立体异构的表示方式

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立体异构(stereoisomerism)是在有相同分子式的化合物分子中，原子或原子团互相连接的次序相同，但在空间的排列方式不同，与构造异构（根据情况不同可以分为：碳链异构、位置异构、官能团异构三种。）同属有机化学范畴中的同分异构现象。详见有机化合物的分类、表示方式（点击蓝字阅读）。

立体异构是同分异构体的重要组成部分，也是有机化合物种类繁多的原因之一。立体异构的表示方式众多，例如：顺式和反式，“Z型”和“E型”，左旋和右旋，“+”和“-”，“R”和“S”，等等。你是否也被这些不同的表示方式绕的云里雾里，傻傻分不清楚，今天系统地介绍一下有机化学中立体异构的表示方式。

立体异构分为几何异构、旋光异构、构象异构三类。其中几何异构和旋光异构均有两种相互对应的异构体，其立体异构体种类数量有限，在立体异构中较为典型。而构象异构体是由于有机化合物中单键旋转引起的，根据其旋转角度不同，立体异构体数量无限。详见有机化合物的分类、表示方式（点击蓝字阅读）。

几何异构：由于某些键不能自由旋转产生的；

构象异构：由于某些键可以自由旋转引起的；

旋光异构：能使偏振光向互为相反的方向旋转；

本文主要介绍几何异构和旋光异构的表示方式。几何异构是由于分子中含有不能自由旋转的双键和碳环引起的，其命名方式有“顺式和反式”、“Z型和E型”两种；旋光异构是由于分子中含有手性碳原子引起的，其命名方式分为“左旋和右旋”、“+和-”、“D型和L型”、“R型和S型”等。

顺式和反式

双键或碳环两端含有相同的原子或基团的简单化合物可以用顺式和反式表示。用顺式和反式表示时，相同的原子或基团在双键碳原子同侧的为顺式，反之为反式。

例如：

Z型和E型

在上述简单化合物中，Z型和E型的命名方式与顺式和反式相同，即相同的原子或基团在双键碳原子同侧的为顺式（或Z型），反之为反式（或E型）。如果双键碳原子上所连四个基团并不完全相同，则不能用顺式和反式表示，只能用Z型和E型表示。按照“次序规则”比较两对基团的优先顺序，两个较优基团在双键碳原子同侧的为Z型，反之为E型。

例如：

左旋和右旋

先了解一下什么是偏振光。

普通的光线含有各种波长的光，并且其震动方向是在各个不同的平面上。图下图（i）代表一束光线朝着我们的眼睛直射过来，它包含有在各个平面（如A，B,C,D,…）上振动的光线。Nicol棱镜是一种具有特殊性质的棱镜，只有和棱镜的晶轴平行震动的射线才能通过，假若使普通的光线通过一个Nicol棱镜，一部分射线就被阻挡不能通过。假若这个棱镜的晶轴是直立的,那么只有在这个垂直平面上振动的射线才可通过，这种通过棱镜后产生的只能在一个平面振动的光叫做平面偏振光（plane polarized light）。下图（ii）表示凡在虚线平面上振动的光线都将被全部地或者部分地阻挡。下图（iii）表示通过棱镜的光线是仅含有在箭头所示平面上振动的偏振光。

左旋与右旋是指偏振光在经过有机化合物溶液时，分别使偏振光向逆时针方向或向顺时针方向旋转，令偏振光逆时针方向旋转的叫做左旋体，能够使偏振光向顺时针方向旋转的叫做右旋体。在有机化学中，通常用(+)表示右旋，(-)表示左旋。

D型和L型

先了解一下Fischer 投影式。

为了方便地表示分子中手性碳的构型，Fischer最早提出用一种投影式来表示链形化合物的立体结构，称之为 Fischer 投影式。画 Fischer 投影式要符合如下规定：① 碳链要尽量放在垂直方向上，氧化态高的在上面，氧化态低的在下面。其他基团放在水平方向上。② 垂直方向碳链应伸向纸面后方，水平方向基团应伸向纸面前方。③ 将分子结构投影到纸面上，用横线与竖线的交叉点表示碳原子。

例如，D-(-)-乳酸可以按下面的过程画出 Fischer 投影式：

Fischer 投影式不能在平面上旋转 90°，也不能离开纸面翻转 180°。Fischer 投影式中的基团两两交换的次数不能为奇数次。

在有机化学发展早期，就知道有左旋、右旋两种甘油醛，但这两种甘油醛分别与甘油醛的哪一种空间排列相对应是不清楚的。于是，人们指定右旋甘油醛为 D 构型(D configuration)(D是拉丁文Dexcro的首字母)，左旋甘油醛为L构型(L是拉丁文 Leavo 的首字母)。它们的 Fischer 投影式任意性地指定如下：

其他化合物的构型是以甘油醛的构型为参照来确定的。若某化合物是由 D-甘油醛通过反应转变来的，而在整个转变过程中手性碳原子的四个键没有变化，则生成的化合物也是D构型的。例如：

这种以甘油醛的构型为参照标准而确定的构型称为相对构型（relative configuration)。相对构型以D-L构型标记法标记。

R型和S型

能真实反映空间排列情况的构型称为绝对构型(absolute configuration)。绝对构型是根据手性碳原子上四个不同的原子或基团在“顺序规则”中的先后次序来确定的，用R-S构型标记法标记，确定R、S构型的方法请参见有机化合物的分类、表示方式（点击蓝字阅读）。

例如甘油醛绝对构型的标记如下：

值得注意的是，在有机化学中，立体异构体的左旋和右旋、D型和L型、R型和S型并没有对应关系，例如：

经过乳酸发酵而来的乳酸能够使偏振光向右偏转，因此其为右旋（+）乳酸， 也称为L-乳酸，根据R/S命名规则，其应当为（S）-乳酸。而常用的饲料添加剂维生素B5同样能使偏振光向右偏转，因此其被称为右旋（+）泛酸钙，但是其Fischer 投影式与D-甘油醛一致，其应当为D-泛酸钙，根据R/S命名规则，其应当为（R）-泛酸钙。

简单来讲：

能使偏振光逆时针旋转的化合物叫左旋化合物，用“-”表示；能使偏振光向顺时针方向旋转的化合物叫右旋化合物，用“+”表示；

D/L构型是一种相对构型，与D-甘油醛结构类似的叫D-型化合物；与L-甘油醛结构类似的叫L-型化合物；

R/S构型是一种绝对构型，将手性碳原子上连接的原子或基团按照“顺序规则”排列后，相对原子质量最小的原子或基团远离我们的视线，其余基团逆时针排列的有机化合物为“S型化合物”；顺时针排列的有机化合物为“R型化合物”。

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参考资料

1.《基础有机化学》邢其毅，第4版；

2.部分图片及信息来源于网络；

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