2025年大學《化學》專業(yè)題庫——天然產(chǎn)物中的生物活性物質研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內）1.下列哪一類天然產(chǎn)物通常來源于植物的光合作用初級代謝途徑？A.萜類化合物B.生物堿C.皂苷D.氨基酸2.在天然產(chǎn)物提取過程中，若目標化合物在水中溶解度很小，但在有機溶劑中溶解度良好，且熱穩(wěn)定性較差，比較適宜采用的方法是？A.索氏提取B.加壓回流提取C.冷凍干燥提取D.超臨界流體萃取3.在核磁共振氫譜（1HNMR）中，化學位移通常在δ1-2ppm范圍內出現(xiàn)的信號，最可能歸屬為：A.羧基質子B.羰基氫（α-氫）C.脂基質子D.苯環(huán)氫4.下列哪種波譜技術最適合用于測定分子量并推斷分子式？A.紅外光譜（IR）B.核磁共振波譜（NMR）C.質譜（MS）D.紫外-可見光譜（UV-Vis）5.分子式為C??H??O?的化合物，其1HNMR譜顯示四組單質子峰（δ0.9,1.3,1.6,2.1ppm）各為3H，以及一組三質子峰（δ0.8ppm）和一組雙質子峰（δ1.5ppm）。其結構最可能是：A.(Z)-3-己烯-2-酮B.2-甲基-2-戊烯-4-酮C.甲基環(huán)己酮D.2,3-二甲基丁烷-2-酮6.某天然產(chǎn)物具有顯著的抗菌活性，其結構中含有一個季銨堿結構，且能與三氯化鐵試劑顯色。該化合物最可能屬于哪一類？A.萜類化合物B.甾體化合物C.生物堿D.酚類化合物7.構效關系研究的核心目的是什么？A.發(fā)現(xiàn)新的天然產(chǎn)物來源B.闡明天然產(chǎn)物的生物合成途徑C.建立化合物結構特征與生物活性之間的定量或定性關系，以指導化合物設計和優(yōu)化D.評價天然產(chǎn)物的市場價值8.在天然產(chǎn)物研究中，逆流色譜（CCC）技術的優(yōu)勢之一是？A.可以處理極性非常強的化合物B.通常不需要固體支持物，對環(huán)境較為友好C.分辨率可以達到凝膠色譜的水平D.特別適用于從水溶性基質中提取脂溶性成分9.某化合物屬于二萜類，具有抗炎活性。其結構中一定含有的基團是？A.羧基B.醇羥基C.苯環(huán)D.復雜的糖苷基10.代謝組學技術在天然產(chǎn)物研究中的應用主要在于？A.直接分離純化得到單一化合物B.快速篩選大量化合物庫C.研究生物體對天然產(chǎn)物處理后的代謝變化，揭示其作用機制D.預測天然產(chǎn)物的生物活性二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.從植物中提取活性成分時，若目標化合物為熱不穩(wěn)定性苷類，且極性較大，常優(yōu)先考慮使用__________法進行初步純化。2.在核磁共振碳譜（13CNMR）中，化學位移在δ170-180ppm范圍內的碳原子通常連接在__________原子或原子團上。3.某生物堿分子式為C??H??NO?，其NMR譜顯示一個δ2.0ppm的雙峰（3JCH=8Hz），說明氮原子連接在一個具有順式構型的__________上。4.天然產(chǎn)物生物合成途徑中的甲羥戊酸途徑（MVA）和莽草酸途徑（SHIKIMATE）是合成__________的前體。5.在研究天然產(chǎn)物構效關系時，若通過結構修飾使化合物失去活性，通常稱為__________效應。6.利用高效液相色譜-質譜聯(lián)用（LC-MS）技術，可以通過__________信息和__________信息來推斷化合物的結構。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述薄層色譜（TLC）在天然產(chǎn)物分離純化過程中主要起什么作用？2.簡述生物堿的共性（至少寫出三點）。3.簡述天然產(chǎn)物生物合成研究中，代謝組學方法的基本思路。4.為什么說天然產(chǎn)物是現(xiàn)代藥物發(fā)現(xiàn)的重要寶庫？四、論述題（每題10分，共30分）1.設計一個從某種富含皂苷的植物中提取、分離并初步鑒定目標皂苷成分的實驗方案框架。請簡述主要步驟、所使用的核心技術以及選擇這些技術的理由。2.以某具有鎮(zhèn)痛活性的天然產(chǎn)物（如嗎啡）為例，闡述如何運用構效關系原理對其進行結構修飾，以提高其鎮(zhèn)痛活性并降低成癮性。3.結合當前科技發(fā)展，論述在天然產(chǎn)物研究中，計算化學方法（如分子對接、虛擬篩選）能夠發(fā)揮哪些作用，并舉例說明其應用前景。試卷答案一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內）1.D2.B3.C4.C5.C6.C7.C8.B9.B10.C二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.柱色譜2.羰基3.亞甲基4.復雜的有機分子（如萜類、甾體、生物堿等）5.反6.質荷比，結構三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述薄層色譜（TLC）在天然產(chǎn)物分離純化過程中主要起什么作用？答：TLC主要用于快速檢測、監(jiān)測反應進程、初步分離化合物、確定洗脫劑系統(tǒng)以及進行斑點鑒定（與標準品對照或顯色）。它操作簡便、快速、成本低，是分離純化前必不可少的預實驗步驟，有助于選擇合適的柱色譜洗脫條件。2.簡述生物堿的共性（至少寫出三點）。答：生物堿通常具有堿性，在水和親脂性溶劑中的溶解度不同；多為結晶性固體；多數(shù)具有苦味；具有廣泛的生物活性，如生理作用、藥理作用；分子中常含有氮原子，且氮原子通常在環(huán)狀結構中；多數(shù)生物堿可與某些試劑（如碘化鉍鉀、碘化碘化鉀、苦味酸、高錳酸鉀等）產(chǎn)生顏色反應。3.簡述天然產(chǎn)物生物合成研究中，代謝組學方法的基本思路。答：代謝組學方法的基本思路是：提取生物體（如植物、微生物）的總代謝物，利用高效的分離技術（如GC、LC）與高靈敏度檢測技術（如MS、NMR）對其進行全面定量分析，獲得代謝物圖譜；通過與已知數(shù)據(jù)庫比對或模式識別方法，鑒定圖譜中的代謝物；比較不同處理或狀態(tài)下的代謝物譜圖差異，篩選出顯著變化的代謝物；結合生物學知識，解析這些變化背后的代謝途徑和網(wǎng)絡，從而揭示天然產(chǎn)物的生物合成過程或調控機制。4.為什么說天然產(chǎn)物是現(xiàn)代藥物發(fā)現(xiàn)的重要寶庫？答：天然產(chǎn)物是現(xiàn)代藥物發(fā)現(xiàn)的重要寶庫，原因在于：①天然界經(jīng)過億萬年的進化，產(chǎn)生了極其豐富的化學結構和生物活性物質，是藥物先導化合物的巨大來源；②許多當前臨床應用的藥物（如阿司匹林、嗎啡、奎寧、青霉素等）都來源于天然產(chǎn)物或其衍生物；③天然產(chǎn)物往往具有復雜的結構多樣性和獨特的生物活性，為新藥研發(fā)提供了不同于合成化學的思路；④利用現(xiàn)代技術（如活性篩選、基因工程、代謝組學）可以更高效地從天然資源中發(fā)現(xiàn)有價值的候選藥物。四、論述題（每題10分，共30分）1.設計一個從某種富含皂苷的植物中提取、分離并初步鑒定目標皂苷成分的實驗方案框架。請簡述主要步驟、所使用的核心技術以及選擇這些技術的理由。答：實驗方案框架：(1)提?。喝≈参锓勰眠m宜的溶劑（如80%乙醇或甲醇）進行冷浸或熱回流提取，提取液濃縮。(2)初步純化/除去雜質：將濃縮后的提取液進行大孔樹脂吸附，用不同極性的溶劑（如水、乙醇梯度洗脫），初步分離皂苷組分與其他水溶性或脂溶性雜質。選擇理由：大孔樹脂吸附能有效吸附極性較大的皂苷類成分，而色素、多糖等雜質易被洗脫，操作簡便高效。(3)分離純化：將富集的皂苷組分進行柱色譜分離。上樣于硅膠柱，先用低極性溶劑（如二氯甲烷/乙酸乙酯）洗脫，除去非皂苷雜質；再用逐漸增加極性的溶劑系統(tǒng)（如二氯甲烷/甲醇梯度）進行梯度洗脫，分離得到不同皂苷苷元或苷的組分。選擇理由：硅膠柱色譜對極性范圍較寬的天然產(chǎn)物（包括皂苷）具有良好的分離效果，通過梯度洗脫可以實現(xiàn)對復雜混合物的有效分離。(4)純化：對柱色譜分離得到的感興趣的組分，可進一步使用制備型HPLC（高速液相色譜）或重結晶等方法進行精制，獲得目標皂苷的較純樣品。選擇理由：制備型HPLC分離效率高、速度快，適用于獲得毫克級純品；重結晶是經(jīng)典純化方法，操作簡單，成本較低。(5)鑒定：對獲得的純化合物進行結構鑒定。利用現(xiàn)代波譜技術，包括1HNMR,13CNMR,2DNMR(COSY,HSQC,HMBC),MS(HRESI-MS,GC-MS),IR,UV-Vis等進行全面分析。必要時結合化學方法（如酸水解、酶水解）研究其苷元和糖鏈結構。選擇理由：現(xiàn)代波譜學是天然產(chǎn)物結構鑒定的核心手段，能夠提供化合物的詳細結構信息；結合化學方法可以進一步確認糖基化結構。2.以某具有鎮(zhèn)痛活性的天然產(chǎn)物（如嗎啡）為例，闡述如何運用構效關系原理對其進行結構修飾，以提高其鎮(zhèn)痛活性并降低成癮性。答：運用構效關系原理對嗎啡類鎮(zhèn)痛活性天然產(chǎn)物進行結構修飾，通常遵循以下思路：(1)分析構效關系：研究嗎啡及其類似物結構與鎮(zhèn)痛活性（特別是效力、選擇性）和成癮性之間的定量或定性關系。例如，通過構效關系分析發(fā)現(xiàn)，嗎啡環(huán)上的3位和6位羥基、7位氮原子上氮等是維持鎮(zhèn)痛活性的關鍵基團或位點；而5位甲基的存在對鎮(zhèn)痛活性貢獻不大，但可能影響成癮性。(2)設計修飾方向：*提高活性：在保持關鍵活性基團的前提下，對影響電子云分布、空間位阻的基團進行修飾。例如，將5位甲基替換為吸電子基團（如鹵素、氰基、硝基）或引入雙鍵，可能增強與受體的結合力，提高活性。將3位或6位羥基甲基化，可能改變構象，增強活性。*降低成癮性：針對與成癮性相關的基團進行修飾。例如，嗎啡的7位氮原子與成癮性密切相關，通過N-氧化、N-烷基化、N-酰胺化等改變氮原子的電子性質或空間環(huán)境，可以降低其成癮性而不顯著降低鎮(zhèn)痛效力。或者，將3位或6位羥基引入較強的空間位阻（如用異丙基、叔丁基替換氫），改變分子與μ阿片受體的結合模式，選擇性提高鎮(zhèn)痛作用，降低μ受體介導的成癮性。(3)合成與篩選：合成設計好的修飾化合物，通過體外活性測試（如細胞實驗測定受體結合親和力、鎮(zhèn)痛效力）和體內成癮性評價（如動物自發(fā)性活動、鎮(zhèn)痛劑量-成癮轉換率），篩選出活性保持或提高、成癮性降低的候選分子。(4.優(yōu)化：對篩選出的候選分子進行進一步的結構優(yōu)化，以平衡活性、成癮性、藥代動力學性質（如吸收、分布、代謝、排泄）和安全性。3.結合當前科技發(fā)展，論述在天然產(chǎn)物研究中，計算化學方法（如分子對接、虛擬篩選）能夠發(fā)揮哪些作用，并舉例說明其應用前景。答：計算化學方法在天然產(chǎn)物研究中發(fā)揮著越來越重要的作用，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：(1)虛擬篩選（VirtualScreening,VS）：利用計算方法快速篩選大型天然產(chǎn)物數(shù)據(jù)庫或化合物庫，預測哪些化合物可能與靶點（如酶、受體）具有高親和力。作用：大大減少需要進行的濕實驗篩選的化合物數(shù)量，降低篩選成本和時間，提高發(fā)現(xiàn)先導化合物的效率。例如，可以將植物基因組預測的次級代謝產(chǎn)物結構，通過分子對接計算其與某個抗癌靶點（如激酶）的結合模式和親和能，篩選出潛在的候選抗癌先導化合物。(2)結構解析輔助：對于缺乏晶體結構或難以獲得晶體的天然產(chǎn)物，可以利用分子動力學（MD）模擬、量子化學計算等方法預測其三維結構、構象、質子化狀態(tài)、氫鍵網(wǎng)絡等。作用：為波譜解析提供理論參考，幫助理解結構特征。例如，通過計算可以預測一個未知生物堿在不同pH條件下的可能存在形式和NMR化學位移。(3)生物活性預測與構效關系研究：計算化學可以預測化合物的ADME（吸收、分布、代謝、排泄）性質、藥代動力學參數(shù)、毒性等，幫助評估其成藥性。同時，通過計算分析化合物結構與活性之間的關系，可以深化對構效關系的理解，指導化學結構優(yōu)化。例如，通過計算研究某抗菌天然產(chǎn)物的作用機制，理解其與靶點相互作用的位點，為設計更有效、更窄譜的