化学制药工艺试卷含答案

化学制药工艺试卷含答案一、单项选择题（本大题共20小题，每小题1分，共20分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）1.在化学制药工艺研究中，实验室阶段通常不包括以下哪项内容？A.合成路线的设计与筛选B.反应条件的优化C.生产设备的选型与设计D.药物理化性质的研究2.硝化反应中，常用的硝化剂是下列哪一组？A./B./C./D./3.在Friedel-Crafts酰化反应中，最常用的催化剂是？A.B.C.D.4.下列溶剂中，属于非质子极性溶剂的是？A.水B.乙醇C.二甲基甲酰胺(DMF)D.乙酸5.在药物化学结构修饰中，将药物制成前药的主要目的通常是？A.增加药物的毒性B.改善药物的溶解度或定向传输C.降低药物的分子量D.增加药物代谢的稳定性6.氯霉素合成工艺中，对硝基苯乙酮经溴化后，下一步反应通常是？A.水解B.还原C.缩合D.氧化7.磺胺类药物的基本结构特征是含有？A.苯并咪唑环B.对氨基苯磺酰胺基C.喹啉环D.β-内酰胺环8.在氢化还原反应中，使用Raney镍作为催化剂时，通常适用于还原？A.硝基化合物B.羰基化合物C.酯类化合物D.以上均可9.阿司匹林（乙酰水杨酸）工业生产中，常用的酰化剂是？A.乙酰氯B.乙酸酐C.乙酰胺D.乙酸乙酯10.反应釜的搅拌器设计中，对于高粘度流体，通常选用？A.桨式搅拌器B.推进式搅拌器C.涡轮式搅拌器D.螺带式搅拌器11.下列哪项不属于“三废”治理的内容？A.废气处理B.废水处理C.废渣处理D.副产物回收利用12.在药物合成中，相转移催化（PTC）主要解决的问题是？A.反应温度过高B.反应物互不相溶，接触不良C.催化剂成本过高D.产物分离困难13.布洛芬的合成工艺中，关键步骤是Darzens缩合反应，该反应产物为？A.环氧羧酸酯B.α-羟基酸C.β-酮酸酯D.醛14.化学制药工艺的研究中，中试放大阶段的主要任务是？A.确定最佳合成路线B.考察工业生产条件，解决实验室到工业生产的过渡C.进行临床试验D.申请药品注册批件15.下列关于结晶操作的描述，错误的是？A.结晶是纯化固体药物最常用的方法B.溶液的过饱和度是结晶的推动力C.冷却速度越快，得到的晶体纯度越高D.晶种加入可以控制晶体的大小和形状16.在氧化反应中，使用作为氧化剂时，介质通常选择？A.强酸性B.中性或弱碱性C.强碱性D.任何pH均可17.青霉素G钾盐工业生产中，发酵液提取分离常用的方法是？A.溶剂萃取法B.离子交换法C.沉淀法D.蒸馏法18.评价一条药物合成工艺路线优劣的重要指标是？A.原料成本最低B.反应步骤最少C.原子经济性高且总收率高D.设备投资最少19.某反应速率常数k=A.反应速率一定降低B.活化能增大C.反应速率常数k增大D.指前因子A减小20.化学制药工艺学中，计算“原子经济性”的公式是？A.(期望产物分子量/反应物总分子量)×100%B.(期望产物质量/废弃物质量)×100%C.(反应物总分子量/期望产物分子量)×100%D.(原子利用率/原子总数)×100%二、多项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分。在每小题给出的四个选项中，有多项是符合题目要求的。全部选对得2分，选错得0分，漏选得1分）21.药物生产工艺路线的设计和选择需要考虑的因素包括？A.原辅材料的来源与成本B.反应条件和操作方式C.单元反应的次序安排D.技术先进性与生产安全性22.下列属于卤化反应类型的有？A.取代卤化B.加成卤化C.置换卤化D.氧化卤化23.工业生产中，常用的干燥设备有？A.厢式干燥器B.气流干燥器C.喷雾干燥器D.冷冻干燥器24.影响化学反应平衡转化率的因素有？A.温度B.压力C.浓度D.催化剂25.在磺胺嘧啶的合成中，可能用到的中间体有？A.乙酰氨基苯磺酰氯B.氨基嘧啶C.尿素D.丙炔醇26.绿色化学制药工艺的原则包括？A.防止废物的产生优于废物产生后的处理B.原子经济性C.设计更安全的化学品D.使用可再生资源27.下列关于酯化反应催化剂的说法，正确的有？A.酸催化是常用的方法B.羧酸本身也具有催化作用C.钛酸酯常用于高沸点酯的合成D.酯化反应不可逆，不需要催化剂28.药物合成中，为了提高反应选择性，可以采取的措施有？A.使用高选择性催化剂B.控制反应温度和压力C.加入抑制剂D.改变溶剂极性29.下列药物中，属于全化学合成的抗生素有？A.青霉素B.氯霉素C.环丙沙星D.磺胺嘧啶30.在精馏操作中，回流比R的大小对过程影响包括？A.增大R可提高产品纯度B.增大R会增加能耗C.R有最小值D.R越大越好三、填空题（本大题共15空，每空1分，共15分）31.化学制药工艺学的研究对象主要包括化学合成药物的________、________和质量控制。32.在药物合成工艺中，实验室阶段通常采用________操作，而工业生产阶段多采用________操作。33.硝化反应是一个强放热反应，工业生产中必须严格控制________，以防止发生爆炸事故。34.常用的磺化剂有浓硫酸、发烟硫酸和________。35.在药物化学结构的生物电子等排原理中，-OH被-NH2替代属于________电子等排。36.某药物合成反应的收率为85%，选择性为90%，则该反应的转化率为________%。37.在相转移催化反应中，常用的相转移催化剂包括季铵盐、________和聚乙二醇等。38.水杨酸与乙酸酐在浓硫酸催化下反应生成阿司匹林，该反应类型属于________反应。39.药物分离纯化中，利用物质在两种互不相溶溶剂中溶解度差异而进行分离的操作称为________。40.半合成青霉素是以6-APA为母核，连接不同的________侧链而得到的。41.在化工生产中，为了移除反应热，常采用________、夹套冷却或蛇管冷却等方式。42.催化剂能够改变化学反应速率，但其本身在反应前后的________和化学性质不发生改变。43.对乙酰氨基酚（扑热息痛）生产中，对硝基苯酚经还原得到________，再经乙酰化得到成品。44.衡量一个工艺路线经济性的重要指标之一是________，它是指期望产物的摩尔质量占所有反应物摩尔质量之和的百分数。45.在药物晶型研究中，不同的晶型可能具有不同的________和溶解度，进而影响药物的生物利用度。四、判断题（本大题共10小题，每小题1分，共10分。正确的打“√”，错误的打“×”）46.凡是能增加反应速率的物质都是催化剂。()47.在药物合成中，为了简化工艺，总是追求反应步骤越少越好，哪怕收率低。()48.氧化反应中，空气（氧气）是最廉价、最清洁的氧化剂。()49.结晶过程中，溶液的过饱和度越大，晶核生成的速率越快，晶体生长的速率也越快。()50.所有的药物都必须经过多步化学合成才能得到。()51.工业生产中的“三废”是指废气、废水和废渣，治理原则是达标排放。()52.对硝基苯乙酮是合成氯霉素的关键中间体，它是由苯乙烯经氧化得到的。()53.在酸性条件下进行重氮化反应时，通常使用亚硝酸钠作为重氮化试剂。()54.萃取操作中，分配系数越大，分离效果越好，所需的溶剂量越少。()55.原子经济性是评价化学反应“绿色”程度的重要指标，其数值不可能超过100%。()五、简答题（本大题共4小题，每小题5分，共20分）56.简述药物合成工艺路线中，反应工序次序安排的一般原则。57.在化学制药工艺中，什么是“原子经济性”？提高原子经济性有何意义？58.简述硝化反应的主要工艺特点及安全注意事项。59.简述相转移催化（PTC）在药物合成中的应用原理及其优点。六、综合应用题（本大题共3小题，共65分）60.（15分）某药物中间体M的合成路线如下：原料A（）→浓硫酸CB→Fe,

HCl还原C→,HCl(1)写出A、B、C、D、E、M的化学结构式及名称。（6分）(2)写出B转化为C、D转化为E的化学反应方程式。（4分）(3)在D转化为E的过程中，为何需要低温？温度过高会有什么副反应？（5分）61.（20分）阿司匹林（乙酰水杨酸）是经典的解热镇痛药。其工业合成是以水杨酸为原料，在乙酸酐作用下发生乙酰化反应。(某车间在一台1000L的反应釜中进行生产，工艺参数如下：投料量：水杨酸138kg，乙酸酐150kg（过量），浓硫酸（催化剂）2kg。反应温度：85-90℃，反应时间：4小时。反应结束后，经结晶、过滤、干燥，得阿司匹林成品162kg。已知：水杨酸分子量=138，乙酸酐分子量=102，阿司匹林分子量(1)计算该批次反应的摩尔收率。（保留小数点后一位）（5分）(2)若该反应为一级反应，在85℃下速率常数k=0.5，试计算水杨酸转化率达到99%所需的理论反应时间。（公式：(3)在实际生产中，为何要控制反应终点不能反应太久？反应太久对产品质量有何影响？（5分）(4)简述阿司匹林生产中可能产生的“三废”及其处理思路。（5分）62.（30分）氯霉素（Chloramphenicol）的合成工艺是化学制药工艺学的经典案例。(1)请画出以对硝基苯乙酮为起始原料，经过溴化、水解、胺化、还原、酰化等步骤合成氯霉素的工艺流程框图（只需写出主要反应物、中间体及反应条件，不要求写出复杂的副反应）。（10分）(2)在对硝基苯乙酮的溴化工艺中，为何需要控制溴素的滴加速度和反应温度？若溴化温度过高，会发生什么主要副反应？（6分）(3)氯霉素合成中的“对硝基α-乙酰胺基β-羟基苯丙酮”中间体（简称氨基酮）的还原通常采用什么方法？写出还原反应的化学方程式。（6分）(4)综合分析氯霉素合成工艺中，哪些步骤体现了“绿色化学”或“工艺优化”的思想？（例如：溶剂回收、催化剂套用、原子利用率等）（8分）参考答案及详细解析一、单项选择题1.C[解析]生产设备的选型与设计通常属于中试放大或工程设计阶段，实验室阶段主要关注路线探索和条件优化。2.B[解析]混酸（硝酸/硫酸）是最常用的硝化剂，硫酸起脱水作用。3.B[解析]是Friedel-Crafts反应（酰化和烷化）最经典的Lewis酸催化剂。4.C[解析]DMF（二甲基甲酰胺）是典型的非质子极性溶剂，常用于SN2反应或相转移催化体系。5.B[解析]前药设计旨在改善药物的理化性质（如溶解度、稳定性）或药代动力学性质（如靶向性），降低毒副作用。6.A[解析]氯霉素合成中，对硝基苯乙酮溴化生成α-溴代对硝基苯乙酮，下一步通常是进行水解反应引入羟基。7.B[解析]磺胺类药物的基本母核是对氨基苯磺酰胺。8.D[解析]Raney镍是一种通用加氢催化剂，可用于还原硝基、羰基、烯烃等多种官能团。9.B[解析]工业上生产阿司匹林常用乙酸酐作为酰化剂，虽然乙酰氯活性高，但成本高且副产物HCl腐蚀性强。10.D[解析]螺带式搅拌器适用于高粘度流体，混合效果好；桨式和推进式适用于低粘度。11.D[解析]副产物回收利用属于资源化利用，虽然与环保相关，但不属于“三废”（废气、废水、废渣）本身的治理范畴，且通常是有益的增值过程。12.B[解析]相转移催化主要解决非均相反应体系中，离子型化合物在有机相中溶解度低、接触不良的问题。13.A[解析]Darzens缩合（缩水甘油酸酯缩合）产物为环氧羧酸酯（缩水甘油酸酯），是合成羰基化合物的重要方法。14.B[解析]中试放大的主要目的是考察实验室装置在工业规模下的反应规律，验证工艺的可行性，为大规模生产提供数据。15.C[解析]冷却速度过快会导致溶液过饱和度过高，爆发式成核，得到大量细小晶体，可能包裹杂质，纯度不一定高，且过滤困难。16.B[解析]在强酸性条件下氧化能力太强，自身还原为，常用于氧化非水溶剂或特定结构；在中性或弱碱性条件下还原为，是较温和的氧化条件。17.A[解析]青霉素在酸性条件下不稳定，且具有亲脂性，工业上常用溶媒萃取法（如醋酸丁酯）从发酵液中提取。18.C[解析]评价工艺路线优劣需综合考量，原子经济性高代表原料利用率高，总收率高代表经济效益好。19.C[解析]根据Arrhenius方程，温度T升高，增大，反应速率常数k增大。20.A[解析]原子经济性=(期望产物分子量/反应物总分子量)×100%。二、多项选择题21.ABCD[解析]路线选择需综合考虑技术、经济、安全、环保等多方面因素。22.ABC[解析]卤化反应主要包括取代卤化、加成卤化和置换卤化。23.ABCD[解析]四种均为制药及化工行业常用的干燥设备，适用物料形态不同。24.ABC[解析]根据LeChatelier原理，温度、压力、浓度（分压）影响平衡；催化剂只改变速率，不影响平衡。25.AB[解析]磺胺嘧啶合成通常以乙酰氨基苯磺酰氯（ASC）与氨基嘧啶缩合，然后水解得到。26.ABCD[解析]ABCD均为绿色化学的十二条原则的具体体现。27.ABC[解析]酯化反应是可逆反应，需要酸催化（如硫酸、对甲苯磺酸）或路易斯酸（如钛酸酯）催化。28.ABCD[解析]选择性受催化剂、温度、压力、溶剂、抑制剂等多种因素影响。29.BC[解析]氯霉素、环丙沙星（喹诺酮类）、磺胺嘧啶均为全化学合成；青霉素为生物发酵半合成。30.ABC[解析]增大回流比可提高分离效果（纯度），但能耗增加；存在最小回流比，并非越大越好，存在最佳操作回流比。三、填空题31.生产工艺；化学结构(或：合成路线；工艺优化)32.间歇；连续(或：半连续)33.温度34.三氧化硫()35.经典(或：一价)36.94.4[解析]收率=转化率×选择性⇒转化率=收率/选择性=0.85/37.季鏻盐38.酯化(或：O-酰化)39.萃取(或：液-液萃取)40.R41.回流冷凝42.质量43.对氨基苯酚44.原子经济性45.熔点(或：稳定性)四、判断题46.×[解析]催化剂能改变反应速率，且参与反应循环，但单纯增加速率的物质（如引发剂）不一定具备催化循环特征，且定义中强调“不改变化学平衡”。47.×[解析]虽然步骤少通常有利，但如果某步收率极低或成本极高，可能不如多步高收率路线经济。需综合评估。48.√[解析]空气来源丰富，成本低，且产物为水（或对应氧化物），无污染，是最绿色的氧化剂。49.×[解析]过饱和度过大虽然成核快，但晶体生长可能受到抑制，且容易形成细碎晶体，并非生长速率越快。50.×[解析]有些药物可通过天然产物提取、生物发酵或半合成得到，并非全化学合成。51.√[解析]“三废”指废气、废水、废渣，必须处理达标后才能排放，这是环保法规的基本要求。52.×[解析]对硝基苯乙酮通常由乙苯经硝化、氧化等步骤制得，或者由苯乙酮硝化得到，不是直接由苯乙烯氧化。53.√[解析]重氮化反应标准试剂为亚硝酸钠，在酸性（通常是盐酸）介质中生成亚硝酸，进而重氮化。54.√[解析]分配系数大说明溶质在萃取相中溶解度大，萃取效率高，所需溶剂少。55.√[解析]原子经济性最大为100%（所有反应物原子均进入产物），一般不可能超过100%。五、简答题56.答：(1)将“直线型”汇聚路线尽早安排，以增加收率（合成子汇聚策略）。(2)难以进行的反应或产率低的反应尽量安排在前期（此时物料价值低）。(3)剧毒、易燃、易爆的原料或试剂应尽早使用，减少后续操作风险。(4)生成不稳定中间体的反应应紧接着进行下一步反应，避免分离储存。(5)需要高温、高压等苛刻条件的反应尽量少用或安排在合适位置。(6)官能团保护与去保护应权衡利弊，尽量减少保护步骤。57.答：原子经济性是指化学反应中，预期产物的摩尔质量占所有反应物摩尔质量之和的百分比。公式为：原子经济性=意义：(1)衡量化学反应对原子的利用程度，原子经济性越高，废弃物越少。(2)是绿色化学的重要评价指标，体现了资源节约和环境保护的理念。(3)高原子经济性的工艺通常能降低原料消耗和废物处理成本，提高经济效益。58.答：工艺特点：(1)强放热反应：反应热效应大，温度控制极为重要。(2)强腐蚀性：混酸对设备有强腐蚀性，要求设备耐腐蚀。(3)氧化性强：混酸具有强氧化性，需注意有机物着火风险。(4)可逆反应：生成水会稀释混酸，需使用过量酸或移除水分。安全注意事项：(1)严格控制加料速度和反应温度，防止局部过热导致热失控爆炸。(2)设备需有良好的搅拌和冷却（冷却夹套、盘管）及紧急泄压装置。(3)严格控制原料含水量，防止水分瞬间汽化造成冲料。(4)硝化物通常具有爆炸性（特别是多硝基化合物），操作及分离需谨慎。59.答：原理：相转移催化利用一种催化剂（如季铵盐），它能将水相（或固相）中的反应离子（如）以离子对的形式（）转移到有机相中，由于在有机相中离子对溶剂化程度低，反应活性高，从而与有机相中的底物发生反应。优点：(1)使非均相反应在均相条件下进行，大大提高反应速率。(2)可以使用廉价的无机碱/盐作为试剂，代替昂贵的有机试剂。(3)反应条件温和，选择性好。(4)产物易于分离，催化剂通常可回收套用。(5)适用于常规方法难以进行的反应（如水相中的亲核取代）。六、综合应用题60.解：(1)结构式及名称：A:，苯B:N−C:N−D:−−E:HO−M:COO−(注：若A为苯，硝化通常得硝基苯，但后续还原得苯胺，重氮水解得苯酚，乙酰化得苯酚酯。此处按“对硝基甲苯”路径推断更符合多步合成逻辑，若按硝基苯路径，产物为苯酚乙酸酯。考虑到题目给出B->C还原，D->E水解，最合理推断为硝基化合物还原。鉴于题目未指定位置，按对位异构体作答)(注：若A为苯，硝化通常得硝基苯，但后续还原得苯胺，重氮水解得苯酚，乙酰化得苯酚酯。此处按“对硝基甲苯”路径推断更符合多步合成逻辑，若按硝基苯路径，产物为苯酚乙酸酯。考虑到题目给出B->C还原，D->E水解，最合理推断为硝基化合物还原。鉴于题目未指定位置，按对位异构体作答)(2)反应方程式：B转化为C（还原）：ND转化为E（重氮盐水解）：Ar(3)原因分析：重氮盐在低温下（0-5℃）稳定。温度升高会导致重氮盐分解加速，不仅放出氮气，还可能发生副反应（如偶合反应生成偶氮染料，或分解生成焦油状物质），降低目标产物的收率和纯度。61.解：(1)摩尔收率计算：水杨酸投料量==阿司匹林产量==摩尔收率Y=(2)反应时间计算：已知k=0.5，转化率根据一级反应动力学方程：−t=故理论上需要约9.2小时。(3)反应终点控制：阿司匹林（乙酰水杨酸）分子中含有酯键，在酸性或碱性条件下受热易水解。若反应时间过长或温度过高，产物会水解回水杨酸和乙酸，导致产品含量下降，质量不合格（引入游离水杨酸杂质）。(4)三废及处理思路：废水：含有微量的水杨酸、乙酸及反应洗涤水。处理思路：调节pH后进行生化处理。废气：反应可能产生极少量的乙酸蒸气。处理思路：通过尾气吸收装置（如水喷淋）吸收。废渣：主要是活性炭脱色废渣（若使用）及过滤残渣。处理思路：属于危险废物，需按固废管理规定焚烧或委托有资质单位处理。母液：结晶后的母液含有产物和原料。处理思路：套用或回收溶剂及原料。6