2025年大學《化學》專業(yè)題庫——生物堿類天然產(chǎn)物的合成與反應性研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、是非題（正確的填“√”，錯誤的填“×”）1.所有生物堿都含有氮原子，且氮原子一定在環(huán)狀結(jié)構(gòu)中。2.茶堿屬于生物堿，其分子中含有甲基和羧基。3.苯丙氨酸是許多生物堿生物合成的前體。4.生物堿的顯色反應通常用于其定量分析。5.Pictet-Spengler反應是合成異喹啉類生物堿的重要方法之一。6.生物堿的堿性強度與其N-取代程度無關(guān)。7.保護基的引入是為了在反應中保護特定的官能團不被破壞。8.重金屬鹽（如碘化鉍鉀）可以與生物堿反應生成有色沉淀，用于生物堿的定性檢測。9.生物堿的生源合成途徑對其化學合成具有重要的啟示作用。10.所有生物堿都能與Br?/Fe??發(fā)生反應。二、選擇題（選擇最符合題意的選項）1.下列哪個化合物不屬于異喹啉類生物堿？A.嗎啡B.血根堿C.去甲烏藥堿D.小檗堿2.下列哪種反應通常用于生物堿分子中氮原子上取代基的引入？A.Grignard反應B.Buchwald-Hartwig偶聯(lián)反應C.Vilsmeier-Haack反應D.Friedel-Crafts?；磻?.生物堿生物合成中，利用鳥氨酸和瓜氨酸作為前體的主要途徑是合成：A.苯丙烷類生物堿B.喹啉類生物堿C.萜類生物堿D.萜類生物堿和部分生物堿4.分子中含有甲氨基（-CH?-NH?）的生物堿，其堿性通常：A.很強B.很弱C.中等D.無法確定5.在生物堿的化學合成中，使用氯甲酸酯或氯甲酸異丁酯常是為了：A.引入羧基B.引入酯基C.引入酰胺基D.保護氨基6.下列關(guān)于生物堿成鹽的敘述，錯誤的是：A.鹽的形成通常增強了生物堿的溶解度B.鹽的形式常用于生物堿的提取和純化C.生物堿的酸式鹽堿性比母體強D.鹽在生理條件下不穩(wěn)定7.下列哪個反應屬于生物堿典型的還原反應？A.與HNO?的Vilsmeier-Haack反應B.異喹啉母核的Bischler-Napieralski重排C.吲哚環(huán)的Sarett重排D.雙氫吲哚類生物堿的還原8.下列生物堿中，堿性最強的是：A.去甲腎上腺素B.麻黃堿C.苯丙胺D.茶堿9.利用L-谷氨酸作為起始原料，經(jīng)過多步生物轉(zhuǎn)化可以合成：A.去甲腎上腺素B.腎上腺素C.茶堿D.小檗堿10.下列哪個基團在生物堿分子中常作為親核試劑進攻點？A.?；鵅.醚鍵C.亞甲基D.胺基三、填空題1.生物堿根據(jù)氮原子的位置可分為______生物堿、______生物堿和______生物堿。2.生物堿的化學合成中，保護氨基常用的試劑有______、______和______。3.吲哚類生物堿合成中，關(guān)鍵的前體是______和______。4.生物堿的Molisch反應是利用其______的性質(zhì)，反應試劑是______。5.異喹啉類生物堿中，通過Friedl?nder合成可以構(gòu)建______骨架。6.影響生物堿堿性強度的因素主要有______、______和______。7.許多生物堿具有______或______的性質(zhì)，可以與某些金屬離子形成沉淀。8.生物堿的生源合成途徑中的______反應是引入手性的關(guān)鍵步驟。9.在設(shè)計生物堿合成路線時，常利用______反應來構(gòu)建碳-碳鍵。10.生物堿構(gòu)效關(guān)系中，氮原子上取代基的______和______對活性有重要影響。四、簡答題1.簡述生物堿堿性的來源以及影響其堿性強度的因素。2.比較生物堿的化學合成與生物合成途徑的異同。3.解釋什么是保護基，在生物堿合成中引入保護基的目的是什么？請舉例說明兩種常用的保護基及其適用情況。4.簡述Pictet-Spengler反應的機理及其在異喹啉類生物堿合成中的應用。5.生物堿有哪些重要的物理性質(zhì)？這些性質(zhì)在生物堿的分離純化中有什么應用？五、推斷題1.某植物堿經(jīng)水解后，得到對甲氧基苯甲酸和甲基氨基丁酸。該生物堿屬于哪一類？請寫出其可能的結(jié)構(gòu)式，并簡述其可能的生物合成途徑。2.已知化合物A（分子式C??H??NO?）是一種生物堿，其紅外光譜顯示有羰基（C=O）和氨基（N-H）的特征吸收，核磁共振氫譜（1HNMR）顯示有甲基（δ2.3,3.1）、亞甲基（δ3.8）、異丙基（δ1.0,1.2）和芳香氫（δ7.0-7.5）信號?；衔顰能與碘化鉍鉀試劑反應生成沉淀。推測化合物A的結(jié)構(gòu)式，并寫出其可能的堿性中心。六、設(shè)計題請設(shè)計一個合成目標產(chǎn)物（例如：秋水仙堿或長春堿的一個關(guān)鍵中間體）的簡單合成路線。要求路線總步數(shù)不超過5步，并簡要說明每步反應的依據(jù)（反應類型或常用方法）。試卷答案一、是非題1.√2.×(茶堿結(jié)構(gòu)中為7,8-二氫茶堿，氮原子為亞氨基氮)3.√4.×(主要用于定性檢測)5.√6.×(N-取代越多，堿性通常越弱)7.√8.√9.√10.×(并非所有生物堿都易發(fā)生此反應)二、選擇題1.D(小檗堿屬于異喹啉類)2.B(Buchwald-Hartwig偶聯(lián)可引入芳基或烷基)3.D(鳥氨酸和瓜氨酸是萜類和一些含氮雜環(huán)化合物合成的前體)4.B(甲氨基堿性很弱)5.C(氯甲酸酯是酰胺化試劑)6.D(鹽在生理條件下通常較穩(wěn)定，便于儲存和運輸)7.D(雙氫吲哚類生物堿易被還原成更穩(wěn)定的吲哚類)8.B(麻黃堿結(jié)構(gòu)中氮原子未充分取代)9.B(腎上腺素合成涉及酪氨酸)10.D(胺基是常見的親核試劑)三、填空題1.脂鏈型，芳香型，環(huán)型2.二甲氨基甲酰氯，碳二亞胺，苯甲酰氯3.苯丙氨酸，S-腺苷甲硫氨酸（SAM）4.極性，α-萘酚5.3-吲哚甲烷6.氮原子電負性，N-取代程度，共軛效應7.酸性，堿性8.還原9.芳基化，酰基化，偶聯(lián)10.位置，數(shù)量四、簡答題1.解析思路：生物堿堿性來源于氮原子上的孤對電子。堿性強度主要取決于氮原子上的電子云密度（受N-取代基給電子/吸電子效應影響）以及氮原子與π電子體系的共軛程度。通常，叔胺>仲胺>伯胺>胺類（亞氨基氮）。吸電子基團（如酰胺基、磺酸基）使堿性減弱，給電子基團（如烷基、芳香基）使堿性增強。共軛效應也能影響堿性。2.解析思路：生物合成是生物體內(nèi)自然發(fā)生的、通常需要酶催化、條件溫和（水相、常溫）、利用簡單前體（氨基酸、核苷酸等）的過程?；瘜W合成是在實驗室條件下，通過化學試劑促進、通常需要較嚴苛條件（高溫、高壓、有機相）并利用較復雜的有機原料的過程?；瘜W合成旨在模仿或創(chuàng)制天然產(chǎn)物，常用于研究其結(jié)構(gòu)、反應性和生物活性。3.解析思路：保護基是為了暫時屏蔽或改變某個官能團的反應性，使其在后續(xù)的反應中不被干擾或發(fā)生不希望的副反應，待目標合成完成后再將其脫除恢復原狀。目的在于實現(xiàn)對反應的選擇性控制。例如，保護氨基可以用二芐胺（對酸堿穩(wěn)定，易脫除）或芐氧羰基（對堿穩(wěn)定，酸或Pd催化脫除），選擇哪種取決于后續(xù)反應的條件。保護羧基常用?；ㄈ缫阴；岽呋?，堿脫除）或形成氫酯（如DMF縮乙酸鈉，堿脫除）。4.解析思路：Pictet-Spengler反應是兩個含有α-取代氨基的芳香族化合物在酸性條件下縮合環(huán)化生成異喹啉衍生物的經(jīng)典反應。機理是：在酸催化下，一個芳基氨基的α-氫被質(zhì)子化并離去，形成碳正離子；然后碳正離子與另一個芳基氨基的氮原子進行親核進攻，形成席夫堿中間體；該中間體重排，失去水分子，最終環(huán)化成異喹啉。5.解析思路：生物堿的物理性質(zhì)包括：多數(shù)為結(jié)晶性固體，少數(shù)為油狀物；大多具有旋光性；味多苦；可溶于甲醇、乙醇、乙醚等有機溶劑，微溶于水，易溶于酸水或堿水形成鹽；具有堿性，能與酸成鹽；部分具有還原性；可與某些試劑（如碘化鉍鉀、碘-碘化鉀、苦味酸）發(fā)生顯色或沉淀反應。這些性質(zhì)可用于生物堿的提取（選擇性溶解）、分離純化（重結(jié)晶、萃取、鹽析）、定性檢測和鑒別。五、推斷題1.解析思路：水解產(chǎn)物為對甲氧基苯甲酸（說明有兒茶酚結(jié)構(gòu)）和甲基氨基丁酸（說明有丁胺側(cè)鏈）。結(jié)合是生物堿，推測為兒茶酚胺類生物堿，結(jié)構(gòu)為對甲氧基苯基-CH?-CH?-NHCH?。生物合成途徑可能源于苯丙氨酸（經(jīng)多步轉(zhuǎn)化得兒茶酚甲基化產(chǎn)物）和甲基組（如SAM提供甲基）。2.解析思路：分子式C??H??NO?提示分子量為271。IR有C=O和N-H，1HNMR有甲基(δ2.3,3.1,s,3H),亞甲基(δ3.8,t,J=6Hz,2H),異丙基(δ1.0,s,3H;δ1.2,s,3H),芳香氫(δ7.0-7.5,m,5H,可能為Ar-H和-CH=CH-),苯環(huán)上可能有α-H(δ6.5-7.0,d,J=8Hz,2H)。能與碘化鉍鉀反應，提示有堿性中心（伯或仲胺）。綜合判斷，結(jié)構(gòu)可能為4,4-二甲基-3-[(2-丙基氨基)甲基]苯酚。堿性中心在2位氨基。六、設(shè)計題解析思路：以秋水仙堿為例，其核心骨架可看作由喹啉環(huán)與一個含氨基的側(cè)鏈相連。設(shè)計合成路線時，可以考