2025年大學(xué)《應(yīng)用化學(xué)》專業(yè)題庫——制藥工藝技術(shù)優(yōu)化考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.在藥物合成工藝路線優(yōu)化中，提高反應(yīng)選擇性（增加目標(biāo)產(chǎn)物收率，減少副產(chǎn)物生成）通常優(yōu)先考慮的方法是（）。A.降低反應(yīng)溫度B.使用更溫和的反應(yīng)介質(zhì)C.優(yōu)化催化劑種類或用量D.增加反應(yīng)時間2.對于需要分離提純的藥物產(chǎn)物，如果產(chǎn)物與雜質(zhì)極性差異較大，以下哪種單元操作通常效率最高？（）A.蒸餾B.結(jié)晶C.萃取D.吸附3.在制藥工藝放大過程中，傳質(zhì)效率顯著下降是導(dǎo)致放大效應(yīng)的主要問題之一，這通常與以下哪個因素關(guān)系最密切？（）A.反應(yīng)熱效應(yīng)B.設(shè)備投資成本C.床層膨脹因子D.原料成本4.原子經(jīng)濟性是衡量化學(xué)反應(yīng)效率的重要指標(biāo)，以下哪個反應(yīng)的原子經(jīng)濟性最高？（）A.CH?CH?Cl+NaOH→CH?CH?OH+NaClB.C?H?+Br?→C?H?Br+HBrC.2C?H?+O?→2C?H?OD.CH?COOH+C?H?OH→CH?COOC?H?+H?O5.選用超臨界流體（如超臨界CO?）作為反應(yīng)或分離介質(zhì)，其主要優(yōu)點之一是（）。A.反應(yīng)速率極快B.環(huán)境友好，無毒無味C.產(chǎn)品純度高，易回收D.可在高溫高壓下操作6.在連續(xù)流動化學(xué)中，微反應(yīng)器技術(shù)的主要優(yōu)勢之一是（）。A.易于放大B.可處理高粘度或固形物原料C.增強反應(yīng)控制，提高產(chǎn)率和選擇性D.設(shè)備投資成本相對較低7.對于exothermic反應(yīng)，在工藝放大時需要特別關(guān)注和控制的是（）。A.反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率B.產(chǎn)物分離效率C.反應(yīng)熱釋放速率與散熱速率的匹配D.催化劑活性8.在制藥過程中，采用固定床反應(yīng)器還是流化床反應(yīng)器，需要根據(jù)（）等因素綜合考慮。A.反應(yīng)物性質(zhì)B.所需反應(yīng)溫度C.是否需要高效分離產(chǎn)物D.以上所有因素9.綠色化學(xué)原則提倡使用更安全的化學(xué)品，以下哪種做法最符合該原則？（）A.開發(fā)高效但會產(chǎn)生劇毒廢物的合成路線B.使用高沸點、高粘度的溶劑以利于回收C.盡量選用可再生的原料D.為了提高收率，允許使用有毒催化劑10.某藥物合成涉及一個可逆反應(yīng)，要使平衡向生成物方向移動，根據(jù)勒夏特列原理，可以采取的措施是（）。A.降低反應(yīng)溫度B.增大生成物濃度C.及時移走生成物D.以上所有措施二、填空題1.藥物工藝優(yōu)化不僅要考慮提高目標(biāo)產(chǎn)物的______，還要關(guān)注降低能耗、減少污染物排放和______。2.在多步反應(yīng)的工藝路線中，除了關(guān)注每步的化學(xué)收率，還需要考慮______，以評估整個路線的經(jīng)濟性。3.影響精餾分離效率的關(guān)鍵因素包括塔板效率、______和回流比。4.工藝放大過程中，需要考慮的傳遞現(xiàn)象主要包括______和傳質(zhì)。5.采用連續(xù)流反應(yīng)器進行液相反應(yīng)，相比傳統(tǒng)間歇釜式反應(yīng)器，在提高______方面具有優(yōu)勢。6.催化劑在制藥工藝優(yōu)化中扮演著重要角色，理想的制藥催化劑應(yīng)具備高活性、高選擇性、高穩(wěn)定性和______。7.溶劑的選擇對反應(yīng)效率、產(chǎn)物純化和______有重要影響。8.原子經(jīng)濟性是指反應(yīng)中______轉(zhuǎn)化為有用產(chǎn)物的比例。9.為了減少溶劑消耗和廢物產(chǎn)生，可以采用______、反應(yīng)介質(zhì)回收利用或無溶劑反應(yīng)等技術(shù)。10.藥物工藝優(yōu)化是一個______的過程，需要在技術(shù)可行性、經(jīng)濟合理性和環(huán)境友好性之間進行權(quán)衡。三、簡答題1.簡述影響藥物結(jié)晶過程的關(guān)鍵因素及其對產(chǎn)物質(zhì)量的影響。2.簡述綠色化學(xué)十二原則中的“預(yù)防原則”在制藥工藝優(yōu)化中的體現(xiàn)。3.簡述制藥工藝放大過程中可能遇到的主要挑戰(zhàn)以及相應(yīng)的應(yīng)對策略。四、計算題1.某藥物合成反應(yīng)A→P，在實驗室研究中，以95%的化學(xué)收率得到10克產(chǎn)物P。假設(shè)該反應(yīng)原子經(jīng)濟性為90%。現(xiàn)在需要放大到每天生產(chǎn)500克P，如果原料成本為10元/千克，問理論上至少需要消耗多少千克原料A？此過程的經(jīng)濟性主要受哪些因素影響？2.某精餾塔用于分離某混合物，塔頂采用全凝器，塔底采出液相。已知進料為飽和液體，泡點進料，流量為100kg/h，組成為0.6(摩爾分?jǐn)?shù))。塔頂產(chǎn)品組成為0.95，塔底產(chǎn)品組成為0.05。若塔的理論板數(shù)為10塊，塔頂冷凝器消耗的冷凝負荷為500kJ/kg(指每千克塔頂蒸汽冷凝放出的熱量)。請簡述該精餾過程的基本原理，并說明影響分離效率的主要因素。五、論述題某藥物中間體M通過以下反應(yīng)制備：A+B→M+N。該反應(yīng)在室溫下進行，但反應(yīng)速率很慢。為了提高生產(chǎn)效率，研究人員考慮了以下幾種優(yōu)化方案：(1)提高反應(yīng)溫度；(2)使用催化劑；(3)采用連續(xù)流動反應(yīng)器；(4)優(yōu)化反應(yīng)介質(zhì)，使用萃取劑將產(chǎn)物M在反應(yīng)過程中萃取出來。請結(jié)合化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)、傳質(zhì)原理以及制藥工藝優(yōu)化的相關(guān)知識，分析以上四種方案的優(yōu)缺點，并論述選擇哪種或哪幾種方案可能更有效，為什么？在做出選擇時，需要考慮哪些因素？---試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.A5.B6.C7.C8.D9.C10.D二、填空題1.收率；環(huán)境2.步驟經(jīng)濟性3.理論塔板數(shù)4.傳熱5.反應(yīng)速率/生產(chǎn)效率6.易于分離7.環(huán)境影響8.反應(yīng)物總質(zhì)量9.無溶劑反應(yīng)；溶劑循環(huán)利用10.綜合平衡三、簡答題1.解析思路：分析影響結(jié)晶的關(guān)鍵參數(shù)（過飽和度、溫度、攪拌、晶種、溶劑等）及其對晶粒大小、純度、形態(tài)的影響。答案：影響藥物結(jié)晶過程的關(guān)鍵因素包括：過飽和度（驅(qū)動力）、溫度（影響溶解度和生長速率）、攪拌（影響傳質(zhì)和防止結(jié)塊）、晶種（控制結(jié)晶起始和形態(tài)）、溶劑（影響溶解度和晶型）。高過飽和度有利于快速結(jié)晶，但可能導(dǎo)致細小晶粒；適宜的降溫速率和攪拌有助于獲得較大、較純的晶粒；添加晶種可以控制結(jié)晶過程，防止出現(xiàn)結(jié)塊或不良晶型。2.解析思路：理解預(yù)防原則的核心思想（優(yōu)先預(yù)防污染而非治理），并將其應(yīng)用于制藥工藝優(yōu)化，如選用無害原料、設(shè)計無廢物生成路線等。答案：綠色化學(xué)的預(yù)防原則要求在化學(xué)品的設(shè)計、制造和應(yīng)用過程中，盡可能預(yù)防污染的產(chǎn)生，而不是在產(chǎn)生后進行治理。在制藥工藝優(yōu)化中體現(xiàn)為：優(yōu)先選用無毒、無害、低毒、低環(huán)境的原料和試劑；設(shè)計合成路線時，盡量選擇原子經(jīng)濟性高的方法，減少副產(chǎn)物和廢棄物的生成；采用安全的反應(yīng)條件，避免使用劇毒或強腐蝕性的物質(zhì)；開發(fā)可降解、可回收的化學(xué)品和工藝。3.解析思路：列舉放大過程中常見的挑戰(zhàn)（如傳質(zhì)傳熱問題、混合不均、反應(yīng)失控、設(shè)備匹配等），并提出相應(yīng)的解決方法（如逐級縮小、模擬計算、加強攪拌、分段放大、考慮反應(yīng)熱等）。答案：制藥工藝放大可能遇到的主要挑戰(zhàn)包括：傳質(zhì)傳熱效應(yīng)變化（如反應(yīng)熱難以散發(fā)）、混合不均勻、反應(yīng)動力學(xué)改變、設(shè)備匹配問題、操作穩(wěn)定性等。應(yīng)對策略包括：采用逐級縮小或逐級放大的策略，進行中試放大研究；利用過程模擬軟件預(yù)測放大效應(yīng)；加強攪拌，改善混合效果；針對反應(yīng)熱效應(yīng)，設(shè)計有效的冷卻/加熱系統(tǒng)；關(guān)注設(shè)備材質(zhì)兼容性、操作參數(shù)（如流速、壓力）的匹配；進行充分的實驗驗證和風(fēng)險評估。四、計算題1.解析思路：(1)根據(jù)化學(xué)收率和產(chǎn)物量反推原料消耗量；(2)計算原料的理論消耗量；(3)分析影響經(jīng)濟性的因素（原料價格、轉(zhuǎn)化率、能耗、設(shè)備投資、廢物處理等）。答案：理論收率10克P，對應(yīng)原料A消耗量=10g/0.95=10.53g。由于原子經(jīng)濟性為90%，即理論生成P的質(zhì)量為原料A質(zhì)量的90%。設(shè)需要原料A質(zhì)量為xkg，則0.9xkg=500g*(10.53g/10g)=526.5g。所以x=526.5g/0.9=585.0g=0.585kg。理論上至少需要0.585kg原料A。經(jīng)濟性主要受原料價格、實際收率（可能低于實驗室）、能耗、設(shè)備投資、反應(yīng)和分離效率、廢物處理成本等因素影響。2.解析思路：(1)簡述精餾基本原理（利用混合物中各組分揮發(fā)度的差異，通過多次部分氣化和部分冷凝實現(xiàn)分離）；(2)列舉影響分離效率的因素（理論板數(shù)、進料熱狀態(tài)、回流比、塔板效率、操作壓力/溫度等）。答案：精餾是利用混合物中各組分揮發(fā)度的差異，通過在塔內(nèi)設(shè)置多個理論板（或?qū)嶋H塔板），使蒸汽相和液相進行多次逐級氣化和冷凝，從而達到分離目的的過程。原料為泡點進料，進入塔內(nèi)后一部分氣化，一部分作為液相下降。塔頂蒸汽經(jīng)冷凝器冷凝后得到液相產(chǎn)品（塔頂產(chǎn)品）。影響分離效率的主要因素包括：塔的理論板數(shù)（板數(shù)越多，分離效果越好）；塔頂與塔底的操作壓力和溫度；回流比的大小（合適的回流比是獲得最佳分離效果的關(guān)鍵）；塔板效率（實際塔板效率越接近理論塔板效率，分離效果越好）；進料熱狀態(tài)（泡點進料對能量利用最有利）。五、論述題解析思路：(1)分析各方案：*提高溫度：可能加快反應(yīng)速率，但可能增大副反應(yīng)幾率，影響選擇性，甚至導(dǎo)致產(chǎn)物分解或催化劑失活，能耗增加。*使用催化劑：能顯著降低活化能，加快反應(yīng)速率，提高選擇性，通常能耗較低，是常用優(yōu)化手段，但需考慮成本、毒性和壽命。*采用連續(xù)流動反應(yīng)器：可提供更均勻的溫度和濃度場，強化傳質(zhì)傳熱，易于精確控制反應(yīng)進程，提高反應(yīng)速率和選擇性，尤其適合熱敏性或需要精確控制的反應(yīng)，但設(shè)備投資和操作復(fù)雜度可能較高。*優(yōu)化反應(yīng)介質(zhì)/萃?。焊淖兘橘|(zhì)可能影響反應(yīng)平衡和速率，萃取可以在反應(yīng)過程中或之后將產(chǎn)物移出，使平衡向產(chǎn)物方向移動，提高收率，但需考慮萃取效率、溶劑選擇、成本和環(huán)境影響。(2)選擇與論述：綜合考慮，催化劑和連續(xù)流動反應(yīng)器通常是優(yōu)先考慮的方案，因為它們能直接提高反應(yīng)速率和效率，且可能改善選擇性。萃取也是一種有效手段，尤其當(dāng)需要提高平衡收率時。選擇哪種或哪幾種方案取決于具體反應(yīng)的性質(zhì)（動力學(xué)、熱力學(xué)）、原料和產(chǎn)物特性、經(jīng)濟要求和環(huán)境法規(guī)。需要權(quán)衡效率、成本、選擇性、環(huán)境友好性和操作復(fù)雜性。答案：(1)分析各方案優(yōu)缺點：*提高反應(yīng)溫度：優(yōu)點是可能顯著加快反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率。缺點是可能增大副反應(yīng)幾率，降低目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性；對于熱敏性反應(yīng)，可能導(dǎo)致產(chǎn)物分解或催化劑失活；同時會顯著增加反應(yīng)熱，給散熱帶來挑戰(zhàn)，能耗也大幅增加。*使用催化劑：優(yōu)點是能顯著降低反應(yīng)活化能，加快反應(yīng)速率，提高反應(yīng)效率和生產(chǎn)強度；通常能提高選擇性，減少副產(chǎn)物；對環(huán)境溫和，能耗相對較低。缺點是催化劑本身有成本，可能需要回收或再生；部分催化劑可能存在毒副作用或壽命問題。*采用連續(xù)流動反應(yīng)器：優(yōu)點是反應(yīng)物混合均勻，傳質(zhì)傳熱效率高，易于精確控制反應(yīng)溫度、壓力和停留時間，特別適合強放熱反應(yīng)或需要精確動力學(xué)控制的過程，能顯著提高反應(yīng)速率和選擇性，減少反應(yīng)體積。缺點是設(shè)備初始投資較高，操作和維護相對復(fù)雜，對于某些固體參與的反應(yīng)可能不適用。*優(yōu)化反應(yīng)介質(zhì)/萃?。焊淖兘橘|(zhì)可能調(diào)整反應(yīng)平衡常數(shù)和速率。采用萃取劑在反應(yīng)過程中或結(jié)束后將產(chǎn)物移出，可以不斷移走產(chǎn)物，根據(jù)勒夏特列原理，使平衡持續(xù)向產(chǎn)物方向移動，從而提高收率。優(yōu)點是能有效提高平衡轉(zhuǎn)化率。缺點是需選擇合適的萃取劑，考慮萃取效率、選擇性、溶劑回收成本和環(huán)境影響；可能引入新的分離步驟。(2)選擇與論述：對于該慢反應(yīng)，優(yōu)化是必要的。使用催化劑是首選方案之一，因為它能顯著提高反應(yīng)速率，且通常能保持較好的選擇性，是提高生產(chǎn)效率的有效途徑。采用連續(xù)流動反應(yīng)器也是非常有潛力的方案，它可以強化