíció. Mostanában kifejezések helyett cisz-És transz- Z,E-rendszer javasolt. Ha a két legidősebb csoport (a Cahn-Ingold-Prelog rendszer szerint) a -kötés ugyanazon az oldalán található, akkor a szubsztituensek konfigurációját a Z szimbólum jelöli, de ha ezek a csoportok ellentétes oldalon vannak. a -kötés síkjából, akkor a konfigurációt E szimbólummal jelöljük.

Így a diasztereoizoméria két típusát tárgyaltuk:

Királis elemek kombinációjából származó diasztereoizoméria (ebben az esetben a diasztereoizoméria és az enantioméria egymásra épül);

Diasztereoizoméria cisz-transz-izomerek.

FEJEZET 7. SZERVES VEGYÜLETEK MOLEKULÁJÁNAK SZERKEZETÉNEK SZTEREOKÉMIAI ALAPJAI

FEJEZET 7. SZERVES VEGYÜLETEK MOLEKULÁJÁNAK SZERKEZETÉNEK SZTEREOKÉMIAI ALAPJAI

Sztereokémia (görögből. hifi- térbeli) a „kémia három dimenzióban”. A legtöbb molekula háromdimenziós (háromdimenziós, rövidítve 3D). A szerkezeti képletek egy molekula kétdimenziós (2D) szerkezetét tükrözik, beleértve az atomok számát, típusát és kötési sorrendjét. Emlékezzünk vissza, hogy az azonos összetételű, de eltérő kémiai szerkezetű vegyületeket szerkezeti izomereknek nevezzük (lásd 1.1). A molekula szerkezetének tágabb fogalma (néha képletesen molekuláris architektúrának is nevezik), a kémiai szerkezet fogalmával együtt sztereokémiai komponenseket is magában foglal - konfigurációt és konformációt, amelyek tükrözik a térbeli szerkezetet, azaz a molekula háromdimenziósságát. Az azonos kémiai szerkezetű molekulák térbeli szerkezetükben eltérőek lehetnek, azaz térbeli izomerek formájában létezhetnek - sztereoizomerek.

A molekulák térszerkezete az atomok és atomcsoportok egymáshoz viszonyított elrendezése a háromdimenziós térben.

A sztereoizomerek olyan vegyületek, amelyekben a molekulák az atomok kémiai kötéseinek azonos sorrendjét tartalmazzák, de ezeknek az atomoknak a térben egymáshoz képest eltérő elhelyezkedése van.

A sztereoizomerek viszont lehetnek konfigurációtÉs konformációs izomerek, azaz ennek megfelelően változtat konfigurációtÉs konformáció.

7.1. Konfiguráció

A konfiguráció az atomok térbeli elrendezésének sorrendje, anélkül, hogy figyelembe vennénk az egyes kötések körüli forgásból adódó különbségeket.

A konfigurációs izomerek egyesek megszakadásával és más kémiai kötések kialakításával átalakulhatnak egymással, és különálló vegyületek formájában létezhetnek. Két fő típusba sorolhatók: enantiomerekÉs diasztereomerek.

7.1.1. Enantiomerizmus

Az enantiomerek olyan sztereoizomerek, amelyek egymással rokonok, mint egy tárgy és egy összeférhetetlen tükörkép.

Csak enantiomerként létezhetnek királis molekulák.

A kiralitás egy tárgy azon tulajdonsága, hogy összeférhetetlen a tükörképével. Királis (görögből. cheir- kéz), vagy aszimmetrikus, tárgyak a bal és a jobb kéz, valamint a kesztyűk, csizmák stb. Ezek a párosított tárgyak egy tárgyat és annak tükörképét ábrázolják (7.1. ábra, a). Az ilyen elemek nem kombinálhatók teljesen egymással.

Ugyanakkor sok olyan tárgy van körülöttünk, amely kompatibilis a tükörképével, azaz akirális(szimmetrikus), például tányérok, kanalak, poharak stb. Az akirális tárgyaknak legalább egy van szimmetriasík, amely a tárgyat két tükörazonos részre osztja (lásd 7.1. ábra, b).

Hasonló összefüggések figyelhetők meg a molekulák világában is, vagyis a molekulákat királisra és akirálisra osztják. Az akirális molekuláknak van szimmetriasíkja, a királis molekuláknak nincs.

A királis molekulák egy vagy több kiralitási központtal rendelkeznek. A szerves vegyületekben leggyakrabban a kiralitás központja működik aszimmetrikus szénatom.

Rizs. 7.1.Királis objektum tükörben való tükröződése (a) és egy akirális tárgyat metsző szimmetriasík (b)

Az aszimmetrikus szénatom az, amely négy különböző atomhoz vagy csoporthoz kapcsolódik.

Egy molekula sztereokémiai képletének ábrázolásakor az aszimmetrikus szénatom "C" szimbólumát általában elhagyják.

Annak megállapításához, hogy egy molekula királis vagy akirális, nem szükséges sztereokémiai képlettel ábrázolni, elég alaposan megvizsgálni a benne lévő összes szénatomot. Ha van legalább egy szénatom négy különböző szubsztituenssel, akkor ez a szénatom aszimmetrikus, és a molekula – ritka kivételektől eltekintve (lásd 7.1.3) – királis. Így a két alkohol - propanol-2 és butanol-2 - közül az első akirális (két CH 3 csoport a C-2 atomon), a második pedig királis, mivel molekulájában a C-2 atomnál mind a négy a szubsztituensek különbözőek (N, OH, CH 3 és C 2 N 5). Az aszimmetrikus szénatomot néha csillaggal (C*) jelölik.

Következésképpen a 2-butanol molekula olyan enantiomerpárként képes létezni, amely a térben nem kompatibilis (7.2. ábra).

Rizs. 7.2.A királis butanol-2 molekulák enantiomerjei nem kompatibilisek

Az enantiomerek tulajdonságai. Az enantiomerek kémiai és fizikai tulajdonságaik (olvadás- és forráspont, sűrűség, oldhatóság stb.) azonosak, de eltérőek optikai aktivitás, azaz a polarizált fény síkjának eltérítésének képessége*.

Amikor ilyen fény áthalad az egyik enantiomer oldatán, a polarizációs sík balra, a másik pedig jobbra tér el ugyanolyan α szöggel. Az α szög standard feltételekre redukált értéke az optikailag aktív anyag állandója és ún fajlagos forgás[α]. A bal oldali forgatást mínusz (-), a jobb oldali forgatást pluszjel (+) jelzi, az enantiomereket pedig bal-, illetve jobbkezesnek nevezzük.

Az enantiomerek egyéb nevei az optikai aktivitás megnyilvánulásához kapcsolódnak - optikai izomerek vagy optikai antipódok.

Minden királis vegyületnek lehet egy harmadik, optikailag inaktív formája is. racemát A kristályos anyagok esetében általában nem csupán két enantiomer kristályainak mechanikai keveréke, hanem az enantiomerek által kialakított új molekulaszerkezet. A racemátok optikailag inaktívak, mivel az egyik enantiomer bal oldali forgását kompenzálja a másik azonos mennyiségű jobb oldali forgása. Ebben az esetben az összetétel neve elé néha plusz vagy mínusz (?) jel kerül.

7.1.2. Relatív és abszolút konfigurációk

Fischer vetületi képletek. A konfigurációs izomerek síkon történő ábrázolásához sztereokémiai képleteket használhat. Azonban kényelmesebb az egyszerűbb írás Fischer vetületi képletek(egyszerűbb - Fischer-vetítések). Tekintsük ezek felépítését a tejsav (2-hidroxi-propánsav) példáján.

Az egyik enantiomer tetraéderes modelljét (7.3. ábra) úgy helyezzük el a térben, hogy a szénatomok lánca függőleges helyzetben legyen, a karboxilcsoport pedig felül. A királis centrumban nem szén szubsztituensekkel (H és OH) lévő kötéseknek kell

* A részletekért lásd az oktatóanyagot Remizov A.N., Maksina A.G., Potapenko A.Ya. Orvosi és biológiai fizika. 4. kiadás, átdolgozva. és további - M.: Túzok, 2003.- P. 365-375.

Rizs. 7.3.A (+)-tejsav Fischer-projekciós képletének megalkotása

A megfigyelőhöz kell irányítani minket. Ezt követően a modellt síkra vetítjük. Az aszimmetrikus atom szimbóluma kimaradt, ez a függőleges és vízszintes vonalak metszéspontja.

A királis molekulák tetraéderes modellje a kivetítés előtt többféleképpen pozícionálható a térben, nem csak az ábra szerint. 7.3. Csak az szükséges, hogy a vetületen vízszintes vonalat képező kapcsolatok a megfigyelő felé, a függőleges kapcsolatok pedig a rajz síkján túl legyenek.

Az így kapott vetületek egyszerű transzformációk segítségével standard formába hozhatók, amelyben a szénlánc függőlegesen helyezkedik el, és a szenior csoport (tejsavban ez a COOH) van felül. Az átalakítások két műveletet tesznek lehetővé:

A vetítési képletben megengedhető, hogy bármely két szubsztituens helyet cseréljünk ugyanabban a királis centrumban páros számú alkalommal (két permutáció elegendő);

A vetítési képlet 180-al elforgatható a rajzsíkban? (ami két permutációnak felel meg), de nem 90?.

D.L-Konfiguráció kijelölő rendszer. század elején. egy rendszert javasoltak az enantiomerek osztályozására viszonylag egyszerű (a sztereoizoméria szempontjából) molekulákhoz, mint például α-aminosavak, α-hidroxisavak és hasonlók. Mögött konfigurációs szabvány gliceraldehidet vettek. Balra forgató enantiomerje az volt önkényesen az (I) képletnek tulajdonítható. A szénatomnak ezt a konfigurációját l betűvel jelöltük (a lat. laevus- bal). A jobbra forgató enantiomer ennek megfelelően a (II) képletet kapta, és a konfigurációt d betűvel jelöltük (a latinból. dexter- jobb).

Vegye figyelembe, hogy a szabványos vetítési képletben l -gliceraldehid bal oldalán OH csoport van, és d -gliceraldehid - a jobb oldalon.

Osztályozás d- vagy l-be - számos más, szerkezetükben rokon optikailag aktív vegyületet állítanak elő aszimmetrikus atomjuk konfigurációjának összehasonlításával d- vagy l -gliceraldehid. Például a tejsav (I) egyik enantiomerjében a vetületi képletben az OH-csoport a bal oldalon van, mint a l -gliceraldehid, ezért az (I) enantiomert a következőbe soroljuk l -sor. Ugyanezen okokból a (II) enantiomert a következő osztályba soroljuk: d -sor. Így a Fisher-projekciók összehasonlításából határozzuk meg relatív konfigurációt

Megjegyzendő l -gliceraldehid elhagyta a forgást, és l -tejsav - ugye (és ez nem elszigetelt eset). Ezenkívül ugyanaz az anyag lehet bal- vagy jobbkezes, a meghatározás körülményeitől (különböző oldószerek, hőmérséklet) függően.

A polarizált fény síkjának forgásának jele nem kapcsolódik a hovatartozáshoz d- vagy l -sztereokémiai sorozat.

Az optikailag aktív vegyületek relatív konfigurációjának gyakorlati meghatározása kémiai reakciókkal történik: vagy a vizsgált anyagot glicerinaldehiddé (vagy más ismert relatív konfigurációjú anyaggá) alakítják át, vagy fordítva. d- vagy l -gliceraldehid termeli a vizsgált anyagot. Természetesen mindezen reakciók során az aszimmetrikus szénatom konfigurációja nem változhat.

A bal- és jobbkezes glicerinaldehid hagyományos konfigurációkhoz való tetszőleges hozzárendelése kényszerű lépés volt. Abban az időben egyetlen királis vegyület abszolút konfigurációja sem volt ismert. Az abszolút konfiguráció megállapítása csak a fiziko-kémiai módszerek, különösen a röntgendiffrakciós analízis fejlődésének köszönhetően vált lehetővé, amelyek segítségével 1951-ben határozták meg először a királis molekula abszolút konfigurációját - ez a (+) sója volt. -borkősav. Ezek után világossá vált, hogy a d- és l-gliceraldehidek abszolút konfigurációja valóban az, amit eredetileg hozzájuk rendeltek.

A d,l-rendszert jelenleg α-aminosavakhoz, hidroxisavakhoz és (néhány kiegészítéssel) szénhidráthoz használják.

(lásd 11.1.1).

R,S-Konfiguráció kijelölő rendszer. A d,L-rendszer nagyon korlátozottan használható, mivel gyakran lehetetlen bármilyen vegyület konfigurációját korrelálni a glicerinaldehiddel. A kiralitási központok konfigurációjának kijelölésére szolgáló univerzális rendszer az R,S-rendszer (a lat. rectus- egyenes, baljós- bal). Azon alapul sorrend szabály, a kiralitás központjához kapcsolódó szubsztituensek szenioritása alapján.

A szubsztituensek rangját a kiralitási központhoz közvetlenül kapcsolódó elem rendszáma határozza meg - minél nagyobb, annál idősebb a szubsztituens.

Így az OH csoport idősebb, mint az NH 2, amely viszont idősebb bármely alkilcsoportnál, sőt a COOH-nál is, mivel az utóbbiban egy szénatom egy aszimmetriacentrumhoz kapcsolódik. Ha az atomszámok megegyeznek, akkor azt a csoportot tekintjük idősebbnek, amelynek a szén melletti atomja magasabb rendszámú, és ha ez az atom (általában oxigén) kettős kötéssel kapcsolódik össze, akkor kétszer számoljuk. Ennek eredményeként a következő csoportok sorrendje csökkenő sorrendben történik: -COOH > -CH=O > -CH 2 OH.

A konfiguráció meghatározásához egy vegyület tetraéderes modelljét úgy helyezzük el a térben, hogy a legalacsonyabb szubsztituens (a legtöbb esetben ez egy hidrogénatom) legyen a legtávolabb a megfigyelőtől. Ha a fennmaradó három szubsztituens szenioritása az óramutató járásával megegyező irányban csökken, akkor a kiralitási centrum R-konfigurációt kap (7.4. ábra, a), ha az óramutató járásával ellentétes irányban. -S-konfiguráció (lásd 7.4. ábra, b), ahogyan a kormány mögött ülő vezető látja (lásd 7.4. ábra, V).

Rizs. 7.4.A tejsav-enantiomerek konfigurációjának meghatározása a R,S- rendszer (magyarázat szövegben)

Az RS rendszer szerinti konfiguráció jelzésére Fisher vetületeket használhat. Ehhez a vetítést úgy alakítják át, hogy a junior helyettes az egyik függőleges láncszemre kerüljön, ami megfelel a rajzsík mögötti helyzetének. Ha a vetület transzformációja után a maradék három szubsztituens szenioritása az óramutató járásával megegyező irányban csökken, akkor az aszimmetrikus atom R-konfigurációjú, és fordítva. A módszer alkalmazását az l-tejsav példáján mutatjuk be (a számok a csoportok szenioritását jelzik).

Létezik egy egyszerűbb módszer az R- vagy S-konfiguráció meghatározására a Fischer-projekció segítségével, amelyben a kisebb szubsztituens (általában a H atom) az egyiken található. vízszintes kapcsolatokat. Ebben az esetben a fent említett átcsoportosításokat nem hajtják végre, hanem azonnal megállapítják a képviselők beosztását. Mivel azonban a H atom „nem a helyén” van (ami az ellenkező konfigurációnak felel meg), az elsőbbség csökkenése most nem az R-, hanem az S-konfigurációt jelenti. Ezt a módszert példaként az l-almasavat szemléltetjük.

Ez a módszer különösen kényelmes több királis centrumot tartalmazó molekulák esetében, ahol átrendeződésekre lenne szükség mindegyik konfigurációjának meghatározásához.

A d,l és az RS rendszerek között nincs összefüggés: ez két különböző megközelítés a királis centrumok konfigurációjának meghatározására. Ha a d,L-rendszerben a hasonló konfigurációjú vegyületek sztereokémiai sorozatokat alkotnak, akkor az RS-rendszerben a királis centrumok például az l-sorozatú vegyületekben R- és S-konfigurációval is rendelkezhetnek.

7.1.3. Diasztereoméria

A diasztereomerek olyan sztereoizomerek, amelyek nem kapcsolódnak egymáshoz, mint egy tárgy és egy összeférhetetlen tükörkép, azaz nem enantiomerek.

A diasztereomerek legfontosabb csoportjai a σ-diasztereomerek és a π-diasztereomerek.

σ - Diasztereomerek. Sok biológiailag fontos anyag egynél több kiralitási centrumot tartalmaz egy molekulában. Ebben az esetben nő a konfigurációs izomerek száma, amelyet 2n-ként definiálunk, ahol n- a kiralitási központok száma. Például, ha két aszimmetrikus atom van, a vegyület négy sztereoizomerként létezhet (2 2 = 4), amelyek két enantiomerpárt alkotnak.

A 2-amino-3-hidroxi-butánsavnak két kiralitási centruma van (C-2 és C-3 atomok), ezért négy konfigurációs izomerként kell léteznie, amelyek közül az egyik természetes aminosav.

Az (I) és (II) szerkezetek az l- és d-treoninnak felelnek meg, valamint a (III) és (IV), amelyek az l- és d-allotreoninnak felelnek meg (a görög nyelvből). alios- egyéb), tárgyként és vele összeférhetetlen tükörképként viszonyulnak egymáshoz, azaz enantiomerpárok. Az (I) és (III), (I) és (IV), (II) és (III), (II) és (IV) szerkezetek összehasonlításakor világos, hogy ezekben a vegyületpárokban egy aszimmetriacentrum azonos. konfiguráció, a másik pedig az ellenkezője. Ilyen sztereoizomer párok diasztereomerek. Az ilyen izomereket σ-diasztereomereknek nevezzük, mivel a bennük lévő szubsztituensek σ kötésekkel kapcsolódnak a kiralitási centrumhoz.

A két kiralitási centrummal rendelkező aminosavakat és hidroxisavakat a következőképpen osztályozzuk: d- vagy l -sor a legkisebb számú aszimmetrikus atom konfigurációja szerint.

A diasztereomerek az enantiomerekkel ellentétben fizikai és kémiai tulajdonságaikban különböznek. Például az l-treoninnak, amely a fehérjék részét képezi, és az l-allotreoninnak különböző fajlagos forgási értékei vannak (amint fentebb látható).

Mezokapcsolatok. Néha egy molekula két vagy több aszimmetrikus centrumot tartalmaz, de a molekula egésze szimmetrikus marad. Ilyen vegyületek például a borkősav (2,3-dihidroxi-butándisav) sztereoizomerjei.

Elméletileg ez a két kiralitási centrummal rendelkező sav négy (I)-(IV) sztereoizomer formájában létezhet.

Az (I) és (II) szerkezetek a d- és l-sorozatú enantiomereknek felelnek meg (a hozzárendelés a „felső” kiralitási centrumon alapul). Úgy tűnik, hogy a (III) és (IV) szerkezet egy enantiomerpárnak is megfelel. Valójában ezek ugyanazon vegyület képletei - optikailag inaktívak mezoborkősav. Könnyen ellenőrizhető a (III) és (IV) képlet azonossága a (IV) képlet 180°-os elforgatásával anélkül, hogy kivennénk a síkból. A két kiralitási centrum ellenére a mezoborkősav-molekula egésze akirális, mivel szimmetriasíkja átmegy a C-2-C-3 kötés közepén. A d- és l-borkősavak vonatkozásában a mezoborkősav egy diasztereomer.

Így a borkősavnak három (nem négy) sztereoizomerje van, nem számítva a racém formát.

Az R,S rendszer használatakor nem okoz nehézséget a több királis centrumot tartalmazó vegyületek sztereokémiájának leírása. Ehhez határozza meg az egyes központok konfigurációját az R, S-rendszer szerint, és jelölje meg (zárójelben a megfelelő lokánsokkal) a teljes név előtt. Így a d-borkősav a (2R,3R)-2,3-dihidroxi-butándisav szisztematikus nevet kapja, a mezoborkősav pedig a (2R,3S)- sztereokémiai szimbólumokat.

A mezoborkősavhoz hasonlóan a cisztin α-aminosav mezo formája is létezik. Két kiralitási központ esetén a cisztin sztereoizomereinek száma három, mivel a molekula belsőleg szimmetrikus.

π - Diasztereomerek. Ide tartoznak a π-kötést tartalmazó konfigurációs izomerek. Ez a fajta izoméria különösen az alkénekre jellemző. A π kötés síkjához viszonyítva két szénatomon azonos szubsztituensek helyezkedhetnek el egyenként (cisz) vagy különböző irányban (transz) oldalain. Ebben a tekintetben léteznek sztereoizomerek, amelyek ún cisz-És transz-izomerek, amint azt a cisz- és transz-butének illusztrálják (lásd 3.2.2). A π-diasztereomerek a legegyszerűbb telítetlen dikarbonsavak - maleinsav és fumársav.

A maleinsav termodinamikailag kevésbé stabil cis-izomer képest transz-izomer - fumársav. Bizonyos anyagok vagy ultraibolya sugarak hatására egyensúly jön létre a két sav között; hevítve (~150?C) stabilabb felé tolódik el transz-izomer.

7.2. Konformációk

Egy egyszerű C-C kötés körül lehetséges a szabad forgás, melynek eredményeként a molekula a térben különböző alakzatokat ölthet. Ez látható az etán (I) és (II) sztereokémiai képleteiben, ahol a színkódolt CH csoportok 3 az SN-ek másik csoportjához képest eltérően helyezkednek el 3.

Egy CH csoport forgatása 3 a másikhoz képest a konfiguráció megzavarása nélkül történik - csak a hidrogénatomok relatív térbeli elrendezése változik meg.

A molekulák azon geometriai alakzatait, amelyek σ kötések körül forogva egymásba alakulnak, konformációnak nevezzük.

Ennek megfelelően konformációs az izomerek sztereoizomerek, amelyek közötti különbséget a molekula egyes részeinek σ kötések körüli forgása okozza.

A konformációs izomerek általában nem izolálhatók egyedi állapotukban. A molekula különböző konformációinak egymásba való átmenete a kötések megszakadása nélkül megy végbe.

7.2.1. Aciklusos vegyületek konformációi

A legegyszerűbb C-C kötéssel rendelkező vegyület az etán; Tekintsünk két konformációt a sok közül. Az egyikben (7.5. ábra, a) két CH csoport hidrogénatomjai közötti távolság 3 a legkisebb, tehát az egymással szemben lévő C-H kötések taszítják egymást. Ez a molekula energiájának növekedéséhez, következésképpen ennek a konformációnak a stabilitásának csökkenéséhez vezet. Ha végignézünk a C-C kötés mentén, jól látható, hogy az egyes szénatomokon lévő három C-H kötés páronként „elfojtja” egymást. Ezt a konformációt ún eltakarta.

Rizs. 7.5.Elzáródott (a, b)és gátolt (in, G) etán konformáció

Az etán másik konformációjában, amely az egyik CH-csoport forgásából adódik 3 60 évesen? (lásd 7.5. ábra, c), a két metilcsoport hidrogénatomja a lehető legtávolabb van egymástól. Ebben az esetben a C-H kötésekből az elektronok taszítása minimális lesz, és egy ilyen konformáció energiája is minimális lesz. Ezt a stabilabb konformációt ún gátolt. A két konformáció energiakülönbsége kicsi és ~12 kJ/mol; meghatározza az ún forgási energiagát.

Newman vetületi képletei. Ezeket a képleteket (egyszerűbb – Newman-vetületek) a konformációk síkon történő ábrázolására használják. A vetület megalkotásához a molekulát az egyik szénatom oldaláról nézzük a szomszédos szénatommal való kötése mentén, amely körül forgás történik. Kivetítéskor a megfigyelőhöz legközelebb eső szénatomtól a hidrogénatomokhoz (vagy általános esetben más szubsztituensekhez) három kötés helyezkedik el háromsugarú csillag formájában, 120°-os szöggel. A megfigyelőtől eltávolított (láthatatlan) szénatomot körként ábrázoljuk, amelyből szintén 120 -os szöget zár be? három kapcsolat indul el. A Newman-projekciók a fogyatkozott (lásd 7.5. ábra, b) és a gátolt (lásd 7.5. ábra, d) konformációkat is vizuálisan ábrázolják.

Normál körülmények között az etánkonformációk könnyen átalakulnak egymásba, és különböző, energiában kismértékben eltérő konformációk statisztikai halmazáról beszélhetünk. Egyedi formában még egy stabilabb konformációt sem lehet elkülöníteni.

Bonyolultabb molekulákban a szomszédos szénatomok hidrogénatomjainak más atomokkal vagy csoportokkal való helyettesítése kölcsönös taszításhoz vezet, ami befolyásolja a potenciális energia növekedését. Így egy butánmolekulában a legkedvezőtlenebb konformáció az elhomályosult konformáció, a legkedvezőbb pedig a legtávolabbi CH 3 csoportokkal való gátolt konformáció. Ezen konformációk energiái közötti különbség ~25 kJ/mol.

Az alkánokban a szénlánc meghosszabbodásával a konformációk száma gyorsan növekszik az egyes C-C kötések körüli megnövekedett forgási lehetőségek következtében, így az alkánok hosszú szénláncai sokféle formát ölthetnek, például cikkcakk (I), szabálytalan (II) ) és karom alakú (III.).

A cikk-cakk konformációt részesítjük előnyben, amelyben a Newman-vetület összes C-C kötése 180°-os szöget zár be, mint a bután gátolt konformációjában. Például a hosszú láncú palmitinsav C 15 H 31 COOH és sztearin C 17 H 35 COOH fragmentumai cikk-cakk konformációban (7.6. ábra) a sejtmembránok lipidjeinek részét képezik.

Rizs. 7.6.A sztearinsav vázképlete (a) és molekulamodellje (b).

A karom alakú konformációban (III) olyan szénatomok jönnek össze, amelyek más konformációban távol vannak egymástól. Ha kellően közeli távolságban vannak funkciós csoportok, például X és Y, amelyek képesek reagálni egymással, akkor ez egy intramolekuláris reakció eredményeként ciklikus termék képződéséhez vezet. Az ilyen reakciók meglehetősen elterjedtek, ami a termodinamikailag stabil öt- és hattagú gyűrűk kialakulásának előnyével jár.

7.2.2. Hattagú gyűrűk konformációi

A ciklohexán molekula nem egy lapos hatszög, hiszen lapos szerkezet esetén a szénatomok közötti kötésszögek 120°-osak lennének, azaz jelentősen eltérnének a normál 109,5°-os kötési szögtől, és az összes hidrogénatom egy kedvezőtlen elzárt helyzet. Ez a ciklus instabilitásához vezet. Valójában a hattagú ciklus a legstabilabb az összes ciklus közül.

A ciklohexán különböző konformációi a szénatomok közötti σ kötések körüli részleges forgásból származnak. A számos nem síkbeli konformáció közül az energetikailag legkedvezőbb konformáció az fotelek(7.7. ábra), hiszen benne a C-C kötések közötti összes kötésszög ~110?, és a szomszédos szénatomokon lévő hidrogénatomok nem takarják el egymást.

Egy nem síkbeli molekulában csak feltételesen beszélhetünk a hidrogénatomok „sík feletti és alatti” elrendezéséről. Ehelyett más kifejezéseket használnak: a ciklus függőleges szimmetriatengelye mentén irányított kötések (7.7. ábrán, A színben látható) nevezzük tengelyirányú(a), és a körforgástól elfelé orientált kapcsolatokat (mintha az Egyenlítő mentén, a földgömb analógiáján) ún. egyenlítői(f).

Ha a gyűrűben szubsztituens van, akkor a szubsztituens ekvatoriális helyzetével rendelkező konformáció kedvezőbb, ilyen például a metilciklohexán (I) konformációja (7.8. ábra).

A (II) konformáció kisebb stabilitásának oka a metilcsoport tengelyirányú elrendezésével 1,3-diaxiális taszítás CH csoportok 3 és H atomok a 3. és 5. pozícióban. Ebben

Rizs. 7.7.Ciklohexán a székben:

A- csontváz képlet; b- golyós-botos modell

Rizs. 7.8.Egy metilciklohexán molekula gyűrű inverziója (nem minden hidrogénatom látható)

Ebben az esetben a ciklus ún inverziók, stabilabb konformációt vesz fel. A taszítás különösen erős az 1- és 3-helyzetű tömegcsoportokkal rendelkező ciklohexán-származékok esetében.

A ciklohexán sorozat számos származéka megtalálható a természetben, amelyek között a hexahidroxi-alkoholok fontos szerepet játszanak - inozitolok. A molekuláikban található aszimmetrikus centrumok miatt az inozitok számos sztereoizomer formájában léteznek, amelyek közül a leggyakoribb mioinozitol. A mioinozitolmolekula stabil székkonformációval rendelkezik, amelyben a hat OH-csoport közül öt egyenlítői helyzetben van.

Azokat az anyagokat, amelyek el tudják forgatni a rajtuk áthaladó fény polarizációs síkját, ún optikailag aktív. Ezt a jelenséget magát az ún optikai tevékenység. Az optikailag aktív anyagok párok formájában léteznek optikai antipódok vagy enantiomerek, amelyek a fény polarizációs síkjának forgásának előjelében különböznek (egyéb dolgok azonossága mellett - azonos koncentráció, azonos a fénysugár úthossza az anyagban).

Az optikailag aktív anyagok molekulái rendelkeznek azzal a tulajdonsággal kiralitás- az enantiomerek úgy viszonyulnak egymáshoz, mint az eredeti és annak tükörképe (bármilyen forgásban nem kompatibilis). A kiralitás létrejöttéhez leggyakrabban a molekulában való jelenlét szükséges. királis szénatom ( királis vagy aszimmetrikus központ) - sp 3 hibridizáció állapotában és négy különböző szubsztituenssel:

Az enantiomerek ekvimoláris keverékének nincs optikai aktivitása. Ezt a keveréket ún racém keverék vagy racemát.

Ha egy molekula több királis centrumot tartalmaz, akkor nagyon nehéz az előző ábrához hasonló vetületben ábrázolni. Ebben az esetben E. Fischer vetületi képleteit használjuk.

A sztereoizomerek száma több királis centrum esetén a 2n képlettel határozható meg, ahol n a királis szénatomok száma. A két királis centrummal rendelkező aldotetrószok esetében 4 sztereoizomer van:

Az 1. és 2., 3. és 4. molekulák enantiomerek. A 2. és 4., 1. és 3., 2. és 3. molekulák nem enantiomerek, mindazonáltal sztereoizomerek.

Azokat a sztereoizomereket, amelyek nem enantiomerek, nevezzük diasztereomerek.

A diasztereomerek kémiai és fizikai tulajdonságaikban különböznek egymástól, és hagyományos kémiai módszerekkel elválaszthatók.

A sztereoizomerek száma kisebb lehet 2 n-nél, ha van mezoformák. A mezoforma akkor fordul elő, ha a molekulának belső szimmetriasíkja van. Például a borkősavnak három sztereoizomerje van:

Ha az 1. és 2. izomer egy enantiomerpár, akkor a 3. és 4. ugyanaz - a molekulának van egy belső szimmetriasíkja, amelyet szaggatott vonal mutat. A mezoforma lényegében egy intramolekuláris racemát. Valójában a 3 felső rész (a szaggatott vonal felett) az alsó rész tükörképe. Optikai aktivitás mezo forma nem rendelkezik.

Az optikai izomerek nómenklatúrája

Az első anyagok, amelyeknél az optikai izoméria jelenségét felfedezték és tanulmányozták, a szénhidrátok és az aminosavak voltak. Ezért történelmileg kialakult, hogy ezeknek a vegyületeknek a sztereoizomerjeit az egyik vagy másik sztérikus sorozathoz való tartozás és az eritro-treo-izomerek határozzák meg. Más osztályok kapcsolataihoz használja a fogalmat abszolút a királis központ konfigurációja.

Fischer vetületi képletek

A Fischer-képletek az egyik módja annak, hogy egy királis centrum háromdimenziós szerkezetét síkon ábrázoljuk. Vegyünk egy enantiomerpárt, és készítsük el a Fischer-projekciót a jobbkezes molekulára:

Válasszuk ki az irányt, ahonnan figyelembe vesszük a molekulát - ezt a nyíl mutatja:

Ebben az esetben a C-A és C-E kapcsolatok felénk irányulnak, ezeket a Fisher-formula felírásának szabályai szerint vízszintes vonallal ábrázolják. A C-B és C-D kapcsolatok tőlünk távolodnak, és függőleges vonallal vannak ábrázolva. Ennek eredményeként a Fisher-vetítés így fog kinézni (1):

Jelenleg mind a függőleges, mind a vízszintes vonalak szilárdként vannak ábrázolva, a szénatom nincs megrajzolva - a vonalak metszéspontja királis centrumot jelent, ennek eredményeként a (2) vetület általánosan elfogadott.

Ha ugyanazt a molekulát a másik oldalról nézzük, egy másik Fischer-projekciót kaphatunk:

Általában tizenkét Fischer-projekció rajzolható meg egy adott molekulára. A kapott vetületek egymással való összehasonlításához figyelembe kell venni, hogy a Fisher-projekciók számos transzformációt tesznek lehetővé önmagukon.

Az eredeti képletet megőrző átalakítások

1. Páros számú permutáció. Átrendeződésen bármely két szubsztituens helycseréjét értjük. Például a 2b képletben először megváltoztathatja a D-t és az A-t (az első permutációt), majd az E-t és a D-t (amely most az A helyén áll) - ez lesz a második permutáció, ennek eredményeként a 2b átalakul 2-vé. Észrevehető, hogy ez ugyanaz.

2. Forgassa el a vetületet a rajzsíkban 180, 360, 540 stb. fokok:

3. Ciklikus átrendeződés: hagyjon egy szubsztituenst (bármelyik) a helyén, a maradék hármat rendezze át körbe - az óramutató járásával megegyező vagy ellentétes irányba. Ez a művelet két permutációnak felel meg, de néha kényelmesebbnek bizonyul.

Enantiomerhez vezető átalakulások

1. Páratlan számú permutáció - D és E felcserélése - egy permutáció, függőleges szaggatott vonallal ábrázolt tükör segítségével könnyen ellenőrizhető, hogy ezek enantiomerek.

2. Forgassa el a rajzsíkban 90, 270, 450 stb. fokon. Forgassuk el 2b 90 o-kal az óramutató járásával ellentétes irányba:

A kapott képletben páros számú permutációt fogunk végrehajtani - felcseréljük B-t és E-t, A-t és D-t. Ha összehasonlítjuk a 2b-t és a történteket, azt látjuk, hogy ez egy enantiomer.

3. Tükörkép, vagy a fénybe nézés.

Szabványos Fischer-vetítés

A szabványos Fischer-vetületi jelölésben a fő láncot vagy ciklust függőleges vonalként ábrázolják, és a szénatomok számozása (IUPAC) a láncban fentről lefelé halad.

DL nómenklatúra

A gliceraldehidnek egy optikai izoméria központja van, mivel egy aszimmetrikus szénatomja van. Ezért az aldehid két optikai izomer formájában létezhet.

Fischer a jobbra forgó izomert $D$-nak, a balra forgó izomert pedig $L$-nak nevezte. A gliceraldehid $D$-izomerjéből nyert szénhidrátokat a $D$-sorozatba, a $L$-izomerből nyert szénhidrátokat pedig a $L$-sorozatba soroltuk.

A $DL$ nómenklatúrát manapság széles körben használják a szénhidrátok és aminosavak enantiomereinek megjelölésére. Minden természetes szénhidrát a $D$-sorozatba tartozik, és minden természetes aminosav a $L$-sorozatba tartozik.

Fischer vetületi képletek

E. Fischer 1891-ben javasolta az összefüggések térszerkezetének vetületek formájában történő ábrázolását.

A Fischer-vetületi képletek elkészítéséhez a tetraédert úgy forgatjuk, hogy a vízszintes síkban lévő két kötés a megfigyelő felé irányul, a függőleges síkban fekvő két kötés pedig távol kerüljön a megfigyelőtől.

Például a $L$-gliceraldehid esetében a Fischer-vetítési képlet a következő alakkal rendelkezik

Mivel a tetraéder különböző szögekből nézhető, egy modell 12 látszólag különböző Fisher-képletet ábrázolhat.

A Fisher-képletek síkra vetítések, ezért megalkotásukkor a következő szabályokat vezetjük be:

A Fischer-képletek két csoportjának kölcsönös átrendeződése során lehetőség van egy enantiomert a tükörképévé alakítani:

Ha egy molekula kiralitása síkhoz vagy tengelyhez kapcsolódik, akkor a Fischer-vetítés nem használható. Ilyen esetekben háromdimenziós modelleket használnak.

Fischer-projekciók több optikai izomériaközpontú molekulákhoz

Az optikai izoméria középpontjai különböző geometriai szerkezetűek lehetnek, amelyeket Fischer-vetületi képletekkel ábrázolhatunk:

A borkősavmolekulában az optikai izoméria két potenciális központja van – két szénatom, amelyekhez négy különböző csoport kapcsolódik.

A vetületi képlet megalkotásakor a borkősavmolekula függőleges láncra bővül. A függőleges orientált kapcsolatok túlmutatnak a rajz síkján, míg a vízszintesen elhelyezkedők a megfigyelő felé irányulnak.

A borkősav esetében három izomer lehetséges (a negyedik izomer tükörképe kombinálódik a harmadik izomerrel). A (+)- és (-)-borkősav (A és B) enantiomerek, azaz optikai izomerek. Olvadáspontjuk és vízben való oldhatóságuk azonos.

A harmadik izomert (+)- vagy (-)-borkősavból kaphatjuk egy aszimmetriacentrum megfordításával. Az eredmény egy (B) mezoforma, amelynek fizikai tulajdonságai eltérnek a borkősav enantiomerjeitől.

A (+)- és (-)-borkősavval kapcsolatban a mezoforma egy diasztereomer.

A borkősav (+)- és (-)-izomereinek azonos mennyiségben történő átkristályosodása során racemát képződik, amely fizikai-kémiai tulajdonságaiban különbözik a tiszta izomerektől.