本科教學(xué)中雙手性化合物在二維空間的表達(dá)方式間相互關(guān)系的探討

鄒如意，楊二冰

(鄭州大學(xué)化學(xué)系，河南鄭州 450001)

·化工教育·

本科教學(xué)中雙手性化合物在二維空間的表達(dá)方式間相互關(guān)系的探討

鄒如意，楊二冰

(鄭州大學(xué)化學(xué)系，河南鄭州 450001)

雙手性化合物的Fischer投影式、透視式和Newman式之間的對(duì)等轉(zhuǎn)換在基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)教學(xué)中的教學(xué)模式會(huì)隨教材版本、授課對(duì)象及教師的不同而有別。三種常用構(gòu)型表達(dá)式中，透視式中的鋸架式是最不容易掌握的內(nèi)容，隨著授課對(duì)象對(duì)概念及小技巧的熟練掌握，諸多問題就變得容易解決，文中就三種表達(dá)式對(duì)等轉(zhuǎn)換進(jìn)行了探討。

有機(jī)化學(xué);本科教學(xué);雙手性化合物;鋸架式

基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)中雙手性化合物的三維結(jié)構(gòu)在二維空間的描述方式有多種，它們的相互轉(zhuǎn)換及手性碳R/S構(gòu)型的確定是本科教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)，搞清三維在二維上的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)于本科生而言不是一件容易的事情。能夠查閱的教材有很多種版本，解決問題的方式也多樣化。鑒于本科生的理解和掌握需要，下文結(jié)合近幾年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比與總結(jié)，希望能夠達(dá)到教學(xué)相長。

雙手性化合物構(gòu)型可以用Fischer投影式、透視式(包括楔形式和鋸架式)和Newman式(在紙面上比較直觀地表達(dá))。Fischer投影式是根據(jù)基團(tuán)次序規(guī)則為依據(jù)來確定物質(zhì)絕對(duì)構(gòu)型的，基團(tuán)相對(duì)位置用“橫前豎后”來確定，對(duì)絕大多數(shù)同學(xué)而言比較簡單。楔形式和Newman式中基團(tuán)相對(duì)位置比較直觀，只要掌握了定義，也不是難事。而鋸架式就有點(diǎn)難，從往屆同學(xué)們的習(xí)題及考試來看，答對(duì)率不是很高。下面先討論鋸架式。

1 鋸架式雙手性化合物的命名

正確給出鋸架式雙手性化合物的命名，必須搞定每個(gè)手性中心相關(guān)聯(lián)的四個(gè)基團(tuán)的相對(duì)位置。例如圖1中的1－3，先看3－位手性碳(C3)的四個(gè)基

圖1 (2S，3R)－2，3－二溴戊烷

團(tuán)相互關(guān)系，可以認(rèn)為是基團(tuán)Br、H、C2H5在紙平面上，剩下的那個(gè)基團(tuán)可以認(rèn)為是從紙平面前方通過點(diǎn)C3和紙平面垂直，可以用一只筆代替這個(gè)正前方的基團(tuán)，這樣很容易給出S構(gòu)型。再看2－位手性碳(C2)的四個(gè)基團(tuán)相互關(guān)系，可以認(rèn)為是基團(tuán)Br、H、CH3在紙平面上，剩下的那個(gè)基團(tuán)可以認(rèn)為是從紙平面后方通過點(diǎn)C2和紙平面垂直，然后將這個(gè)基團(tuán)拉到紙平面正前方，也可以用一只筆代替這個(gè)移動(dòng)到前方的基團(tuán)，給出R構(gòu)型，而實(shí)際基團(tuán)在紙平面正后方，相當(dāng)構(gòu)型翻轉(zhuǎn)，因此真實(shí)構(gòu)型為S。掌握了這個(gè)技巧就不難確定幾種構(gòu)型之間關(guān)系。

2 三種結(jié)構(gòu)形式的對(duì)等互換

從概念上講，化合物的Fischer投影式可以輕松利用R、S命名規(guī)則給出命名，運(yùn)用R、S命名規(guī)則可以實(shí)現(xiàn)fischer投影式與透視式和Newman式的對(duì)應(yīng)互換。如Fischer投影式1－1的命名為(2S，3R)－1，3－二溴戊烷。1－1可以直接根據(jù)“橫前豎后”，寫成楔形式1－2。1－1轉(zhuǎn)換為1－3前，可以將鋸架搭好，這等于C2C3鍵固定在與紙平面成45°角方向，然后將最小的那個(gè)基團(tuán)H放在一個(gè)固定位置，最后根據(jù)上文小技巧來推斷另兩個(gè)基團(tuán)位置。有了這個(gè)鋸架式，沿C2C3鍵方向在紙平面投影就得到對(duì)等的Newman式1－4。

3 Newman式與Fischer投影式對(duì)等互換

Fischer投影式所描敘的立體結(jié)構(gòu)全是重疊式構(gòu)象，是把Newman式的重疊構(gòu)象加以“平板化”的表示方法。Newman投影式中的原子(團(tuán))使其呈重疊構(gòu)象再加以平板化就可得到Fischer投影式。將Newman式轉(zhuǎn)化為重疊式時(shí)，可用“前不動(dòng)，后面旋轉(zhuǎn)”的方法，從Newman式→重疊式 → Fischer投影式。這種方法在部分教材中提到過，這里有必要結(jié)合具體實(shí)例進(jìn)一步討論。例如:圖2中2－1，可以固定C3上的三個(gè)基團(tuán)不動(dòng)，通過旋轉(zhuǎn)C2C3鍵可以得到重疊式構(gòu)象2－2或2－3，此時(shí)有兩種選擇，可以把基團(tuán)Cl當(dāng)作“繩子頭”沿紙平面向上拉(平板化)，得到2－4，也可以把基團(tuán)C2H5當(dāng)繩子頭沿紙平面向上拉得到2－8，顯然2－4不是對(duì)等結(jié)構(gòu)。如果將2－1變成重疊式構(gòu)象2－5或2－6，然后以基團(tuán)C2H5為繩子頭沿紙平面向下拉得到對(duì)等的結(jié)構(gòu)2－7，而不能以基團(tuán)Cl為繩子頭。

總之，必須以前方基團(tuán)為繩子頭并沿其伸展方向拉動(dòng)才能不出差錯(cuò)。與前面方法比較這種方法的生命力有待時(shí)間論證。

圖2 (2R，3R)－3－甲基－2－氯戊烷

4 結(jié)論

將這種比較運(yùn)用于教學(xué)不僅帶動(dòng)了同學(xué)們從多角度思考問題，而且通過比較，在實(shí)踐中絕大多數(shù)選擇了前者，同時(shí)出錯(cuò)現(xiàn)象有所降低。總之，吃透定義、穩(wěn)抓基礎(chǔ)是重中之重。

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1003－3467(2011)03－0060－02

2011－01－20

鄒如意(1972－)，男，講師，博士后，從事金屬有機(jī)材料和生物化學(xué)方向的研究，電話:(0371)67767051。