5.3 含一个手性碳原子的化合物
5.3.1 对映异构体构型的表示方法
对映体在结构上的区别仅在于原子或原子团的空间排布方式的不同，用平面结构式无法表示，为了更直观、更简便地表示分子的立体空间结构，一般用费歇尔投影式表示。该方法是将球棍模型按一定的方式放置，然后将其投影到平面上，即得到1个平面的式子，这种式子称为费歇尔投影式。投影的具体方法是：将立体模型所代表的主链位于竖线上，将编号小的碳原子写在竖线的上方，指向后方，其余2个与手性碳原子连接的横键指向前方，手性碳原子置于纸面中心，用十字交叉线的交叉点表示。按此法进行投影，即可写出费歇尔投影式。例如，乳酸对映异构的模型及投影式见图5-5。
图5-5 乳酸对映异构体的模型及投影式
依费歇尔投影法的规定，可归纳为：①横线和竖线的十字交叉点代表手性碳原子；②横线上连接的原子或原子团代表的是透视式中位于纸面前方的两个原子或原子团；③竖线上连接的原子或原子团代表的是透视式中位于纸面后方的两个原子或原子团。
费歇尔投影式具有严格的投影原则，不能随意改变，应用费歇尔投影式时，应经常考虑到分子的立体结构，应注意以下几点：
① 投影式在纸面上旋转180°时，构型不变，但旋转90°时，构型改变成为其对映体。
② 投影式不能离开纸面旋转。
③ 取代基的位置互换一次或奇数次，构型改变成为其对映体；取代基的位置互换两次或偶数次，构型不变。如固定一个基团，其余三个基团依次作顺时针或逆时针调换，构型不变。
5.3.2 对映异构体构型的命名
当1个分子中手性碳原子增多时，对映异构体的数目也会增多。1对对映体中的2个异构体之间的差别就在于构型不同，因此，对映体的名称之前应注明其构型。对映体构型的命名有以下两种方法。
5.3.2.1 D、L构型命名法
D是拉丁语Dextro的字首，意为“右”；L是拉丁语Laevo的字首，意为“左”。在有机化学发展早期，科学家们还没有实验手段可以测定分子中的原子或原子团在空间的排列状况，为了避免混淆，费歇尔选择了以甘油醛作为标准，对对映异构体的构型做了一种人为的规定。指定（＋）-甘油醛的构型用羟基位于右侧的投影式表示，并将这种构型命名为D-构型；指定（－）-甘油醛的构型用羟基位于左侧的投影式来表示，并将这种构型命名为L-构型。例如：
D-和L-表示构型，而（＋）和（－）则表示旋光方向。构型是人为指定的，从模型或投影式都看不出来，而旋光方向能通过旋光仪测出。旋光性物质的构型与旋光方向是两个概念，两者之间没有必然的联系和对应关系。所以不能根据旋光方向去判断构型，反之亦然。
在人为规定了甘油醛的构型基础上，就能将其他含手性碳原子的旋光化合物与甘油醛联系起来，以确定这些旋光化合物的构型。例如，将右旋甘油醛的醛基氧化为羧基，再将羟甲基还原为甲基得到乳酸。在上述氧化及还原步骤中，与手性碳原子相连的任何一个化学键都没有断裂，所以与手性碳原子相连的原子团在空间的排列顺序不会改变，因此，这种乳酸也属于D-构型。实验测定，右旋乳酸为L-构型，而左旋乳酸为D-构型。例如：
由于这种确定构型的方法是人为规定的，并不是实际测定的，所以称为相对构型。1951年魏欧德用X射线衍射法，成功地测定了一些对映异构体的真实构型（绝对构型），发现人为规定的甘油醛的相对构型，恰好与真实情况完全相符，所以相对构型就成为它的绝对构型。
由于D、L构型命名法只适用于表示1个手性碳原子的化合物，对于含有多个手性碳原子的化合物，该方法具有局限性，使用不方便。所以国际纯粹和应用化学联合会（IUPAC）建议采用R、S构型命名法。现在D、L构型命名法主要用于糖类和氨基酸等构型的命名。
5.3.2.2 R、S构型命名法
R、S构型命名法是目前广泛使用的一种命名方法。该方法不需要与其他化合物联系比较，而是对分子中每个手性碳原子的构型直接命名。其命名规则和步骤如下：
① 根据次序规则，将手性碳原子所连接的4个原子或原子团排列成序：a＞b＞c＞d。
② 将最小的原子或原子团d摆在离观察者最远的位置，视线与手性碳原子和基团d保持在一条直线上，其他原子或原子团朝着观察者。
③ 最后按a→b→c画圆，并观察a→b→c的排列顺序，如果为顺时针方向，则该化合物的构型为R-构型，如果为逆时针方向，则该化合物的构型为S-构型，见图5-6。
图5-6 R、S构型命名法
例如用R、S构型命名法分别命名D-（＋）-甘油醛和L-（－）-甘油醛的构型。
在D-（＋）-甘油醛分子中，与手性碳原子相连的4个基团按照次序规则由大到小的顺序为：—OH＞—CHO＞—CH2OH＞—H，则以氢原子为四面体的顶端，底部的3个角上基团是—OH、—CHO、—CH2OH，它们是接顺时针方向依次排列，所以是R-构型。
L-（－）-甘油醛分子中，底部的3个角上基团—OH、—CHO、—CH2OH，按逆时针方向依次排列，所以是S-构型。
对费歇尔投影式可直接确定其R、S构型，规则为：
① 当最小基团d处于横键的左、右端时，a→b→c顺时针方向排列的为S-构型，逆时针方向排列的为R-构型。
② 当最小基团d处于竖键的上、下端时，a→b→c顺时针方向排列的为R-构型，逆时针方向排列的为S-构型。
例如乳酸：
乳酸分子只含有1个手性碳，所连接的4个原子或原子团按次序规则排列成序：—OH＞ —COOH＞—CH3＞—H。其对映体为：
直接根据投影式确定构型时，应该注意投影式中竖直方向的原子或原子团是伸向纸面后方，而水平方向的原子或原子团伸向纸面前方。此外，D、L构型和R、S构型是两种不同的构型命名法，它们之间不存在固定的对应关系，化合物的构型和旋光方向之间也不存在固定的对应关系。