Fischerova projekcia

Fischerova projekcia je dvojdimenzionálna reprezentácia trojdimenzionálnych organických molekúl pomocou projekcie. Vymyslel ju Emil Fischer v roku 1891.[1] Fischerova projekcia bola pôvodne navrhnutá pre zobrazovanie sacharidov v organickej chémii a biochémii. Jej využitie mimo sacharidov sa neodporúča, keďže toto zobrazenie môže byť nejasné a občas mätúce.[2]

Fischerova projekcia D-glyceraldehydu

DohodyUpraviť

Všetky väzby v reťazci, okrem koncových, sú zobrazené ako zvislé alebo vodorovné čiary. Uhlíková kostra sa zobrazuje zvislo. Uhlíkové atómy sa niekedy nezakresľujú a sú reprezentované stredom krížiacich sa čiar. Uhlík označený číslom 1 (C1) sa zakresľuje navrchu.[3] U aldóz je C1 aldehydový uhlík, u ketóz je C1 najbližší ku ketónovemu uhlíku, ktorý je typicky na C2 pozícii.[4]

 
Projekcia tetraédrickej molekuly na plochý povrch
 
Vizualizácia Fischerovej projekcie

Všetky vodorovné väzby by mali byť vo Fischerovej projekcii naklonené smerom k pozorovateľovi. Molekuly s jednoduchou tetraédrickou geometriou sa dajú ľahko otáčať v priestore, aby platila táto podmienka. Monosacharidy s tromi uhlíkovými atómami (triózy), napríklad D-glyceraldehyd vyobrazený vyššie, majú tetraédrickú geometriu, v strede ktorej je C2, a môžu byť otočené v priestore tak, aby uhlíková kostra bola zvislo, C1 bol navrchu a vodorovné väzby spájajúce C2 s -H a -OH boli naklonené smerom k pozorovateľovi. U koncových uhlíkových atómov (CHO a CH2OH) sa vodorovné väzby nezakresľujú.

Pri vytváraní Fischerovej projekcie monosacharidov s vyšším počtom uhlíkov než tri však nie je možné molekuly otočiť tak, aby boli všetky vodorovné väzby naklonené smerom k pozorovateľovi. Po otočení molekuly tak, aby obe vodorovné väzby na C2 boli naklonené k pozorovateľovi, budú vodorovné väzby C3 zvyčajne otočené opačným smerom (od pozorovateľa). Po zakreslení väzieb C2 je potom nutné otočiť molekulu o 180° okolo zvislej osi pred tým, než sa zakreslia väzby C3. Pri prípadných ďalších uhlíkoch je nutné tento proces zopakovať.

Toto naznačuje, že vo väčšine prípadov nie je Fischerova projekcia presnou reprezentáciou skutočnej 3D konfigurácie molekuly. Dá sa nad ňou uvažovať ako nad projekciou modifikovanej verzie molekuly, ideálne otočenou na niektorých miestach na jej uhlíkovej kostre. Lineárna forma molekuly D-glukózy, ktorej vodorovné väzby C2 sú otočené voči pozorovateľovi, by mala väzby na C3 a C5 otočené od pozorovateľa, takže jej presný zápis by neodpovedal Fischerovej projekcii. Pre presnejší zápis lineárnych molekúl je možné použiť Nattovu projekciu.

Podľa pravidiel IUPAC by mali byť všetky vodíkové atómy explicitne zakreslené, obzvlášť atómy vodíka na koncových skupinách sacharidov.[2] V tomto je Fischerova projekcia odlišná od štruktúrnych vzorcov.

PríkladUpraviť

Nižšie sú zobrazené tri spôsoby reprezentácie D-glukózy. Prvým z nich je Fischerova projekcia, kde sú zapísané i všetky uhlíkové atómy. Druhým z nich je takisto Fischerova projekcia, ale atómy uhlíka nie sú zobrazené explicitne. Namiesto toho sú reprezentované miestom, kde sa krížia zvislé a vodorovné väzby. Posledným je Nattova projekcia, pri ktorej je uhlíková kostra reprezentovaná lomenou čiarou a pomocou klinov je naznačené priestorové usporiadanie vodíkových atómov a hydroxylových skupín.

Proces tvorby Fischerovej projekcie je možné vizualizovať i nasledovne:

Pri zakreslení D-glukózy musí byť C1 (aldehydový) úplne navrchu a vodorovné väzby C2 musia byť naklonené k pozorovateľovi. Pozorovateľ sa teda musí pozerať na molekulu sprava. V tom prípade sú však vodorovné väzby na C3 otočené od pozorovateľa, takže buď je nutné sa na molekulu pozrieť zľava, alebo túto skupinu otočiť o 180° podľa zvislej osi. Uhlík C4 pri pohľade sprava takisto smeruje k pozorovateľovi a uhlík C5 je nutné znovu otočiť (alebo sa znova pozrieť zľava). Molekula na druhom obrázku má uhlíky C3 a C5 otočené okolo zvislej osi tak, aby smerovali doprava (smerom k pozorovateľovi). Tretia molekula potom reprezentuje to, čo vidí pozorovateľ a posledná je odpovedajúca Fischerova projekcia.

PoužitieUpraviť

Fischerova projekcia sa v biochémii a organickej chémii najčastejšie používa na reprezentáciu monosacharidov. Takisto je možné ju použiť na zápis aminokyselín a iných molekúl, ale to sa neodporúča podľa odporúčení IUPAC z roku 2006.[2]

Fischerova projekcia sa dá použiť na rozlíšenie medzi L- a D- molekulami. Podľa definície má Fischerova projekcia na predposlednom uhlíkovom atóme D-cukrov vodíkový atóm vľavo a hydroxylovú skupinu vpravo. L-Cukry majú vodíkový atóm vpravo a hydroxylovú skupinu vľavo.[5]

Iné zápisyUpraviť

Haworthova projekcia je podobný chemický zápis, ktorý sa používa na reprezentáciu cukrov v kruhovej podobe. Skupiny na pravej strane Fischerovej projekcie odpovedajú skupinám pod rovinou kruhu v Haworthovej projekcii.[6] Fischerova projekcia by sa nemala zamieňať s Lewisovými štruktúrami, ktoré neobsahujú informácie ohľadne trojdimenionálnej geometrie. Klinové vzorce sa používajú u väčšiny oranických zlúčenín na zdôraznenie stereochémie a na zápis konkrétnych konformácii otočiteľných väzieb sa používa Newmanova projekcia.

ReferencieUpraviť

  1. John McMurry. Organic Chemistry. 7th. vyd. [s.l.] : Brooks/Cole - Thomson Learning, Inc., 2008. ISBN 978-0-13-286261-5. S. 975.
  2. a b c Graphical representation of stereochemical configuration (IUPAC Recommendations 2006), p.1933-1934
  3. MORENO, Luis F.. Understanding Fischer Projection and Angular Line Representation Conversion. Journal of Chemical Education, 2012-01-01, roč. 89, čís. 1, s. 175–176. Dostupné online [cit. 2022-01-03]. ISSN 0021-9584. DOI10.1021/ed101011c.
  4. Rules of Carbohydrate Nomenclature. The Journal of Organic Chemistry, February 1963, s. 281–291. DOI10.1021/jo01037a001.
  5. Sugars & Polysaccharides [online]. Rensselaer Polytechnic Institute (RPI). Dostupné online. Archivované 2011-07-12 z originálu.
  6. Matthews, C. E.; K. E. Van Holde; K. G. Ahern (1999) Biochemistry. 3rd edition. Benjamin Cummings. ISBN 0-8053-3066-6

ZdrojeUpraviť

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Fischer projection na anglickej Wikipédii.