2025天然藥物化學(xué)波譜解析在天然藥物化學(xué)中的應(yīng)用試題及答案一、選擇題（每題2分，共30分）1.下列哪種波譜技術(shù)主要用于確定分子中化學(xué)鍵的類型和官能團(tuán)信息？A.核磁共振波譜（NMR）B.紅外光譜（IR）C.質(zhì)譜（MS）D.紫外-可見光譜（UV-Vis）答案：B解析：紅外光譜是利用紅外光與分子振動的相互作用，不同的化學(xué)鍵和官能團(tuán)有其特征的紅外吸收頻率，所以可用于確定分子中化學(xué)鍵的類型和官能團(tuán)信息。核磁共振波譜主要用于確定分子的結(jié)構(gòu)和原子的連接方式；質(zhì)譜用于測定分子的分子量和分子結(jié)構(gòu)碎片信息；紫外-可見光譜主要用于檢測分子中的共軛體系。2.在1H-NMR譜中，化學(xué)位移δ值與下列哪種因素?zé)o關(guān)？A.電子云密度B.磁各向異性效應(yīng)C.溶劑效應(yīng)D.核的自旋量子數(shù)答案：D解析：化學(xué)位移δ值受電子云密度、磁各向異性效應(yīng)、溶劑效應(yīng)等因素影響。電子云密度高，屏蔽作用大，化學(xué)位移值?。淮鸥飨虍愋孕?yīng)會使不同位置的氫核受到不同的磁場作用，從而影響化學(xué)位移；溶劑不同也會導(dǎo)致化學(xué)位移發(fā)生變化。而核的自旋量子數(shù)是原子核的固有屬性，與化學(xué)位移無關(guān)。3.某化合物在UV光譜中出現(xiàn)λmax=270nm（ε=100）的吸收峰，該吸收峰可能是由下列哪種躍遷引起的？A.σ-σ躍遷B.π-π躍遷C.n-π躍遷D.n-σ躍遷答案：C解析：n-π躍遷的吸收峰一般在200-400nm之間，且摩爾吸光系數(shù)ε較?。ㄍǔＰ∮?000），符合題目中給出的吸收峰位置和ε值。σ-σ躍遷所需能量高，吸收峰在遠(yuǎn)紫外區(qū)（<200nm）；π-π躍遷的吸收峰一般在200nm左右，且ε較大（通常大于10000）；n-σ躍遷的吸收峰也在遠(yuǎn)紫外區(qū)。4.紅外光譜中，羰基（C=O）的伸縮振動吸收峰一般出現(xiàn)在哪個波數(shù)范圍？A.3000-3600cm?1B.2800-3000cm?1C.1600-1800cm?1D.1000-1300cm?1答案：C解析：羰基（C=O）的伸縮振動吸收峰通常在1600-1800cm?1范圍內(nèi)。3000-3600cm?1一般是羥基（O-H）、氨基（N-H）等的伸縮振動吸收峰；2800-3000cm?1是飽和烴基（C-H）的伸縮振動吸收峰；1000-1300cm?1主要是C-O等單鍵的伸縮振動吸收峰。5.在質(zhì)譜中，分子離子峰的質(zhì)量數(shù)與下列哪種因素有關(guān)？A.分子的相對分子量B.分子的結(jié)構(gòu)對稱性C.分子中所含的雜原子種類D.分子的旋光性答案：A解析：分子離子峰是分子失去一個電子形成的離子峰，其質(zhì)量數(shù)等于分子的相對分子量。分子的結(jié)構(gòu)對稱性、所含雜原子種類和旋光性與分子離子峰的質(zhì)量數(shù)無關(guān)，但可能會影響分子離子峰的強(qiáng)度等其他性質(zhì)。6.13C-NMR譜中，化學(xué)位移范圍一般為：A.0-20ppmB.0-100ppmC.0-220ppmD.0-400ppm答案：C解析：13C-NMR譜的化學(xué)位移范圍較寬，一般在0-220ppm之間。不同類型的碳原子在這個范圍內(nèi)有不同的化學(xué)位移值，可用于確定分子中碳原子的類型和結(jié)構(gòu)信息。7.下列哪種波譜技術(shù)可以用于確定分子中氫原子與碳原子之間的連接關(guān)系？A.1H-1HCOSYB.HMQCC.NOESYD.ROESY答案：B解析：HMQC（異核多量子相關(guān)譜）可以通過檢測氫核和碳核之間的耦合作用，確定分子中氫原子與碳原子之間的連接關(guān)系。1H-1HCOSY用于確定分子中氫原子之間的耦合關(guān)系；NOESY和ROESY主要用于研究分子中空間上接近的氫原子之間的相互作用。8.某化合物的MS譜中，分子離子峰m/z=120，其可能的分子式為：A.C?H??B.C?H?OC.C?H??D.C?H??O?答案：B解析：根據(jù)分子式計算各選項的分子量。A選項C?H??的分子量為12×9+1×12=120；B選項C?H?O的分子量為12×8+1×8+16=120；C選項C?H??的分子量為12×7+1×16=100；D選項C?H??O?的分子量為12×6+1×12+16×2=116。僅根據(jù)分子量不能確定唯一的分子式，還需要結(jié)合其他波譜信息進(jìn)一步分析，但從分子量角度看A和B符合。不過在天然藥物化學(xué)中，含氧化合物較為常見，所以B選項更有可能。9.紅外光譜中，苯環(huán)的C=C伸縮振動吸收峰一般出現(xiàn)在：A.3000-3100cm?1B.1600-1500cm?1C.1300-1200cm?1D.900-600cm?1答案：B解析：苯環(huán)的C=C伸縮振動吸收峰通常在1600-1500cm?1有特征吸收。3000-3100cm?1是苯環(huán)上C-H的伸縮振動吸收峰；1300-1200cm?1主要是一些單鍵的伸縮振動吸收峰；900-600cm?1可用于判斷苯環(huán)的取代類型。10.在1H-NMR譜中，偶合常數(shù)J的大小與下列哪種因素有關(guān)？A.化學(xué)位移B.氫核之間的距離C.磁場強(qiáng)度D.溶劑極性答案：B解析：偶合常數(shù)J反映了相鄰氫核之間的相互作用強(qiáng)度，其大小主要與氫核之間的距離和鍵的類型有關(guān)。一般來說，氫核之間的距離越近，偶合常數(shù)越大?；瘜W(xué)位移與偶合常數(shù)無關(guān)；偶合常數(shù)與磁場強(qiáng)度無關(guān)，它是一個固定的物理量；溶劑極性對偶合常數(shù)的影響較小。11.質(zhì)譜中，基峰是指：A.分子離子峰B.質(zhì)量最大的峰C.強(qiáng)度最大的峰D.同位素峰答案：C解析：基峰是質(zhì)譜圖中強(qiáng)度最大的峰，它不一定是分子離子峰，也不一定是質(zhì)量最大的峰。同位素峰是由于分子中存在同位素而產(chǎn)生的峰，與基峰的定義不同。12.下列哪種波譜技術(shù)可以用于研究分子的立體結(jié)構(gòu)？A.紫外-可見光譜B.紅外光譜C.核磁共振波譜（如NOESY、ROESY）D.質(zhì)譜答案：C解析：NOESY（核Overhauser效應(yīng)譜）和ROESY（旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系核Overhauser效應(yīng)譜）等核磁共振技術(shù)可以通過檢測分子中空間上接近的氫原子之間的NOE效應(yīng)，來研究分子的立體結(jié)構(gòu)。紫外-可見光譜主要用于檢測分子中的共軛體系；紅外光譜用于確定分子中的化學(xué)鍵和官能團(tuán)；質(zhì)譜用于測定分子的分子量和結(jié)構(gòu)碎片信息，一般不能直接用于研究分子的立體結(jié)構(gòu)。13.1H-NMR譜中，積分曲線的高度與下列哪種因素成正比？A.氫原子的化學(xué)位移B.氫原子的偶合常數(shù)C.氫原子的數(shù)目D.氫原子所處的化學(xué)環(huán)境答案：C解析：在1H-NMR譜中，積分曲線的高度與相應(yīng)峰所代表的氫原子數(shù)目成正比。通過積分曲線的高度比，可以確定分子中不同化學(xué)環(huán)境氫原子的相對數(shù)目?；瘜W(xué)位移反映氫原子所處的化學(xué)環(huán)境；偶合常數(shù)反映氫核之間的相互作用；積分曲線高度與這些因素?zé)o關(guān)。14.紅外光譜中，醇羥基（O-H）的伸縮振動吸收峰在稀溶液中一般表現(xiàn)為：A.寬而強(qiáng)的吸收峰B.尖銳的吸收峰C.雙峰D.多重峰答案：B解析：在稀溶液中，醇羥基（O-H）的分子間氫鍵作用較弱，其伸縮振動吸收峰表現(xiàn)為尖銳的吸收峰。在濃溶液中，由于分子間氫鍵的形成，O-H伸縮振動吸收峰變寬變強(qiáng)。15.在質(zhì)譜中，若分子離子峰的m/z為偶數(shù)，則分子中含氮原子的數(shù)目為：A.奇數(shù)B.偶數(shù)C.0D.無法確定答案：B解析：根據(jù)氮規(guī)則，在有機(jī)化合物中，若分子離子峰的m/z為偶數(shù)，則分子中含氮原子的數(shù)目為偶數(shù)；若分子離子峰的m/z為奇數(shù)，則分子中含氮原子的數(shù)目為奇數(shù)。二、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述紅外光譜在天然藥物化學(xué)中的應(yīng)用。紅外光譜在天然藥物化學(xué)中有廣泛的應(yīng)用，主要包括以下幾個方面：-官能團(tuán)的鑒定：不同的官能團(tuán)在紅外光譜中有其特征的吸收峰，通過檢測這些吸收峰可以確定天然藥物分子中所含的官能團(tuán)。例如，羰基（C=O）的伸縮振動吸收峰在1600-1800cm?1之間，羥基（O-H）的伸縮振動吸收峰在3000-3600cm?1之間。通過對紅外光譜的分析，可以初步判斷天然藥物中是否含有這些官能團(tuán)，為進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)鑒定提供線索。-結(jié)構(gòu)的初步判斷：結(jié)合紅外光譜中各吸收峰的位置、強(qiáng)度和形狀，可以對天然藥物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步判斷。例如，苯環(huán)在紅外光譜中有多個特征吸收峰，包括苯環(huán)的C=C伸縮振動吸收峰（1600-1500cm?1）和苯環(huán)上C-H伸縮振動吸收峰（3000-3100cm?1）等。通過這些特征峰的存在與否，可以判斷天然藥物分子中是否含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)。-純度的檢查：如果一種天然藥物是純物質(zhì)，其紅外光譜應(yīng)該具有特征的吸收峰。如果樣品中含有雜質(zhì)，可能會在紅外光譜中出現(xiàn)額外的吸收峰。通過比較樣品的紅外光譜與標(biāo)準(zhǔn)品的紅外光譜，可以檢查天然藥物的純度。-反應(yīng)的監(jiān)測：在天然藥物的提取、分離和合成過程中，可以利用紅外光譜監(jiān)測反應(yīng)的進(jìn)行情況。例如，在酯化反應(yīng)中，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，羧酸的羰基吸收峰和醇羥基的吸收峰會發(fā)生變化，而酯羰基的吸收峰會出現(xiàn)。通過觀察紅外光譜的變化，可以判斷反應(yīng)是否完成以及反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。2.說明1H-NMR譜中化學(xué)位移的影響因素。1H-NMR譜中化學(xué)位移的影響因素主要有以下幾個方面：-電子云密度：電子云密度是影響化學(xué)位移的重要因素之一。當(dāng)氫核周圍的電子云密度增加時，屏蔽作用增強(qiáng)，化學(xué)位移向高場移動（δ值減小）；當(dāng)電子云密度降低時，去屏蔽作用增強(qiáng)，化學(xué)位移向低場移動（δ值增大）。例如，在烷烴中，甲基上的氫核電子云密度較高，化學(xué)位移較小；而在醛基中，醛氫的電子云密度較低，化學(xué)位移較大。-磁各向異性效應(yīng)：磁各向異性效應(yīng)是指分子中某些基團(tuán)的電子云分布具有方向性，導(dǎo)致其周圍的磁場產(chǎn)生各向異性。當(dāng)氫核處于不同的磁各向異性區(qū)域時，會受到不同的磁場作用，從而影響化學(xué)位移。例如，苯環(huán)的π電子云會產(chǎn)生磁各向異性效應(yīng)，苯環(huán)上的氫核處于去屏蔽區(qū)域，化學(xué)位移較大（δ值一般在7-8ppm之間）。-氫鍵：氫鍵的形成會使氫核周圍的電子云密度降低，從而導(dǎo)致化學(xué)位移向低場移動。氫鍵的強(qiáng)度和形成方式不同，對化學(xué)位移的影響也不同。例如，在醇類化合物中，隨著氫鍵的增強(qiáng)，羥基氫的化學(xué)位移會增大。-溶劑效應(yīng)：溶劑的性質(zhì)會影響氫核的化學(xué)位移。不同的溶劑具有不同的極性和電子云分布，會與溶質(zhì)分子發(fā)生相互作用，從而改變氫核周圍的電子云密度。一般來說，極性溶劑會使氫核的化學(xué)位移向低場移動。-共軛效應(yīng)：共軛體系的存在會使電子云發(fā)生離域，從而影響氫核的化學(xué)位移。例如，在共軛烯烴中，由于共軛效應(yīng)的存在，雙鍵上的氫核化學(xué)位移會發(fā)生變化。3.簡述質(zhì)譜在天然藥物化學(xué)結(jié)構(gòu)鑒定中的作用。質(zhì)譜在天然藥物化學(xué)結(jié)構(gòu)鑒定中具有重要作用，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：-分子量的測定：質(zhì)譜可以準(zhǔn)確地測定天然藥物分子的分子量。通過檢測分子離子峰的質(zhì)量數(shù)，可以得到分子的相對分子量。這是確定天然藥物結(jié)構(gòu)的重要基礎(chǔ)，因為分子量可以幫助排除一些不合理的結(jié)構(gòu)假設(shè)。-分子式的確定：結(jié)合高分辨率質(zhì)譜技術(shù)，可以獲得分子離子峰的精確質(zhì)量數(shù)，從而確定分子的分子式。高分辨率質(zhì)譜可以將分子離子峰的質(zhì)量數(shù)測定到小數(shù)點(diǎn)后幾位，通過與理論計算的質(zhì)量數(shù)進(jìn)行比較，可以確定分子中所含的元素種類和原子數(shù)目。-結(jié)構(gòu)碎片信息的獲取：在質(zhì)譜中，分子離子會發(fā)生裂解，產(chǎn)生一系列的碎片離子。通過分析這些碎片離子的質(zhì)量數(shù)和相對豐度，可以推斷分子的結(jié)構(gòu)碎片信息。例如，通過觀察特定的碎片離子峰，可以確定分子中是否含有某些官能團(tuán)或結(jié)構(gòu)單元。-化合物類型的判斷：不同類型的天然藥物在質(zhì)譜中具有不同的裂解規(guī)律和特征碎片離子峰。通過對質(zhì)譜圖的分析，可以初步判斷化合物的類型，如生物堿、黃酮類、萜類等。這有助于縮小化合物結(jié)構(gòu)鑒定的范圍，提高鑒定效率。-立體結(jié)構(gòu)的輔助鑒定：在某些情況下，質(zhì)譜可以提供一些關(guān)于分子立體結(jié)構(gòu)的信息。例如，通過比較不同立體異構(gòu)體的質(zhì)譜圖，可以發(fā)現(xiàn)它們在裂解方式和碎片離子峰相對豐度上的差異，從而輔助確定分子的立體結(jié)構(gòu)。三、綜合題（每題20分，共40分）1.某天然化合物A，其1H-NMR譜、13C-NMR譜、IR譜和MS譜數(shù)據(jù)如下，請根據(jù)這些波譜數(shù)據(jù)推測化合物A的結(jié)構(gòu)，并說明推理過程。-1H-NMR（CDCl?，400MHz）：δ7.2-7.4（5H，m），5.1（2H，s），3.7（3H，s）-13C-NMR（CDCl?，100MHz）：δ170.0，136.0，128.5，128.3，127.8，66.0，52.0-IR（KBr）：3030cm?1，2950cm?1，1735cm?1，1600cm?1，1500cm?1，1250cm?1-MS：m/z166（M?）推理過程：-分子量和分子式的確定：從MS譜中可知分子離子峰m/z=166，即化合物A的分子量為166。結(jié)合13C-NMR譜中出現(xiàn)7個碳信號，推測可能含有7個碳原子。根據(jù)不飽和度計算公式：Ω=(2C+2+N-H-X)/2（C為碳原子數(shù)，N為氮原子數(shù)，H為氫原子數(shù)，X為鹵素原子數(shù)），假設(shè)分子中不含氮和鹵素原子，先考慮碳?xì)溲踅M成。若有7個碳，根據(jù)1H-NMR譜中氫原子數(shù)為5+2+3=10個，設(shè)氧原子數(shù)為x，則12×7+1×10+16x=166，解得x=2，所以分子式可能為C?H??O?。不飽和度Ω=(2×7+2-10)/2=3。-官能團(tuán)的分析：-IR譜分析：3030cm?1為苯環(huán)上C-H的伸縮振動吸收峰，說明分子中含有苯環(huán)；2950cm?1為飽和烴基C-H的伸縮振動吸收峰；1735cm?1為羰基（C=O）的伸縮振動吸收峰，且結(jié)合化學(xué)位移推測為酯羰基；1600cm?1和1500cm?1為苯環(huán)的C=C伸縮振動吸收峰；1250cm?1為C-O-C的伸縮振動吸收峰，進(jìn)一步證明有酯鍵存在。-1H-NMR譜分析：δ7.2-7.4（5H，m）為苯環(huán)上的氫信號，說明苯環(huán)為單取代苯；δ5.1（2H，s）為與苯環(huán)相連的亞甲基氫信號；δ3.7（3H，s）為與酯羰基相連的甲基氫信號。-13C-NMR譜分析：δ170.0為酯羰基碳信號；δ136.0為苯環(huán)上與取代基相連的碳信號；δ128.5、128.3、127.8為苯環(huán)上其他碳信號；δ66.0為與苯環(huán)相連的亞甲基碳信號；δ52.0為與酯羰基相連的甲基碳信號。-結(jié)構(gòu)的確定：綜合以上分析，化合物A的結(jié)構(gòu)為苯甲酸芐酯，其結(jié)構(gòu)為C?H?COOCH?C?H?。該結(jié)構(gòu)符合所有波譜數(shù)據(jù)，分子量為166，含有苯環(huán)、酯羰基等官能團(tuán)，且氫原子和碳原子的化學(xué)位移也與波譜數(shù)據(jù)相符。2.已知某天然藥物中分離得到一種化合物B，通過波譜分析得到以下信息，請根據(jù)這些信息推測化合物B的結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)說明推理過程。-UV：λmax278nm（ε=1000），提示可能存在n-π躍遷。-1H-NMR（CDCl?）：δ9.7（1H，s），7.4-7.6（3H，m），7.8-7.9（2H，m），2.4（3H，s）-13C-NMR（CDCl?）：δ192.0，137.0，133.5，129.0，128.5，26.0-IR：1705cm?1（強(qiáng)），3060cm?1，2920cm?1，1600cm?1，1580cm?1，1500cm?1-MS：m/z120（M?）推理過程：-分子量和分子式的確定：由MS譜可知分子離子峰m/z=120，即化合物B的分子量為120。結(jié)合13C-NMR譜中出現(xiàn)6個碳信號，推測可能含有6個碳原子。假設(shè)分子中不含氮和鹵素原子，設(shè)氫原子數(shù)為y，氧原子數(shù)為z，則12×6+1×y+16z=120。根據(jù)不飽和度計算公式，先考慮可能