球棍模型
對于對映異構現象,一般的平面結構式如乳酸的分子式CH3CH(OH)COOH,無法表示它的基團在空間的相對位置。最開始只有直觀的構型式或球棍模型才能表示出這種區別。例如,乳酸的四面體構型如右圖所示。
楔形式
隨著范特霍夫(Van't Horff)于1874年提出了碳原子的四面體學說,借助某一化合物與其鏡像的四面體空間結構,發現有些分子的實物與其鏡像是可以重合的,但也有些分子的實物與其鏡像是對映而不重合的,如右圖所示的如雙分子的兩個四面體空間結構,如果將甲基和羧基分別重疊是,剩下的氫原子和羥基就不能重疊。 為了在紙平面上表示出上述四面體的立體結構,就采用立體模型式,也稱為楔形式。這種式子的優點是生動、形象、清楚,但書寫起來比較困難,對于結構比較復雜的分子,更增加了書寫的難度。
四面體型分子投影式被投影至平面上變成費歇爾投影式
為了方便書寫和比較,特別是對于含有多個手性碳原子的糖化物和氨基酸等有機分子,德國化學家費歇爾(Fischer E)于1891年,首次提出一種用二維圖象和平面式子表示三維分子立體結構的重要方法——費歇爾投影式。右圖即為四面體型分子投影式被投影至平面上變成費歇爾投影式。
當時,他正根據范特霍夫(Van’t Hoff)和勒貝爾(Le Bel)的立體異構理論,用氧化、還原、降解、加成等方法,確定并費歇爾投影式書寫了D-系列已醛糖由于對映異構所導致的共16種的構型。
費歇爾投影式不僅簡化了書寫,而且還方便費歇爾使用他參照化合物D-或L-甘油醛而發明的D/L相對構型命名法。此外,費歇爾投影式也適用于1970年IUPCA所規范的R/S絕對構型命名法。
D-葡萄糖的變旋平衡
費歇爾投影式在表示單糖的環狀結構,如右圖表示六元環的D-葡萄糖時,存在不能準確地反映環中氧橋(oxo bridge)的長度和成環時繞C4和C5之間的鍵發生旋轉的事實的問題。可以看到氧橋顯得太長,而且無法表明葡萄糖的C4的氫原子和C5的氫原子在不同側。
于是,1926年英國化學家W.Haworth(1883-1950)發明并推薦使用一種專門表示單糖、雙糖或多糖所含單糖環形結構的透視式,被稱為哈沃斯透視式(投影式),簡稱哈沃式。
哈沃式中己醛糖的吡喃環用一個垂直于紙平面的六角形環面表示,環中省略了構成環的碳原子,濃粗的環邊表示向著讀者細線的含氧橋環邊表示離開讀者。