立体化学构型的标注：从传统楔形键到增强标记

整理自凯美科公众号原文发布 2025-05-20技术解读立体化学

我们生活在三维世界，但信息交流的工具仍主要停留在二维层面（无论是数字方式还是纸质形式）。为突破这一限制，人类发展出了一些巧妙的方法——艺术家运用透视法，而化学家则采用立体键表示法。

01　定义构型的结构绘制规范

化学结构绘图包含多种表示构型的规范，从费歇尔投影式到糖化学家的椅式构象。但最简单且应用最广泛的，或许当属虚线与实线楔形键标记法（虚线楔形键表示"指向纸面下方"、远离观察者的键；实线楔形键表示"指向纸面上方"、靠近观察者的键）。

对大多数化学家而言，这套体系看似基础且明确。其简洁性足以让我们在中学和大学一年级教学中传授，使我们能够在二维媒介中定义原子的三维排布。

然而，该方法仍存在一些尚未完全解决的局限性。

经典楔形键体系适用于单一已知异构体的明确表征（例如化学家已确知并特指(S)-构型）。但当存在认知不完整或需处理混合物时，传统结构式绘制方法将显得繁琐，例如：

单一未知构型：样品为纯立体异构体但构型未明，需绘制所有可能构型并标注“仅指其中一种”。

混合异构体：需避免不加立体标记（可能被误解为不关心构型），波浪键标记同样存在歧义（既可能表示混合物也可能表示构型未知），因此需绘制所有组分并标注“包含全部构型”。

数据库检索：需查询特定非对映体组合时，必须绘制所有目标构型并加入检索条件。

计算影响：将多个结构式关联至同一记录会影响分子式与分子量的计算。

02　增强立体化学标记：简化认知状态的表征

这些解决方案虽可行，却远非最优且操作繁琐。更高效严谨的方法是采用增强立体化学标记——该标记技术最早在 Molfile V3000 格式中引入，目前在印刷与电子媒体中的使用仍不普遍。

03　增强标记使用规范

在立体中心添加"&"或"or"标记

"&" 表示两种构型的混合物（共存状态）

"or" 表示任选一种构型（非共存状态）

该标记在分子多手性中心同步表征时最具价值。例如两个标记"or"的手性中心若均用实线楔形键绘制，则意味着：

两个均标为 or 的手性中心若都用实线楔形键绘制，则表示：要么所有标记键都指向纸面下方，要么都指向纸面上方。

（注：可通过数字索引区分多组"or"标记，同索引的标记键保持构型同步）

图2. OH键标有"or"标记。这意味着它可以指向平面上方或下方（尽管是用实心楔形线绘制的）。但样品将仅包含一种对映体，而不是两者的混合物。

图3. C-O键标有"&"标记，表示两种构型的混合物；C-Cl键标有"or"标记，表示仅存在两种可能构型中的一种（但未指定具体是哪一种）。综合来看，该定义表示样品包含两种对映体的混合物，但不含其他非对映异构体。（您能画出这些可能的结构吗？）

04　基于增强标记的结构检索筛选

增强立体标记在化学结构数据库检索中可提供立体构型过滤功能。

例如，使用ACD/Labs软件进行结构检索时，可获得以下结果：

图4. 精确搜索或子结构搜索指定查询时的搜索结果。标有对勾(✓)的结构会在结果中返回，标有"X"的结构则不会返回。

让我们逐一情况进行解释说明

化合物的立体构型在生物医药领域往往具有决定性影响（沙利度胺事件就是典型例证）。为准确表达这类关键的空间构型特征，化学家发展出在二维平面上展示三维立体结构的绘图规范。而增强立体化学标记技术的出现，则进一步实现了三大突破：

增强立体化学标记带来三方面的改进：明确表征构型认知状态、提升科研交流效率、优化数据库存储与检索。

ChemSketch 支持上述增强立体化学标记，可用于绘制与检索带“&”“or”标记的结构。