费歇尔投影式是德国化学家赫尔曼·埃米尔·费歇尔(Hermann Emil Fischer)为使得书写含手性碳原子的有机物变得更为简洁，于1891年提出的一种化学结构式。费歇尔投影式用两条交叉的线表示含碳化合物的四面体结构，相当于将球棍模型或透视式的3D结构分子经过扁平化，如此便可于纸平面上比较旋光异构体分子中的原子或基团在空间上的排列方式。

对于对映异构现象，一般的平面结构式如乳酸的分子式CH3CH(OH)COOH，无法表示它的基团在空间的相对位置。最开始只有直观的构型式或球棍模型才能表示出这种区别。例如，乳酸的四面体构型如右图所示。

随着范特霍夫(Van't Horff)于1874年提出了碳原子的四面体学说，借助某一化合物与其镜像的四面体空间结构，发现有些分子的实物与其镜像是可以重合的，但也有些分子的实物与其镜像是对映而不重合的，如右图所示的如双分子的两个四面体空间结构，如果将甲基和羧基分别重叠是，剩下的氢原子和羟基就不能重叠。为了在纸平面上表示出上述四面体的立体结构，就采用立体模型式，也称为楔形式。这种式子的优点是生动、形象、清楚，但书写起来比较困难，对于结构比较复杂的分子，更增加了书写的难度。

为了方便书写和比较，特别是对于含有多个手性碳原子的糖化物和氨基酸等有机分子，德国化学家费歇尔(Fischer E)于1891年，首次提出一种用二维图象和平面式子表示三维分子立体结构的重要方法——费歇尔投影式。右图即为四面体型分子投影式被投影至平面上变成费歇尔投影式。

当时，他正根据范特霍夫(Van’t Hoff)和勒贝尔(Le Bel)的立体异构理论，用氧化、还原、降解、加成等方法，确定并费歇尔投影式书写了D-系列已醛糖由于对映异构所导致的共16种的构型。

费歇尔投影式不仅简化了书写，而且还方便费歇尔使用他参照化合物D-或L-甘油醛而发明的D/L相对构型命名法。此外，费歇尔投影式也适用于1970年IUPCA所规范的R/S绝对构型命名法。

费歇尔投影式在表示单糖的环状结构，如右图表示六元环的D-葡萄糖时，存在不能准确地反映环中氧桥(oxo bridge)的长度和成环时绕C4和C5之间的键发生旋转的事实的问题。可以看到氧桥显得太长，而且无法表明葡萄糖的C4的氢原子和C5的氢原子在不同侧。

于是，1926年英国化学家W.Haworth(1883-1950)发明并推荐使用一种专门表示单糖、双糖或多糖所含单糖环形结构的透视式，被称为哈沃斯透视式（投影式），简称哈沃式。

哈沃式中己醛糖的吡喃环用一个垂直于纸平面的六角形环面表示，环中省略了构成环的碳原子，浓粗的环边表示向着读者细线的含氧桥环边表示离开读者。

有机物的同分异构现象可分成两大类：构造异构和立体异构。其中，立体异构又包括顺反异构、对映异构和构象异构三种情况。而费歇尔投影式主要用于对映异构的书写，对映异构体是分子式相同，构造式相同，但构型不同，互为镜象但不能重合的立体异构体。从构象上分析，费歇尔式都是不稳定的重叠式构象，因此，在进行构象分析时不用费歇尔式。

为了作出统一的分子构型表达式，费歇尔曾制定了三条投影规则：

(1)将碳链放在垂直线上或竖起来，把氧化态较高的碳原子或命名时编号最小（主链中第一号）的碳原子C1放在最上端。

(2)投影时假定手性碳原子放在纸平面上，与垂直线(vertical line)相连的原子或基团（垂直方向的键 /竖键）表示伸向纸面后方，即远离读者；与水平线(horizonal line)相连的原子或基团（水平方向的键 /横键）表示伸向纸面前方，即伸向读者。“横前竖后”规则是费歇尔式最基本的硬性规定。

(3)手性碳位于横线与竖线交叉处，用一个“+”号的交点代表手性碳原子。四端与四个不同的原子或基团相连，一般总是把含碳原子的基团放在竖线相连的位置上。

在书写糖类时，羰基一般写在链的上端，羟甲基写在下端，氢原子和羟基位于链的两侧。对于含两个相邻手性碳的费歇尔式，主键为两手性碳之间的键，共平面为费歇尔式的竖线。即主键和共平面都在同一竖线上并垂直于纸面，而两个碳原子分别在两个平行的纸面上。

费歇尔投影式严格表示了各个原子或基团空间与平面的关系，所以使用时应注意以下事项。同时，也可以逆用这些规则来判别不规范的费歇尔投影式之间，是同一种构型还是对应异构体，下面就用氟氯溴碘化碳（假想物）举例子。

(1)某一个化合物的费歇尔投影式只能在纸平面上平移，投影式不能离开纸平面翻转180°，否则一对对映体的投影式便能相互重叠。

(2)费歇尔投影式在平面内转动180°，不改变分子的构型。而且只有转动180°，才不改变基团的前后关系。若将其中一个费歇尔投影式在纸平面上旋转180°后，得到的投影式和另一投影式相同，则这两个投影式表示同一构型。

(3)如果未特别指出，不能在纸平面上旋转90°或270°（奇数倍），否则会改变投影式的构型。若将其中一个费歇尔投影式在纸平面上（顺时针或逆时针）旋转90°后，两个投影式表示两种不同构型，二者是一对对映体。

(4)若将其中一个费歇尔投影式的手性碳原子上的任意两个原子或基团交换偶数次后，得到的投影式和另一投影式相同，则这两个投影式表示同一构型，如下图所示。若将其中一个费歇尔投影式的手性碳原子上的任意两个原子或基团内部互变，或者交换奇数次后，所得的费歇尔投影式表达的化合物是原化合物的对映体。

(5)在投影式中，固定任一基团不动，其余三个基团按顺时针或逆时针顺序依次交换位置，其构型不变。如下图所示。

相较于构象锯架式（以下简称锯架式）或纽曼投影式（以下简称纽曼式）来表示具有手性碳原子的化合物，费歇尔投影式更容易确定化合物的构型，并其进行命名。

1951年，费歇尔采用(+)-甘油醛为标准物，并人为地规定在费歇尔投影式中第二号碳原子C2上的羟基，位于右侧的为D构型，位于左侧的为L构型。所以，D/L构型又称为相对构型。右图为用费歇尔投影式表示的甘油醛的D/L构型，并标出了碳的序号。

其他对映异构体的构型通过与甘油醛进行直接或者间接对比来确定。只要在反应中，不涉及与手性碳原子相连接的化学键的断裂与形成，那么所得化合物的构型与原来甘油醛的构型相同。

例如右图，参照甘油醛的构型，甘油酸和乳酸的构型也是D构型。进一步来说，甘油酸在经溴水氧化成乳酸后，因为该反应只发生在C1上，没有改变与手性碳原子相连的-H和-OH的空间排布，因而与甘油醛具有相同的构型。

但需要注意的是，D-甘油醛是右旋的，而D-甘油酸却是左旋的。旋光方向发生了改变，说明化合物的构型与旋光方向没有任何对应关系，费歇尔投影式也无法直接标识出一种物质的旋光性。当然，对于一对对映异构体而言，如果确定D-构型是左旋体，那么有L-构型一定是右旋体，反之亦然。

但由于D、L构型值适用于一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存在局限性。但由于习惯，仅在氨基酸和糖类中尚在使用D、L构型标记系统。因此，1970年IUPAC建议采用R/S构型标记法，这种方法是直接对化合物立体结构的费歇尔投影式进行构型标记。

在楔形透视式观察法中，将排序最后的原子或基团放在离观察者最远的位置，剩余三个原子或基团排序确定手性碳构型：按顺时针方向排列为R-构型；按逆时针方向排列为S-构型。类似地，知道一个化合物分子的费歇尔投影式，可以利用它来确定手性碳化合物的R、S构型。下面分两种情况来讨论。

(1)若优序性最小的基团，位于投影式的上方或下方，可以直接从纸平面上判断它的构型。因为，竖线上的基团位于观察者最远的位置，这时优序性较大的三个基团在空间的实际排列形状与它们在投影式中的排列形状是一致的。

在(一)式中，-F是优序性最小的基团，它位于投影式的下方。其余各个基团的优序性降序排列为：-I>-Br>-Cl，从图中可以看出按顺时针方向旋转。因此，(一)式为R-构型。根据同样的方法可以判定，(二)式为S-构型。

将费歇尔投影式在纸平面上旋转180°得到下图，同理右边为R-构型，左边为S-构型。这也验证了构象相同判据(1)的正确性。

(2)若优序性最小的基团位于投影式的左方或右方，这一点其实尤为重要，因为通常氢原子最小且写在投影式的左右。

这时，它们的构型不能直接从纸平面上来制定，可以采用交换法：将优序性最小的基团-F和位于投影式上方或下方的基团交换位置，如下图所示。

(四)式的构型可以直接判定，是S-构型。(三)式和(四)式的区别在于-F和-Cl两个基团交换了位置。根据书写费歇尔投影式注意事项(2)可知，它们互为对映体。既然，(四)式为S-构型，因此，可以判定：(三)式为R-构型。

将这个规律归纳为反推法：与当优序性最小的基团在投影式的左方或右方时，其余三个基团在空间的实际排列形状与它们在投影式中的排列形状刚好相反。在(三)式中，序性较大的三个基团的降序旋转方向从-I-Br-Cl为逆时针方向，是S-型，但优序性最小的基团-F位于投影式的左方，所以需要反推一次，故原物质的构型为R-型。

此外，还可以用形象地用手型比划：排序最后的原子或基团用手臂代表，在横线左方的用左臂，在横线右方的用右臂，拇指代表另一横线方向上的原子或基团；此时掌心面对观察者，即手臂转到离观察转到观察者最远的位置，拇指、食指、中指都指向观察者，食指朝上代表上方原子、中指朝下代表下方原子，最后拇指、食指、中指所代表原子或基团的排序确定其构型。下图为常见的基团次序表：

苏型与赤型概念来自于糖类化学中的苏阿糖和赤藓糖。它们的费歇尔投影式及名称如下：

在丁醛糖的四个旋光异构体中，(I)和(II)、(III)和(IV)呈实物和镜像对映而不重合的关系，各构成一对对映体。而(I)和(III)、(I)和(IV)、(II)和(III)、(II)和(IV)不呈实物和镜像的对映关系，像这种不呈实物和镜像对映关系的旋光异构体称为非对映异构体，简称非对应异构体。非对映异构体的比旋光度大小和方向均不同，其他物理性质如熔点、沸点、溶解度也不一样。

如果两个不同的手性碳原子含有一个相同的原子或基团，习惯上把它们与丁醛糖的四个旋光异构体作比较来标记其构型，分为苏型和赤型。

苏型

两个相同原子或基团位于费希尔投影式异侧者，类似苏阿糖的构型，称为苏型或苏式(threo-)。例如(-)-氯霉素是苏式。

赤型

两个相同原子或基团位于费希尔投影式同侧者，类似赤藓糖的构型，称为赤型或赤式(erythro-)。

如从中药麻黄碱中提取的生物碱有麻黄碱和伪麻黄碱，它们的两个手性碳原子含有一个相同的氢原子，可以用赤型或苏型来标记它们的构型。

有种赤型称为内消旋体(mesomer)的特例，常用“meso”表示，由于分子中含有两个相同的手性碳原子，而且分子的两部分有呈实物与镜像对映而不重合的关系，从而使分子内部旋光性相互抵消的化合物。

如果分子中含有偶数个相同的手性碳原子，如酒石酸的(2S,3R)和(2R,3S)构型，从费歇尔投影式构象规则，旋转180°不改变构型，可以发现看出(2S,3R)和(2R,3S)是同一种物质，因此酒石酸只有3种构型。

实验测得，赤式的酒石酸没有旋光性，因为C2和C3存在一个对称面，把整个分子分成互为实物和镜像对映而不重合关系的上下两部分，两个手性碳原子的旋光度大小相等，旋光方向却相反，恰好相互抵消而没有旋光性。

一种更加直观地展示原子排布的方法是规定各种化学式的前中后的方位，如下图。在转化化学式时，两个手性碳原子会呈现出“一一对应”的规律。即为前对前，中对中，后对后。观察下图的原子排布，我们知道费歇尔投影式本身表示的构象是重叠式，可以看出a,d或e,f所表示基团的前后方位在每一种化学式中都是一样的，那么就可以直接对应写出来。

实际在书写的时候没必要画出前中后的位置，需要强调的是一个‘’左虚线-右粗线-下左-上右”的转换方式，即位于费歇尔式左侧的基团替换成楔形式时，实际所处的方位是下左方，远离读者用虚线表示；而位于费歇尔式右侧的基团替换成楔形式时，实际所处的方位是上右方，面向读者用粗线表示。如下图的费歇尔式转换成楔形透视式，先画出由“下转左一上转右一宝盖形”方式转换成楔形式的共平面，再直观地把左边的基团面朝纸平面内，把右边的基团面朝纸平面外即可。

但是对于下图的交错式构象，C2-C3的主键轴需要旋转，但手性碳构型不会改变。也即方位法中一个手性碳原子C1是一一对应，即为前后一致；另一个位于手性碳原子C2却恰好相反，为前对后，中对中，后对前。

当然直接转化的费歇尔投影式往往是不规范的，运用书写注意(4)的原理：若将其中一个费歇尔投影式的手性碳原子上的任意两个原子或基团交换偶数次后，得到的投影式和另一投影式相同。通过调换两次基团将-CH3移动至最上方，即可将其转化为规范的费歇尔投影式。

费歇尔式转化成哈沃式

举葡萄糖为例，费歇尔式中手性碳C*的右侧羟基在哈沃式中处于含氧环的下方，左侧羟基处在环面的上方。需要注意的是，C5的氢原子原本应该在碳链的上方，但是由于成环形时，C5必须绕C4-C5键发生旋转，结果C5的-CH2OH旋至环面上方，C5的氢原子到环面下面，而-OH则移至环平面形成氧桥。

环中的碳原子序号按顺时针排列，即标准定位的哈沃式羟甲基在环平面上方的为D型糖，在环平面下方的为L型糖；不论是D型糖还是L型糖，异头碳的羟基与末端的羟甲基是反式的是α异头物，顺式的则为β异头物。

下图为费歇尔投影式的链式结构向哈沃斯透视式的转变成β-D-葡萄糖的动图。

纽曼式转化成费歇尔式

(1)手性原子对应关系的确定

根据纽曼投影式，画出费歇尔式的框架，一般来说，纽曼式只有两个手性碳原子，因此只需要画出两横一竖的费歇尔式的骨架。

接下来既是确定两个手性碳原子的对应关系，如纽曼式转化成费歇尔式一为所示。纽曼式中的离眼近的倒“人”字型的碳原子标记为1，对应于费歇尔投影式中下面的手性原子；把纽曼式中的离眼远的“人”字型的碳原子标记为2，对应费歇尔投影式中上面的手性原子。

(2)确定费歇尔式中手性碳原子上所连的原子或原子基团

先确定费歇尔式中手性碳C2上所连的原子或原子基团。纽曼式中碳C2上连有H、Br、CH3和碳C1。由于碳C1已确定再下方，现主要确定H、Br、CH3在费歇尔式中的位置。根据费歇尔式的书写规则，要将分子的主碳链直立，并使命名编号小的碳原子处在上方。由此可知，甲基应放在费歇尔式中的竖键上。

为了明白H和Br的位置，我们伸开手掌面向自己去对应费希尔碳链骨架。使拇指与食指在水平方向且指向纸面前方，和费歇尔式的横键相对应，即食指代表左侧横键，拇指代表右侧横键，手腕代表竖键。将手平移至纽曼式上，在纸面上逆时针或顺时针转动手腕与甲基对应，便使拇指、食指和手腕分别与碳原子C2上的3个原子或原子基团对应。食指对应Br，而拇指对应H，因此在费歇尔式中左侧横键处写Br，右侧横键处写H。

同理，与碳 C1相连的甲基应放在竖键上横键上，可用相同方法确定剩余的原子或原子基团的位置。食指对应H，而拇指对应Cl，所确定的费歇尔式如图“纽曼式转化成费歇尔式步骤四所示”。

费歇尔式转化成纽曼式

(1)画出纽曼式的框架

根据费歇尔式画出纽曼式框架，对应关系如前面所述。

把纽曼式中的离眼近的倒“人”字型的碳原子放在下方，标记为1；把纽曼式中的离眼远的“人”字型的碳原子放在上方，标记为2，如右图所示，纽曼式中朝向自己的手性原子和后面的手性原子分别对应于费歇尔投影式中下面的手性原子和上面的手性原子。

（2）纽曼式中碳C2中3个键所连基团的确定

需要注意的是，在费歇尔式中，手腕代表的是上方的甲基基团。将手平移至纽曼式上。

甲基在纽曼式通常放在下方，因此C2只有两个基团需要确定顺序。需要注意的是，在费歇尔式中，手腕朝下。将手平移至纽曼式上，在纸面上逆时针或顺时针转动手腕，使拇指、食指和手腕分别与碳2 上的3个键重合。因此，Br在左边，H在右边。

由于费歇尔式是重叠式，因此在下端的甲基的左边或者右边，确定出碳C1的甲基，再通过拇指对应Cl，食指对应H，确定H在右边，Cl在左边。

锯架式式转化成费歇尔式

(1) 手性原子对应关系的确定

锯架式中朝向自己的手性原子对应于费歇尔式中下面的手性原子；锯架式中后面的手性原子对应于费歇尔式中上面的手性原子。同上，根据费歇尔式的书写规则可知，甲基放在竖键上，如锯架式转化成费歇尔式步骤二。

(2)费歇尔式中手性碳C2上所连原子或原子基团的确定

将手平移至锯架式上，在纸面上逆时针或顺时针转动手腕，使拇指、食指和手腕分别与碳2上的3个原子或原子基团重合。食指对应Br，而拇指对应H，就可以在费歇尔式中的左侧横键写Br，右侧横键处写H。

费歇尔式转化成锯架式

根据费歇尔式画出锯架式框架，如图费歇尔式转化成锯架式步骤一所示。锯架式中碳C2上3 个键所连基团的确定将手平移至锯架式上，在纸面上逆时针或顺时针转动手腕，使拇指、食指和手腕分别与碳C2上的3 个键重合。同理确定碳C1，如费歇尔式转化成锯架式步骤三。

以上是通过手势确定左右的基团的定位，优点是不必考虑是重叠式还是交叉式，对纽曼式、锯架式中哪种构象都是适用的。

方位法虽然能够直截了当找出基团的对应关系，但是如下图例1，如果题目已经将要转换的化学式的部分基团写明，让我们写出余下的对应的基团时，就需要一些技巧。

解：为方便写出费歇尔投影式，首先要把纽曼投影式中的两个甲基旋转到全重叠位置。注意此时两个甲基写在费歇尔投影式的竖线上，表面相对于观察者来说即是“向后”，我们相当于站在在甲基的对面观察，观察位置如下图中所示，最后把横线上的基团一一对应标上。

手势法和方位法的本质都是一样的，手势法只是替换了解题中角度的旋转显得更加简便，更重要的是对于碳C1和碳C2的对应关系的把握。如下图已给出-OH和-Br，要求写出余下基团的排布。但如果直接使用手势法就会错误，原因在纽曼式中圆圈代表碳2，人字代表碳1。但在费歇尔式中-OH基团与C2相连，而Br与C1相连，排布恰恰是相反的。

出现这种费歇尔投影式十字架下方的碳对应纽曼投影式前碳不对应的情况，需要将费歇尔投影式在平面内转动 180º，此过程中分子构型不会改变。再写成纽曼投影式，然后转动纽曼投影式前碳和后碳到题目要求的位置，或者使用手势法用食指和拇指对应Br和-OH。

费歇尔投影式和纽曼投影式互换规律：(1)费歇尔投影式十字架下方的碳对应纽曼投影式的前碳，费歇尔投影式十字架上方的碳对应纽曼投影式的后碳；(2)费歇尔投影式转化为纽曼投影式时，先画出全重叠构象，再分别旋转前、后碳得到所需构型；(3)纽曼投影式转化为费歇尔投影式时，先将纽曼投影式旋转成全重叠构象，然后在 2,3 位碳间 σ 键的对面观察，将其它基团一一对应标上。

如在E2消除反应中消除氢原子，如下图。但显然，费歇尔投影式无法直接找到处于反式共平面的消除基团。

此时可通过将费歇尔投影式转换为锯架式来解答。规律如下：(1)费歇尔投影式十字架下方的碳对应锯架式下方的碳；(2)费歇尔投影式竖线上方的原子团在锯架式中仍是背离观察者的方向，这些原子团在锯架式中相对于观察者来说是向后；(3)在(1)(2)前提下，费歇尔投影式左边的基团锯架式中仍写左边，右边基团锯架式中仍写右边。然后将氢原子和溴原子分别旋转到正下方和正上方进行消除，具体过程如下图。