2025年大學《應(yīng)用化學》專業(yè)題庫——天然有機化合物的結(jié)構(gòu)分析考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪一種化合物屬于脂溶性維生素？A.維生素CB.維生素B12C.維生素AD.維生素K2.分子式為C?H??O?的化合物，若其紅外光譜顯示有羥基伸縮振動（約3200-3600cm?1）和酯羰基伸縮振動（約1735cm?1），其可能的結(jié)構(gòu)類型是？A.葡萄糖B.果糖C.甘油三酯D.乙酰輔酶A3.具有手性的化合物必須滿足哪個條件？A.分子中含有碳碳雙鍵B.分子式符合通式C?H????C.分子中含有一個手性碳原子D.分子不能進行旋轉(zhuǎn)對稱4.某有機化合物的一級結(jié)構(gòu)是指？A.氨基酸序列B.蛋白質(zhì)的折疊構(gòu)象C.核苷酸的排列順序D.脂肪酸鏈的長度5.在1HNMR譜中，化學位移為7.2ppm的信號，最可能是哪種氫？A.連接在甲基（-CH?）上的氫B.連接在亞甲基（-CH?-）上的氫C.苯環(huán)上的氫D.醇羥基（-OH）上的氫6.對于一個具有四個不同取代基的手性碳原子，其核磁共振氫譜（1HNMR）中會有多少種化學位移？A.1B.2C.3D.47.在紅外光譜（IR）中，哪個區(qū)域的吸收峰主要對應(yīng)官能團的存在？A.1500-4000cm?1B.400-1500cm?1C.200-400cm?1D.2500-4000cm?18.質(zhì)譜（MS）中，M?峰代表？A.分子失去一個電子后的離子B.分子失去一個質(zhì)子后的離子C.分子失去一個中性碎片后的離子D.分子離子9.下列哪一項不是糖類化合物的特征？A.通常具有多羥基B.可以形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)C.多數(shù)為酸性物質(zhì)D.是生命活動的主要能源物質(zhì)10.NMR化學位移（δ）的單位是？A.ppm（百萬分率）B.Hz（赫茲）C.cm?1（厘米負一次方）D.kcal/mol（千卡每摩爾）二、填空題（每空1分，共15分）1.蛋白質(zhì)的基本組成單位是______，連接氨基酸的主要化學鍵是______。2.天然產(chǎn)物中的生物堿通常具有______的堿性，常以其鹽的形式存在。3.核酸是由______、______和磷酸基團交替連接而成的聚合物。4.在NMR譜中，化學位移越向低場（δ值越大），表示質(zhì)子所處的化學環(huán)境______。5.紅外光譜中，大約在1650cm?1處的吸收峰通常與______鍵有關(guān)。6.構(gòu)成脂類的元素主要是______、______和______。7.手性分子與其鏡像不能重合的性質(zhì)稱為______。8.分子式為C?H??O?的化合物，其不飽和度為______。9.紫外-可見光譜主要用于研究分子中______躍遷。10.質(zhì)譜中，基峰（M?峰）的相對強度為100%，表示該峰的豐度是______。三、判斷題（每題1分，共10分）1.所有糖類都能發(fā)生銀鏡反應(yīng)。（）2.順反異構(gòu)體是指具有相同分子式但原子排列順序不同的異構(gòu)體。（）3.13CNMR譜中，不同化學環(huán)境的碳原子會顯示出不同的化學位移。（）4.紅外光譜可以提供分子中化學鍵的振動信息，因此可以用來確定分子的立體構(gòu)型。（）5.分子離子峰(M?)在質(zhì)譜圖中的位置反映了化合物的相對分子質(zhì)量。（）6.蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)主要是指α-螺旋和β-折疊。（）7.所有天然有機化合物都來源于植物。（）8.偶合裂分現(xiàn)象是NMR譜中質(zhì)子之間相互作用的結(jié)果。（）9.共軛二烯烴在紫外-可見光區(qū)通常有較高的λmax值。（）10.糖苷鍵水解后通常會得到一個糖和一個非糖部分。（）四、簡答題（共25分）1.簡述手性碳原子的判斷標準，并舉例說明一個含有手性碳原子的天然有機化合物。（5分）2.解釋NMR譜中化學位移和偶合裂分現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。（6分）3.列舉紅外光譜中屬于官能團區(qū)的幾個主要吸收區(qū)域（給出波數(shù)范圍和對應(yīng)的主要官能團），并說明官能團區(qū)對于結(jié)構(gòu)解析的重要性。（7分）4.已知某天然產(chǎn)物分子式為C?H??O?，其IR譜在3300cm?1和1650cm?1處有吸收峰，MS譜顯示M?峰在152m/z，1HNMR譜（主要峰）如下：δ7.0(m,5H),δ2.5(s,3H)。根據(jù)這些信息，推斷該化合物的可能結(jié)構(gòu)，并寫出各信號對應(yīng)的氫原子。（7分）五、論述題（共14分）結(jié)合NMR、IR、MS和UV-Vis四種譜圖信息，闡述如何系統(tǒng)地分析一個未知天然有機化合物的結(jié)構(gòu)。請說明在分析過程中，通常會按照怎樣的順序利用這些信息，以及每種信息的主要貢獻是什么。試卷答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.C2.C3.C4.A5.C6.D7.A8.D9.C10.A二、填空題（每空1分，共15分）1.氨基酸；肽鍵2.堿性3.核苷；堿基4.更不飽和（或電負性更強、受鄰近原子影響更大）5.酯/羰基（C=O）6.碳；氫；氧7.對映異構(gòu)（或手性）8.09.共軛π電子體系（或離域π電子）10.100%三、判斷題（每題1分，共10分）1.×2.×3.√4.×5.√6.√7.×8.√9.√10.√四、簡答題（共25分）1.判斷標準：手性碳原子是指連接四個不同基團的飽和碳原子。例如，甘氨酸（NH?-CH(COOH)-CH?）分子中的α-碳原子連接了氨基（-NH?）、羧基（-COOH）、氫原子（-H）和甲基（-CH?），這四個基團各不相同，因此甘氨酸是手性化合物，其α-碳原子是手性碳原子。（5分）2.化學位移產(chǎn)生原因：核磁共振氫譜中，氫原子核（質(zhì)子）處于一個由周圍電子云產(chǎn)生的局部磁場中。不同化學環(huán)境的氫原子，其周圍的電子云密度不同，導(dǎo)致它們感受到的有效磁場強度不同，從而在Larmor頻率發(fā)生偏轉(zhuǎn)的頻率（共振頻率）也不同，表現(xiàn)為NMR譜圖上的化學位移（δ值）?；瘜W環(huán)境越不飽和、電負性強的基團鄰近，或雜原子（如O,N,F）的影響越大，化學位移通常越大（越往低場）。偶合裂分現(xiàn)象產(chǎn)生原因：自旋量子數(shù)為?的核（如1H）之間存在核磁自旋-自旋相互作用（偶合作用）。當兩個或多個相鄰的氫原子（或其他核）的自旋狀態(tài)發(fā)生改變時，會通過磁場相互影響，導(dǎo)致一個氫原子的共振峰分裂成多個峰（裂分）。裂分的峰數(shù)（n+1規(guī)則）等于相鄰氫核的個數(shù)（n），峰之間的相對強度由Purcell效應(yīng)決定，遵循二項式分布。（6分）3.官能團區(qū)（通常指<1500cm?1區(qū)域）主要包括：約3400-3200cm?1的O-H或N-H伸縮振動；約1700-1600cm?1的C=O伸縮振動（醛、酮、酯、酸、酰胺）；約1600-1500cm?1的C=C伸縮振動（烯烴、芳香環(huán)）；約1300-1000cm?1的C-H彎曲振動（烯烴、芳香環(huán)）；約1200-900cm?1的C-O伸縮振動（醇、醚、酯、糖苷）；約800-500cm?1的C-H面外彎曲振動（芳香環(huán)的取代模式）。官能團區(qū)對于結(jié)構(gòu)解析的重要性在于：可以快速識別分子中存在的主要官能團類型，為推斷分子骨架和反應(yīng)性提供關(guān)鍵信息。例如，看到強烈的O-H吸收峰可能指示醇、酚或酸；看到C=O吸收峰可以幫助區(qū)分不同類型的含氧衍生物；看到芳香環(huán)特征吸收峰則表明存在苯環(huán)結(jié)構(gòu)。（7分）4.推斷過程：*分子式C?H??O?，不飽和度=(2C+2-H)/2=(2*8+2-10)/2=8/2=4。存在4個不飽和度。*IR譜：3300cm?1處有吸收峰，指示有-OH或-NH?；1650cm?1處有吸收峰，指示有C=O鍵（可能是酯或酮）。*MS譜：M?峰在152m/z。計算分子量：152g/mol。符合C?H??O?的分子量（152.18g/mol）。*1HNMR譜：δ7.0(m,5H)為典型的芳香環(huán)上五個等效氫的信號；δ2.5(s,3H)為一個甲基（-CH?）受芳香環(huán)影響位移至低場的信號，且為單峰，說明該甲基處于對稱環(huán)境（如-CH?Ar）。*綜合分析：分子式為C?H??O?，含芳香環(huán)（5H，δ7.0），含羰基（1650cm?1），含羥基或氨基（3300cm?1），含一個對稱的甲基（3H，δ2.5）。結(jié)構(gòu)應(yīng)為苯環(huán)上連接一個含有C=O和-OH（或-NH?）的基團，且該基團還含有一個甲基。符合此條件的結(jié)構(gòu)為4-甲氧基-4-羥基-2-丁烯酸甲酯（或稱4-Methoxy-4-hydroxy-2-buten-2-onemethylester，即香草醛甲醚的一個異構(gòu)體，具體看羰基位置和羥基位置異構(gòu)）。具體結(jié)構(gòu)為：（此處為示意，實際應(yīng)為文字描述或標準結(jié)構(gòu)圖）。各信號歸屬：δ7.0(m,5H)歸屬于苯環(huán)上的五個氫；δ2.5(s,3H)歸屬于連接在苯環(huán)上的甲基氫。（7分）五、論述題（共14分）系統(tǒng)地分析未知天然有機化合物的結(jié)構(gòu)通常遵循以下步驟，并綜合利用NMR、IR、MS和UV-Vis四種譜圖信息：第一步，利用元素分析（雖然題目未給，但通常是第一步）和分子式計算不飽和度，初步判斷分子中雙鍵、三鍵、環(huán)和/或苯環(huán)的數(shù)量，確定分子骨架的復(fù)雜程度。同時，結(jié)合UV-Vis譜（如果提供）判斷是否存在強共軛體系（如共軛雙烯、芳香環(huán)），這有助于縮小結(jié)構(gòu)類型范圍。第二步，重點分析紅外光譜（IR）。IR譜可以快速提供分子中主要官能團的信息。通過識別特征吸收峰（如O-H,N-H,C=O,C=C,C-O,羰基等），可以確定化合物中存在的官能團類型，了解其酸堿性、極性等性質(zhì)，為構(gòu)建分子骨架提供線索。例如，強而寬的O-H吸收峰可能指示醇或酸，而尖銳的C=O吸收峰則可能是酯、酸、酰胺或酮。第三步，分析質(zhì)譜（MS）。MS的主要信息是化合物的相對分子質(zhì)量（通過M?峰確定）和碎片信息。確定分子式和相對分子質(zhì)量是結(jié)構(gòu)解析的基礎(chǔ)。通過分析主要碎片峰的相對分子質(zhì)量和裂分途徑，可以推斷分子中可能存在的官能團以及它們的位置關(guān)系，甚至可以初步構(gòu)建分子骨架或部分結(jié)構(gòu)。例如，McLafferty裂分、α-β斷裂等規(guī)則有助于理解碎片來源。第四步，綜合分析核磁共振波譜（NMR）。NMR是結(jié)構(gòu)解析的核心工具，特別是1HNMR和13CNMR。*1HNMR：提供分子中所有氫原子的化學位移、積分面積（氫原子數(shù)目比）、峰形（單峰、雙峰、多重峰，反映偶合關(guān)系）和偶合裂分信息。通過分析化學位移，可以判斷氫原子所處的化學環(huán)境（如烷烴、烯烴、芳香環(huán)、醇/酚羥基、氨基等）；通過積分面積確定不同類型氫原子的比例；通過峰形和偶合裂分，特別是耦合常數(shù)，可以確定原子間的連接關(guān)系（如確定碳鏈的構(gòu)型、官能團的位置、手性碳的存在等）。二維NMR譜（如COSY,HSQC,HMBC）可以進一步提供碳氫連接關(guān)系和遠程碳氫連接關(guān)系，極大地簡化結(jié)構(gòu)解析過程。*13CNMR：提供分子中所有碳原子的化學位移信息。化學位移可以反映碳原子的雜化方式（sp3,sp2,s