В химии проекция Фишера , разработанная Эмилем Фишером в 1891 году, представляет собой двумерное представление трехмерной органической молекулы посредством проекции . Проекции Фишера первоначально были предложены для изображения углеводов и использовались химиками, особенно в области органической химии и биохимии . Использование проекций Фишера для неуглеводных продуктов не рекомендуется, поскольку такие рисунки неоднозначны и их легко спутать с другими типами рисунков. Основная цель проекций Фишера — показать хиральность молекулы и различить пару энантиомеров. Некоторые известные применения включают рисование сахаров и изображение изомеров. [1]
Все связи изображаются горизонтальными или вертикальными линиями. Углеродная цепь изображается вертикально, атомы углерода иногда не показаны и представлены центром пересекающихся линий (см. рисунок ниже). Ориентация углеродной цепи такова, что первый углерод (C1) находится вверху. [2] В альдозе C1 представляет собой углерод альдегидной группы ; в кетозе C1 — это углерод, ближайший к кетоновой группе, которая обычно находится у C2. [3]
Правильный способ просмотра проекции Фишера — это вертикально сориентировать молекулу относительно углеродной цепи, расположить все горизонтальные связи в направлении наблюдателя и направить все вертикальные связи в сторону от наблюдателя. [4] Молекулы с простой тетраэдрической геометрией можно легко вращать в пространстве, так что это условие выполняется (см. рисунки). Проекции Фишера обычно строятся, начиная с представления козла. Для этого все соединения с атомами углерода основной цепи должны быть повернуты так, чтобы полученные проекции Ньюмана показывали затменную конфигурацию. [2] Затем углеродную цепь располагают вертикально вверх, при этом все горизонтальные крепления направлены к зрителю. [2] Наконец, крепления к атомам углерода основной цепи, обращенные от наблюдателя, размещаются в вертикальном положении проекции Фишера, а те, которые обращены к наблюдателю, размещаются в горизонтальном положении проекции Фишера. [4] Каждое пересечение горизонтальной и вертикальной линии в проекции Фишера представляет собой углерод в основной углеродной цепи. [2]
В некоторых случаях проекции Фишера являются эффективным представлением трехмерной молекулярной конфигурации. Например, моносахарид с тремя атомами углерода ( триоза ), такой как D- глицеральдегид, изображенный выше, имеет тетраэдрическую геометрию с C2 в его центре и может вращаться в пространстве так, что углеродная цепь расположена вертикально с C1 в центре. вверху, а горизонтальные связи, соединяющие C2 с водородом и гидроксидом, наклонены к зрителю.
Однако при создании проекции Фишера для моносахарида с числом атомов углерода более трех невозможно сориентировать молекулу в пространстве так, чтобы все горизонтальные связи были наклонены к зрителю. После поворота молекулы так, чтобы обе горизонтальные связи с C2 были наклонены к зрителю, горизонтальные связи с C3 обычно будут наклонены в сторону. Итак, после образования связей с С2, прежде чем провести связи с С3, молекулу необходимо повернуть в пространстве на 180° вокруг своей вертикальной оси. Для завершения рисунка могут потребоваться дальнейшие подобные вращения.
Это означает, что в большинстве случаев проекция Фишера не является точным представлением фактической трехмерной конфигурации молекулы. Его можно рассматривать как проекцию модифицированной версии молекулы, идеально перекрученной на нескольких уровнях вдоль ее основной цепи. Например, молекула D- глюкозы с открытой цепью повернулась так, что горизонтальные связи с C2 были наклонены к зрителю, а связи с C3 и C5 были бы наклонены в сторону от зрителя, и, следовательно, ее точная проекция не совпадала бы с Проекция Фишера. Для более точного представления молекулы с открытой цепью можно использовать проекцию Натта .
Согласно правилам ИЮПАК, все атомы водорода желательно изображать явно; в частности, должны присутствовать атомы водорода концевой группы углеводов.[5] В этом отношении проекция Фишера отличается от скелетных формул .
Хиральные молекулы можно описать как молекулы с набором стереоизомеров или левых и правых энантиомеров . По определению лорда Кельвина , молекула обладает хиральностью, «если ее изображение в плоском зеркале, идеально реализованное, не может быть совмещено с самим собой». Другими словами, хиральная молекула асимметрична в том смысле, что ее зеркальное отражение не будет точной копией самой себя. [6] Хиральность является ключом к пониманию во многих областях, таких как разработка лекарств, поскольку один энантиомер лекарства может вызывать серьезные побочные эффекты, в то время как другой обеспечивает облегчение недуга. [7] Это важно с точки зрения проекций Фишера, поскольку хиральность является важным фактором, который следует учитывать как при их рисовании, так и при чтении. Большим преимуществом модели является возможность легко интерпретировать хиральность на основе ориентации заместителей. Небольшие изменения в форматировании этих моделей могут привести к другой интерпретации стереохимии , что означает, что молекула изображена неправильно. Проекции Фишера помогают визуализировать хиральность, а также расположение заместителей в пространстве, поэтому их применение может быть полезно для многих.
Определение киральности на основе проекций Фишера фактически такое же, как и стандартный метод. Основное отличие заключается в том, что проекции Фишера позволяют отображать ориентацию заместителей вертикальными и горизонтальными линиями. Учитывая, что ориентация этих молекул уже известна, при необходимости ее можно корректно изобразить клиньями и черточками. После этого ранжируется приоритет каждой из групп, связанных с углеродом, и стандартным образом определяется хиральность. [8] Хотя в реальном процессе определения хиральности нет существенной разницы, проекции Фишера позволяют лучше визуализировать расположение заместителей в пространстве, что делает удобным определение S- или R-хиральности на основе этой модели [ сомнительно ] . В некоторых случаях может быть полезно нарисовать проекцию Фишера для более крупной молекулы, чтобы визуализировать и определить хиральность конкретного углерода.
Проекции Хаворта — это родственные химические обозначения, используемые для представления сахаров в форме кольца. Группы в правой части проекции Фишера эквивалентны группам под плоскостью кольца в проекциях Хаворта. [9] Проекции Фишера не следует путать со структурами Льюиса , которые не содержат никакой информации о трехмерной геометрии . Проекции Ньюмана — это еще одна система, которую можно использовать, поскольку они демонстрируют структуру молекулы в шахматном или затменном конформационном состоянии. [10] Обозначения клином и штрихом помогут продемонстрировать стереохимию внутри конкретной молекулы.
