2025年大學(xué)《化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——天然藥物活性成分合成研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.下列哪一類天然產(chǎn)物通常含有多個(gè)手性中心和復(fù)雜的碳環(huán)或雜環(huán)結(jié)構(gòu)？（）A.萜類化合物B.甾體化合物C.酚類化合物D.三萜皂苷類化合物2.在天然產(chǎn)物全合成路線設(shè)計(jì)中，引入保護(hù)基團(tuán)的根本目的是什么？（）A.增加分子的極性，便于萃取B.防止特定官能團(tuán)參與不期望的反應(yīng)C.提高反應(yīng)的立體選擇性D.降低目標(biāo)分子的熔點(diǎn)，便于處理3.下列哪種反應(yīng)通常用于構(gòu)建碳-碳雙鍵？（）A.Diels-Alder加成反應(yīng)B.醛縮合反應(yīng)C.酯交換反應(yīng)D.沃森-黃鳴龍降解反應(yīng)4.生物堿的提取通常首選哪種溶劑？（）A.乙醚B.氯仿C.乙醇D.水5.當(dāng)設(shè)計(jì)合成一個(gè)含有多個(gè)手性中心的天然產(chǎn)物時(shí)，下列哪種策略是利用了手性輔助基團(tuán)？（）A.手性催化劑誘導(dǎo)的不對(duì)稱反應(yīng)B.利用酶進(jìn)行不對(duì)稱合成C.分子內(nèi)縮合環(huán)化D.先合成非對(duì)映異構(gòu)體，再進(jìn)行拆分6.甾體化合物中最重要的官能團(tuán)是？（）A.醇羥基B.羧基C.酯基D.醛基7.在有機(jī)合成中，使用格氏試劑進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，通常需要排除哪種物質(zhì)？（）A.酚羥基B.醇羥基C.水分D.氧氣8.下列哪一項(xiàng)不是影響Diels-Alder反應(yīng)立體選擇性的重要因素？（）A.親電體的電負(fù)性B.環(huán)己二烯烯體的取代位置C.試劑濃度D.催化劑類型9.將外消旋體拆分為單一對(duì)映異構(gòu)體的常用方法是？（）A.柱層析B.結(jié)晶法C.分子蒸餾D.磁力分離10.天然產(chǎn)物生物合成途徑中的甲羥戊酸途徑（MVA）主要存在于？（）A.植物和細(xì)菌B.哺乳動(dòng)物和真菌C.原核生物和古菌D.植物和真菌二、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共25分）1.簡(jiǎn)述手性藥物與非對(duì)映異構(gòu)體藥物在藥理活性上可能存在的差異。2.簡(jiǎn)述保護(hù)基團(tuán)在天然產(chǎn)物合成中的必要性和選擇時(shí)應(yīng)考慮的主要因素。3.以生物堿為例，簡(jiǎn)述從植物體中提取生物堿的常用方法及其原理。4.簡(jiǎn)述不對(duì)稱合成在天然產(chǎn)物全合成中的重要性。5.什么是天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)修飾？舉例說明結(jié)構(gòu)修飾對(duì)天然藥物性質(zhì)（如活性、溶解性）的影響。三、合成路線設(shè)計(jì)與分析題（共35分）1.（15分）已知化合物A和B，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一條合理的合成路線，最終得到天然產(chǎn)物C（結(jié)構(gòu)式如下，假設(shè)可用A、B合成）。請(qǐng)簡(jiǎn)要說明每步反應(yīng)類型、關(guān)鍵試劑以及可能需要注意的問題（如立體選擇、保護(hù)基團(tuán)等）。（無需畫出具體結(jié)構(gòu)式，文字描述即可）（此處應(yīng)有化合物A、B、C的結(jié)構(gòu)式，但按要求不繪制，請(qǐng)考生自行構(gòu)思或根據(jù)提示想象）A:CH3COOHB:CH3CH2MgBrC:3-羥基-4-甲氧基苯甲酸甲酯2.（20分）分析文獻(xiàn)中合成化合物D的一條路線（假設(shè)路線如下，無需畫出具體結(jié)構(gòu)式，文字描述即可）。路線中關(guān)鍵步驟是化合物E與化合物F進(jìn)行環(huán)化反應(yīng)生成化合物G。a)猜測(cè)化合物G的結(jié)構(gòu)。b)分析化合物E與化合物F進(jìn)行環(huán)化反應(yīng)可能采取的反應(yīng)類型。c)指出該路線中可能存在的潛在問題或可以改進(jìn)之處，并簡(jiǎn)述理由。（此處應(yīng)有化合物D、E、F、G的結(jié)構(gòu)式或描述，但按要求不繪制，請(qǐng)考生自行構(gòu)思或根據(jù)提示想象）D:某含氮雜環(huán)化合物E:某含有活潑α-氫的醛或酮F:某含有親核中心的有機(jī)物或無機(jī)物G:D的環(huán)狀結(jié)構(gòu)前體四、反應(yīng)機(jī)理題（20分）請(qǐng)?jiān)敿?xì)繪制化合物H經(jīng)歷某取代反應(yīng)生成化合物I的機(jī)理圖，并標(biāo)注關(guān)鍵中間體和過渡態(tài)。該反應(yīng)是典型的親核芳香取代反應(yīng)（如SNAr），化合物H為含有吸電子取代基的芳基鹵代烴，化合物I為相應(yīng)的取代芳烴。請(qǐng)說明影響該反應(yīng)速率和選擇性的主要因素。試卷答案一、選擇題1.D解析：三萜皂苷類化合物通常由多個(gè)異戊烯單位構(gòu)成復(fù)雜的苷元部分，并連接有糖鏈，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含有多個(gè)手性中心。萜類化合物雖然多樣，但相對(duì)結(jié)構(gòu)類型更集中。甾體化合物結(jié)構(gòu)相對(duì)固定（環(huán)戊烷并三烯酮核），手性中心數(shù)目也有限。酚類化合物結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。2.B解析：保護(hù)基團(tuán)的引入是為了暫時(shí)屏蔽特定的官能團(tuán)，防止其在后續(xù)不希望的反應(yīng)中發(fā)生副反應(yīng)，從而保證目標(biāo)分子骨架的順利構(gòu)建。A、C、D描述的不是引入保護(hù)基團(tuán)的主要目的。3.A解析：Diels-Alder反應(yīng)是親電加成反應(yīng)，是構(gòu)建碳-碳雙鍵（或三鍵）的經(jīng)典方法之一。B是縮合反應(yīng)，生成碳鍵和官能團(tuán)。C是取代反應(yīng)。D是降解反應(yīng)。4.B解析：氯仿（或二氯甲烷）對(duì)許多生物堿有較好的溶解性，且與水、醇等溶劑分層明顯，便于萃取操作。乙醚也常用，但極性稍弱。乙醇和水對(duì)于極性較強(qiáng)的生物堿萃取效果不佳。5.A解析：利用手性輔助基團(tuán)是合成手性化合物的一種重要策略，通過先合成含有手性輔助基團(tuán)的中間體，控制后續(xù)反應(yīng)的立體化學(xué)，最后再移除輔助基團(tuán)。B是酶催化不對(duì)稱合成。C是環(huán)化反應(yīng)類型。D是拆分方法。6.A解析：甾體化合物的基本骨架是環(huán)戊烷并三烯酮，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是三個(gè)相鄰的碳原子上各有一個(gè)醇羥基。B、C、D在甾體結(jié)構(gòu)中可能存在，但不是最核心、最普遍的特征官能團(tuán)。7.C解析：格氏試劑對(duì)水分極其敏感，水會(huì)與格氏試劑迅速反應(yīng)，破壞其活性，導(dǎo)致反應(yīng)失敗。醇羥基在反應(yīng)條件下通常需要先被保護(hù)，氧氣可能引發(fā)氧化副反應(yīng)。8.C解析：親電體電負(fù)性、環(huán)己二烯烯體取代位置、催化劑類型都是影響Diels-Alder反應(yīng)立體選擇性的重要因素，它們可以通過電子效應(yīng)和空間效應(yīng)影響反應(yīng)路徑。試劑濃度主要影響反應(yīng)速率，對(duì)立體選擇性影響不大。9.B解析：結(jié)晶法（包括重結(jié)晶和分步結(jié)晶）是分離對(duì)映異構(gòu)體的常用且有效的方法，利用兩者在結(jié)晶行為上的微小差異。柱層析可以分離，但效率可能不高。分子蒸餾用于分離沸點(diǎn)差異大的物質(zhì)。磁力分離不適用于分離對(duì)映異構(gòu)體。10.D解析：甲羥戊酸途徑（MVA）是植物、真菌和原生生物（如某些藻類和原生動(dòng)物）合成異戊烯類化合物（包括類胡蘿卜素、植物激素等前體）的主要途徑。動(dòng)物主要通過甲硫氨酸途徑（MEval）合成。二、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述手性藥物與非對(duì)映異構(gòu)體藥物在藥理活性上可能存在的差異。解析：手性藥物的兩個(gè)對(duì)映異構(gòu)體通常具有相同的主藥理活性，但強(qiáng)度可能不同，且在代謝途徑、藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)（如吸收、分布、代謝、排泄）以及毒副作用上可能存在顯著差異。非對(duì)映異構(gòu)體則可能具有完全不同的藥理活性，甚至一個(gè)是活性藥物，另一個(gè)可能是無效甚至有害的雜質(zhì)。2.簡(jiǎn)述保護(hù)基團(tuán)在天然產(chǎn)物合成中的必要性和選擇時(shí)應(yīng)考慮的主要因素。解析：必要性：天然產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常含有多種官能團(tuán)，這些官能團(tuán)可能相互干擾，或某一官能團(tuán)在合成中需要特別保護(hù)，避免參與不期望的反應(yīng)，從而保證合成路線的可行性和目標(biāo)產(chǎn)物的順利得到。選擇時(shí)應(yīng)考慮：①保護(hù)基團(tuán)與被保護(hù)基團(tuán)的反應(yīng)條件應(yīng)能兼容；②保護(hù)基團(tuán)應(yīng)易于引入，且引入反應(yīng)條件溫和、選擇性好；③保護(hù)基團(tuán)應(yīng)易于移除，且移除反應(yīng)條件溫和、不破壞目標(biāo)分子結(jié)構(gòu)；④保護(hù)基團(tuán)及其移除產(chǎn)物應(yīng)易于分離；⑤保護(hù)基團(tuán)不應(yīng)影響后續(xù)反應(yīng)的選擇性或?qū)δ繕?biāo)產(chǎn)物的穩(wěn)定性。3.以生物堿為例，簡(jiǎn)述從植物體中提取生物堿的常用方法及其原理。解析：常用方法有：①溶劑提取法：選擇合適的溶劑（如酸水、堿水、有機(jī)溶劑或其混合物）浸漬、滲漉、提取植物組織，利用生物堿在不同溶劑中溶解度的差異進(jìn)行分離。原理是基于“相似相溶”以及生物堿在不同pH條件下存在離子型和非離子型，從而在特定溶劑中溶解度不同。②沉淀法：在提取液中加入某種試劑（如生物堿沉淀劑，如碘化鉍鉀、碘化碘化鉀、苦味酸等），使生物堿生成不溶性鹽而沉淀析出，過濾分離。原理是生物堿與沉淀劑反應(yīng)生成溶解度極低的鹽。③萃取法：利用生物堿在不同pH水溶液和有機(jī)溶劑中的分配系數(shù)不同，通過調(diào)節(jié)pH并用有機(jī)溶劑萃取，將生物堿從水相轉(zhuǎn)移到有機(jī)相。原理是pH改變生物堿存在形式，從而改變其在兩相間的分配。4.簡(jiǎn)述不對(duì)稱合成在天然產(chǎn)物全合成中的重要性。解析：天然產(chǎn)物中許多具有重要生物活性的分子是手性化合物，且通常只存在單一對(duì)映異構(gòu)體。不對(duì)稱合成是人工合成這些手性天然產(chǎn)物的關(guān)鍵策略，它能夠選擇性地構(gòu)建所需的立體中心，避免獲得無效或有害的對(duì)映異構(gòu)體。通過手性催化劑、手性輔助基團(tuán)或手性底物等方法實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱合成，是連接手性源、構(gòu)建復(fù)雜天然產(chǎn)物分子骨架的核心技術(shù)。5.什么是天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)修飾？舉例說明結(jié)構(gòu)修飾對(duì)天然藥物性質(zhì)（如活性、溶解性）的影響。解析：天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)修飾是指在保持核心骨架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)其分子中的某些官能團(tuán)進(jìn)行改變（如引入、刪除、轉(zhuǎn)化）或?qū)羌苓M(jìn)行改造（如引入支鏈、改變環(huán)系）的過程。例如，對(duì)某天然產(chǎn)物A進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾：①引入親水性基團(tuán)（如羥基、氨基）可以提高其水溶性，可能增強(qiáng)其在體內(nèi)的吸收和分布，但也可能影響其代謝穩(wěn)定性。②引入脂溶性基團(tuán)（如鹵素、烷基）可以提高其脂溶性，可能增強(qiáng)其跨膜運(yùn)輸能力，但也可能增加其代謝清除速率或毒性。③對(duì)核心環(huán)系進(jìn)行修飾，可能改變其與受體的結(jié)合模式，從而增強(qiáng)或改變其生物活性（如抗生素譜、中樞神經(jīng)興奮/抑制作用等）。三、合成路線設(shè)計(jì)與分析題1.（15分）解析：目標(biāo)分子C是3-羥基-4-甲氧基苯甲酸甲酯。原料A是乙酸，原料B是溴代丙烷的格氏試劑。合成思路：首先，B與乙酸反應(yīng)生成丙酸乙酯（或丙酸）。然后，丙酸乙酯與格氏試劑B反應(yīng)（假設(shè)格氏試劑為溴代丙烷的鎂試劑），得到一個(gè)含有三個(gè)手性中心的α-羥基醛或α-酮醇。最后，該α-羥基醛/酮醇經(jīng)Tollens或Fehling氧化，得到相應(yīng)的α-羥基酮，再進(jìn)行分子內(nèi)酯化（例如，側(cè)鏈上的醇羥基與羧基甲酯化），同時(shí)生成苯環(huán)。關(guān)鍵步驟需要考慮手性控制，例如，可以通過選擇合適的反應(yīng)條件或手性輔助基團(tuán)來確保得到目標(biāo)構(gòu)型的手性中心。路線設(shè)計(jì)中需注意保護(hù)基團(tuán)的引入與脫除、反應(yīng)的立體選擇性以及副反應(yīng)的抑制。2.（20分）a)猜測(cè)化合物G的結(jié)構(gòu)：化合物G應(yīng)是化合物E和F進(jìn)行環(huán)化反應(yīng)形成的五元或六元環(huán)狀化合物，可能是一個(gè)內(nèi)酯環(huán)或含有雜原子的環(huán)。b)分析化合物E與化合物F進(jìn)行環(huán)化反應(yīng)可能采取的反應(yīng)類型：根據(jù)E（含有活潑α-氫的醛或酮）和F（含有親核中心的有機(jī)物或無機(jī)物）的描述，可能的反應(yīng)類型包括：①親核環(huán)化（如Michael加成-內(nèi)縮合、Stork加成等）；②親電環(huán)化（如Diels-Alder反應(yīng)，若F是親電體）；③分子內(nèi)縮醛或縮酮反應(yīng)；④氧化環(huán)化或重排環(huán)化。具體類型取決于E、F的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)條件。c)指出該路線中可能存在的潛在問題或可以改進(jìn)之處，并簡(jiǎn)述理由：潛在問題可能包括：①反應(yīng)收率低；②立體選擇性差，產(chǎn)生較多副產(chǎn)物；③反應(yīng)條件苛刻，需要特殊試劑或苛刻的溫度/壓力；④產(chǎn)物G不穩(wěn)定，易分解；⑤G的后續(xù)轉(zhuǎn)化步驟困難。改進(jìn)之處可以包括：①尋找更高效的催化劑或反應(yīng)條件來提高收率和選擇性；②改用具有更高選擇性的底物或反應(yīng)方法；③引入保護(hù)基團(tuán)保護(hù)G中不參與后續(xù)反應(yīng)的官能團(tuán)；④優(yōu)化G的轉(zhuǎn)化步驟，設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)潔高效的連接策略。四、反應(yīng)機(jī)理題請(qǐng)?jiān)敿?xì)繪制化合物H經(jīng)歷SNAr反應(yīng)生成化合物I的機(jī)理圖，包括：親核試劑進(jìn)攻親電中心的過渡態(tài)、中間體（如四面體中間體）的