2025年大學《資源化學》專業(yè)題庫——化學結構活性關系研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述定量構效關系（QSAR）的基本思想及其在藥物設計或資源化學應用中的意義。二、分子中的哪些因素可能導致定量子效應（QSAR）？請列舉至少三種，并簡要說明每種因素如何影響分子的某種活性或性質(zhì)。三、某類用于礦物浮選的捕收劑結構中，引入長鏈烷基會增強其浮選活性。試從結構-活性關系的角度解釋這一現(xiàn)象，并說明可能涉及哪些效應。四、在設計和篩選用于CO?捕獲的金屬有機框架（MOF）材料時，研究者通常會調(diào)整有機配體的結構。請列舉至少三種可以調(diào)整的配體結構特征，并分別說明這些特征變化如何影響MOF的CO?捕獲性能（選擇性、容量）。五、一個簡單的有機化合物系列如下：化合物A:CH?-CH?-Br化合物B:CH?-CH(Br)-CH?化合物C:CH?(Br)-CH?-CH?假設該系列化合物具有某種生物活性，實驗測得活性強度順序為A>B>C。請分析該系列化合物結構變化所涉及的主要效應，并解釋導致活性強度遞減的原因。六、氫鍵在藥物分子與靶點結合、礦物表面潤濕性等方面都扮演重要角色。請分別說明在藥物設計中考慮氫鍵作用的意義，以及氫鍵可能如何影響礦物浮選過程。七、對于資源化學領域中的一個具體例子（如某種催化劑、吸附劑或礦物處理劑），描述其結構-活性關系的研究現(xiàn)狀，包括常用的研究方法、關鍵的結構-活性關聯(lián)以及當前面臨的研究挑戰(zhàn)。試卷答案一、QSAR（定量構效關系）是利用數(shù)學模型定量描述化學結構與生物活性（或物理化學性質(zhì)）之間定量關系的科學方法。其基本思想是通過量化和構效關系模型，根據(jù)已知的分子結構及其活性數(shù)據(jù)，預測未知分子的活性，或解釋已知化合物的活性差異。在資源化學中，QSAR可用于預測礦物浮選劑、催化劑的活性，指導新分子或材料的設計與優(yōu)化，提高資源利用效率。二、分子中可能導致定量構效關系（QSAR）的因素包括：1.電子分布:分子中電荷的分布和疏水性（如脂水分配系數(shù)LogP）是影響生物活性的關鍵因素，可通過拓撲指數(shù)、量子化學計算參數(shù)等定量描述。2.立體因素:分子的構象、空間位阻、手性等立體化學特征會影響與生物靶點的結合，可通過分子力學計算、立體化學參數(shù)（如扭轉角）等分析。3.官能團和鍵:特定的官能團（如酸堿性、親電/親核中心）及其數(shù)量、位置，以及化學鍵的類型和強度，直接影響分子的反應性和生物活性，可通過官能團指數(shù)、鍵參數(shù)等量化。三、引入長鏈烷基增強礦物浮選捕收劑活性，主要涉及以下結構-活性關系效應：1.疏水效應:長鏈烷基增加分子的疏水性，使其更容易在疏油的礦物表面聚集，降低在水相中的溶解度，從而提高其在礦物表面的吸附驅動力。2.鋪展效應:長鏈烷基有助于捕收劑在礦物表面形成穩(wěn)定的單分子層，增大接觸面積，增強與礦物的物理吸附或化學吸附作用。3.（可能的）空間位阻效應:較長的烷基鏈可能改變捕收劑在礦物表面的取向或與礦物表面官能團的相互作用模式，可能優(yōu)化吸附構象。四、設計和篩選用于CO?捕獲的MOF材料時，可調(diào)整的配體結構特征及其對性能的影響：1.配體孔道尺寸和形狀:調(diào)整配體的鏈長、環(huán)大小或支鏈，可以改變MOF的孔道尺寸和形狀，影響CO?分子能否有效進入孔道以及與內(nèi)表面相互作用，從而調(diào)節(jié)選擇性（優(yōu)先捕獲CO?）和容量。2.配體酸性/堿性:調(diào)整配體上的官能團（如含氮、含氧基團），可以改變MOF孔道內(nèi)金屬節(jié)點的酸堿性，影響其對CO?的化學吸附能力。例如，酸性位點可以與CO?發(fā)生質(zhì)子化作用增強吸附。3.配體金屬配位點:改變配體的連接方式或配位原子類型（如N配體vsO配體），會影響MOF的孔道環(huán)境（如酸堿性、電子性質(zhì)），進而影響其對CO?的物理吸附和化學吸附強度及選擇性。五、該系列化合物結構變化主要涉及扭轉角（構象）效應。解釋：化合物A、B、C具有相同的碳骨架，但Br原子的位置不同，導致分子的扭轉角不同。Br原子具有較大的空間位阻，當Br原子位于鏈的末端（A，-CH?Br）時，分子鏈較為伸展，可能更容易與靶點（假設為平面或特定構象）發(fā)生有效相互作用。當Br原子位于中間（B，-CH(Br)-CH?）時，引入了顯著的扭轉角，限制了分子的柔性，可能降低了與靶點的契合度。當Br原子位于鄰近末端（C，-CH?Br）時，雖然與A類似，但整體空間位阻分布可能略有不同，導致活性低于A。因此，活性順序A>B>C反映了扭轉角/構象效應對分子與靶點相互作用能的影響。六、氫鍵在藥物設計中的意義：氫鍵是藥物分子與生物靶點（如酶、受體）之間重要的非共價相互作用力，決定了藥物分子的結合親和力、選擇性、構象以及藥代動力學性質(zhì)（如溶解度、代謝穩(wěn)定性）。設計藥物時，通過引入或調(diào)節(jié)氫鍵供體/受體，可以優(yōu)化與靶點的結合，提高藥效和選擇性。氫鍵對礦物浮選過程的影響：礦物表面通常存在羥基等官能團，可以與捕收劑分子形成氫鍵。氫鍵的形成可以增強捕收劑在礦物表面的吸附強度，促進捕收劑單分子層的形成，從而提高浮選的選擇性和效率。例如，捕收劑分子中的羧基或胺基可以與礦物表面的羥基形成氫鍵。七、以金屬有機框架（MOF）用于CO?捕獲為例：研究現(xiàn)狀：研究主要集中在通過理性設計或高通量篩選，合成具有高比表面積、開放金屬位點、合適孔道環(huán)境（如酸性）的MOF材料。常用的研究方法包括：X射線單晶衍射/粉末衍射確定結構，N?吸附-脫附測定比表面積和孔徑，紅外光譜（IR）監(jiān)測CO?吸附特征峰，微量量熱法（MCP）測定吸附熱，以及計算化學方法（如DFT）模擬CO?在MOF孔道內(nèi)的吸附行為和相互作用。關鍵的結構-活性關聯(lián)包括：大的比表面積和開放金屬位點有利于提高容量；孔道內(nèi)酸性位點（如路易斯