Nel 1891 il chimico tedesco Hermann Emil Fischer, premio Nobel per la chimica nel 1902, sviluppò un metodo sistematico per la rappresentazione bidimensionale delle molecole con centri chirali (anche detti centri di chiralità): le cosiddette proiezioni di Fischer o formule proiettive di Fischer.[1]
Le proiezioni di Fischer, pur essendo strutture bidimensionali, preservano l’informazione circa la stereochimica della molecola.[2] Sebbene non siano una rappresentazione di come le molecole potrebbero apparire in soluzione, sono largamente utilizzate dai biochimici per definire la stereochimica degli amminoacidi, dei carboidrati, degli acidi nucleici, dei terpeni, degli steroidi, e di molte altre molecole di interesse biologico.[3]
In Sintesi: Punti Chiave
- Rappresentazione bidimensionale: introdotte da Emil Fischer nel 1891, proiettano la struttura tridimensionale di una molecola chirale su un piano a forma di croce senza perdere le informazioni stereochimiche.
- Geometria dei legami: per convenzione, le linee orizzontali rappresentano i legami che puntano in avanti (verso l’osservatore), mentre le linee verticali rappresentano i legami diretti all’indietro (dietro il piano).
- Regola della rotazione: la configurazione dello stereocentro rimane invariata solo se la proiezione viene ruotata di 180° nel piano; rotazioni di 90° o 270° invertono la configurazione nell’enantiomero speculare.
- Manipolazione dei gruppi: eseguire un numero pari di scambi tra i gruppi chimici conserva la configurazione originale, mentre un numero dispari di scambi inverte lo stereocentro.
Indice
- Come disegnare le proiezioni di Fischer
- Regole per utilizzare le formule proiettive di Fischer
- Bibliografia
Come disegnare le proiezioni di Fischer
Considerando una molecola con un solo centro chirale, supponiamo un atomo di carbonio, per la costruzione della sua proiezione di Fischer la struttura tetraedrica viene ruotata in modo che due legami siano orientati verso il basso mentre gli altri legami siano orientati verso l’alto. Si traccia quindi una croce, al centro della quale si colloca il carbonio chirale, e si dispone la molecola in modo che i gruppi orientati verso il basso, ossia al di sotto del piano del foglio, siano legati alle estremità della linea verticale, mentre i gruppi orientati verso l’alto, dunque al di sopra del piano del foglio, siano legati alle estremità della linea orizzontale.[4]
In presenza di più centri chirali si applica lo stesso procedimento a ognuno di essi.
E’ anche possibile convertire una proiezione di Fischer in una rappresentazione tridimensionale, ad esempio utilizzando i cunei e tratteggi delle formule prospettiche, dove i due legami orizzontali sono rappresentati da cunei solidi, mentre quelli verticali da linee tratteggiate.[5]
Regole per utilizzare le formule proiettive di Fischer
Poiché le proiezioni di Fischer rappresentano in forma bidimensionale strutture tridimensionali, ci sono alcune regole che vanno rispettate per evitare un cambio di configurazione.[2]
- Le proiezioni non devono essere ribaltate dal piano del foglio, ma traslate o girate; con il ribaltamento si ottiene l’altro enantiomero.
- Se si ruota sul piano la proiezione, per ottenere lo stesso enantiomero dovremo ruotare la figura di 180°, a prescindere dalla direzione di rotazione, in quanto i gruppi verticali devono giacere sotto il piano del foglio mentre quelli orizzontali sopra. Di contro, se le proiezioni sono ruotate di 90° o 270° non verrebbe rispettata la convenzione e un enantiomero è convertito nell’altro.
- Infine, un numero dispari di scambi tra due due gruppi qualsiasi attorno al centro chirale comporta la conversione di un enantiomero nell’altro.[5]
| Operazione geometrica | Angolo/Numero di scambi | Effetto sulla configurazione | Risultato stereochimico |
|---|---|---|---|
| Rotazione nel piano | 180° (orario o antiorario) | Invariata (Conservata) | Stesso enantiomero (Molecola identica) |
| Rotazione nel piano | 90° o 270° | Invertita | Nuovo enantiomero (Immagine speculare) |
| Sollevamento dal piano | Ribaltamento della molecola | Invertita | Nuovo enantiomero (Immagine speculare) |
| Scambio di gruppi | Numero pari di scambi | Invariata (Conservata) | Stesso enantiomero (Molecola identica) |
| Scambio di gruppi | Numero dispari di scambi | Invertita | Nuovo enantiomero (Immagine speculare) |
Bibliografia
- ^ Emil Fischer – Biographical. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach 2025. Sat. 31 May 2025. https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/1902/fischer/biographical/
- a b Moran L.A., Horton H.R., Scrimgeour K.G., Perry M.D. Principles of Biochemistry. 5th Edition. Pearson, 2012.
- ^ Berg J.M., Tymoczko J.L., Gatto J.G., Stryer L. Biochemistry. 9th Edition. W.H. Freeman and Company, 2019.
- ^ Nelson D.L., Cox M.M. Lehninger. Principles of biochemistry. 8th Edition. W.H. Freeman and Company, 2021.
- a b Solomons T.W.G., Fryhle C.B., Snyder S.A. Solomons’ organic chemistry. 12th Edition. John Wiley & Sons Incorporated, 2017.