介紹一種確定R/S構型的簡易方法

索福喜 徐建強

(南京信息工程大學環境科學與工程學院化學系 江蘇南京 210044)

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

圖1 優先性最低的基團非遠離觀察者的3個化合物構型式

針對上述問題，筆者總結出一種改進的R/S構型標記法。該法可直接對鋸架式和紐曼投影式等進行構型標記，用于費歇爾投影式時也較為便利。該方法的具體步驟是：

① 按次序規則將手性碳原子上的4個原子或基團進行優先性排序，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，按優先性從高到低的順序進行旋轉，當未被選取的基團優先性順序為奇數時，順時針方向為R構型，反時針方向為S構型；如果未被選取的基團優先性順序為偶數則結果相反。

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個基團觀察旋向顯然最為方便，但因此時未被選取的基團不是遠離而是靠近觀察者，故需將按步驟①和②所得的標記結果取反，即按步驟①和②標記的結果為R構型時應記為S構型，而按步驟①和②標記的結果為S構型時應記為R構型。

下面通過幾個例子加以具體說明。

例1L-2-氨基丙酸的費歇爾投影式。

選NH2(4)、CH3(2)和H(1)作為觀察基團，按(4)—(2)—(1)順序旋轉，方向為反時針；未被選取的遠離基團COOH(3)優先性順序為奇數，該化合物的手性碳原子為S構型。

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，按(3)—(2)—(1)順序旋轉，方向為順時針，但遠離基團OH(4)的優先順序為偶數；所以該化合物的手性碳原子為S構型。

例3一種2，3-二羥基丁二酸的費歇爾投影式。

對2號碳原子，選COOH(3)除外的3個基團OH(4)、CH(OH)CH2OH(2)和H(1)進行觀察，旋轉方向為反時針，其為S構型；對3號碳原子，選OH(4)、CH2OH(2)和H(1)進行觀察，旋轉方向為順時針，故為R構型。

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)進行觀察，旋轉方向為順時針，其構型為R；對后面的手性碳原子，選Cl(4)、COOH(3)和H(1)進行觀察，旋轉方向為順時針，同時考慮到未被選取的基團既優先順序為偶數又非遠離而是靠近觀察者兩個因素，可知其構型為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)進行觀察，旋轉方向為反時針，其構型為S；對3號碳原子，選CH(OH)COOH(3)、CH3(2)和H(1)進行觀察，旋轉方向為順時針，其構型為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)進行觀察，旋轉方向為順時針，故為S構型；對3號碳原子，選CH(OH)CH3(4)、CH3(2)和H(1)進行觀察，旋轉方向為順時針，故為R構型。

例7一種順式2-氯環戊甲酸分子。

對1號碳原子，選CHCl(4)、COOH(3)和 H(1)進行觀察，旋轉方向為順時針，故為S構型；對2號碳原子，選Cl(4)、CHCOOH(3)和H(1)進行觀察，旋轉方向為順時針，故為S構型。

例8D-葡萄糖的飛楔式如下，試標記其各手性碳原子的構型。

對2號碳原子，選OH(4)除外的其他3個基團CHO(3)、C4H9O4(2)和H(1)進行觀察，旋轉方向為反時針，故為R構型；對3號和4號碳原子，同樣選OH(4)除外的其他3個基團進行觀察，旋轉方向分別為順時針和反時針，它們的構型分別為S和R構型；對5號碳原子，選H(1)外的其他3個基團進行觀察，易知其為R構型。即D-葡萄糖手性碳原子的構型為(2R,3S,4R,5R)。

參 考 文 獻

[1] 徐壽昌.有機化學.第2版.北京:高等教育出版社,1993

[2] 倪沛州.有機化學.第6版.北京:人民衛生出版社,2007

[3] 傅建熙.有機化學.第2版.北京:高等教育出版社,2005

[4] 付建龍,李紅.有機化學.北京:化學工業出版社,2009

[5] 章燁.有機化學.北京:科學出版社,2006

[6] 陳洪超.有機化學.第3版.北京:高等教育出版社,2009

[7] 郭書好,李毅群.有機化學.北京:清華大學出版社,2007

[8] 高吉剛,付蕾.有機化學.北京:科學出版社,2009