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Kohlenhydrate

Die Fischer-Projektion

Darstellung der Stereochemie in der Fischer-Projektion

Projektionsformeln sind Abbildungen von dreidimensionalen Molekülen auf eine zweidimensionale Bildebene. Für Stereoisomere mit einem asymmetrischen C-Atom lassen sich solche Projektionsformeln noch gut durch perspektivische Darstellungen (Keil-Strich-Formeln) wiedergeben. Bei Anwesenheit mehrerer stereogener Zentren wird diese Darstellungsweise schnell zu aufwändig und unübersichtlich. Hierfür hat Emil Fischer bereits 1891 eine Darstellungsmethode eingeführt, die auf der Projektion des tetragonalen Kohlenstoffs auf eine flache Oberfläche beruht. Diese Fischer-Projektion gilt heute als ein Standardverfahren zur Darstellung der Stereochemie an Chiralitätszentren. Am meisten gebräuchlich ist sie in der Zuckerchemie.

Bei der Fischer-Projektion wird das asymmetrische C-Atom so ausgerichtet, dass zwei der vier Bindungen senkrecht stehen und nach hinten gerichtet sind (in der Regel die längste Kette; um die Bestimmung der Konfiguration an einem Chiralitätszentrum zu vereinfachen, kann aber auch wie im unteren Beispiel z. B. der Substituent mit der niedrigsten Rangordnung nach oben gezeichnet werden). Die beiden anderen Bindungen stehen horizontal und zeigen zum Betrachter (Bild 1 und 2). Die Fischer-Projektion ergibt sich dann dadurch, dass das Molekül in dieser Form und aus dieser Blickrichtung (Rotation der 3D-Darstellung in Bild 3 hin zum Betrachter) auf die Bildebene projiziert wird (Bild 4).Das asymmetrische C-Atom selber wird nicht gezeichnet, liegt aber konventionsgemäß am Schnittpunkt der vertikalen und horizontalen Bindungen (Bild 5).

Tab.1
Fischer-Projektion
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Mouse

Regeln zur Fischer-Projektion

Die in Bild 5 gezeigte Darstellung des 2-Butanols ist nur eine von mehreren Möglichen. Um nun zu prüfen, ob zwei unterschiedliche Darstellungen das gleiche Enantiomer zeigen, muss die Fischer-Projektion gedreht werden, wobei nur zwei Bewegungen erlaubt sind:

Regel 1
Abbildungen zur Darstellung einer Fischer-Projektion können in der Bildebene um 180° gedreht werden. Drehungen um 90° oder 270° sind nicht erlaubt.
Abb.1
Begründung:
Bei einer 180°-Rotation bleibt die Orientierung der Substituenten (nach vorn bzw. hinten) erhalten, während nach einer 90°- bzw. 270°-Drehung Substituenten, die ursprünglich aus der Ebene herausstanden, nach hinten zeigen (und umgekehrt). Wird das Molekül also um 90° oder 270° in der Bildebene rotiert, so zeigen die oben und unten stehenden Substituenten aus der Bildebene hervor, während sie bei der Fischer-Projektion definitionsgemäß nach hinten zeigen.
Hinweis
Die Folge einer Rotation der planaren Abbildung (Bild 5) um 90° oder 270° und anschließende Darstellung in der Fischer-Projektion wäre eine Umkehrung der Konfiguration, die nur durch Bindungsbrüche zu erreichen wäre.
Regel 2
Bei einer Fischer-Projektion kann ein beliebiger Substituent festgehalten werden, während die anderen im bzw. entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht werden.
Abb.2
Begründung:
Eine solche Drehung entspricht der Rotation um die Bindungsachse zwischen dem asymmetrischen C-Atom und einem der vier gebundenen Atome und ist damit eine Konformations- aber nicht eine Konfigurationsänderung.
Arbeitsauftrag : Übungsbeispiel zur Anwendung der Fischer-Projektions-Regeln

Überprüfen Sie, ob die folgenden drei Verbindungen identische Moleküle oder Enantiomere darstellen.

Abb.3
Abb.4
Abb.5

Die ersten beiden Darstellungen zeigen das gleiche Molekül, die dritte Darstellung zeigt das andere Enantiomer.

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Zuordnung der R/S-Konfiguration zur Fischer-Projektion

Die R/S-Nomenklatur zur Benennung der absoluten Konfiguration ist auch auf Fischer-Projektionen anwendbar. Dafür muss die betreffende Struktur in der Fischer-Projektion so dargestellt werden, dass der Substituent mit der kleinsten Rangordnung nach oben steht. Die Zuordnung der R- bzw. S-Konfiguration erfolgt dann entsprechend der Abnahme der Rangordnung der übrigen drei Substituenten im oder entgegen dem Uhrzeigersinn. Beispiel:

Abb.6

Fischer-Projektion bei Zuckern

Der wichtigste Anwendungsbereich der Fischer-Projektion ist die Darstellung von Molekülen mit mehreren asymmetrischen C-Atomen, die Teil einer durchgehenden Kohlenstoffkette sind (z.B. bei Zuckern). Man weist dabei allen asymmetrischen C-Atomen eine ekliptische Konformation zu, wodurch die gesamte Kohlenstoffkette kreisförmig ausgerichtet wird und das Molekül auf einer imaginären, konvexen Oberfläche zu liegen kommt.

Abb.7

Übung 1

Übung 2

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