有機立體化學構(gòu)型判斷及互換

龐　韜，吳根華

(安慶師范學院 化學化工學院，安徽 安慶 246011)

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有機立體化學構(gòu)型判斷及互換

龐韜，吳根華

(安慶師范學院 化學化工學院，安徽 安慶 246011)

摘要：通過舉例介紹了有機立體化學中透視式和Fischer投影式中手性碳原子的R/S 構(gòu)型最基本判斷法則。在立體化學的重點和難點——Newman投影式、透視式與Fischer 投影式之間的相互轉(zhuǎn)換等方面，針對空間想象能力較薄弱的初學者，在遵循該法則的基礎上，結(jié)合教學實踐及教學實例，引導學生發(fā)現(xiàn)規(guī)律，探討總結(jié)出一套有效的經(jīng)驗方法。使學生不再依賴分子模型的輔助，準確地實現(xiàn)分子各種立體結(jié)構(gòu)式之間的相互轉(zhuǎn)換，有助于同學們理解烯烴的親電加成反應、鹵代烴和醇的消除反應的立體化學并可以解決相關(guān)問題。

關(guān)鍵詞：有機立體化學；轉(zhuǎn)換；R、S構(gòu)型； Newman投影式； Fischer投影式

烯烴親電加成反應、鹵代烴和醇消除反應的立體化學在有機化學教學和學習過程中既是重點，也是難點，前提要求學生深層次地掌握立體化學的基礎知識 (作者使用的教材是王積濤主編的《有機化學》第三版)。立體化學涉及分子構(gòu)象和構(gòu)型，如旋光異構(gòu)體的R/S 構(gòu)型的判斷，[1-8]而Newman式、透視式與Fischer 投影式的互換是該章節(jié)的難點內(nèi)容，所以我們在教學中應總結(jié)簡便有效的方法使學生容易理解、掌握，實現(xiàn)較好的教學效果。

1手性中心R/S 構(gòu)型的判斷

1.1透視式構(gòu)型判斷

透視式及Fischer投影式可以直觀表達手性碳原子即手性中心的構(gòu)型，要求學生首先牢記手性中心R/S 構(gòu)型的判斷方法。透視式構(gòu)型判斷(R、S標記法)[3]步驟為：(1)按照大小次序規(guī)則排列基團大小順序；(2)將最小的原子或基團放置于觀察者最遠處(觀察者面對最小基團)；(3)判斷其他三個原子或原子團由大到小的排列方式。如果是順時針，排列方式為R；逆時針則為S(如圖1所示)。

1.2Fischer 投影式構(gòu)型判斷

Fischer 投影式構(gòu)型判斷(R、S標記法)[4]。簡單總結(jié)為“橫變豎不變”：(1)最小基團在豎鍵：其他三個基團按照優(yōu)先次序順時針排列，則為R型(不變)，按逆時針排列為S型(不變)。(2)最小基團在橫鍵：其他三個基團按照優(yōu)先次序順時針排列，則為S型(變)，按逆時針排列的，則為R型(變)(如圖2所示)。

2構(gòu)型互換

對于初學立體化學的學生來說，F(xiàn)ischer投影式結(jié)構(gòu)比較直觀，根據(jù)其判斷規(guī)則，無需空間想象，透視式代表分子的真實空間結(jié)構(gòu)，但是，在Newman投影式中判斷手性碳原子R/S 構(gòu)型，需要學生具有空間立體思維，有一定的難度，在判斷過程中較易出錯。在立體化學章節(jié)中，重點考察的是利用分子構(gòu)型及構(gòu)象的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)對產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的判定，所以，指導學生掌握Newman投影式、透視式與Fischer投影式之間的轉(zhuǎn)換顯得尤為重要，接下來通過舉例說明其在立體化學領域的應用。

2.1含一個手性碳分子透視式轉(zhuǎn)化為Fischer投影式

透視式與Fischer投影式之間的轉(zhuǎn)換：判斷者從面外和面內(nèi)的兩個基團中間的位置觀察整個分子結(jié)構(gòu)，位于平面上的官能團按照空間順序放在豎鍵上，而面外和面內(nèi)的兩個基團位于橫鍵。最后可以用最原始最本質(zhì)的方法來檢驗，即R/S標記法(如圖3所示)。

2.2含兩個手性碳分子Fischer投影式轉(zhuǎn)化為透視式或Newman投影式

若判斷解釋消除反應(反式消除)的機理，把Fischer 投影式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為透視式或Newman式，尤其在需要體現(xiàn)空間立體的情況下，把結(jié)構(gòu)式轉(zhuǎn)換為透視式無疑是非常簡便準確的方法。需要注意的是：Fischer投影式描述的立體構(gòu)象可以用Newman投影式的重疊式構(gòu)象直接表達(如圖4所示)。

在含有兩個手性碳化合物的透視式結(jié)構(gòu)中，固定其中一個手性碳不動，另一個手性碳順時針或者逆時針旋轉(zhuǎn)，構(gòu)型不變。如圖5所示：固定手性碳2不動，手性碳3以60°為間隔順時針旋轉(zhuǎn)一圈，構(gòu)型始終不變。該結(jié)論具有很強的適用性，使學生不再依賴分子模型。幫助學生理解并掌握烯烴的親電加成反應，鹵代烴和醇的消除反應的立體化學[2]。

例1寫出下列化合物的Newman投影式。

2.3含兩個手性碳分子透視式或Newman投影式轉(zhuǎn)化為Fischer投影式

前面提到：Fischer投影式表征的是分子的重疊式立體構(gòu)象[2]，因此，可以將分子的交叉式構(gòu)象轉(zhuǎn)換為重疊式構(gòu)象，實現(xiàn)從Newman投影式或者透視式到Fischer投影式的轉(zhuǎn)換[9]。

例2寫出下列化合物的費歇爾投影式。

3結(jié)語

本文通過例證闡述了透視式與Fischer 投影式構(gòu)型的判定及Newman投影式、透視式與Fischer 投影式之間的相互轉(zhuǎn)換方法，希望此方法能夠幫助學生方便快捷地解決立體化學中各種立體結(jié)構(gòu)之間相互轉(zhuǎn)換的具體問題，提高學生的觀察推導創(chuàng)新能力，有助于有機化學立體化學知識體系的教學改革。

參考文獻:

[1]周文俊，蔡玉瑤，王碧，雷光東. Newman投影式和Fischer投影式的轉(zhuǎn)換及應用[J].化學教育，2013，34(6)：81-83.

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[4]周文俊，蔡玉瑤，張霞忠，王碧．楔形式、鋸架式向Fischer投影式的轉(zhuǎn)換及應用[J].化學教育，2013，34(5)：86-88.

[5]徐壽昌．有機化學[M]．第二版.北京：高等教育出版社，1993：159-178．

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[9]李福枝，石璞，肖細梅．紐曼式、透視式、楔型式與Fischer 投影式的互換[J]．廣東化工，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

文章編號：1007-4260(2015)02-0134-03

中圖分類號：O621

文獻標識碼：A

作者簡介：龐韜, 女,河南新鄉(xiāng)人，博士，安慶師范學院化學化工學院講師。

基金項目：安徽省級自然科學研究重點項目(KJ2014A141)。

收稿日期：2015-01-05