中国药科大学《天然药物化学》习题及答案

中国药科大学《天然药物化学》习题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列哪种天然产物属于萜类化合物？A.阿托品  B.紫杉醇  C.奎宁  D.吗啡答案：B解析：紫杉醇（Taxol）为二萜类化合物，具有紫杉烷骨架；阿托品为托品烷生物碱，奎宁为喹啉生物碱，吗啡为吗啡烷生物碱。2.在硅胶柱层析中，下列哪种洗脱剂对黄酮苷元的洗脱能力最强？A.石油醚  B.乙酸乙酯  C.丙酮  D.甲醇答案：D解析：黄酮苷元极性较小，但硅胶为极性固定相，洗脱能力随溶剂极性增大而增强，甲醇极性最大，故洗脱能力最强。3.下列哪种显色反应用于鉴别强心苷的α,β-不饱和内酯环？A.Liebermann-Burchard反应  B.Keller-Kiliani反应  C.Legal反应  D.Molish反应答案：C解析：Legal反应（亚硝基铁氰化钠/NaOH）与强心苷α,β-不饱和γ-内酯环反应呈深红色。4.下列哪种技术最适合测定天然产物绝对构型？A.1D-NMR  B.2D-NMR  C.CD谱  D.UV谱答案：C解析：圆二色谱（CD）通过Cotton效应可直接推断手性中心的绝对构型，常与计算化学对照。5.下列哪种生物碱属于吲哚类？A.小檗碱  B.喜树碱  C.苦参碱  D.麻黄碱答案：B解析：喜树碱为喹啉并吲哚结构，属吲哚生物碱；小檗碱为异喹啉类，苦参碱为喹诺里西啶类，麻黄碱为苯丙胺类。6.下列哪种方法最适合从水溶液中富集多糖类成分？A.酸碱沉淀  B.乙醇沉淀  C.超滤  D.石油醚萃取答案：B解析：多糖在高浓度乙醇中溶解度骤降，形成絮状沉淀，为经典富集手段。7.下列哪种萜类化合物含有一个异戊二烯单元？A.单萜  B.倍半萜  C.二萜  D.三萜答案：A解析：单萜由2个异戊二烯单元（C10）组成，倍半萜C15，二萜C20，三萜C30。8.下列哪种反应可用于鉴别香豆素？A.异羟肟酸铁反应  B.三氯化铁反应  C.碘化铋钾反应  D.溴水反应答案：A解析：香豆素内酯环在碱性条件下开环生成异羟肟酸，与Fe³⁺生成紫红色络合物。9.下列哪种溶剂系统最适合在SephadexLH-20上分离黄酮苷与苷元？A.纯水  B.甲醇-水（1:1）  C.氯仿-甲醇（1:1）  D.正己烷答案：B解析：SephadexLH-20为羟丙基化葡聚糖凝胶，甲醇-水系统兼顾苷与苷元的溶解度差异，且可形成氢键排阻层析。10.下列哪种波谱技术可直接给出分子式？A.1H-NMR  B.13C-NMR  C.HR-ESI-MS  D.IR答案：C解析：高分辨电喷雾质谱（HR-ESI-MS）精度可达1ppm以内，通过精确质量数计算分子式。二、配伍题（每题2分，共10分）将下列天然产物与其主要结构类型配对：A.青蒿素  B.丹参酮IIA  C.银杏内酯  D.雷公藤甲素  E.穿心莲内酯11.二萜内酯（ ）12.倍半萜内酯（ ）13.三萜内酯（ ）14.醌类二萜（ ）15.二萜醌（ ）答案：11-D 12-A 13-C 14-B 15-B解析：雷公藤甲素为松香烷型二萜内酯；青蒿素为倍半萜内酯；银杏内酯为银杏烷型三萜内酯；丹参酮IIA为邻醌型二萜，兼具二萜与醌类特征。三、结构解析题（共30分）16.某无色针晶，mp198–200℃，HR-ESI-MSm/z447.1286[M+Na]⁺（C21H22O10Na，Δ0.3ppm）。UVλmax(MeOH)：258,365nm，加NaOMe后365nm峰带I红移55nm，且强度不降。1H-NMR(400MHz,DMSO-d6)δ：12.95(1H,s,5-OH),7.82(2H,d,J=8.8Hz,H-2′,6′),6.93(2H,d,J=8.8Hz,H-3′,5′),6.78(1H,s,H-3),6.52(1H,d,J=2.0Hz,H-6),6.30(1H,d,J=2.0Hz,H-8),5.08(1H,d,J=7.2Hz,H-1″),3.0–3.8(6H,m,糖质子)。13C-NMRδ：182.1(C-4),164.2(C-2),161.5(C-7),160.8(C-5),156.3(C-9),129.5(C-2′,6′),121.0(C-1′),115.8(C-3′,5′),105.1(C-10),103.2(C-3),99.7(C-6),94.0(C-8),100.1(C-1″),其余糖碳73.2–76.5ppm。(1)计算不饱和度，并推导分子式。（4分）(2)指出苷元结构类型，并归属苷元母核碳信号。（6分）(3)推断糖的种类、连接位置及构型。（6分）(4)写出完整结构式，并解释NaOMe红移原因。（6分）(5)设计两种化学方法验证糖连接位点。（8分）答案与解析：(1)不饱和度Ω分子式C21H22O10，与HRMS一致。(2)UV带I365nm为黄酮醇特征；NaOMe红移55nm且强度不降，提示4′-OH存在；苷元为山奈酚（kaempferol）。碳信号归属：C-2164.2,C-3103.2,C-4182.1,C-5160.8,C-699.7,C-7161.5,C-894.0,C-9156.3,C-10105.1。(3)糖端基质子5.08ppm(d,J=7.2Hz)表明β-构型；13C端基碳100.1ppm为β-Glc特征；其余6个碳73.2–76.5ppm符合吡喃葡萄糖；无鼠李糖甲基信号，故为β-D-吡喃葡萄糖。(4)完整结构为山奈酚-3-O-β-D-吡喃葡萄糖苷。NaOMe使4′-OH去质子化，共轭体系延长，带I红移。(5)方法1：酸水解后TLC与标准糖对照，仅检出葡萄糖；方法2：全甲基化→酸水解→乙酰化→GC-MS，检出2,3,4,6-四-O-甲基-D-葡萄糖，证明3-O-连接。四、综合波谱解析题（共20分）17.某白色粉末，[α]D-48°(c0.1,MeOH)。HR-ESI-MSm/z503.2062[M-H]⁻（C26H32O10，Δ0.5ppm）。IRνmax3420,1715,1630,1515cm⁻¹。1H-NMR(600MHz,CD3OD)δ：7.06(2H,d,J=8.4Hz,H-2′,6′),6.72(2H,d,J=8.4Hz,H-3′,5′),6.62(1H,d,J=15.9Hz,H-7″),6.34(1H,dt,J=15.9,6.8Hz,H-8″),4.98(1H,d,J=7.8Hz,H-1‴),4.21(1H,dd,J=11.8,2.0Hz,H-6a‴),3.89(3H,s,OMe),2.80(2H,t,J=7.4Hz,H-7′),2.62(2H,t,J=7.4Hz,H-8′)。13C-NMRδ：175.4(C-9″),166.2(C-9′),159.5(C-4′),156.2(C-3′,5′),133.1(C-7″),130.5(C-8″),116.2(C-3′,5′),115.0(C-2′,6′),104.1(C-1‴),75.8–77.9(糖碳),55.6(OMe),36.2(C-7′),30.1(C-8′)。HMBC显示OMe与C-3′相关，H-7″与C-9″相关，H-1‴与C-4′相关。(1)推断苷元与糖的结构单元。（6分）(2)指出该化合物类型，并画出平面结构。（6分）(3)解释[α]D负值的构型依据。（4分）(4)设计酶水解实验区分咖啡酰基与葡萄糖连接位点。（4分）答案与解析：(1)苷元为二氢咖啡酸（C9H8O4）与对羟基苯乙胺（酪胺）形成的酰胺；糖为β-D-吡喃葡萄糖，连接于酪胺的4′-OH。(2)该化合物为酪胺-4′-O-β-D-吡喃葡萄糖基-N-二氢咖啡酰胺，属于酚酸酰胺苷。平面结构如下：Gluc(3)葡萄糖端基J=7.8Hz，为β-构型；[α]D负值与β-糖苷一致。(4)用β-葡萄糖苷酶水解，仅释放葡萄糖，HPLC检测苷元保留时间变化；若用酯酶水解，断裂咖啡酰基，生成酪胺葡萄糖苷，可区分连接方式。五、实验设计题（共20分）18.某民间药用植物经95%EtOH回流提取，浓缩后得浸膏。TLC显示多个蓝色荧光斑点（365nm），提示香豆素类。请设计一套系统分离流程，要求：(1)给出粗分策略，包括溶剂分配、柱层析填料与洗脱梯度。（8分）(2)设计快速检测香豆素亚型的显色实验组合。（6分）(3)针对其中一主要斑点（Rf0.45,PE-EtOAc7:3），给出制备级分离与结构确证方案。（6分）答案与解析：(1)粗分策略：①浸膏悬浮于90%MeOH，用正己烷萃取脱脂；②MeOH层加水至60%，用CH2Cl2萃取，得Fr.A（中等极性）；③水层继续用n-BuOH萃取，得Fr.B（苷类）。Fr.A经硅胶柱（200–300目），石油醚-乙酸乙酯梯度（100:0→0:100），每10%收集一流份；荧光TLC追踪，合并相似流份。进一步用SephadexLH-20（MeOH）脱色素，得亚组分Fr.A-3。(2)显色实验组合：①异羟肟酸铁反应：香豆素内酯环阳性呈紫红色；②三氯化铁：酚羟基呈蓝绿色；③KOH荧光：香豆素在365nm下荧光增强；④Gibbs反应：酚羟基对位未被取代者呈蓝色。(3)制备级分离：Fr.A-3经RP-C18柱，MeOH-H2O45%→65%，流速8mL/min，收集主峰；再经HPLC半制备（C18,5µm,250×10mm），MeOH-H2O55%,3mL/min,tR18min，得纯品C-1（12mg）。结构确证：HRMS给出C15H14O4，1H-NMR显示ABX系统芳香质子δ7.52(d,J=9.5Hz,H-4),6.82(d,J=2.3Hz,H-8),6.75(dd,J=8.6,2.3Hz,H-6)，结合HMBC确认其为7-羟基-6-甲氧基香豆素（scopoletin）。六、计算与推导题（共20分）19.某实验室从500g干燥银杏叶中提取银杏内酯，流程如下：①70%丙酮回流提取3次，合并浓缩至无丙酮；②水悬液用EtOAc萃取3次，EtOAC层浓缩得浸膏8.2g；③浸膏经硅胶柱，CH2Cl2-MeOH梯度，得银杏内酯A、B、C混合物1.1g；④经HPLC纯化，得银杏内酯A180mg，B95mg，C60mg。已知银杏内酯A、B、C在银杏叶中含量分别为0.04%、0.02%、0.015%（w/w）。(1)计算总提取率，并评估各步损失主要环节。（8分）(2)若改用超临界CO2萃取，预测提高收率的理论依据。（6分）(3)设计一条绿色再循环路线，回收柱层析溶剂并降低能耗。（6分）答案与解析：(1)理论总量：A:500g×0.04%=200mg；B:100mg；C:75mg。实际得：A180mg→90%；B95mg→95%；C60mg→80%。总提取率=(180+95+60)/375=89.3%。损失环节：丙酮提取阶段水溶性损失约5%；硅胶柱不可逆吸附与切割损失约5%。(2)超临界CO2对低极性萜类溶解度高，加入10%EtOH作夹带剂可突破银杏内酯极性阈值；扩散系数高，减少热降解；无溶剂残留，提高收率至>95%。(3)绿色路线：①硅胶柱洗脱液经旋转蒸发→分子筛干燥→重蒸，回收CH2Cl2与MeOH，回收率>90%；②采用干法上柱减少初始溶剂用量；③冷凝水循环泵与70℃低温浓缩联用，能耗降低30%；④废硅胶经MeOH-Soxhlet洗涤再生，重复使用5次。七、机理与合成题（共20分）20.天然产物(–)-薄荷醇工业合成以廉价柠檬烯为原料，经以下关键步骤：(1)柠檬烯→香芹酮→异胡薄荷醇→薄荷醇。请写出各步反应条件与立体化学控制要点。（10分）(2)若改用生物催化不对称还原，给出酶种、辅酶循环及产率数据。（10分）答案与解析：(1)步骤与条件：①柠檬烯氧化：O2,CuCl-TBHP,40℃，得香芹酮，收率78%；②香芹酮选择性还原：H2,Pd/C,EtOH,1atm，仅还原C=C，得二氢香芹酮，收率96%；③格氏反应：MeMgBr,CuI催化，1,4-加成，得异胡薄荷酮，收率85%；④立体选择性还原：NaBH4,CeCl3·7H2O,–20℃，Luche还原，生成(–)-异胡薄荷醇，dr>95:5；⑤高压加氢：H2,RaneyNi,100bar,80℃，顺式加氢，得(–)-薄荷醇，总收率54%。(2)生物催化：酶：大肠杆菌重组薄荷醇脱氢酶（MRDH）；底物：异胡薄荷酮100g/L；辅酶循环：甲酸脱氢酶（FDH）/甲酸钠，NADH再生；条件：pH7.0,30℃,24h；产率：>99%