索福喜 徐建強(qiáng)

(南京信息工程大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院化學(xué)系 江蘇南京 210044)

在有機(jī)化學(xué)教學(xué)中，手性化合物的構(gòu)型標(biāo)記是重要內(nèi)容之一。教科書中介紹的R/S構(gòu)型標(biāo)記方法通常是：依照次序規(guī)則將手性碳原子上的4個原子或基團(tuán)按優(yōu)先性排序，排序結(jié)果一般從高到低用a、b、c、d表示[1-8]；然后將優(yōu)先性最低的原子或基團(tuán)遠(yuǎn)離觀察者，再對剩余原子或基團(tuán)按優(yōu)先性由高到低的順序進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，順時針方向?yàn)镽型，反之則為S型。然而在教學(xué)實(shí)踐中，依照上述方法進(jìn)行構(gòu)型標(biāo)記時，由于實(shí)際構(gòu)型式中優(yōu)先性最低的基團(tuán)往往并非處于遠(yuǎn)離觀察者的位置(圖1)，直接進(jìn)行構(gòu)型標(biāo)記很不方便。尤其是對鋸架式或紐曼投影式，常常需要將之變換為費(fèi)歇爾投影式再進(jìn)行標(biāo)記，頗為麻煩。

圖1 優(yōu)先性最低的基團(tuán)非遠(yuǎn)離觀察者的3個化合物構(gòu)型式

針對上述問題，筆者總結(jié)出一種改進(jìn)的R/S構(gòu)型標(biāo)記法。該法可直接對鋸架式和紐曼投影式等進(jìn)行構(gòu)型標(biāo)記，用于費(fèi)歇爾投影式時也較為便利。該方法的具體步驟是：

① 按次序規(guī)則將手性碳原子上的4個原子或基團(tuán)進(jìn)行優(yōu)先性排序，從高到低依次記為4、3、2、1。

② 任意選取3個就近而便于觀察旋向的基團(tuán)，按優(yōu)先性從高到低的順序進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，當(dāng)未被選取的基團(tuán)優(yōu)先性順序?yàn)槠鏀?shù)時，順時針方向?yàn)镽構(gòu)型，反時針方向?yàn)镾構(gòu)型；如果未被選取的基團(tuán)優(yōu)先性順序?yàn)榕紨?shù)則結(jié)果相反。

需要指出的是，對于紐曼投影式中位置在后的那個手性碳原子，選取后面的3個基團(tuán)觀察旋向顯然最為方便，但因此時未被選取的基團(tuán)不是遠(yuǎn)離而是靠近觀察者，故需將按步驟①和②所得的標(biāo)記結(jié)果取反，即按步驟①和②標(biāo)記的結(jié)果為R構(gòu)型時應(yīng)記為S構(gòu)型，而按步驟①和②標(biāo)記的結(jié)果為S構(gòu)型時應(yīng)記為R構(gòu)型。

下面通過幾個例子加以具體說明。

例1L-2-氨基丙酸的費(fèi)歇爾投影式。

選NH2(4)、CH3(2)和H(1)作為觀察基團(tuán)，按(4)—(2)—(1)順序旋轉(zhuǎn)，方向?yàn)榉磿r針；未被選取的遠(yuǎn)離基團(tuán)COOH(3)優(yōu)先性順序?yàn)槠鏀?shù)，該化合物的手性碳原子為S構(gòu)型。

例2一種2-羥基丁烷的透視式。

可選C2H5(3)、CH3(2)和H(1)作為觀察基團(tuán)，按(3)—(2)—(1)順序旋轉(zhuǎn)，方向?yàn)轫槙r針，但遠(yuǎn)離基團(tuán)OH(4)的優(yōu)先順序?yàn)榕紨?shù)；所以該化合物的手性碳原子為S構(gòu)型。

例3一種2，3-二羥基丁二酸的費(fèi)歇爾投影式。

對2號碳原子，選COOH(3)除外的3個基團(tuán)OH(4)、CH(OH)CH2OH(2)和H(1)進(jìn)行觀察，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)榉磿r針，其為S構(gòu)型；對3號碳原子，選OH(4)、CH2OH(2)和H(1)進(jìn)行觀察，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r針，故為R構(gòu)型。

例4一種2-羥基-3-氯丁二酸的紐曼投影式。

對前面的手性碳原子，選OH(4)、COOH(2)和H(1)進(jìn)行觀察，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r針，其構(gòu)型為R；對后面的手性碳原子，選Cl(4)、COOH(3)和H(1)進(jìn)行觀察，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r針，同時考慮到未被選取的基團(tuán)既優(yōu)先順序?yàn)榕紨?shù)又非遠(yuǎn)離而是靠近觀察者兩個因素，可知其構(gòu)型為R。

例5一種2-羥基-3-氯丁酸的鋸架式。

對2號碳原子，選OH(4)、COOH(2)和H(1)進(jìn)行觀察，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)榉磿r針，其構(gòu)型為S；對3號碳原子，選CH(OH)COOH(3)、CH3(2)和H(1)進(jìn)行觀察，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r針，其構(gòu)型為S。

例6一種3-甲基-2-戊醇的透視式。

對2號碳原子，選OH(4)、CH(CH3)C2H5(3)和H(1)進(jìn)行觀察，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r針，故為S構(gòu)型；對3號碳原子，選CH(OH)CH3(4)、CH3(2)和H(1)進(jìn)行觀察，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r針，故為R構(gòu)型。

例7一種順式2-氯環(huán)戊甲酸分子。

對1號碳原子，選CHCl(4)、COOH(3)和 H(1)進(jìn)行觀察，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r針，故為S構(gòu)型；對2號碳原子，選Cl(4)、CHCOOH(3)和H(1)進(jìn)行觀察，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r針，故為S構(gòu)型。

例8D-葡萄糖的飛楔式如下，試標(biāo)記其各手性碳原子的構(gòu)型。

對2號碳原子，選OH(4)除外的其他3個基團(tuán)CHO(3)、C4H9O4(2)和H(1)進(jìn)行觀察，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)榉磿r針，故為R構(gòu)型；對3號和4號碳原子，同樣選OH(4)除外的其他3個基團(tuán)進(jìn)行觀察，旋轉(zhuǎn)方向分別為順時針和反時針，它們的構(gòu)型分別為S和R構(gòu)型；對5號碳原子，選H(1)外的其他3個基團(tuán)進(jìn)行觀察，易知其為R構(gòu)型。即D-葡萄糖手性碳原子的構(gòu)型為(2R,3S,4R,5R)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 徐壽昌.有機(jī)化學(xué).第2版.北京:高等教育出版社,1993

[2] 倪沛州.有機(jī)化學(xué).第6版.北京:人民衛(wèi)生出版社,2007

[3] 傅建熙.有機(jī)化學(xué).第2版.北京:高等教育出版社,2005

[4] 付建龍,李紅.有機(jī)化學(xué).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009

[5] 章燁.有機(jī)化學(xué).北京:科學(xué)出版社,2006

[6] 陳洪超.有機(jī)化學(xué).第3版.北京:高等教育出版社,2009

[7] 郭書好,李毅群.有機(jī)化學(xué).北京:清華大學(xué)出版社,2007

[8] 高吉剛,付蕾.有機(jī)化學(xué).北京:科學(xué)出版社,2009