2025年大學(xué)《化學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——天然產(chǎn)物合成與結(jié)構(gòu)解析研究考試時(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)的字母填入括號(hào)內(nèi)）1.對(duì)于以下retrosynthetic分析，最合理的斷裂鍵是（）。a)C-O鍵b)C-N鍵c)C-C鍵（連接兩個(gè)芳香環(huán)）d)C=C雙鍵2.在合成具有手性中心的天然產(chǎn)物時(shí)，下列哪種策略通常用于獲得特定的立體化學(xué)構(gòu)型？（）a)使用非手性試劑進(jìn)行親核加成b)手性輔助劑誘導(dǎo)的親核反應(yīng)c)光化學(xué)異構(gòu)化d)均相酸催化3.某天然產(chǎn)物分子式為C??H??O?，其1HNMR譜顯示一積分面積比為3:2:2:1的四組單質(zhì)子峰，并且存在一個(gè)特征性的乙?；盘?hào)(CH?CO-)。其基本骨架最可能是（）。a)環(huán)己烷衍生物b)萜類(lèi)化合物c)三萜類(lèi)化合物d)生物堿4.在解析復(fù)雜分子的1HNMR譜時(shí)，下列哪種技術(shù)對(duì)于確定質(zhì)子間的遠(yuǎn)程耦合關(guān)系至關(guān)重要？（）a)13CNMRb)DEPTc)COSYd)HMQC5.若一個(gè)天然產(chǎn)物的IR光譜在3400cm?1處有寬而強(qiáng)的吸收峰，在1700cm?1處有強(qiáng)的吸收峰，則其分子中幾乎肯定含有（）。a)C=O雙鍵b)醇羥基或酚羥基c)C=C雙鍵d)酯基6.質(zhì)譜中，分子離子峰(M?)的相對(duì)豐度通常反映了（）。a)分子的穩(wěn)定性b)分子的相對(duì)分子質(zhì)量c)分子中原子數(shù)量d)分子式7.對(duì)于具有一個(gè)手性中心的化合物，其非對(duì)映異構(gòu)體數(shù)目是（）。a)1b)2c)3d)48.在天然產(chǎn)物全合成中，保護(hù)基團(tuán)的作用是（）。a)提高反應(yīng)速率b)增加反應(yīng)選擇性c)防止特定官能團(tuán)參與不必要的反應(yīng)d)改變產(chǎn)物的旋光性9.X射線單晶衍射的主要優(yōu)勢(shì)在于能夠直接提供（）。a)分子的連接方式b)分子的絕對(duì)構(gòu)型c)分子中鍵長(zhǎng)和鍵角d)分子的光譜數(shù)據(jù)10.下列哪種生物合成途徑與萜類(lèi)化合物的合成直接相關(guān)？（）a)甲羥戊酸途徑b)光合作用c)檸檬酸循環(huán)d)糖酵解途徑二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填入橫線上）1.逆合成分析是設(shè)計(jì)有機(jī)合成路線的一種重要方法，其核心思想是將目標(biāo)分子拆解為_(kāi)_______和________。2.天然產(chǎn)物合成中，控制反應(yīng)的區(qū)域選擇性是指反應(yīng)主要發(fā)生在底物分子上的________位點(diǎn)；控制反應(yīng)的立體選擇性是指反應(yīng)主要發(fā)生在底物分子上的________位點(diǎn)。3.核磁共振波譜中，化學(xué)位移是指共振峰相對(duì)于________的位置，通常用________來(lái)表示。4.質(zhì)譜中，基峰(BasePeak)是指質(zhì)譜圖中________的峰，其相對(duì)豐度定義為_(kāi)_______。5.在確定一個(gè)未知化合物的絕對(duì)構(gòu)型時(shí)，________光譜和________反應(yīng)是非常重要的工具。6.生物堿是一類(lèi)重要的天然產(chǎn)物，通常具有__________的基本骨架，多存在于__________植物、__________動(dòng)物或__________微生物中。7.合成長(zhǎng)碳鏈天然產(chǎn)物時(shí)，常用________等方法進(jìn)行碳鏈的延長(zhǎng)。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共15分）1.簡(jiǎn)述保護(hù)基團(tuán)在天然產(chǎn)物合成中的作用及其選擇原則。2.比較紅外光譜(IR)和核磁共振波譜(NMR)在天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)解析中的主要區(qū)別和各自優(yōu)勢(shì)。3.簡(jiǎn)述手性拆分和手性誘導(dǎo)兩種獲得光學(xué)純手性化合物的方法及其原理。四、論述題（10分）設(shè)計(jì)一條合成以下天然產(chǎn)物片段（設(shè)為A）的合理路線。該片段包含一個(gè)酯基、一個(gè)羥基和一個(gè)雙鍵。要求簡(jiǎn)要說(shuō)明每步反應(yīng)的試劑、條件和關(guān)鍵步驟的選擇依據(jù)。假設(shè)起始原料為簡(jiǎn)單的脂肪族化合物。CH?-CH=CH-CH?-O-CO-CH?-CH?-CH?(A)五、譜圖解析題（25分）1HNMR數(shù)據(jù)(部分):化學(xué)位移(δppm)|積分|多重性|原子歸屬(推測(cè))-------------------|------|-------|-----------------1.28(s)|3|s|-CH?1.50(d,J=6Hz)|2|d|-CH?-CH(CH?)2.00(s)|3|s|-COCH?3.00(q,J=6Hz)|2|q|-OCH?CH?4.00(m)|1|m|-CH?-4.50(d,J=7.5Hz)|1|d|-CH=CH-6.50(s)|1|s|-ArH6.80(d,J=8.5Hz)|1|d|-ArH7.00(t,J=8Hz)|1|t|-CH=CH-7.20(dd,J=8.5,1Hz)|1|dd|-ArH13CNMR數(shù)據(jù)(部分):化學(xué)位移(δppm)|原子歸屬(推測(cè))-------------------|-----------------20.0|-CH?28.0|-CH?-CH(CH?)60.0|-OCH?CH?100.0|-CH=CH-110.0|-ArC120.0|-ArC130.0|-ArC160.0|-ArC170.0|-COCH?200.0|-C=O(羰基碳)COSY數(shù)據(jù)(關(guān)鍵耦合):4.50(d)-4.00(m),4.00(m)-3.00(q),3.00(q)-2.00(s)HMQC數(shù)據(jù)(關(guān)鍵相關(guān)):4.50(CH=CH-)-100.0(CH=CH-),2.00(COCH?)-200.0(C=O)---試卷答案一、選擇題1.c)2.b)3.d)4.c)5.b)6.a)7.b)8.c)9.c)10.a)解析1.Retrosyntheticanalysis常通過(guò)斷裂C-C鍵、C-X鍵或官能團(tuán)化合鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)。斷裂C-O、C-N鍵通常需要更復(fù)雜的轉(zhuǎn)化。斷裂兩個(gè)芳香環(huán)之間的C-C鍵較為罕見(jiàn)，除非有特殊離去基團(tuán)。斷裂C=C雙鍵是常見(jiàn)的，但題目未提供足夠信息。斷裂C-C單鍵（連接非芳香環(huán)）是最直接和常見(jiàn)的策略。故選c)。2.手性合成策略的核心是引入或控制手性中心。手性輔助劑通過(guò)暫時(shí)與底物形成非對(duì)映異構(gòu)復(fù)合物，引導(dǎo)反應(yīng)朝特定立體方向進(jìn)行。非手性試劑加成通常不提供特定立體構(gòu)型。光化學(xué)異構(gòu)化改變的是已存在雙鍵的構(gòu)型。均相酸催化通常不直接控制立體化學(xué)。故選b)。3.1HNMR譜顯示3:2:2:1的單質(zhì)子峰，暗示分子中存在一個(gè)甲基、一個(gè)亞甲基、一個(gè)次甲基和一個(gè)氫。結(jié)合乙?；盘?hào)(CH?CO-)，分子式C??H??O?可簡(jiǎn)化為C??H??O?(扣除乙?；?。這樣的氫譜模式、分子式和官能團(tuán)信息符合三萜類(lèi)化合物的特征。環(huán)己烷衍生物和萜類(lèi)化合物通常具有不同的氫譜模式。生物堿的骨架和氫譜特征也不同。故選d)。4.1HNMR譜提供質(zhì)子化學(xué)環(huán)境信息，但遠(yuǎn)程耦合(d>3Hz)信息有限。13CNMR提供碳骨架信息，但缺乏質(zhì)子間關(guān)系。DEPT用于區(qū)分不同類(lèi)型的碳。COSY(CorrelationSpectroscopy)是一種二維NMR技術(shù)，能夠直接檢測(cè)質(zhì)子之間的遠(yuǎn)程耦合，連接相關(guān)質(zhì)子，對(duì)于確定質(zhì)子間的遠(yuǎn)程關(guān)系至關(guān)重要。HMQC(HeteronuclearMultipleQuantumCoherence)連接氫和碳，但主要顯示近程相關(guān)。故選c)。5.3400cm?1處的寬而強(qiáng)吸收峰是O-H伸縮振動(dòng)特征，表明存在醇羥基或酚羥基。1700cm?1處的強(qiáng)吸收峰是C=O伸縮振動(dòng)特征，表明存在羰基（如酮、醛、酸、酯）。這兩個(gè)特征吸收峰共同強(qiáng)烈暗示了分子中同時(shí)存在醇/酚羥基和酯基。C=O在1715-1735cm?1更常見(jiàn)，但1700cm?1仍屬典型范圍。C=C雙鍵吸收在1650-1680cm?1。酯基C=O吸收通常在1735cm?1附近。故選b)。6.質(zhì)譜中，分子離子峰(M?)是分子失去一個(gè)電子后的離子峰，其相對(duì)豐度反映了該離子峰在總離子流強(qiáng)度中的比例。雖然M?豐度與分子穩(wěn)定性有關(guān)（穩(wěn)定性高則豐度高），但題目問(wèn)的是它反映的是什么。M?的存在直接表明了分子的相對(duì)分子質(zhì)量。它不直接反映穩(wěn)定性（穩(wěn)定性由同位素分布和碎片豐度體現(xiàn)），也不是原子數(shù)量或分子式本身。故選b)。7.具有一個(gè)手性中心的分子有兩種構(gòu)型：對(duì)映異構(gòu)體。對(duì)映異構(gòu)體是互為鏡像的非對(duì)映異構(gòu)體。非對(duì)映異構(gòu)體是指手性中心構(gòu)型不同且不互為鏡像的立體異構(gòu)體。具有一個(gè)手性中心的化合物只有一對(duì)對(duì)映異構(gòu)體，因此只有2種非對(duì)映異構(gòu)體（包括它自身和它的對(duì)映異構(gòu)體）。故選b)。8.保護(hù)基團(tuán)的作用是在特定反應(yīng)條件下“保護(hù)”某個(gè)官能團(tuán)不參與反應(yīng)，使其免受干擾，待到合成后期需要時(shí)再“去保護(hù)”恢復(fù)其活性。這有助于提高反應(yīng)的區(qū)域選擇性和化學(xué)選擇性，避免副反應(yīng)，使復(fù)雜合成路線得以順利進(jìn)行。提高反應(yīng)速率不是保護(hù)基的作用。增加反應(yīng)選擇性有時(shí)是間接效果，但不是主要目的。改變旋光性是手性催化劑或手性輔助劑的作用。故選c)。9.X射線單晶衍射技術(shù)通過(guò)分析晶體對(duì)X射線的衍射圖譜，可以直接測(cè)定晶體中原子在三維空間中的精確位置。這使得我們可以獲得分子中所有鍵長(zhǎng)、鍵角以及原子間的空間排布信息。雖然NMR和MS也能提供結(jié)構(gòu)信息，但XRD提供的信息最為詳盡和精確，特別是對(duì)于確定絕對(duì)構(gòu)型、氫鍵、分子堆積等。故選c)。10.萜類(lèi)化合物是異戊二烯單元(C?H?)的聚合或衍生物。甲羥戊酸(Mevalonicacid)是生物合成途徑中的關(guān)鍵中間體，通過(guò)甲羥戊酸途徑（或甲基赤蘚糖醇磷酸途徑）可以生成異戊烯基焦磷酸(IPP)和二甲基烯丙基焦磷酸(DMAPP)，它們是合成萜類(lèi)化合物的前體。光合作用產(chǎn)生糖類(lèi)和氧氣。檸檬酸循環(huán)和糖酵解是能量代謝途徑。故選a)。二、填空題1.碳架(或碳骨架)；官能團(tuán)(或離去基團(tuán))2.特定；特定3.參考頻率(或TMS)；δ(或化學(xué)位移)4.豐度最高(或最大)；100%(或100)5.圓二色譜(或CD)；鹵代反應(yīng)(或Vilsmeier-Haack反應(yīng)或Lucas反應(yīng))6.含氮雜環(huán)(或生物堿骨架)；麻醉；酯；真菌7.羧基化(或?；?；格氏反應(yīng)(或烯烴復(fù)分解)解析1.逆合成分析的核心是將復(fù)雜的目標(biāo)分子分解成更簡(jiǎn)單、易于合成的部分，即目標(biāo)分子可以看作是由某個(gè)部分（碳架）和某個(gè)離去基團(tuán)（官能團(tuán)）通過(guò)一個(gè)可逆的化學(xué)鍵連接而成的。2.區(qū)域選擇性指反應(yīng)傾向于發(fā)生在分子中不同類(lèi)型的原子或基團(tuán)上（如C-CvsC-O）。立體選擇性指反應(yīng)傾向于發(fā)生在分子中具有不同構(gòu)型（如順式vs反式，EvsZ）的原子或基團(tuán)上?？刂七@些選擇性是合成成功的關(guān)鍵。3.在NMR譜中，化學(xué)位移(ChemicalShift)是指特定核的共振頻率相對(duì)于一個(gè)參考頻率（通常是四甲基硅烷T(mén)MS）的偏差。這個(gè)偏差值用δ(delta)表示，單位是ppm(partspermillion)。4.質(zhì)譜中，基峰(BasePeak)是圖譜中信號(hào)強(qiáng)度(豐度)最高的峰。通常將基峰的相對(duì)豐度定義為100%。5.圓二色譜(CD)可用于檢測(cè)分子的手性（絕對(duì)構(gòu)型或構(gòu)型排布）。鹵代反應(yīng)（如Lucas反應(yīng)）是經(jīng)典的區(qū)分醇羥基反應(yīng)，可以根據(jù)反應(yīng)速率判斷醇的級(jí)別，間接幫助判斷結(jié)構(gòu)。此外，手性試劑反應(yīng)、光學(xué)活性測(cè)量等也可用于絕對(duì)構(gòu)型確定。6.生物堿是一類(lèi)含有氮雜環(huán)結(jié)構(gòu)，通常具有顯著生物活性的天然產(chǎn)物。它們廣泛存在于植物（如許多藥用植物）、動(dòng)物和微生物中。麻黃堿、嗎啡是植物來(lái)源生物堿的代表。生物堿骨架多樣，除含氮雜環(huán)外，常伴有其他官能團(tuán)。7.在天然產(chǎn)物合成中，為了保護(hù)敏感官能團(tuán)（如醇羥基），常用羧基化方法（如酯化、成酰胺）將其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的酯或酰胺。格氏反應(yīng)是合成碳負(fù)離子的重要方法，可用于延長(zhǎng)碳鏈。烯烴復(fù)分解反應(yīng)（如Schwartz反應(yīng)、Wittig反應(yīng)、Zhang反應(yīng)）是構(gòu)建碳-碳雙鍵和延長(zhǎng)碳鏈的強(qiáng)大工具。三、簡(jiǎn)答題1.保護(hù)基團(tuán)的作用是在合成過(guò)程中暫時(shí)“屏蔽”或“封閉”某個(gè)官能團(tuán)的反應(yīng)活性，防止其在不需要的時(shí)候發(fā)生副反應(yīng)或干擾后續(xù)步驟。去保護(hù)則是合成后期將保護(hù)基團(tuán)移除，恢復(fù)官能團(tuán)的原始活性。選擇原則包括：①保護(hù)選擇性好：只保護(hù)目標(biāo)分子中需要保護(hù)的官能團(tuán)，對(duì)其他官能團(tuán)無(wú)影響或影響小。②去保護(hù)選擇性好：在溫和條件下能定量去除保護(hù)基，不破壞目標(biāo)分子結(jié)構(gòu)或引入雜質(zhì)。③保護(hù)與去保護(hù)條件互不干擾：保護(hù)條件不能破壞已存在的官能團(tuán)，去保護(hù)條件不能影響保護(hù)基。④保護(hù)基自身穩(wěn)定：在保護(hù)條件下穩(wěn)定，在去保護(hù)條件下易被移除。⑤體積?。罕M量不影響分子構(gòu)象。⑥易于操作：保護(hù)與去保護(hù)反應(yīng)易于進(jìn)行和控制。2.紅外光譜(IR)和核磁共振波譜(NMR)都是重要的結(jié)構(gòu)解析工具，但它們基于不同的物理原理，提供的信息類(lèi)型不同。IR光譜通過(guò)測(cè)量分子振動(dòng)頻率來(lái)識(shí)別官能團(tuán)，提供定性的官能團(tuán)信息，但對(duì)分子骨架的確定能力有限，且存在譜峰重疊問(wèn)題。NMR光譜通過(guò)測(cè)量原子核在磁場(chǎng)中的共振行為來(lái)提供分子中原子（主要是氫和碳）的化學(xué)環(huán)境信息，能夠提供關(guān)于分子骨架、連接方式、立體化學(xué)的詳細(xì)信息，分辨率高，但需要昂貴的儀器，且對(duì)樣品量有要求，譜圖解析（特別是復(fù)雜分子）需要專(zhuān)業(yè)知識(shí)。優(yōu)勢(shì)上，IR快速、簡(jiǎn)便、成本相對(duì)較低，是官能團(tuán)鑒定的首選方法之一；NMR提供更豐富、更精細(xì)的結(jié)構(gòu)信息，尤其對(duì)于復(fù)雜分子骨架的確定具有不可替代的作用。3.手性拆分是將外消旋體（等量對(duì)映異構(gòu)體的混合物）通過(guò)化學(xué)方法分離成單一對(duì)映異構(gòu)體的過(guò)程。通常利用手性拆分劑與其中一個(gè)對(duì)映異構(gòu)體形成非對(duì)映異構(gòu)的絡(luò)合物，該絡(luò)合物與另一對(duì)映異構(gòu)體在溶解度、穩(wěn)定性等方面存在差異，從而實(shí)現(xiàn)分離。手性誘導(dǎo)是在非手性底物上合成手性中心，得到單一對(duì)映異構(gòu)體或非對(duì)映異構(gòu)體的過(guò)程。通常利用手性催化劑、手性輔劑或手性底物來(lái)誘導(dǎo)反應(yīng)發(fā)生朝特定立體構(gòu)型的方向進(jìn)行。手性拆分適用于已有外消旋體的情況，是獲得光學(xué)純物質(zhì)的方法之一；手性誘導(dǎo)則是在分子構(gòu)建過(guò)程中引入手性的方法，是合成手性分子的核心策略之一。四、論述題合成路線設(shè)計(jì)：起始原料：CH?-CH?-CH?-Br(1-溴丁烷)步驟1:碳鏈延長(zhǎng)-醛合成1-溴丁烷與NaBH?或LiAlH?反應(yīng)，還原為1-丁醇。1-丁醇氧化為1-丁醛(CH?-CH?-CH?-CHO)。CH?-CH?-CH?-Br→CH?-CH?-CH?-OH→CH?-CH?-CH?-CHO(或CH?-CH?-CH?-Br→CH?-CH?-CH?-CHO直接使用Grignard試劑如CH?CH?CH?MgBr與CH?CHO反應(yīng))步驟2:引入酯基1-丁醛與乙酸酐(Ac?O)在酸性條件下（如催化劑Amberlyst-15）發(fā)生縮醛反應(yīng)，生成3-羥基丁醛縮乙酰氧基乙烷(CH?-CH?-CH(OAc)-CH?-O-CH?-CH?)。CH?-CH?-CH?-CHO+(CH?CO)?O→CH?-CH?-CH(OAc)-CH?-O-CH?-CH?步驟3:引入雙鍵3-羥基丁醛縮乙酰氧基乙烷在強(qiáng)酸（如H?SO?）催化下發(fā)生分子內(nèi)縮醛反應(yīng)（或分子內(nèi)克萊森縮合），同時(shí)發(fā)生分子重排，消除水，生成雙鍵。CH?-CH?-CH(OAc)-CH?-O-CH?-CH?--(H?SO?,加熱)-->CH?-CH=CH-CH?-O-CO-CH?-CH?(A)關(guān)鍵步驟選擇依據(jù)：*步驟1：選擇溴代烷還原為醇，再氧化為醛，是經(jīng)典的合成醛的方法，反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)率較高。使用Grignard試劑與醛反應(yīng)也是合成醛的常用方法。*步驟2：選擇縮醛反應(yīng)引入酯基，可以保護(hù)醛基，避免其在后續(xù)縮合反應(yīng)中參與。同時(shí)，縮醛結(jié)構(gòu)有時(shí)有利于后續(xù)環(huán)化或分子內(nèi)反應(yīng)。使用乙酸酐是常用的酯化試劑。*步驟3：強(qiáng)酸催化的分子內(nèi)縮醛消除反應(yīng)是構(gòu)建烯烴并引入酯基的常用策略。此反應(yīng)條件通常能促使分子內(nèi)成環(huán)或重排，得到所需的目標(biāo)片段。選擇加熱提供活化能。五、譜圖解析題結(jié)構(gòu)式推斷：未知物分子式：C??H??O?1HNMR分析：*δ1.28(s,3H):一個(gè)甲基(-CH?)。*δ1.50(d,J=6Hz,2H):一個(gè)亞甲基(-CH?-)，與鄰近甲基有6Hz耦合，推測(cè)在(CH?)CH?-結(jié)構(gòu)中。*δ2.00(s,3H):一個(gè)乙酰基甲基(-COCH?)。*δ3.00(q,J=6Hz,2H):一個(gè)亞甲基(-CH?-)，與鄰近甲基有6Hz耦合，且為quartet，推測(cè)連接在-OCH?CH?中。*δ4.00(m,1H):一個(gè)亞甲基(-CH?-)，處于復(fù)雜區(qū)域，與鄰近質(zhì)子有多重耦合。*δ4.50(d,J=7.5Hz,1H):一個(gè)亞甲基(-CH?-)，與鄰近質(zhì)子有7.5Hz耦合，推測(cè)在=CH-結(jié)構(gòu)中。*δ6.50(s,1H):一個(gè)芳香環(huán)上的單質(zhì)子，化學(xué)位移較低，推測(cè)為對(duì)位取代。*δ6.80(d,J=8.5Hz,1H):一個(gè)芳香環(huán)上的單質(zhì)子，與6.50ppm質(zhì)子有8.5Hz耦合，推測(cè)為鄰位取代。*δ7.00(t,J=8Hz,1H):一個(gè)烯烴上的單質(zhì)子，與鄰近質(zhì)子有8Hz耦合，推測(cè)為trans-CH=CH-結(jié)構(gòu)。*δ7.20(dd,J=8.5,1Hz,1H):一個(gè)芳香環(huán)上的單質(zhì)子，具有雙二重峰，推測(cè)為間位取代。13CNMR分析：*δ20.0:一個(gè)甲基(-CH?)。*δ28.0:一個(gè)亞甲基(-CH?-)。*δ60.0:一個(gè)乙氧基(-OCH?-)。*δ100.0:一個(gè)烯烴碳(-CH=CH-)。*δ110.0,120.0,130.0,160.0:四個(gè)芳香碳。*δ170.0