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費雪投影式轉換工具(費雪式 ⇄ 楔形-虛線式、R/S、D/L)

簡而言之:逐列建立費雪投影式,或貼上含 @/@@ 標記的 SMILES。工具會畫出費雪投影式與楔形-虛線結構,為每個立體中心標示 R 或 S 及其 CIP 優先順序,並給出醣類與胺基酸的 D 或 L。

可用於葡萄糖、蘇糖、酒石酸、胺基酸,以及任何一列中最多有五個立體中心的開鏈分子。旋轉與交換按鈕會顯示哪些動作保持分子不變、哪些會得到其鏡像。

快速解答:D-甘油醛的 CHO 在上、CH₂OH 在下、OH 在右。優先順序:OH (1) > CHO (2) > CH₂OH (3) > H (4)。1 → 2 → 3 在紙面上為逆時針,但 H 在水平鍵上(朝向你),因此要反過來:(R)。D-葡萄糖為 (2R,3S,4R,5R)。

或建立費雪投影式(由上到下)

範例:

費雪投影式
楔形-虛線結構(鋸齒形)

楔形 = 朝向你,虛線 = 遠離你。兩張圖上的 R/S 標示來自同一次 CIP 分析。

如何使用費雪投影式轉換工具

  1. 貼上含 @/@@ 的 SMILES 並按下轉換,或按下範例,例如 D-葡萄糖。
  2. 用選單更改任一基團。最上方的選單是垂直鏈的頂端;每一列是一個碳,各有左側與右側基團。
  3. 並排查看費雪投影式與楔形-虛線結構。每個中心都有一張卡片,列出 CIP 優先順序、每個基團的位置,以及如何得出 R 或 S。
  4. 試試旋轉 180°(同一分子)、旋轉 90°(鏡像異構物,僅限單一中心)、鏡像,或在某一列按 ⇄(使該中心反轉)。

費雪投影式規則

水平 = 朝向你

每個交叉點都是碳。水平鍵伸出紙面(楔形),垂直鍵伸入紙面(虛線)。主碳鏈由上往下,氧化程度最高的碳(CHO、COOH)在最上方。

可以旋轉 180°

將整張圖在紙面上旋轉 180°,垂直鍵仍朝後、水平鍵仍朝前,是同一分子。

不可以旋轉 90°

旋轉 90° 會把朝後的鍵放到水平位置、朝前的鍵放到垂直位置。若當作費雪投影式來讀,表示的是鏡像異構物。

交換一次即反轉

交換同一個碳上的任兩個基團,會使該中心反轉(R ⇄ S)。在同一個碳上交換兩次則回到原來的結構。

直接由費雪投影式判定 R/S

  1. 依 CIP 規則排列該碳上四個基團的優先順序(先比原子序;C=O 須將原子重複計算)。
  2. 在紙面上描出 1 → 2 → 3。
  3. 若第 4 優先基團(通常是 H)在垂直鍵上,順時針 = R,逆時針 = S。
  4. 若第 4 優先基團在水平鍵上,答案相反。

D 與 L

將碳鏈畫成氧化程度最高的碳在最上方。對醣類,看離 C=O 最遠的立體中心:OH 在右為 D,在左為 L。對胺基酸,看 α-碳上的 NH₂:在右為 D,在左為 L。D/L 是將分子與甘油醛比較;它不表示分子使偏振光往哪個方向旋轉,也不等同於 R/S。

費雪式轉楔形-虛線式(鋸齒形)

費雪投影式中每個碳都呈重疊構形,碳鏈向紙面後方彎曲。鋸齒形圖則把碳鏈畫成交錯式並平放在紙面上。將每隔一個碳旋轉 180°,即可把一種轉換成另一種,因此費雪投影式中同側的基團,在鋸齒形相鄰碳上會變成相反側(一個楔形、一個虛線)。工具會替你完成轉換,並以 R/S 驗證結果。

範例解析

L-丙胺酸

COOH 在上、CH₃ 在下、NH₂ 在左。NH₂ (1) > COOH (2) > CH₃ (3) > H (4)。1 → 2 → 3 為順時針,H 在水平位置,因此反過來。

(S)-丙胺酸;NH₂ 在左,故為 L

D-葡萄糖

C2 到 C5 上的 OH 依序為右、左、右、右。最後一個立體中心(C5)的 OH 在右邊。

(2R,3S,4R,5R),D 系列

酒石酸

C2 與 C3 上的 OH 在同側:有一個鏡面從兩者之間切過分子。OH 在異側:具掌性。

內消旋 (2R,3S) 與 (R,R)/(S,S) 一對

赤藻糖與蘇糖

赤藻糖的兩個 OH 在同側;蘇糖則在異側。兩者互為非鏡像異構物。

D-赤藻糖 (2R,3R)、D-蘇糖 (2S,3R)

常見錯誤

本工具可處理一列中最多五個立體中心的開鏈分子。環上的立體中心無法畫成費雪投影式。

把它畫好。在免費的 MolDraw 編輯器中開啟結構,加入楔形鍵、標籤與箭頭,再匯出 PNG 或 SVG。

開啟完整 MolDraw 編輯器

常見問題

什麼是費雪投影式?

一種把含立體中心的分子畫成平面的表示法。每個交叉點代表一個碳。水平鍵朝向觀察者,垂直鍵遠離觀察者。主鏈由上往下排列。

如何從費雪投影式判定 R 或 S?

依 CIP 規則排列四個基團的優先順序,並描出 1 → 2 → 3。若最低優先基團在垂直鍵上,順時針即為 R;若在水平鍵上,則答案相反。

費雪投影式可以旋轉嗎?

在紙面上旋轉 180° 仍是同一分子。旋轉 90° 則會得到鏡像異構物,因為它把朝後的鍵放到了水平位置。

如何分辨 D 與 L?

將氧化程度最高的碳放在最上方。對醣類而言,離 C=O 最遠的立體中心上的 OH 在右邊為 D,在左邊為 L。對胺基酸而言,α-碳上的 NH2 在左邊為 L。

D 就等於 R 嗎?

不是。D/L 是將分子與甘油醛比較,而 R/S 來自 CIP 優先順序。D-甘油醛是 R,但 L-半胱胺酸是 R,而其他大多數 L-胺基酸是 S。

如何在費雪投影式中辨認內消旋化合物?

找一條穿過中間的水平鏡像線:若上半部是下半部的鏡像,則分子為內消旋且不具掌性。內消旋酒石酸的兩個 OH 位於同一側。

費雪投影式轉換工具是免費的嗎?

是的。它在網頁瀏覽器中執行,不需註冊。

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