Fischer投影式和Newman投影式的互换方法及其应用

摘要:举例介绍了Fischer投影式和Newman投影式二者相互转换的简易方法及其在立体化学中判断构象间的相互关系、理解反应机理等方面的应用。

关键词:Fischer投影式;Newman投影式;转换;立体化学

文章编号:1005-6629(2009)07-0072-03中图分类号:G633.479文献标识码:B

立体化学是有机化学的一个重要组成部分,在基础有机化学教学中,立体化学是教学的重点和难点之一。在讨论立体化学问题时,有时须兼及分子的构型和构象的两个方面,要求学生能熟练地相互转换Fischer投影式和Newman投影式。构象用Newman投影式表示,而手性分子用Fischer投影式表示,两者之间该怎样互换是学生较难把握的问题[1]。本文结合笔者的教学实践,介绍了Fischer投影式和Newman投影式二者相互转换的简易方法,并通过举例说明其在立体化学中的应用。

1 Fischer投影式和Newman投影式的相互转换方法

1.1 由Newman投影式转换为Fischer投影式

根据Fischer投影式的投影规则,Fischer投影式描述的立体构象都是Newman投影式的重叠式构象,所以,由Newman投影式转换为Fischer投影式时,当Newman投影式为交叉式构象时,须将交叉式构象转换为重叠式构象。

例1.将下列所示的Newman投影式转换为Fischer投影式[1]。

即当Newman投影式竖键垂直向上时,则前方向上的原子放在Fischer投影式竖线的上方;当Newman投影式竖键垂直向下时,则前方向下的原子放在Fischer投影式竖线的下方。即:

1.2 由Fischer投影式转换为Newman投影式

由Fischer投影式转换为Newman投影式时,则反过来进行即可。

例2.将下列所示的 Fischer 投影式转换为Newman投影式[2]。

解:按题意,由于乙炔基在Newman投影式的前方,所以先把Fischer投影式转换为竖键向上的重叠式Newman投影式,然后再按题意旋转为交叉式。

2在立体化学中的应用

2.1判断构象间的相互关系

例3.下列四个Newman投影式表示的化合物,哪些是对映体?哪些是非对映?哪些是同一化合物的不同构象[2]?

最简便的方法就是对手性碳原子构型进行R/S标记,然后根据每个手性碳原子的构型得出结论。但对于刚接触立体化学的学生来说,直接从Newman投影式进行R/S标记,显得非常困难,若先将上述四种Newman投影式按本文介绍的方法转换为Fischer投影式,再用R/S的简便识别法[3](在Fischer投影式中,当最小基团处于竖键时,其它三个基团由大到小进行排列,顺时针是R构型,逆时针是S构型;当最小基团处于横键上时,逆时针为R构型,顺时针为R构型。)进行R/S标记,从而使学生能较易解决从Newman投影式判断分子间关系的问题。

通过R/S标记就能很容易判断分子间关系:(1)与(2)为非对映体,(1)与(3)为对映体,(1)与(4)为非对映体,(2)与(4)为同一化合物的不同构象。

通过上述转换,使学生能易于理解和掌握分子的构象与构型二者的区别和联系。

2.2理解反应机理

利用上述转换方法,还可帮助学生理解烯烃的亲电加成反应、卤代烃与醇的消除反应的立体化学。

烯烃加溴的反应机理是反式加成[3]。

由实验得知,顺-2-丁烯与溴加成,产物是一对对映体。

若从生成的两个透视式直接判断分子间的关系,学生感到比较困难,若按上述转换方法,则学生易于判断。

通过对产物进行R/S标记,就能容易判断产物是一对对映体。

同理,反-2-丁烯与溴的加成产物(2R,3S)-2,3-二溴丁烷,通过上述转换就能快速判断出是内消旋体。

例4.写出下列反应的主要产物的立体结构[1]:

解:实验表明,在按E2机理进行的消除反应中,一般发生反式消除,所以先将上述Fischer投影式转换为两个离去基团彼此处于反式共平面的Newman投影式,这样,显而易见地得出答案。

参考文献:

[1]曹华茹,马向谦.关于Newman投影式与Fischer投影式在应用中互化的探讨[J].高师理科学刊,1998,(9):73～76.

[2]袁履冰等.有机化学[M].北京:高等教育出版社,2002,113:221.

[3]高鸿宾.有机化学[M]。北京:高等教育出版社,2005,214:228.

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