費雪投影式詳解：規則、R/S、D/L，附免費轉換工具
簡短回答：在費雪投影式中，每個交叉點都是一個碳，水平鍵指向你，垂直鍵遠離你。要判定 R 或 S，先依 CIP 規則為基團排序，再描出 1 → 2 → 3：若最低優先的基團在垂直鍵上，順時針為 R；若在水平鍵上，就把結果反過來。D/L 由離 C=O 最遠之立體中心上的 OH（糖類）或 α-碳上的 NH₂（胺基酸）決定：在右為 D，在左為 L。D-甘油醛為 (R)，D-葡萄糖為 (2R,3S,4R,5R)。免費的費雪投影式轉換工具可以完成這一切，並畫出楔形-虛線結構。
費雪投影式呈現什麼
費雪投影式是把鏈上含多個立體中心的分子畫在平面上的方法，由 Emil Fischer 為糖類所設計。
- 碳鏈由上往下排列，氧化程度最高的碳（CHO 或 COOH）在最上方。
- 每個交叉點都是一個立體中心碳。
- 水平鍵朝向你（相當於楔形鍵）。垂直鍵遠離你（相當於虛線鍵）。
移動費雪投影式的四條規則
| 操作 | 結果 |
|---|---|
| 在紙面內旋轉 180° | 同一分子 |
| 旋轉 90° | 鏡像異構物（就單一立體中心而言） |
| 交換同一個碳上的兩個基團 | 該中心的組態反轉（R ⇄ S） |
| 在同一個碳上交換兩次 | 又回到同一分子 |
如何從費雪投影式判定 R 或 S
- 依 CIP 規則為碳上的四個基團排序：原子序大者優先。C=O 視為連有兩個 O 原子的 C。
- 在紙面上描出 1 → 2 → 3。
- 若 4 號基團（通常是 H）在垂直鍵上，它已經遠離你：順時針 = R，逆時針 = S。
- 若 4 號基團在水平鍵上，它指向你：把結果反過來。
以 D-甘油醛為例：OH（1）在右，CHO（2）在上，CH₂OH（3）在下，H（4）在左。1 → 2 → 3 為逆時針，讀作 S。H 在水平鍵上，所以正確答案是 R。
D 與 L
D/L 是把分子與甘油醛做比較。畫碳鏈時，把氧化程度最高的碳放在最上方。
- 糖類：看離 C=O 最遠的立體中心上的 OH。在右 = D，在左 = L。葡萄糖中是 C5。
- 胺基酸：把 COOH 放在最上方，側鏈放在最下方。NH₂ 在左 = L，在右 = D。天然胺基酸是 L 型。
D/L 不等於 R/S。D-甘油醛是 R，L-丙胺酸是 S，但 L-半胱胺酸是 R，因為 CH₂SH 基團（含 S 原子）的優先順序高於 COOH。D/L 也與旋光方向無關：D-果糖是左旋的。
如何使用費雪投影式轉換工具
- 開啟費雪投影式轉換工具。
- 把含
@或@@的 SMILES 貼到由 SMILES 欄位並按轉換，或按 D-葡萄糖、L-丙胺酸等範例。 - 若要自行建立，請選擇上方與下方的基團，以及每一列左右兩側的基團。用新增一列與移除一列設定最多五個立體中心。
- 對照楔形-虛線結構（鋸齒形）閱讀費雪投影式。每張中心卡片都會顯示 CIP 優先順序、各基團的位置，以及該中心為何是 R 或 S。
- 按旋轉 180°、旋轉 90°、鏡像或某一列上的 ⇄ 來驗證這些規則。
- 複製 SMILES，或按在 MolDraw 中開啟來編輯並匯出結構。
費雪投影式轉楔形-虛線式（鋸齒形）
費雪投影式中每個碳都呈重疊式，碳鏈朝紙面後方彎曲；鋸齒形圖則呈現交叉式的平面碳鏈。手動轉換的方法如下：
- 為費雪投影式中的每個中心標定 R 或 S。
- 畫出鋸齒形碳鏈，C1 在左邊。
- 在每個中心，把取代基畫在楔形鍵或虛線鍵上，讓該中心保有相同的 R 或 S 標記。
快速檢查：費雪投影式中相鄰碳上位於同側的兩個基團，在鋸齒形圖中會位於異側（一個楔形鍵、一個虛線鍵）。這就是內消旋酒石酸在鋸齒形圖中看起來呈「反式」的原因。
範例解析
1. L-丙胺酸
COOH 在上，CH₃ 在下，NH₂ 在左，H 在右。NH₂（1）> COOH（2）> CH₃（3）> H（4）。1 → 2 → 3 為順時針；H 在水平鍵上，所以反過來：(S)。NH₂ 在左邊，所以是 L 型。
2. D-赤藻糖與 D-蘇糖
兩者都是 CHO 在最上方、C3 的 OH 在右邊（D 型）。赤藻糖的 C2 OH 也在右邊：(2R,3R)。蘇糖的 C2 OH 在左邊：(2S,3R)。它們互為非鏡像異構物。
3. 酒石酸
兩個 OH 位於同側時，有一個水平鏡面穿過 C2 與 C3 之間：內消旋，(2R,3S)。OH 位於異側時，則得到具掌性的 (R,R) 與 (S,S) 型。
4. L-蘇胺酸
COOH 在上，CH₃ 在下。C2：NH₂ 在左（L）。C3：OH 在右。工具給出 (2S,3R)，也就是天然的胺基酸。
整理表
| 分子 | 費雪投影式排列（由上而下） | 組態 |
|---|---|---|
| D-甘油醛 | CHO；OH 在右；CH₂OH | (R)，D |
| L-丙胺酸 | COOH；NH₂ 在左；CH₃ | (S)，L |
| D-赤藻糖 | CHO；OH 在右、右；CH₂OH | (2R,3R) |
| D-蘇糖 | CHO；OH 在左、右；CH₂OH | (2S,3R) |
| D-葡萄糖 | CHO；OH 在右、左、右、右；CH₂OH | (2R,3S,4R,5R) |
| 內消旋酒石酸 | COOH；OH 在右、右；COOH | (2R,3S)，不具掌性 |
常見錯誤
- 把費雪投影式旋轉 90°。這樣會得到鏡像異構物。
- H 在水平鍵上時，忘了把結果反過來。
- 在糖的 C2 上判斷 D/L。應使用離 C=O 最遠的立體中心。
- 以為 D 就代表 R 或 (+)。D/L、R/S 與 +/− 是三件不同的事。
- 把費雪投影式的左右位置直接照搬到鋸齒形圖上。應該逐一檢查每個中心的 R/S。
考試要點
- JEE 與 NEET：練習判定以費雪投影式畫出的葡萄糖、果糖與胺基酸的 R/S，並以水平鏡面線找出內消旋形式。
- AP 與 A-level：要知道水平鍵指向觀察者，以及天然胺基酸是 L 型。
- 大學有機化學與生物化學：把費雪投影式與哈沃斯投影式連結起來：費雪投影式中位於右邊的基團，在哈沃斯環中朝下。
- 沒把握時，交換基團讓 H 位於垂直鍵上，讀出結果後再數交換次數：奇數次交換會使結果反轉。
問與答
費雪投影式中的水平線與垂直線代表什麼？
水平線是指向觀察者的鍵，垂直線是遠離觀察者的鍵。每個交叉點都是一個碳原子。
如何從費雪投影式判定 R 與 S？
依 CIP 規則為基團排序，再描出 1 → 2 → 3。若優先順序最低的基團在垂直線上，順時針為 R；若在水平線上，則把結果反過來。
費雪投影式可以旋轉嗎？
只能在紙面內旋轉 180°。旋轉 90° 或把圖翻面，都會得到不同的立體異構物。
如何判斷糖是 D 型還是 L 型？
把 C=O 畫在最上方，看離它最遠的立體中心上的 OH。OH 在右邊為 D 型，在左邊為 L 型。
D 型糖一定是 R 嗎？
不一定。D 與 L 是把分子與甘油醛比較，而 R 與 S 則來自每個中心的 CIP 優先順序。D-葡萄糖是 (2R,3S,4R,5R)，所以它有一個 S 中心。
如何在費雪投影式中找出內消旋化合物？
尋找一條水平鏡面線，使上半部恰為下半部的鏡像。兩個 OH 都在右邊的內消旋酒石酸就是一個例子。