Le proiezioni di Fischer in chimica organica
La Chimica Organica si caratterizza per lo studio accurato delle strutture dei composti organici oltre che sulla loro reattività. Le proiezioni di Fischer sono uno dei sistemi convenzionali più utilizzati per riportare in forma piana un composto che si articola nello spazio. Per usarle occorre che la molecola considerata abbia almeno un centro stereogeno.
A stabilire le regole per questo sistema di rappresentazione fu Hermann Emil Fischer, chimico e biochimico di origine tedesca vissuto a cavallo fra il 1800 e il 1900. Oltre allo studio della struttura e dell’attività ottica delle molecole organiche contribuì alla comprensione del meccanismo di azione e specificità degli enzimi (modello chiave-serratura).
Le regole per disegnare le proiezioni di Fischer
Prima di mettersi a costruire graficamente una rappresentazione di questo tipo occorre tenere a mente alcune regole fondamentali per non sbagliare. Partiamo da come si presenta: dato che passiamo da un piano tridimensionale a uno a due dimensioni disegneremo la molecola con una forma a croce quando ho un solo centro chirale, più croci collegate se ce n’è più di uno.
Ne possiamo dedurre che si tratta di una rappresentazione lineare che si sviluppa in verticale. Una regola fondamentale è non effettuare rotazioni della molecola staccandola dal piano del foglio nel momento in cui si costruisce la sua proiezione di Fischer. Per esempio ruotarla di 180° finisce con il rappresentare un enantiomero del composto che si sta studiando.
Al centro della proiezione si deve posizionare il carbonio chirale attorno a cui si dispongono i sostituenti, uno a ogni estremità della croce. Come sempre bisogna assegnare la priorità ai sostituenti in modo da capire se il composto abbia configurazione R o S e disporli di conseguenza. Prima però sarà utile ricorrere alla rappresentazione con tratti e cunei e da quella ricavare la croce.
Il gruppo posto in alto rispetto al carbonio chirale sarà in cima all’asse verticale, quello che vediamo sporgere verso sinistra invece andrà in basso. Poi avremo il sostituente che vediamo legato al carbonio chirale con un cuneo tratteggiato (che sarà a destra) e per finire quello con il cuneo pieno che invece si troverà a destra dell’osservatore.
Rappresentare gli amminoacidi e i carboidrati
Vediamo ora di descrivere come si presentano le proiezioni di Fischer di alcuni composti organici.
Partiamo con gli amminoacidi, che in natura hanno configurazione S, e come esempio prendiamo la L- alanina. Nella struttura a croce avremo sull’estremità superiore dell’asse verticale il gruppo carbossilico (-COOH). In basso avremo il gruppo CH3, a sinistra NH2 e a destra sull’asse orizzontale l’idrogeno (H).
Osservando questo disegno possiamo osservare infatti che le priorità dei sostituenti progredisce in senso orario, partendo da -COOH. Se volessimo rappresentare la configurazione opposta, ovvero la D-alanina, sulla croce il gruppo carbossilico e il metilico resterebbero nella medesima posizione, mentre si invertirebbero fra di loro H e NH2 .
Nel caso dei carboidrati la questione si fa più complicata dato che sono molecole più grandi e con più di un centro chirale. Come esempio si può prendere la molecola di glucosio, che si presenta a sua volta nella forma L e nella forma D, che fra loro sono speculari. Per disegnarle con le proiezioni di Fisher ricorriamo a una lunga linea verticale con altre orizzontali che rappresentano i carboni della catena.
Esaminando i due disegni ciò che appare evidente è che livello dell’ultimo carbonio (l’ultimo incrocio) è legato in basso il gruppo CH2OH, nella configurazione L c’è a sinistra il gruppo OH mentre nella D si trova a destra. Lo stesso vale per il resto dei carboni della catena, dove le posizioni del gruppo idrossilico e dell’idrogeno appaiono speculari.
Esempi specifici di proiezioni di Fischer
Usando le proiezioni di Fischer come sistema di rappresentazione posizioneremo a destra del braccio orizzontale il gruppo idrossilico e in alto quello aldeidico. In basso avremo il gruppo CH2OH e infine l’atomo di idrogeno a sinistra del braccio orizzontale. Consideriamo ora un caso con due centri stereogenici, come l’R,R eritrosio (configurazione R su entrambi i carboni chirali).
Tracceremo allora una linea verticale con due linee orizzontali parallele distanziate fra loro. Su entrambe le braccia orizzontali delle due croci posizioniamo il gruppo -OH a destra e l’idrogeno a sinistra. In cima al braccio verticale posizioniamo il gruppo COH e in basso invece la catena CH2OH.
Se invece intendessimo disegnare l’R,S treosio avremo una stuttura molto simile ma con il gruppo OH vicino al secondo centro stereogenico a sinistra invece che a destra.
