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化学において、フィッシャー投影図法は、 1891年にエミール・フィッシャーによって考案されたもので、3次元の有機分子を投影によって2次元に表現するものである。フィッシャー投影図法はもともと炭水化物の描写のために提案され、化学者、特に有機化学や生化学の分野で使用されていた。炭水化物以外のものに対するフィッシャー投影図法の使用は、あいまいで他の種類の図法と混同しやすいため推奨されない。フィッシャー投影図法の主な目的は、分子のキラリティーを示し、一対のエナンチオマーを区別することである。注目すべき用途としては、糖の描画や異性体の描画などがある。[1]
コンベンション
同じ分子（D-グルコース）の3つの異なる投影
すべての結合は水平線または垂直線で描かれます。炭素鎖は垂直に描かれ、炭素原子は表示されないこともあり、交差線の中心で表されます（下の図を参照）。炭素鎖の向きは、最初の炭素（C1）が上になるように配置されます。[2]アルドースでは、C1はアルデヒド基の炭素であり、ケトースでは、C1はケトン基に最も近い炭素であり、通常はC2にあります。[3]
フィッシャー投影図を正しく見るには、分子を炭素鎖に対して垂直に向け、水平方向の結合をすべて観察者の方に向け、垂直方向の結合をすべて観察者の方に向けます。[4]単純な四面体形状の分子は、この条件を満たすように空間内で簡単に回転させることができます (図を参照)。フィッシャー投影図は、通常、のこぎり馬の表現から構築されます。そのためには、主鎖炭素へのすべての結合を回転させて、結果として得られるニューマン投影図が重なり合った構成を示すようにする必要があります。[2 ]次に、炭素鎖を垂直上向きに配置し、水平方向の結合をすべて観察者の方に向けます。[2]最後に、観察者から離れた方向を向いている主鎖炭素への結合はフィッシャー投影図の垂直位置に配置され、観察者の方に向いている結合はフィッシャー投影図の水平位置に配置されます。[4]フィッシャー投影図上の水平線と垂直線の各交点は、主炭素鎖の炭素を表します。[2]
フィッシャー投影図は、特定のケースでは 3D 分子構成を効果的に表現します。たとえば、上に示した D-グリセルアルデヒドなどの3 つの炭素原子を持つ単糖類 (トリオース)は、C2 が中心にある四面体形状をしており、炭素鎖が C1 を頂点として垂直になり、C2 と水素および水酸化物を結合する水平結合が両方とも観察者に向かって傾斜するように空間内で回転できます。
しかし、3 つ以上の炭素を持つ単糖類のフィッシャー投影図を作成する場合、すべての水平結合が観察者の方に傾斜するように分子を空間的に方向付ける方法はありません。分子を回転させて C2 との水平結合の両方が観察者の方に傾斜すると、C3 との水平結合は通常、傾斜します。したがって、C2 との結合を描画した後、C3 との結合を描画する前に、分子をその垂直軸を中心に空間的に 180° 回転する必要があります。描画を完了するには、さらに同様の回転が必要になる場合があります。
これは、ほとんどの場合、フィッシャー投影が分子の実際の 3D 構成を正確に表現していないことを意味します。これは、理想的には分子のバックボーンに沿って複数のレベルでねじれた、修正されたバージョンの分子の投影と見なすことができます。たとえば、 C2 との水平結合が観察者に向かって傾斜するように回転したD-グルコースの開鎖分子は、C3 と C5 との結合が観察者から離れて傾斜するため、正確な投影はフィッシャー投影と一致しません。開鎖分子をより正確に表現するには、ナッタ投影を使用できます。
IUPACの規則によれば、すべての水素原子は明示的に描くのが望ましい。特に、炭水化物の末端基の水素原子は存在すべきである。 [5]この点において、フィッシャー投影法は骨格式とは異なる。
キラリティー
キラル分子は、立体異性体または左利きと右利きのエナンチオマーのセットを持つ分子として説明できます。ケルビン卿の定義によると、分子は「理想的に実現された平面鏡の像がそれ自体と一致できない場合」にキラリティーを持ちます。言い換えると、キラル分子は、その鏡像がそれ自体の正確なコピーにならないという意味で非対称です。[6]キラリティーは、薬物開発などの多くの分野で理解する鍵となります。薬物の一方のエナンチオマーは深刻な副作用を引き起こす可能性がある一方で、もう一方は病気の緩和をもたらすためです。[7]フィッシャー投影の観点からは、キラリティーは、それらを描くときと読むときの両方で考慮すべき重要な要素であるため、これは重要です。このモデルの大きな利点は、置換基の方向に基づいてキラリティーを簡単に解釈できることです。これらのモデルのフォーマットのわずかな変更により、立体化学が異なって解釈される可能性があり、その結果、分子が誤って描かれていることになります。フィッシャー投影法は、キラリティーの視覚化や置換基が空間内でどこに向いているかの視覚化に役立つため、多くの人にとって有用です。
投影からのキラリティー
フィッシャー投影図に基づくキラリティーの決定は、実質的に標準的な方法と同じです。主な違いは、フィッシャー投影図では、垂直線と水平線で置換基の向きを描写できるという利点があります。これらの分子の向きは既にわかっているので、必要に応じてくさびと破線で適切に描写することができます。この後、炭素に結合した各グループの優先順位が付けられ、標準的な方法でキラリティーが決定されます。[8]キラリティーを決定する実際のプロセスに大きな違いはありませんが、フィッシャー投影図では置換基が空間内のどこにあるかをより視覚化できるため、このモデルに基づいてSまたはRキラリティーを割り当てるのが便利になります[疑わしい–議論する]。場合によっては、特定の炭素のキラリティーを視覚化して決定するために、より大きな分子からフィッシャー投影図を描くと役立つことがあります。
その他のモデル
ハワース投影図法は、糖を環の形で表すために使用される関連化学表記法です。フィッシャー投影図法の右側の基は、ハワース投影図法の環平面の下の基に相当します。[9]フィッシャー投影図法は、3次元形状に関する情報を含まないルイス構造と混同しないでください。ニューマン投影図法は、分子の構造をねじれや重なりのある配座状態で示すために使用できる別のシステムです。[10]くさびとダッシュの表記法は、特定の分子内の立体化学を示すのに役立ちます。
参照
ウィキメディア・コモンズには、フィッシャー投影に関連するメディアがあります。
参考文献
- ^ Gregersen E.「フィッシャー投影法 | 定義と事実」。ブリタニカ百科事典。2022年11月17日閲覧。
- ^ abcd Moreno LF (2012年1月). 「フィッシャー投影と角度線表現変換の理解」. Journal of Chemical Education . 89 (1): 175– 176. Bibcode :2012JChEd..89..175M. doi :10.1021/ed101011c. ISSN 0021-9584.
- ^ Wolfram ML, et al. (アメリカ化学会炭水化物化学部命名委員会および英国炭水化物命名委員会 [化学会出版委員会 (ロンドン)] の小委員会) (1963 年 2 月)。「炭水化物命名規則」。The Journal of Organic Chemistry。28 (2): 281– 291。doi : 10.1021/ jo01037a001。ISSN 0022-3263 。
- ^ ab Hunt I (2022). 「第3章：アルカンとシクロアルカンの配座」 。 2022年11月16日閲覧。
- ^ Brecher J (2006 年 1 月). 「立体化学構成のグラフ表示 (IUPAC 勧告 2006)」(PDF) . Pure and Applied Chemistry . 78 (10): 1897-1970 (1933-1934). doi :10.1351/pac200678101897. S2CID 97528124.
- ^ Döring A、 Ushakova E、Rogach AL (2022年3月)。「キラルカーボンドット：合成、光学特性、および新たな用途」。Light ：Science & Applications。11 (1): 75。Bibcode ： 2022LSA .... 11 ...75D。doi ：10.1038/s41377-022-00764-1。PMC 8964749。PMID 35351850。
- ^ Hutt AJ 、 O'Grady J (1996 年 1 月)。「薬剤のキラリティー: 抗菌剤の立体化学の重要性に関する考察」。抗菌化学療法ジャーナル。37 (1): 7– 32。doi : 10.1093/jac/ 37.1.7。PMID 8647776。
- ^ Epling GA (1982年8月). 「フィッシャー投影法によるキラル分子配置の決定」. Journal of Chemical Education . 59 (8): 650. Bibcode :1982JChEd..59..650E. doi :10.1021/ed059p650. ISSN 0021-9584.
- ^ Mathews CK、Van Holde KE、Ahern KG (2000)。生化学（第3版）。カリフォルニア州サンフランシスコ：ベンジャミン・カミングス。ISBN 978-0-8053-3066-3。
- ^ Eliel EL、Wilen SH、Mander LN (1994)。有機化合物の立体化学。ニューヨーク：Wiley。ISBN 978-0-471-01670-0. OCLC 27642721.