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A. 与葡萄糖互为同分异构体
B. 可以与银氨溶液作用形成银镜
C. 可以跟氯化铁溶液作用显色
D. 可以使紫色石蕊试液变红
2. 褪黑素是一种内源性生物钟调节剂,在人体内由食物中的色氨酸转化得到。
下列说法不正确的是( )
A. 色氨酸分子中存在氨基和羧基,可形成内盐,具有较高的熔点
B. 在色氨酸水溶液中,可通过调节溶液的pH使其形成晶体析出
C. 在一定条件下,色氨酸可发生缩聚反应
D. 褪黑素与色氨酸结构相似,也具有两性化合物的特性
3. 核黄素分子的结构为: [NH][N][O][O][OH][OH] [N][N][OH][OH],已知:[―C―N― + H2O][―][―][―][O][H+
] [―C―OH + ―NH][―][―][―][O]。有关核黄素的下列说法中,不正确的是( )
A. 该化合物的分子式为C17H22N4O6
B. 酸性条件下加热水解,有CO2生成
C. 酸性条件下加热水解,所得溶液加碱有NH3生成
D. 能发生酯化反应
4. 得重感冒之后,常吃一种抗生素――头孢氨苄,分子式:C16H17N3O4S・H2O,其化学结构式为:。有关说法正确的是( )
A. 在一定条件下,能发生水解反应生成氨基酸
B. 1 mol该分子最多能与7 mol H2反应
C. 该分子能与碳酸钠反应,不能与盐酸反应
D. 头孢氨苄易溶于水,能使溴水褪色
5. 下列说法不正确的是( )
A. 淀粉和纤维素均可用(C6H10O5)n表示,因此它们互为同分异构体
B. 淀粉水解的最终产物能发生银镜反应
C. 蛋白质溶液中加入饱和硫酸铵溶液后产生的沉淀能重新溶于水
D. 脂肪能发生皂化反应,生成甘油和高级脂肪酸钠
6. 三聚氰胺(结构式如图所示)是一种重要的化工原料,可用于阻燃剂、水泥减水剂和高分子合成等领域。下列说法正确的是( )
A. 三聚氰胺是一种蛋白质
B. 三聚氰胺是高分子化合物
C. 三聚氰胺分子中含有碳碳双键
D. 三聚氰胺的分子式为C3H6N6
7. 物质的提纯是化学实验中的一项重要操作,也是化工生产及物质制备中的主要环节。下列有关叙述中,不正确的是( )
A. 乙酸乙酯中混有乙酸,可选用饱和Na2CO3溶液洗涤,然后将两层液体分开
B. 在提纯鸡蛋中的蛋白质时,可向鸡蛋清溶液中加入浓(NH4)2SO4溶液,然后将所得沉淀滤出,即得较纯的蛋白质
C. 油脂的提纯中,可将油脂加入浓NaOH溶液中加热,然后过滤,滤出的溶液即为较纯的油脂
D. 甘蔗是制备蔗糖的主要原料,榨出的甘蔗汁因含色素而呈棕黄色,在制取蔗糖前应先加入适量的活性炭,搅拌、过滤、蒸发结晶,即得较纯的蔗糖
8. 玉米芯、甘蔗渣等在稀H2SO4的作用下水解所得的木糖(C5H10O5)属于多羟基醛,它是一种重要的工业原料。木糖在H2SO4的作用下,加热又可生成糠醛:。
(1)糠醛的分子式为 ;
(2)由木糖生成糠醛的反应类型是 (填下列选项);
A. 氧化反应 B. 还原反应 C. 脱水反应 D. 酯化反应 E. 消去反应
(3)写出由木糖生成糠醛的化学方程式: 。
9. 已知β-氨基酸受热,分子内失氨而形成α、β不饱和酸,例如:
人教版高一上册化学基本营养物质教案
一、教学目标
【知识与技能目标】
1.掌握糖类和蛋白质的特征反应、糖类和蛋白质的检验方法;
2.掌握糖类、油脂和蛋白质的水解反应、反应条件对水解反应的影响;
3.了解糖类、油脂和蛋白质的简单分类、主要性质和用途;
【过程与方法目标】 培养观察实验能力、归纳思维能力及分析思维能力,信息搜索的能力
【情感态度与价值观目标】 培养学生勇于探索、勇于创新的科学精神
二、教学重难点
①糖类、油脂和蛋白质的组成特点;
②糖类和蛋白质的特征反应及检验方法;
③蔗糖的水解反应及水解产物的检验
三、教学方式:问题解决学习,小组讨论合作,小组实验探究
四、教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 意图
新课引入: 同学们中午都吃些什么? 米饭、面条、蔬菜、肉、鸡蛋 以拉家常方式引入课题,拉近老师与学生的距离,
环节一:三大营养物质的组成特点 提出问题:根据表3-3思考讨论如下问题:①糖类、油脂、蛋白质的组成上有什么共性;你能说出它们的类别?②糖类各代表物的分子式有何特点?它们之间又有何联系?③分析葡萄糖和果糖的结构式有何特点?④通过以上分析你对哪些物质属于糖类有何认识?
⑤油和脂在组成上有何区别?⑥如何鉴别它们?检验?
小组热烈讨论,汇报结果 学生通过讨论分析糖有个基本的认识,
环节二葡萄糖淀粉蛋白质的特征反应 教师组织学生分组实验,强调实验步骤及注意事项 分组实验,记录现象,总结葡萄糖、淀粉、蛋白质的检验 自己动手,让学生在做中学
环节三水解反应(共性) 蔗糖水解教师边演示实验,边提出问题让学生思考
油脂的水解较复杂,由酯化反应的特点----水解反应---油脂水解的产物----两种环境下产物的差异---皂化反应
蛋白质水解产物----各种氨基酸
观察、记录、思考 培养学生观察能力分析问题的能力
环节四自主学习三大营养物质的存在与应用 阅读、讨论 了解常识,培养自学能力归纳总结表达能力
环节五课堂小结 见板书 特出重点,形成知识体系
环节六课堂小测
板书设计
第四节 基本营养物质
一、糖类、油脂、蛋白质的化学组成
1.共性和属类
都含C、H、O 三种元素 都是烃的衍生物,其中油脂属于酯类
2.分类与同分异构现象
二、糖类、油脂、蛋白质的性质(鉴别方法)
(一)特征反应(特性)
1.葡萄糖①新制氢氧化铜产生砖红色沉淀,医学上用于诊断糖尿病
②银镜反应 制镜工业,热水胆瓶镀银(还原性糖或者-CHO的检验方法)
2.淀粉—常温下淀粉遇碘(I2)变蓝
3. 蛋白质 ①颜色反应 ②灼烧
(二).水解反应 (共性)
①单糖不水解,二塘、多糖水解产物是单糖
②油脂酸性、碱性水解(皂化反应)
③蛋白质水解产物氨基酸
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【摘要】
目前原料药甘露醇的生产已由化学合成法逐步代替海带提取法,化学合成法的原料药甘露醇中或多或少含有微量的山梨醇。从生产原料和工艺两方面阐述了甘露醇成品中含有微量山梨醇的成因。
【关键词】 原料药; 甘露醇; 微量; 山梨醇
1
概述
甘露醇(Dmannitol)作为原料药,配制成大输液其作用是脱水利尿药,适用于治疗脑水肿、青光眼、大面积烧烫伤引起的水肿,预防和治疗肾功能衰竭。可用来治疗下列疾病:①颅内炎症引起的水肿:如流行性脑膜炎、乙型脑炎、结核性脑膜炎等; ②脑血管病引起的脑水肿:如脑出血性疾病、高血压脑病等; ③缺氧性损伤脑水肿:如脑外伤、一氧化碳中毒、药物或农药中毒等; ④急性青光眼。若为药用辅料,可用作赋型剂、甜味剂、填充剂等,还可做下游药物的前体或中间体。
目前甘露醇的来源主要是从海带中提取或化学合成,两者的质量指标按《中国药典》中的方法检测含量是没有任何区别的。但按美、英、欧等国药典中的方法检测就会发现化学合成法生产的甘露醇中含有微量的山梨醇。我国和日本药典对甘露醇含量的检测方法是采用化学法即氧化还原法进行测定,而美、英、欧等国是用高效液相色谱法(HPLC),因甘露醇和山梨醇既是六羟基的同分异构体,也是一对差向异构体。用化学法分析两者同被高碘酸钾氧化,而视为同一种物质,而用HPLC即可轻而易举地将两者分离定量。本研究对原料药甘露醇中微量山梨醇的来由进行了研究。
2 生产方法
甘露醇广泛存在于自然界的海藻、水果、植物的叶和杆中,甘露醇是第一个从自然界发现的结晶糖醇,也是目前唯一可从自然界中提取具有工业价值的糖醇。早在1806年法国人Proust首先从甘露蜜树中分离出甘露醇,从此开创了用热乙醇或其他可选溶媒从以上树汁或其它天然原料中提取甘露醇的先例。目前从海带中提取甘露醇是工业生产方法之一,而主导生产工艺还是化学合成法,即:①蔗糖经水解得转化糖浆;②葡萄糖液经化学异构得部分甘露糖的葡甘糖浆;③葡萄糖经生物酶异构的果葡糖浆。这3种方法所得的产品单独或相互组合,或再融入其它以提高果糖或甘露糖含量技术形成的含2种或3种糖的混合糖液经催化还原而得,然后利用溶解度不同分步将甘露醇结晶分离。也就是说合成工艺在催化加氢还原前的起始物料可以通过科技创新手段来尽可能地提高果糖和甘露糖的含量,从而达到提高甘露醇产量的目的,而一旦催化加氢将糖还原成醇后,提取甘露醇的精制工艺是基本上一致的全物理过程,且不使用任何溶剂与溶媒,我们认为催化加氢是甘露醇生产的关键工艺。
3 原料引入的山梨醇
不论是用催化还原法、电解还原法及生物发酵法生产甘露醇,其最直接的原料是葡萄糖、果糖和甘露糖。3者分别由蔗糖的水解和葡萄糖的异构获得,作为生产甘露醇的原料。获得3种单糖的途径如下:
3.1 蔗糖水解
一分子的蔗糖完全水解理论上得一分子的葡萄糖和一分子的果糖,实际上得约含48%果糖的果葡糖浆,又称转化糖。
C12H22O11+H2O H+ C6H12O6+C6H12O6
蔗糖
葡萄糖
果糖
3.2 葡萄糖生物异构
葡萄糖在葡萄糖异构酶的作用下,可得约含42%果糖的果葡糖浆,又称42果葡糖浆。
C6H12O6 葡萄糖异构酶
C6H12O6
葡萄糖
果糖
3.3 葡萄糖化学异构
葡萄糖能在钼酸盐存在的酸性条件下差向异构化成甘露糖。如葡萄糖溶液在钼酸盐存在的酸性条件下,加热即给出葡萄糖和甘露糖的混合液,甘露糖约占30%。反之用甘露糖在相同条件下进行差向异构化,同样也得到甘露糖约占30%的葡萄糖甘露糖混合液,见下图。
现在化学合成法工业化生产甘露醇大都是在金属催化剂(如Raney镍、钌/碳等)存在下,高温高压用氢气还原葡萄糖与甘露糖、葡萄糖与果糖或3种糖的混合液进行生产。
转贴于
在此有必要了解单糖的一特性,经过深入的研究,因醇与醛相互能发生半缩醛的反应,单糖也具有一个半缩醛的结构,即单糖分子中的羟基与羰基作用,形成一个氧环,并把这种结构称为氧环式,有为五元环(呋喃型)和六元环(吡喃型),α型和β型。另外已经证明,各种结晶体己糖,包括醛糖和酮糖,几乎都存在着各自独立的α型或β型异构体,而在溶液中则很快通过链式相互转变为1:1混合物达到平衡。因此,单糖的变旋现象是在溶液中有α型和β型异构体的互变,同时包括环式与链式的互变(主要是环式)所形成的一个动态平衡体系。由于单糖的这一特殊的构型现象,在加氢还原时,酮糖就会与醛糖不同,产生一对差向异构体。3种糖单独加氢还原产物各不相同。
葡萄糖(Glucose) 为己醛糖,主要有两种构型:一种称为α葡萄糖,另一种称为β葡萄糖。两者溶于水后,它们的比旋光度都逐渐地改变为+52.7°,这种现象称为变旋光现象。两种构型的葡萄糖结构如在用氢气还原其醛基时,均在C6与半缩醛的氧原子间受到H 原子的攻击,得到一个产物——山梨醇。
果糖(Fructose) 为己酮糖,分别具有α、β吡喃型和呋喃型两种半缩醛形式(见下图)。氢化还原时,酮基受到H原子的攻击氢化还原,由于构象所决定,开环后得到一对只是C2构象不同的差向异构体的糖醇,即果糖的氢化理论上同时得到等量的甘露醇和山梨醇。已经证实只有β果糖被氢化成甘露醇,α果糖则被氢化成山梨醇。但受工艺和助剂的影响往往山梨醇略高于甘露醇。
甘露糖(Manmose) 为己醛糖,也分为α吡喃甘露糖和β吡喃甘露糖两种。水溶液中显示出复杂的变旋光作用,在+14.2°稳定。吡喃甘露糖的结构式如下: 两种构型的甘露糖结构如在用氢气还原其醛基时,均在C6与半缩醛的氧原子间受到H原子的攻击,得到一个产物——甘露醇。
从结构上分析醛和酮都有羰基(>C=O),但醛中羰基碳原子连接一个氢原子,而酮中羰基碳原子上连接着烃基,故33者都具有还原性。3者是同分异构体,葡萄糖与甘露糖又因只是C2的构象不同成为差向异构体。
4 工艺引入的山梨醇
再对3种糖的共性做个简要说明。3种糖与过量的苯肼作用都生成同一种不溶于水的黄色结晶,称为脎。这3种单糖的构象差别在C1和C2上,其它C3、C4和C5是相同的(见下图)。当生成脎后,这种差别就完全消失,从而生成同一种脎。凡是能生成同一种脎的己糖,它们的C3、C4和C5的构型都是完全相同的。3者在特定条件下是可以相互转换的。
在温和的碱条件下,醛糖能与酮糖相互异构化,这是著名的罗布雷布伦反应,又称糖的烯醇化过程,它是通过一系列的烯醇化和糖分子内质子的迁移而实现的一个平衡过程,且烯醇化速度主要取决于糖的构型。以D葡萄糖为例,其分子中C2上的αH同时受羰基和羟基的影响很活泼,用稀碱处理可以通过(a)途径互变为1,2烯二醇中间体。1,2烯二醇不稳定,再通过(b)和(c)途径互变为果糖和甘露糖,从而达到平衡。
稀碱处理D甘露糖或D果糖,也得到上述互变平衡体系的混合物。
加氢还原糖类制糖醇所使用的雷尼镍催化剂,若在酸性条件下使用,加之糖类水溶液均为微酸性物质,随着温度的提高,其电离度随之增大,伴随着微量的有机酸不断产生,催化剂会被逐渐腐蚀,金属镍转变成镍离子而流失,使其活性降低。而在碱性条件下可使催化剂表面活性中心带上较多的负电荷,金属原子的供给电子能力增加,有利于吸附键的形成,从而提高了催化剂的活性,吸氢速度可成倍增加。因此糖类的加氢必须在碱性条件下进行,罗布雷布伦是不可避免地存在,不论用纯净的葡萄糖加氢所得的山梨醇中会含有微量的甘露醇,即使用纯净的甘露糖加氢所得的甘露醇中也会含有微量的山梨醇,而用不同比例的混合糖加氢肯定会得到不同比例的甘露醇和山梨醇。为获得纯净的甘露醇只能通过分离方法提纯,一般工业上采用重结晶技术,重结晶次数越多所得甘露醇越纯,成本也越高。
5 结论
以上论述了化学合成法不论用什么原料生产甘露醇都难免有微量山梨醇存在,我们收集了国内外的同类产品,用HPLC进行了比对,发现都或多或少地含有微量(<1%)的山梨醇,从而证明了这一事实。要想去除这些微量的山梨醇就会增加成本,且微量山梨醇的存在并不会对甘露醇的药效起任何明显的影响。甘露醇和山梨醇不仅是同分异构体,也是差向异构体,在药物书籍中两者均划属为同类物质,药物类别均为脱水药,在药理上均具有利尿及脱水作用,用途相似,药典中也含有山梨醇输液项,只因山梨醇在体内部分转化为糖原而失去高渗作用,使药理作用比甘露醇稍弱。因此考虑到山梨醇的药理作用与甘露醇相似,其微量存在对甘露醇药效不会产生影响,相反可降低甘露醇输液的结晶趋向和不良反应。查阅多国药典,包括《中国药典》,都没有对原料药甘露醇中含山梨醇的限量做明确规定,《英国药典》和《欧洲药典》在甘露醇项中明确描述可含有山梨醇。另外从《美国药典》、《英国药典》和《欧洲药典》对甘露醇含量所采用的高效液相色谱分析方法操作步骤中,更能看出这些药典颁布国和使用国是允许原料药甘露醇中含有微量的山梨醇,同时这一点也证实了国外甘露醇的生产方法也是化学合成法。事实上我们在与国外客商的接触中也体会到,当国外客商对我们的甘露醇样品进行分析,也是以样品中是否含有微量山梨醇,来判断我公司产品是否由化学合成法生产,生产工艺是否与本国相似和产品质量是否一致。由此可见,原料药甘露醇中的微量山梨醇主要决定于其所使用的原料及生产工艺。关于微量山梨醇对原料药甘露醇的影响问题因本文受篇幅的限制,我们将另撰写专题文章论述。
参考文献
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7 药品通用名:山梨醇.yao85.com/free_cgi/bbs/ypxxl.asp
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化学选择题一般考查化学基础知识和基本解题能力,题目不是很难,但分值较大,错一题丢6分,这需要考生答题时思维一定要严密。下面给大家分享一些关于高考化学的答题技巧,希望对大家有所帮助。
高考化学的答题技巧选择题的题干一般会有很多限制性条件,如“无色的”、“通常情况下”、“标准状况下”、“说法正确的”、“说法错误的”等。考生审题时不妨将这些关键词划出来,避免答题时忽略。对题目涉及的一些特殊物质,不要忽略其特殊性质。
作答时,选择题四个选项中,如果是概念性的,应对有把握的迅速进行判断。如答案涉及计算,要认真计算出结果,与四个选项对照后选择,切忌避免题目未读完就动手做。
专有名词书写要准确
做填空题时,考生最需注意的是书写。不仅字迹要清楚,答案也要写在规定的范围内,方便阅卷老师查阅。
在书写化学专有名词时一定不要写错别字。按规则,专有名词出错不能得分。值得注意的是,化学量是有单位的,不要漏掉。
此外,化学方程式与离子方程式不能混淆,书写时一定要配平,注明条件及状态。书写化学方程式时,最容易漏掉的是水等小分子,相关条件要按书上的规范语言写,如不能将“放电”写成“闪电”等,也不能随意添加不需要的条件。化学式、结构式、电子式、结构简式等不能混淆。结构式和结构简式中哪些原子间用线连接要写清楚,特别是要注意有机物结构简式中,双键等是不能省的。
值得注意的是,往年阅卷中最容易扣分的是苯环的结构简式,一定要按书上规范书写。阅卷老师只会根据标答和考生写在试卷上的白纸黑字来给分,不可能揣摩考生意思,因此一定要书写清楚意思明确。
实验题作答别随意
从阅卷看,实验题考生都容易下手做,但不容易得分,因为答题不够细心。
答题时,考生首先要多审几遍题,充分理解题目的要求,明确实验目的。
在回答时书写文字表达时,考生一定要抓住要点,不能泛泛而谈,不能用套话,要有针对性。如回答“气体通过浓硫酸时浓硫酸的作用”,如果简单回答为“除杂质”、“干燥”就不符合要求,要明确回答是除掉混合气体中的哪些气体或干燥哪一种气体等。
实验题解题时,考生一定要关注实验细节。如去年高考(微博)题有一问是要求检验水煤气中在含有二氧化碳和水蒸气的情况下,存在有一氧化碳和氢气。由于不能直接检验,所以利用一氧化碳和氢气还原氧化铜的化学反应,将产生的气体产物二氧化碳和水蒸气进行检验。因此考生在设计实验时,要先除掉水煤气中的水蒸气和二氧化碳,再进行还原实验,最后检验其反应后的产物。与此同时还要注意气体通过洗气瓶时导管的“长进”、“短出”和检验水蒸气的最好试剂是无水硫酸铜等细节。
高考化学如何抓住重点快速提分一、明确任务
一轮复习基本是按知识模块与课本的章节顺序综合,梳理知识细节、构建知识网络,而二轮复习则是按照模块化、程序化的方式进行综合训练,所以二轮复习节奏更快、强度更高。
二轮复习的主要任务:一是形成知识网络系统并强化记忆,二是在系统把握整体知识的基础上,通过大量练习,培养综合灵活运用知识的学科能力。解题的过程中,注意提高速度及准确性。做到既要“对”,又要“快”。
具体建议:
二轮复习主要是通过练习强化对知识的理解和应用。综合训练与专题训练相结合,练题的同时注意归纳总结,比如有机推断专题,钢铁的腐蚀、离子反应等专题。同时,训练答题的准确性、规范性,提高解题速度,多整理易错点、失分点,并进行强化练习。信息题则要学会如何去粗取精、去伪存真。
二、知识网络的体系和细化
1、专题训练、归纳总结
近几年的高考化学试卷,逐年倾向于“能力立意”,更加注重能力和素质的考查。同时由于试题数目有限,高考卷考察的知识点也比较固定。所以专题练习可以按照题型和知识点分类专题练习。以高考题为例,7道选择题中,电化学(原电池、电解池或者金属的防护和腐蚀)、化学反应速率和平衡、有机化学基础、实验题是常考题目,我们就可以按照这样的专题进行练习。练习时,注意归纳总结,反思复习,找出同一类题目之间的共通点,同时构建知识点之间的联系,形成完整的知识体系,以题目“反刍”知识,以知识指导题目。
2、限时训练、综合训练
(1)限时训练
理综化学的选择题并不多,全国卷7道,考试时10-15分钟内完成比较合适,建议给自己规定一个时间,对每一个专题模块或者综合训练时进行限时训练,防止大量题海战术时脑疲劳,做题效率下降。
(2)综合训练
每周进行一次学科内综合训练。以全国卷为例,7道选择题,4道非选择题,限时45分钟完成。45分钟时间虽然紧张,但不能给得太多时间。此用意在于:①提高解题速度;②提高阅读、审题能力;③学会合理舍弃,同时调整考试心理,提高考试技巧。
3、跳出题海、突出方法
由于复习时间紧任务重,要使学生在有限的时间内复习掌握大量知识并形成知识网络,就必须跳出题海,突出方法,提高复习效率。突出主干知识相关的题目和题型,新题、难题、偏题适当舍弃。注意建立知识之间的练习,注重对思维能力的训练,注重对学习方法归纳,并留出时间思考和通读课本。
解题时有意识地进行思维能力训练,找出该题所涉及的知识点(审题)回忆、联想相关的知识(构思)应用知识点解决问题(解答)。要注意无论专题训练还是综合训练,都必须目的明确,落到实处,重在效果,达到训练几道题通晓一类题的目的,切忌贪多求全,题海战术,疲于奔命。
高考化学实验题答题技巧及操作要点总结一、高考化学实验题解题方法与技巧
1、瞄准实验原理或实验目的,它是实验的灵魂;
只有充分解读透了实验原理或目的,再结合题中所给装置的作用,才能顺利解答实验仪器的连接问题;只有充分解读透了实验原理,才能结合装置内的试剂,回答装置的作用或实验现象。
2、反复阅读,提取有效信息,不要企望读一遍题目,就能很顺利的完成作答,有时答案就在题目信息中寻找,通过反复阅读,找到题目的答案与已知信息之间的联系。
3、要善于联想,前后联系,以前是否做过相同类型的题目或者相同的解题思路,任由思维的翅膀自由的飞翔,忌思路不开阔、僵化。
4、实验题是考查语言表达能力的窗口,在回答实验现象或每一步的作用时,要全面、准确、规范,避免词不达意,掉以轻心。
二、高考化学实验操作要点总结
(一)、浓稀关系
1、制氢气时,用稀HCl或稀H2SO4与锌反应。
2、制氯气时用浓HCl和二氧化锰共热。
3、制氯化氢气体时,用浓H2SO4与食盐共热。
4、制二氧化碳气体时,用稀HCl与大理石反应。
5、制硫化氢气体时,用稀HCl或稀H2SO4与硫化亚铁反应。
6、制二氧化硫气体时,用浓H2SO4与亚硫酸钠反应。
7、制二氧化氮气体时,用浓HNO3与铜反应;
而制一氧化氮时则用稀HNO3与铜反应。
8、制乙烯、硝基苯、苯磺酸,酯化反应、蔗糖脱水,都要用浓H2SO4;
而酯的水解、糖类的水解则要用稀H2SO4。
(二)、先后关系
1、点燃可燃性气体时,先验纯后点燃。
2、除杂质气体时,一般先除有有毒气体,后除其它气体,最后除水蒸气。
3、制备气体应先检查装置的气密性后加药品,加药品时应先放固体,后加液体。
4、拆除装置时,先把导气管撤出液面,后熄灭火源。
5、用H2、CO等还原金属氧化物时应先通气后点燃酒精灯。
停止实验时应先熄灯,后停止通气。
6、给试管中的物质加热,应先给整个试管预热,后集中火力加热装有药品的部位。
7、如果浓硫酸不慎沾在皮肤上,应先迅速用布或纸拭去,然后用大量水冲洗,最后涂上质量分数约为3%的小苏打溶液。
8、配制银氨溶液时,应先取稀AgNO3溶液,然后慢慢滴加稀氨水至最初产生的沉淀刚好消失为止。
9、制备Fe(OH)3胶体时,先将蒸镏水加热至沸,然后滴入饱和FeCl3溶液,继续加热至溶液显红褐色后即可。
10、制备硅酸溶胶时,先注入5~10mL1mol/LHCl,后加1mL水玻璃,然后用力振荡。
11、制备溴苯时,应先加入苯,再加溴,最后加入少量催化剂铁屑(实际起催化作用的是FeBr3)。
12、制备硝基苯时,先加入浓硝酸,再加浓硫酸,摇匀,冷却到50~60℃,然后慢慢滴入1mL苯,最后放在60℃的水浴中即可。
(三)、左右关系
1、使用托盘天平左盘放称量物,右盘放砝码,即左物右码;
游码刻度从左到右,读数时读其左边刻度。
2、调整天平时,左边轻时,平衡螺母向左旋,右边轻时,平衡螺母向右旋。
3、制备气体时发生装置在左,收集装置在右,气体流动的方向从左到右。
4、组装仪器时先低后高,从左到右将各部分联成一个整体,拆卸仪器时顺序则相反。
5、中和滴定操作时,左手控制旋塞,右手摇动锥形瓶,即左塞右瓶。
6、用移液管取液时,右手持移液管,左手拿洗耳球。
(四)、上下关系
1、玻璃仪器中的“零刻度”:滴定管在上方,量筒、烧杯、刻度试管等的起始刻度在下方,但并无零刻度。
2、容量瓶、移液管等的刻度线在上方(只有一刻度线)。
3、冷凝管中,水流方向为下进上出。
4、用排空气法收集气体时:若气体的式量大于29,用向上排空气法收集;
若气体的式量小于29,则用向下排空气法收集。
5、分液操作时,下层液体应打开旋塞从下边流出,上层液体应从分液漏斗的上面倒出。
6、使用长颈漏斗时,漏斗的底部应插入液面以下,而使用分液漏斗不必插入液面以下。
7、进行石油等物质的分馏时,温度计的水银球应在液面之上且位于支管口附近;
而制乙烯等需要测量、控制反应物温度的实验时,温度计水银球应在液面之下。
(五)、大小关系
1、称量时,先估计称量物大概质量,加砝码的顺序是先大后小,再调游码。
2、使用温度计、量筒、容量瓶、滴定管等,都要注意量程的大小。
如制乙烯温度为170℃,就不能使用100℃的温度计;量取8.5mL液体时,就应该使用10mL量筒。
3、干燥气体或除杂质气体时,气流的方向应大端进小端出,即大进小出。
4、固体药品应保存在广口瓶中,而液体试剂则应该保存于细口瓶中。
5、取用药品时,应严格按照实验说明的规定用量,如未注明用量,应该取用最少量,即液体只取1~2mL,固体只需盖满试管底部;
化学概念和理论(如分子、原子、电子云、化学键、化学平衡、晶体结构等)具有高度的概念性和抽象性,往往使学生望而生畏。化学知识的深奥、博杂、零碎使学生在学习过程中“理不清,斩不断”。游离于宏观与微观之间的化学知识是学生认识过程中一条难以逾越的鸿沟,要逾越这样的鸿沟,一条非常重要的途径就是借助想象。针对化学概念及理论的特点,教学中教师要善于从学生熟悉的生活现象人手,把对学生进行想象力培养贯穿于化学教学的全过程中,使学生从具体事物和现象中形成抽象的概念和理论,并借助宏观现象去理解和描述有关的概念和理论,以降低化学学习的难度。
1.运用形象直观的比喻,培养形象化想象能力
在化学中,很多化学概念不直观,尤其是涉及微观结构以及近代化学所提出的很多抽象概念,学生对其很难想象和理解。因此,如果借助已有的生活经验进行形象化的比喻来模拟,便能够帮助学生想象和理解。比喻就是打比方,原是一种修辞手法,运用到化学教学中,成为教学的一种表述方法。准确而较贴切地运用比喻,一般能起到如下的作用:它能使抽象的概念和原理变得具体化,使事物的某一方面的特征更为突出,有助于中学生思维方式的转变,帮助学生理解事物、加深印象、激发学生的学习兴趣,比喻还可以被创设为教学情境,可以增强化学教学的艺术性,从而收到较好的教学效果。
例如,在进行分子概念教学时,为了说明分子的大小,可启发学生根据如下形象的比喻来进行想象:如果把乒乓球放大到地球那么大小,分子放大同样的倍数,才只有乒乓球那么大。
又如,在讲原子内部能级时,对原子内部能量为负值,而且只能存在不连续的量子化状态,学生往往很难理解。可做这样的比喻:把原子中的电子比作是井下的一个小球,要把它拉上来,外力要给它做功。若以地面为零点,则小球在井下的能量是负值。假如在井下立一个梯子,每一个阶梯相当于一个能级,电子在不同的阶梯上相当于处于不同的能量状态,以此比喻能级是不连续的。当电子处于井底时能量最低,也最稳定,就是基态,当电子处于其他较高能级时就是激发态[5]。活化能也是一个关于能量的抽象概念,往往可以这样的形象化比喻:如果把活化能比作能跳过1m高的运动员所具有的能量,则凡是能跳过lm以上的“运动员”都称之为活化分子。
再如,电子云概念极为抽象,很难建立起正确的概念。为了便于理解,用假想的给氢原子照相的比喻来加以说明。氢原子核外有1个电子,为了在一瞬间找到电子在氢原子核外的确定位置,假想有一架特殊的照相机,可以用它来给氢原子照相(这当然是不可能的)。给某个氢原子拍照片,每张照片上呈现一个黑点,即电子可能的位置。拍上近万张,并将这些照片对比研究,就获得一个印象:电子好象是在氢原子核外作毫无规律的运动,一会儿在这里出现,一会儿在那里出现。对氢原子的照片叠印越多,就越能使人形成一团电子云雾笼罩原子核的印象。氢原子核外的电子云呈球形对称,在离核越近处密度越大,在离核越远处密度越小,也就是说,在离核越近处单位体积的空间中电子出现的机会越多,离核越远处单位体积的空间中电子出现的机会越少。
使用比喻应注意下面几点:用来比喻的事物必须是学生所熟悉的;比喻的和被比喻的事物必须有相似的特征;还要注意的是比喻要恰如其分、注意思想性和科学上的严谨性,比喻要具有启发性和艺术性。
2.寻求不同事物间的共性,培养类比性想象能力
类比是一种重要的思维方法,许多创造性思维是在类比中产生的,许多重大发现也是在类比中诞生的。类比可以作为一种科学解释的方法,将结论外推到观测不到或在时间上已经成为过去的对象和过程中。类比推理在创造性思维中扮演着极重要的作用,具有联想、启发、假设、解释和模拟等多种功能,甚至灵感和直觉有时也需要类比帮助。类比推理具有重大的启示功能,它能为科学探索提供较为具体的线索,在形成和提出科学假说时常常起着重要的作用[6]。根据不同事物之间的某些方面相似而建立起类比,其建立联系的桥梁便是想象。类比性想象使事物之间建立起联系,从解决一问题的方法中得到对另一问题解决方法的启迪。
例如,在原子轨道、分子轨道等物质结构理论的建立过程中就大量运用类比推理的方法:从原子轨道类推到分子轨道,从原子外层轨道类推到分子前线轨道,由分子的杂化轨道理论和分子轨道理论类推到配位化合物的晶体场理论和配位场理论,由分子轨道类推到固体等。类比是寻求类似的过程,也就是寻求事物间的实质联系,基于实质联系可以建立统摄性的概念。这些类比中所生成的统摄概念有:量子化(上述不同尺度的结构理论都不同程度地反映了轨道能量量子化的特点),轨道组合(组合过程中轨道数目守恒,轨道能量会发生裂分),外层电子(物质之间的作用以能量较高的外层电子之间的作用为主,这是一种有效的近似处理的方法),广义分子(从广义分子和统摄性的分子轨道理论的视角来看待有限分子和无限分子)。
又如,历史上由于仪器手段的限制,尽管化学家测定了大量物质的组成,但在很长一段时间内对物质结构的认识都处于假想和猜测阶段。1846年罗朗曾经把乙醇、乙酸、氢氧化钾、乙醇钾与水进行类比,认为可以把它们划归一个类型,即水中的氢被其他基所取代。1851-1855年,威廉逊还做了更加大胆的发挥:“我相信,对于几乎全部无机化学和有机化学来说,只要一种简单的类型就足够了,那就是水型。”[8]在中学化学课程中,有机物和无机物被当作截然不同的2部分进行教学,它们之间的差异性被普遍关注,但是联系性却较少强调。将这一类比的思想迁移到教学中,可以以水分子的结构为起点,用其他的原子来替换水中的氧和氢,并在此基础上进行进一步的替换,就可以演化出中学化学常见的各类无机化合物和有机化合物的物质与结构,从而建立各类物质之间的联系,使学生对分子结构的认识思维强度降低,将对“复杂的”结构式的机械记忆转变为理解记忆,同时,还可以帮助学生理解各种反应类型,对于贯通无机化学和有机化学有积极的作用[7]。
再举一例,对于蛋清黏稠的现象,反映出蛋白质是长链型的高分子化合物的特点,这些长链型的分子是柔软的,且在不停地自由蠕动着。与之类似,加热硫粉至熔化,慢慢将其倾倒人水中,形成弹性硫,从原有的环型分子变成了链较长的分子。加热蔗糖会逐渐变成糖稀,蔗糖熔化后,在加热过程中熔融液的黏度逐渐增强,可以推测形成了长链型的分子。同样,淀粉溶于水以后形成了黏稠的糊状物,也能使学生比较容易地联想到淀粉的大分子形象M。由此,把蛋清、弹性硫、糖稀、淀粉这种表观黏稠的相似性与微观长链分子的相似性建立联系,起到触类旁通的作用。
这种类比联想可以进一步扩展,例如在实验室经常会发现久置的甲醛溶液中出现大量的白色固体--多聚甲醛。根据多聚甲醛的状态,能否推测多聚甲酵的聚合度?因为多聚甲醛呈固态,从分子晶体的角度进行分析,物质的熔沸点与其微观结构和相对分子质量有关。若以正烷经作为参照模型,因为含有17个C原子以上的正烷烃在常温条件下呈 固态,是否可以假设在多聚甲醛的分子链中含有的C、0原子的总数应达17个呢?由此推测多聚甲醛的链节数可能至少需达到8个。又因为多聚甲醛是粉末状的固体,所以可以想象多聚甲醛的聚合度不会太高。有关资料表明,工业产品的多聚甲醛固体的聚合度一般为8?10,在自然状况下形成的多聚甲醛,一般聚合度不会超过100。这在一定程度上可以说明这一类比推理是合理的。
3.建立图像和模型之间的转化,培养空间想象能力
空间想象能力的研究情况表明,学生的空间想象能力与化学成绩存在显著相关,并对其化学学习会产生不可忽视的作用。要培养学生的三维想象能力,必须让学生在大脑中储存想象的基本素材,知识越准确、越丰富,想象就越活跃,思维就越有创造性。在中学化学教材中提供了大量三维空间图形,有原子模型,有分子模型,还有与化学反应有关的模型。教师可以配合教材充分利用图表、图形、模型等教具,为学生认识和探索微观化学世界的奥秘提供生动的形象,也为知识的再现提供思维的表象,指导和训练学生通过观察及分析,从中提取最具特征的信息,逐步建立起将二维平面图形在脑际中转化为三维实物的空间想象能力。
例如,co2、h2o、ch4分子结构分别为直线型、平面型、正四面体型。前2者因为都是平面结构,所以想象起来相对容易,而对于CH4的立体结构,学生的认识障碍会大得多。教师可以借助球棍模型,让学生观察对比模型与图形之间的关系,在脑中形成准确的图景,从而提高学生对线、面、体的想象能力。
在解决立体结构问题时,关键在于空间想象能力,只有在头脑中形成正确的立体图景,才会确定原子、分子之间有关的空间关系和数量关系,具体问题会迎刃而解。此处举一例,某物质的晶体中含
A、B、C三种元素,其排列方式如图1所示(其中前后2面心上的B原子没有画出),此晶体中A、
B、C的原子个数比为()
(A)8:6:1(B)2:3:1
(C)l:3:l(D)2:2:1
在这一问题中,因为C处于立方体的中心,因此对C原子的判断比较容易,即1。对于A原子,就要引导学生想象每个A原子均为8个立方体所占有,即8/8=1。对于B原子,不仅要引导学生想象每个B原子均为2个立方体所占有,同时还要想象B原子的总数是画出来的4个加上没有画出的2个共6个,即6/2=3。这样的问题并不是难题,但对于缺乏空间想象力的学生来说,确实会感到束手无策。要解决好这类问题,在化学教学中就要“抽象内容形象化、微观知识宏观化”,增强学生对物质结构的空间想象力,提高对此类题型的思维解题能力。
4.合理运用理想实验,培养假想过程想象能力
理想实验是科学抽象的一种形式,是人们在思想中,运用理想模型塑造理想模型在理想条件下的运动过程,进行严密的逻辑推理的一种重要的理论研究方法。理想实验基于现实、而又超越现实,它是在真实实验的基础上,抓住主要矛盾,忽略次要矛盾,对实际过程作出更深层次的抽象分析,以已被实践所证实的逻辑法则为根据,按真实实验的格式所展开的一种复杂的思维推理活动。“理想实验”虽然不是一种真实的实验操作,但它可作为进一步推进科学研究活动向前发展的手段,作为创造性思维的重要表现形式,作为一种重要的理论研究方法,由此而得到的结论具有重要的意义。
例如,学生在认识弱电解质溶液中起始浓度、电离度及其电离产生的离子浓度之间的变化关系时存在困难:溶液稀释时醋酸分子、醋酸根离子与氢离子的浓度都在减小,为什么平衡向电离成离子的方向移动而不是向生成醋酸分子的方向移动?这一困难可以通过一个理想实验来帮助理解:设想在一无限大容积的容器内加入少量一定浓度的醋酸溶液,然后向其中不断地加水稀释,此时醋酸根离子与氢离子之间的距离就不断增大。当加人水量无限大时,溶液体积亦无限大,醋酸根离子与氢离子之间距离就会无限远,则2者碰撞结合成醋酸分子的可能性近乎零,而每个醋酸分子都可以有电离的机会,故这样的条件下醋酸分子会全部电离,电离度达到最大。这个假想实验的结果可以解释弱电解质溶液稀释,电离平衡向右移动。
又如,在建立气一液动态平衡的概念时,可用理想实验方法。假想一个装有少量液体的密闭容 器,引导学生想象这里面分子的运动状态。在这个实验中学生并不能真正观察到容器中分子的运动情况。但这个过程靠想象运用已有的知识是能够达到的,这就是理想化的观察。从而使学生在脑海里想象出在单位时间内回到液体中的分子数等于从液面飞出的分子数这一动态平衡的图景。
再如,压强对化学反应速率的影响,可以用理想性的实验方法来解释其原因。对于气体反应来说,当温度一定时,一定量气体的体积与其所受的压强成反比。这就是说,如果气体的压强增大到原来的2倍,气体的体积就缩小到原来的1/2,单位体积内的分子数就增多到原来的2倍。增大压强,就是增加单位体积里反应物的物质的量,即增大反应物的浓度,因而可以增大反应的速率。相反,减小压强,气体的体积就扩大,浓度减小,因而反应速率减小。
理想化实验难度较大,需要教师多想办法创造想象的图景,比如使用一些示意图,以提高学生学习的兴趣并降低难度。
5.结语
本文就化学教学中常用的和重要的想象类型做了浅显的讨论。这些类型不是孤立的,在解决问题或探索新知的过程中往往是它们的相互融合。所以,需要把它们有机地交融,让进行不同类型想象能力的培养成为一个有机整体,努力使它贯穿新授课、讲评课、复习课、实验课等不同课型的教学全过程之中。对学生进行想象能力的培养应作为一种常态的教学方式,一种持久的教学文化。
一、选择题:本题共13小题,每小题6分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求。
1.下列有关蛋白质的说法不正确的是
A. 糖蛋白存在于细胞膜的外表面,与细胞识别、信息传递及细胞癌变等有关
B. 载体蛋白具有专一性,参与协助扩散、主动运输
C. 血红蛋白可携带氧气,可参与内环境的组成
D. 抗体由浆细胞分泌,专一性很强
2. 某同学在观察减数分裂装片时,发现一个细胞含有成对的同源染色体,但没有四分体,着丝点排列在赤道板位置,且每条染色体都有染色单体。下列相关分析正确的是
A. 水稻的雌蕊是良好的实验材料
B. 这是处于减数第二次分裂中期的细胞
C. 下一时期将发生同源染色体彼此分离
D. 所形成两个子细胞的染色体数目相同
3. 以下有关遗传变异的说法不正确的是
A. 三倍体无子西瓜不育,但是其变异能通过无性生殖遗传给后代
B. DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失不一定会引起性状改变
C. 在有丝分裂和减数分裂的过程中,会由于非同源染色体之间交换一部分片段,导致染色体结构变异
D. 在镜检某基因型为AaBb的父本细胞时,发现其基因型为AaB,此种变异为基因突变
4. 马拉松长跑是一项高强度体育运动,下列相关分析错误的是
A. 运动员跑步过程中心跳加快,是神经体液调节的结果
B. 出发后运动员体温在较高水平上维持相对稳定,此时产热量大于散热量
C. 途中运动员会大量出汗是下丘脑调节体温相对稳定的结果,应及时补充水分
D. 运动员感到疲劳仍能坚持跑完全程,离不开大脑皮层的控制作用
5. 荔枝椿象吸食荔枝、龙眼等果树的嫩芽,造成果品减产。平腹小蜂可把卵产在椿象的卵内,幼虫取食椿象的卵液,长大后的小蜂钻出卵壳,再次找到椿象重复上述过程。下列叙述正确的是
A. 平腹小蜂与椿象为互利共生关系
B. 平腹小蜂在生态系统中属于初级消费者
C. 平腹小蜂与荔枝椿象之间存在着信息交流
D. 平腹小蜂、荔枝椿象、荔枝构成了一个相互依存的生物群落
6. 下列关于“探索生长素类似物促进插条生根的最适浓度”实验的叙述正确的是
A. 本实验的结果不能够体现生长素作用的两重性的特点
B. 实验中不同浓度生长素类似物溶液浸泡不同插条的时间长短要有不同的梯度
C. 浸泡法处理插条就是将插条浸泡在配制好的生长素类似物溶液中直至其生根
D. 实验中常用的生长素类似物有NAA、2,4-D、IPA、IBA和生根粉等
7. 古代的很多成语、谚语都蕴含着很多科学知识,下列对成语、谚语的解释正确的是
A.“冰,水为之,而寒于水”说明相同质量和温度的水和冰,冰的能量高
B.“大浪淘沙”、“百炼方能成钢”发生的均为化学变化
C.“甘之如饴”说明糖类均有甜味
D.“火树银花”中的焰火实质上是金属元素的焰色反应
8. 设NA表示阿伏加德罗常数的数值,下列说法正确的是
A. 常温常压下,18g D2O分子中所含中子数为10NA
B. 8.0 gCu2S和CuO的混合物中含有铜原子数为0.1NA
C. 标准状况下,2.24 L Cl2溶于水中达到饱和,转移的电子数为0.1NA
D. 50mL 12mol・L-1盐酸与足量MnO2共热,生成的氯气分子数为0.15NA
9. 下列关于有机物的说法错误的是
A. 乙醇和乙酸都是常用调味品的主要成分
B. 苯和油脂均不能够使酸性高锰酸钾溶液褪色
C. 麻醉剂三氟氯溴乙烷(CF3CHClBr)的同分异构体有3种(不考虑立体异构)
D. 家中发生天然气泄漏,不能在室内用电话报警
10. 下列根据实验操作和现象所得出的结论正确的是( )
11. 五种短周期主族元素X、Y、Z、W、R。X的原子半径是短周期主族元素中最大的,Y元素的原子最外层电子数为m,次外层电子数为n,Z元素的原子L层电子数为m+n,M层电子数为m-n,W元素与Z元素同主族,R元素与Y元素同主族。下列叙述错误的是
A. 28gZ单质中含有4 molZ―Z非极性共价键
B. Y的氢化物比R的氢化物稳定,熔沸点高
C. Z、W、R最高价氧化物对应水化物的酸性强弱顺序是:R>W>Z
D. X与Y形成的两种常见化合物中阴、阳离子的个数比均为1∶2
12. 我国预计在2020年前后建成自己的载人空间站。为了实现空间站的零排放,循环利用人体呼出CO2的并提供O2,我国科学家设计了一种装置(如1图),实现了“太阳能电能化学能”转化,总反应方程式为2CO2=2CO+O2。关于该装置的下列说法正确的是
A. 图中N型半导体为正极,P型半导体为负极
B. 反应完毕,该装置阳极中电解质溶液的pH增大
C. 离子交换膜中每通过1mol离子,产生0.5molO2
D. 人体呼出的气体参与X电极的反应:CO2+H2O+2e-=CO+2OH-
13. 25℃时,用Na2S 沉淀Cu2+、Zn2+两种金属阳离子(M2+),所需S2-最低浓度的对数值lgc(S2-)与lgc(M2+)的关系如图2所示。下列说法不正确的是
A. Na2S 溶液中:c(S2-)+c(HS-)+c(H2S)=1/2c(Na+)
B. 25℃时,Ksp(CuS)约为1×10-35
C. 向100 mL Zn2+、Cu2+浓度均为10-5 mol/L 的混合溶液中逐滴加入10-4 mol/L 的Na2S 溶液,Cu2+先沉淀
D. 向Cu2+浓度为10-5 mol/L 的工业废水中加入ZnS 粉末,不会有CuS沉淀析出
二、选择题:本题共8小题,每小题6分。在每小题给出的四个选项中,第14~18题只有一项符合题目要求,第19~21题有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。
14. 物理学在揭示现象本质的过程中不断发展,下列说法不正确的是
A. 通电导线受到的安培力,实质上是导体内运动电荷受到洛伦兹力的宏观表现
B. 穿过闭合电路的磁场发生变化时电路中产生感应电流,是因为变化磁场在周围产生了电场使电荷定向移动
C. 磁铁周围存在磁场,是因为磁铁内有取向基本一致的分子电流
D. 踢出去的足球最终要停下来,说明力是维持物体运动的原因
15. 如图3所示是演示小蜡块运动规律的装置.在蜡块沿玻璃管(y方向)上升的同时,将玻璃管紧贴着黑板沿水平方向(x方向)向右运动,得到蜡块相对于黑板(xOy平面)运动的轨迹图.则蜡块沿玻璃管的上升运动与玻璃管沿水平方向的运动的形式是
A. 小蜡块沿玻璃管做匀加速直线运动,玻璃管沿水平方向做匀加速直线运动
B. 小蜡块沿玻璃管做匀加速直线运动,玻璃管沿水平方向做匀速直线运动
C. 小蜡块沿玻璃管做匀速直线运动,玻璃管沿水平方向先加速后减速
D. 小蜡块沿玻璃管做匀速直线运动,玻璃管沿水平方向先减速后加速
16. 如图4所示,固定斜面c上放有两个完全相同的物体a,b,两物体间用一根细线连接,在细线的中点加一与斜面垂直的拉力F,使两物体均处于静止状态,下列说法正确的是
A. c受到地面的摩擦力向左
B. a,b两物体的受力个数一定相同
C. a,b两物体对斜面的压力相同
D. 当逐渐增大拉力F时,物体b受到斜面的摩擦力一定逐渐增大
17. 如图5所示,有一面积为S、匝数为N、电阻不计的矩形线圈,绕OO′轴在水平方向的磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω匀速转动,矩形线圈通过滑环接一理想变压器,滑动触头P可上下移动,副线圈接有可调电阻R.从图示位置开始计时,下列判断正确的是
A. 矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=NBSωcos ωt
B. 矩形线圈从图示位置经过的时间,通过电流表的电荷量为0
C. 当P不动,R增大时,电压表读数增大
D. 当P向上移动,R不变时,电流表读数减小
18.如图6所示,a,b,c,d为某匀强电场中的四个点,且ab∥cd,abbc,bc=cd=2ab=2l,电场线与四边形所在平面平行.已知φa=20 V,φb=24 V,φd=8 V.一个质子经过b点的速度大小为v0,方向与bc夹角为45°,一段时间后经过c点,e为质子的电荷量,不计质子的重力,则
A. c点电势为14 V
B. 质子从b运动到c所用的时间为
C. 场强的方向由a指向c
D. 质子从b运动到c电场力做功为12 eV
19. 如图7(甲)所示,足够长的固定光滑细杆与地面成一定倾角,在杆上套有一个光滑小环,沿杆方向给环施加一个拉力F,使环由静止开始运动,已知拉力F及小环速度v随时间t变化的规律如图7(乙)所示,重力加速度g取10 m/s2.则以下判断正确的是
A. 小环的质量是1 kg
B. 细杆与地面间的倾角是30°
C. 前3 s内拉力F的最大功率是2.25 W
D. 前3 s内小环机械能的增加量是5.75 J
20. 已知质量分布均匀的球壳对其内部物体的引力为零.设想在地球赤道正上方高h处和正下方深为h处各修建一绕地心的环形真空轨道,轨道面与赤道面共面.两物体分别在上述两轨道中做匀速圆周运动,轨道对它们均无作用力,设地球半径为R.则
A. 两物体的速度大小之比为
B. 两物体的速度大小之比为
C. 两物体的加速度大小之比为
D. 两物体的加速度大小之比为
21. 如图8(甲)所示,在竖直方向上有四条间距相等的水平虚线L1,L2,L3,L4,在L3与L4之间存在匀强磁场,磁感应强度大小均为1 T,方向垂直于虚线所在平面向里.现有一矩形线圈abcd,宽度cd=L=0.5 m,质量为0.1 kg,电阻为2 Ω,将其从图示位置静止释放(cd边与L1重合),速度随时间的变化关系如图8(乙)所示,t1时刻cd边与L2重合,t2时刻ab边与L3重合,t3时刻ab边与L4重合,t2~t3之间图线为与t轴平行的直线,t1~t2之间和t3之后的图线均为倾斜直线,已知t1~t2的时间间隔为0.6s,整个运动过程中线圈平面始终处于竖直方向.(重力加速度g取10 m/s2). 则
A. 在0~t1时间内,通过线圈的电荷量为0.25 C
B. 线圈匀速运动的速度大小为8 m/s
C. 线圈的长度为2 m
D. 0~t3时间内,线圈产生的热量为4.2 J
第II卷
三、非选择题:包括必考题和选考题两部分。第22题~第32题为必考题,每个试题考生都必须作答。第33题~第40题为选考题,考生根据要求作答。
(一)必考题(共129分)
22.(6分)利用图9所示装置可以做力学中的许多实验.
(1)以下说法正确的是 .
A. 利用此装置做“研究匀变速直线运动”的实验时,必须设法消除小车和木板间的摩擦阻力的影响
B. 利用此装置探究“加速度与质量的关系”,通过增减小车上的砝码改变质量时,不需要重新调节木板的倾斜度
C. 利用此装置探究“加速度与质量的关系”并用图像法处理数据时,如果画出的a-m关系图像不是直线,就可确定加速度与质量成反比
D. 利用此装置“探究动能定理”实验时,应将木板带打点计时器的一端适当垫高,这样做的目的是利用小车重力沿斜面的分力补偿小车运动中所受阻力的影响
(2)某同学在利用此装置“探究加速度a与力F的关系”时,因为不断增加所挂钩码的个数,导致钩码的质量远远大于小车的质量,则小车加速度a的值随钩码个数的增加将趋近于的值.
23.(9分)测定一组干电池的电动势和内电阻的实验中,备有下列器材:
A. 待测的干电池
B. 电流传感器1
C. 电流传感器2
D. 定值电阻R0(2 000 Ω)
E. 滑动变阻器R(0~20 Ω,2 A)
F. 开关和导线若干
某同学设计了如图10(甲)所示的电路来完成实验.
(1)在实验操作过程中,该同学将滑动变阻器的滑片向左滑动,则电流传感器1的示数将 (选填“变大”或“变小”).
(2)该同学利用测出的实验数据绘出的I1I2图线(I1为电流传感器1的示数,I2为电流传感器2的示数,且I2的数值远远大于I1的数值),如图10(乙)所示.则由图线可得被测电池的电动势E= V,内阻r= Ω.
24.(12分)如图11所示,光滑绝缘的正方形水平桌面边长为d=0.48 m,离地高度h=1.25 m.桌面上存在一水平向左的匀强电场(除此之外其余位置均无电场),电场强度E=1×104 N/C.在水平桌面上某一位置P处有一质量m=0.01 kg,电荷量q=1×10-6 C的带正电小球以初速v0=1 m/s向右运动.空气阻力忽略不计,重力加速度g=10 m/s2.求:
(1)小球在桌面上运动时加速度的大小和方向;
(2)P处距右端桌面多远时,小球从开始运动到最终落地的水平距离最大?并求出该最大水平距离.
25.(20分)如图12(甲)所示,直角坐标系xOy的第二象限有一半径为R=a的圆形区域,圆形区域的圆心O1坐标为(-a,a),与坐标轴分别相切于P点和N点,整个圆形区域内分布有磁感应强度大小为B的匀强磁场,其方向垂直纸面向里(图中未画出).带电粒子以相同的速度在纸面内从P点进入圆形磁场区域,速度方向与x轴负方向成θ角,当粒子经过y轴上的M点时,速度方向沿x轴正方向,已知M点坐标为(0,).带电粒子质量为m、带电荷量为-q.忽略带电粒子间的相互作用力,不计带电粒子的重力,求:
(1)带电粒子的速度大小和cosθ值;
(2)若带电粒子从M点射入第一象限,第一象限分布着垂直纸面向里的匀强磁场,已知带电粒子在该磁场的作用下经过了x轴上的Q点,Q点坐标为(a,0),该磁场的磁感应强度B′大小为多大?
(3)若第一象限只在y轴与直线x=a之间的整个区域内有匀强磁场,磁感应强度大小仍为B.方向垂直纸面,磁感应强度B随时间t变化的规律如图11(乙)所示,已知在t=0时刻磁感应强度方向垂直纸面向外,此时某带电粒子刚好从M点射入第一象限,最终从直线x=a边界上的K点(图中未画出)穿出磁场,穿出磁场时其速度方向沿x轴正方向(该粒子始终只在第一象限内运动),则K点到x轴最大距离为多少?要达到此最大距离,图12(乙)中的T值为多少?
26.(14分)无色而有刺激性气味的甲酸,是最简单的羧酸液体,熔点8.6℃,沸点100.8℃。化学实验室常用甲酸(HCOOH)和浓硫酸混合加热制备一氧化碳,其反应方程式为:HCOOHCO+H2O,制备时先加热浓硫酸至80℃-90℃,控制温度,再逐滴滴入甲酸。
(1)请从上图中选用所需的仪器(仪器可重复使用)组成一套验证甲酸(HCOOH)和浓硫酸加热生成产物的实验装置。现提供以下药品:甲酸、浓硫酸、无水硫酸铜、氧化铜粉末、澄清石灰水。将所用仪器的序号按连接顺序由上至下依次填入下表(可以不填满),并写出该仪器中应加试剂的名称或化学式(划横线部分不需要填写)。
证明有一氧化碳生成的现象是 。
(2) 实验室可用甲酸制备甲酸铜。其方法是先用硫酸铜和碳酸氢钠作用制得碱式碳酸铜,然后再与甲酸制得四水甲酸铜[Cu(HCOO)2・4H2O]晶体。查阅资料可知四水甲酸铜晶体为浅蓝色晶体,可溶于水,难溶于醇。
相关的化学方程式是:2CuSO4+4NaHCO3=Cu(OH)2・CuCO3+3CO2+2Na2SO4+H2O
Cu(OH)2・CuCO3+4HCOOH+5H2O=2Cu(HCOO)2・4H2O+CO2
实验步骤如下:
Ⅰ、碱式碳酸铜的制备:
①步骤i是将一定量CuSO4・5H2O晶体和NaHCO3固体一起放到研钵中研磨,其目的是 。
②步骤ii是在搅拌下将固体混合物分多次缓慢加入热水中,反应温度控制在70℃-80℃,如果看到 (填写实验现象),说明温度过高。
Ⅱ、甲酸铜的制备:
将Cu(OH)2・CuCO3固体放入烧杯中,加入一定量热的蒸馏水,再逐滴加入甲酸至碱式碳酸铜恰好全部溶解,趁热过滤除去少量不溶性杂质。在通风橱中蒸发滤液至原体积的1/3时,冷却析出晶体,过滤,再用少量无水乙醇洗涤晶体2-3次,晾干,得到产品。
③制取甲酸铜时需要“趁热过滤”的原因是
。
④用无水乙醇洗涤晶体的目的是
。
27.(14分)硼镁泥主要成分是MgO,还含有CaO、Al2O3、FeO、FeO、MnO、B2O3、SiO2等杂质。以硼镁泥为原料制取的七水硫酸镁在印染、造纸和医药等工业上都有广泛的应用。硼镁泥制取七水硫酸镁的工艺流程如下:
查阅资料可知:B2O3溶于硫酸,所以此法制备的七水硫酸镁含有少量硼酸(H3BO3)。
(1)滤渣A能溶于氢氟酸,写出其反应的化学方程式
。
(2)滤渣B中含有不溶于稀盐酸的黑色固体,则滤渣B含有的成分有 ,加MgO并煮沸的目的是
。
(3)写出加NaClO过程中发生反应的离子方程式
。
(4)硼酸和甲醇在浓硫酸存在下生成B(OCH3)3,B(OCH3)3可与NaH反应制得易溶于水的强还原剂硼氢化钠(NaBH4)。
①写出生成B(OCH3)3的化学方程式 ,其反应类型为 。
②NaBH4中氢元素的化合价为 ,写出生成NaBH4的化学方程式 。
28.(15分)二甲醚(CH3OCH3)和甲醇(CH3OH)被称为21世纪的新型燃料。以CH4和H2O为原料制备二甲醚和甲醇的工业流程如下:
请填空:
(1)在一定条件下,反应室1中发生反应:CH4(g)+H2O(g)?葑CO(g)+3H2(g) ;ΔH>0。在其它条件不变的情况下升高温度,逆反应速率将 (填“增大”、“减小”或“不变”)。
(2)在一定条件下,已知反应室2的可逆反应除生成二甲醚外还生成了气态水,其化学方程式为 。
(3)在压强为0.1MPa条件下,反应室3(容积为VL)中amolCO与2amolH2在催化剂作用下反应生成甲醇: CO(g)+2H2(g) ?葑CH3OH(g),CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图17所示,则:
①P1 P2(填“”或“=”),请说明理由
。
②在P1压强下,100℃时,CH3OH(g) ?葑 CO(g)+2H2(g)反应的平衡常数为 (用含a、V的代数式表示)。
(4)CO(g)的燃烧热为283.0 kJ/mol,H2(g)的燃烧热为285.8 kJ/mol,则表示CH3OH(g)燃烧热的热化学方程式为
。
(5)以CH3OH(g)为燃料可以设计甲醇燃料电池,该电池以H2SO4稀作电解质溶液,其负极电极反应式为 ,已知该电池的能量转换效率为82.5%,则该电池的比能量为
kW・h・kg-1(结果取两位有效数字,比能量=,1kW・h=3.6×106J)
29.(9分)为了探究不同条件对植物光合速率和呼吸速率的影响,某同学做了如下实验:用8株各有20片叶片、大小长势相似的天竺葵盆栽植株,分别放在密闭的玻璃容器中,在不同条件下利用传感器定时测定密闭容器中二氧化碳的含量。实验结果统计如下表,请分析:(注:“+”表示环境中二氧化碳增加;“”表示环境中二氧化碳减少)
(1)用编号为2、4、6、8的装置可构成一个相对独立的实验组合,该实验组合的目的是:探究 。由表可知,植物呼吸作用最强的是编号第 组实验。
(2)在编号为1的装置中,叶肉细胞中能产生ATP的细胞结构有 。
(3)由表可知,植物光合作用最强的是编号第 组实验。一段时间后,编号为5的装置中二氧化碳含量将不再变化,原因是 。
(4)现有一株天竺葵的胡萝卜素缺失突变体,将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析(从上至下),与正常叶片相比,实验结果是光吸收差异 (“不”或“非常”)显著,色素带缺第 条。
30. (10分)(1)图18是表示利用玉米胚芽鞘研究生长素在植物体内运输方向的实验设计思路。则 (填“甲”“乙”“丙”或“丁”)组处理后的普通琼脂块能使去掉尖端的胚芽鞘继续生长。
(2)去掉其顶芽前后,侧芽部位生长素和细胞分裂素的浓度变化及侧芽长度变化坐标曲线图如上右图,据图分析:
① 激素甲代表的是 ;激素乙的生理作用是
。
② 据图分析高浓度的细胞分裂素对侧芽萌动起的作用是____________作用。
③ 为研究根向地生长与生长素和乙烯的关系,该兴趣小组又做了以下实验:将该植物的根尖放在含不同浓度的生长素的培养液中,并加入少量蔗糖做能源。发现在这些培养液中出现了乙烯,且生长素浓度越高,乙烯的浓度也越高,根尖生长所受的抑制也越强。
a. 该实验的因变量有_____________________________。
b. 为使实验严谨,还需要另设对照组,对照组的处理是将植物等量的根尖放在_____________________________中。
c. 据此实验结果可推知水平放置的植物根向重力生长的原因可能是:近地侧生长素浓度高诱导产生______________,从而______________________________________。
31.(9分)某生态系统总面积为200km2,假设该生态系统存在一条食物链为生物A生物B生物C,生物B种群的K值为1200只,回答下列问题:
(1)该生态系统中,生物A获得的能量一部分在呼吸作用中以热能形式散失了,一部分用于其___________________等生命活动,储存在植物体的有机物中。生物B同化的能量_______(填“大于”“等于”或“小于”)生物C同化的能量。
回答下列问题:
(1)步骤A中主反应生成Na2CrO4的化学方程式为
,
副反应主要有:Fe2O3+Na2CO32NaFeO2+CO2和
。
(2)步骤A中往高温焙烧炉中加入的辅料是石灰石,其主要目的不是造渣,但不加石灰石,主反应速率将很慢,而且反应不完全。由此可知,加石灰石的主要作用是
。
(3)步骤B中形成废渣的主要成分是 。
(4)图25是红矾钠和硫酸钠的溶解度曲线。据此,步骤C操作的方法是:将硫酸酸化铬酸钠和硫酸钠所得的混合溶液 (填操作名称),趁热过滤得到的晶体是 (填化学式);然后将所得滤液
(填操作名称),过滤得到的晶体是 。
(5)C步中用硫酸酸化,能否用盐酸酸化: ,理由是 ;在酸化时为什么酸度不能太低
。
37.【化学―选修3:物质结构与性质】(15分)
铁及铁的化合物在生产、生活中有着重要的用途。
(1)已知铁是26号元素,写出Fe的价层电子排布式 ;在元素周期表中,该元素在 区(填“s”、“p”、“d”、“f”或“ds”)。
(2)Fe原子或离子有较多能量相近的空轨道,因此能与一些分子或离子形成配合物,则与之形成配合物的分子的配位原子应具备的结构特征是 。Fe(CO)5是一种配合物,可代替四乙基铅作为汽油的抗爆震剂,其配体是CO分子。写出CO的一种常见等电子体分子的结构式 ;两者相比较,沸点较高的是 (填分子式)。
(3)1183 K以下纯铁晶体的晶胞如图26(甲)所示,1183 K以上则转变为图26(乙)所示晶胞,在两种晶体中最邻近的铁原子间距离相同。
①图甲和图乙中,铁原子的配位数之比为 。
②空间利用率是指构成晶体的原子、离子或分子在整个晶体空间中占有的体积百分比,则图甲和图乙中,铁原子的空间利用率之比为 。
(4)天然的和绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷,例如在某种FeO晶体中就存在图27所示缺陷:一个Fe2+空缺,另有两个Fe2+被Fe3+所取代。其结果晶体仍呈电中性,但化合物中Fe和O的比值却发生了变化。已知某氧化铁样品组成为Fe0.97O,则该晶体Fe3+与Fe2+的离子数之比为 。
38.[化学――选修5:有机化学基础](15分)
现用如下方法合成高效、低毒农药杀灭菊酯:
( )
(1)B的名称是_____________;合成H的反应类型是__________。
(2)A中最多可能同一平面上的原子数为________。
(3)写出反应 F+I杀灭菊酯的化学方程式:_____ ______________。
(4)写出C在高温高压、催化剂条件下与足量氢氧化钠水溶液充分反应的化学方程式:________________________。
(5)X与F互为同分异构体,X苯环上有三个取代基且含有 结构,则符合此条件的F共有 种。
(6)请设计合理方案以丙酮(CH3COCH3)和甲醇为原料合成有机玻璃()
(用合成路线流程图表示,并注明反应条件).
提示:①合成过程中无机试剂任选;
②合成路线流程图示例如下:
CH2=CH2CH3CH2BrCH3CH2OH
39.(15分)胡萝卜素是一种常用的食用色素,可分别从胡萝卜或产生胡萝卜素的微生物体中提取获得,流程如下:
(1)筛选产胡萝卜素的酵母菌R时,可选用
或平板划线法接种。采用平板划线法接种时需要先灼烧接种环其目的是 。
(2)培养酵母菌R时,培养基中的蔗糖和硝酸盐可以分别为酵母菌R提供 和 。
(3)从胡萝卜中提取胡萝卜素时,干燥过程应控制好温度和 以防止胡萝卜素分解;萃取过程中宜采用 方式加热以防止温度过高;萃取液浓缩前需进行过滤。其目的是 。
(4)纸层析法可用于鉴定所提取的胡萝卜素。鉴定过程中需要用胡萝卜素标准品作为 。
40. (15分)胚胎工程技术包含的内容很丰富,如图30是胚胎工程技术研究及应用的相关情况,其中供体1是良种荷斯坦高产奶牛,供体2是黄牛,请据图回答下列问题:
(1)通过应用2繁殖优良品种相对于传统繁育方法的优势是 。其中哺乳动物的早期胚胎形成后,在一定时间内 ,为胚胎收集提供了可能。
(2)形成受精卵的方法,除了体内受精外,还可以进行体外受精,需要将优良公牛的收集后放在一定浓度的肝素溶液中进行培养,其目的是 。而采集的卵子,也需要进行体外培养,其目的是 。
(3)通过应用2获得小牛,涉及到胚胎工程的最后一道“工序”是 。
(4)细胞C取自牛胎儿的 ,并培养在 细胞上,或在添加抑制因子的培养液中,维持细胞不分化的状态。
(5) 要使人的白蛋白基因在奶牛乳腺细胞异性表达,完整的基因表达载体要包括目的基因、 的启动子和终止子、标记基因等部分。
参考答案
1. C 2. D 3. D 4. B 5. C 6. D 7. D 8. B 9. B 10. D 11. A 12. D 13. D 14. D 15. D 16. C 17. A 18. B 20. AC 21. ABC
22.(1)BD (2)g
解析:(1)此装置可以用来研究匀变速直线运动,但不需要平衡摩擦力,选项A错误;利用此装置探究“加速度与质量的关系”,通过增减小车上的砝码改变质量时,不需要重新调节木板倾斜度,选项B正确;曲线的种类有双曲线、抛物线、三角函数曲线等多种,所以若a-m图像是曲线,不能断定曲线是双曲线,即不能断定加速度与质量成反比,应画出a-图像,选项C错误;探究“动能定理”实验时,需要平衡摩擦力,方法是将木板带打点计时器的一端适当垫高,这样做的目的是利用小车重力沿斜面分力补偿小车运动中所受阻力的影响,从而小车受到的合力即为绳子的拉力,选项D正确.
(2)设小车质量为m,钩码质量为M,则对小车有F-μmg=ma① 对钩码有mg-F=Ma②,联立①②解得a=g,将上式变形为a=g,可见当M》m时,加速度a趋近于g.
23. (1)变大 (2)3 1
解析:(1)滑动变阻器在电路中应起到调节电流的作用,滑片P向左滑动时R值增大,干路电流减小,路端电压增大,电流传感器1的示数变大,电流传感器2的示数变小.
(2)路端电压U=I1R0=E-I2r,变形得I1=-I2. 由数学知图像中的k=,b=. 由图可知b=1.50×10-3,k==0.5×10-3.
故解得E=3.0 V,r=1Ω.
24. (1)1.0 m/s2 方向水平向左 (2)m m
解析:(1)小球受到重力、支持力和电场力,重力和支持力平衡,根据牛顿第二定律有
a===m/s2=1.0 m/s2,方向水平向左.
(2)设P到桌面右端的距离为x1,球离开桌面后做平抛运动的水平距离为x2,
则x总=x1+x2,由v2-v0 2=-2ax1,得v=
设平抛运动的时间为t,根据平抛运动的分位移公式有h=gt2,代入得t=0.5s
水平方向有x2=vt=0.5,故x总=x1+0.5
令y=,则x总=
故当y=,即x1=m时,水平距离最大,最大值为xm=m
即P处距桌面右端m时,有最大水平距离为m.
25. (1) (2)B (3) (+)a
解析:(1)带电粒子在圆形磁场区域中做圆周运动的圆心为O2,离开圆形磁场区域时的位置为H,连接PO1HO2可知,该四边形为菱形,带电粒子做圆周运动的半径r=a
由于qvB=m,得v=
由于PO1在竖直方向,半径HO2也为竖直方向,由图31可知r+rcosθ=a,解得cosθ=;
(2)由图31可知,带电粒子以平行于x轴正方向的速度从M点进入磁场区域中做圆周运动,设半径为r3,由几何关系有tanβ==,β=37°,则cosβ==,得:r3=a
而r3=,得B′=B;
(3)由图32知,圆O4与直线x=a相切于C点,圆O5与y轴相切于D点,两圆弧相切于E点,带电粒子运动到K点时离x轴距离最大,O4O5=2r=2a,cos?渍=,?渍=60°最大距离KQ=a+2r+2rsin?渍=(+)a.
带电粒子运动周期T0=,由T=×T0,解得
T=.
26.(1)
(共4分,每空仪器和试剂都对给1分)
E中氧化铜粉末变红,E后B装置中澄清石灰水变浑浊(2分)
(2)①研细并混合均匀(2分) ②出现黑色固体(2分)
③防止甲酸铜晶体析出(2分)
④减少晶体的损耗以及洗去晶体表面的水和其它杂质(2分)
解析:(1)A为反应发生装置,反应产生一氧化碳和水,C中装无水硫酸铜检验水,在一氧化碳与氧化铜加热反应前需要除去一氧化碳中的水,试剂中只有浓硫酸能够做干燥剂,所以选B装置加入浓硫酸干燥一氧化碳,E中装氧化铜与一氧化碳反应,为了确认是一氧化碳,还需要用澄清石灰水检验产物有二氧化碳才能验证产物中有一氧化碳,最后要用排水法收集一氧化碳,防止一氧化碳污染空气。
(2) ①因为是取混和固体多次加入热水中,故两种固体要混合均匀,而NaHCO3固体和CuSO4・5H2O晶体均易结成块,固要研细才可混和均匀;②氢氧化铜和碳酸铜受热均不稳定易分解,前者生成黑色的氧化铜和水,后者黑色的氧化铜和二氧化碳,所以温度过高会使它们分解,出现黑色固体;③蒸发浓缩后甲酸铜的浓度比较高,如果冷却至常温会以晶体的形式析出,故要“趁热”过滤;④将滤液冷却结晶后,析出的晶体表面一定会残留有溶液中的其它物质,如表面上有水,还有一些其它的溶质都有可能残留在上面,故用乙醇洗涤晶体的目的是洗去晶体表面的水和其它杂质,另外四水甲酸铜晶体可溶于水,难溶于醇,用无水乙醇洗涤晶体可以减少四水甲酸铜晶体的损耗。
27. (1)SiO2+4HF=SiF4+2H2O (2分)
(2)Al(OH)3、Fe(OH)3、MnO2 (2分);
调高溶液pH,促进Al3+、Fe3+完全水解成氢氧化物沉淀而除去(2分)
(3)Mn2++ClO-+H2O=MnO2+Cl-+2H+、2Fe2++ClO-+2H+=2Fe3++Cl-+H2O (2分,顺序不分先后)
(4)H3BO3+3CH3OHB(OCH3)3+3H2O (2分)
酯化反应(或“取代反应”)(1分)
②-1(1分) B(OCH3)3+4NaH=NaBH4+3CH3ONa (2分)
解析:(1)根据工艺流程可知可溶于氢氟酸的滤渣A为SiO2(2)滤渣B含有不溶于稀盐酸的黑色固体,根据硼镁泥中含MnO推得黑色固体为MnO2;加入氧化镁调节pH,促进Al3+、Fe3+完全水解成氢氧化物沉淀而除去,推得滤渣B含有Al(OH)3、Fe(OH)3。(3)加NaClO过程中,NaClO为氧化剂,将二价铁氧化为三价铁,将二价锰氧化成二氧化锰,注意加入硫酸溶液呈酸性,根据化合价升降守恒结合电荷守恒用H+进行配平。(4)根据信息硼酸和甲醇在浓硫酸存在下生成B(OCH3)3,B(OCH3)3与NaH反应制硼氢化钠(NaBH4),化合价没有变化,为非氧化还原反应,根据原子守恒进行书写和配平。
28.(1)增大(1分)(2)2CO+4H2CH3OCH3+H2O(2分,没写可逆符号扣1分)(3)①
反应方向移动,CO的转化率增大(2分)
②a2/V2mol2・L-2(2分)
(4)CH3OH(g) +O2 (g) =CO2 (g)+2H2O (1) ;?驻H=-726.5 kJ/mol(2分)
(5)CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+(2分) 5.2 (3分)
解析:(1)升高温度,不论正反应速率还是逆反应速率都增大;
(2)根据信息可以确定出产物为“CH3OCH3+H2O”,再根据原子守恒即可推出其反应方程式。
(3)①提高CO的平衡转化率,所以p1
②100℃时, CH3OH(g)?葑CO(g)+2H2(g)
c(始)/mol・L-1 0 a/V 2a/V
c(转)/mol・L-1 0.5a/V 0.5a/V a/V
c(平)/mol・L-1 0.5a/V 0.5a/V a/V
得:K==a2/V2mol2・L-2
(4)根据图Ⅰ和CO(g)的燃烧热为283.0 kJ/mol,H2(g)的燃烧热为285.8 kJ/mol,利用盖斯定律得到
CH3OH(g) +O2 (g) =CO2 (g)+2H2O; ?驻H=-726.5 kJ/mol
(5)甲醇燃料电池,负极通入的物质为甲醇,电极反应式为:CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+,根据比能量计算式结合(3)中热化学方程式计算得到为5.2kW・h・kg-1
29.(9分,除说明外每空1分)
(1)温度对植物呼吸作用速率的影响 6
(2)线粒体、叶绿体、细胞质基质 (2分)
(3)5 光合作用强度等于呼吸作用强度(合理即可) (2分)
(4)不 一
解析:(1)用编号为2、4、6、8的装置可构成一个相对独立的实验组合,均为无光条件下,变量为温度,所以该实验组合的目的是:探究温度对植物呼吸作用速率的影响。由表可知,植物呼吸作用最强的是编号第6组实验,其12小时后CO2变化量增加最大。
(2)在编号为1的装置中,有光条件下,叶肉细胞中光合作用和呼吸作用均能产生ATP,细胞结构有线粒体、叶绿体、细胞质基质。
(3)植物光合作用强度=呼吸作用强度+净光合作用强度,由表可知,相同温度条件下有光测量值为净光合作用速率,无光条件下测量值为呼吸作用速率,所以光合作用最强的为第5组,12小时后CO2吸收量为4g。随着反应的进行,由于光合作用强度大于呼吸作用强度,CO2浓度不断降低,光合作用强度减弱直至和呼吸作用强度相等,CO2含量不再变化。
(4)胡萝卜素缺失,其主要吸收蓝紫光,对红光吸收无明显影响,纸层析时胡萝卜素应位于第一条色素带。
30.(10分,除说明外每空1分)(1)甲、丁(2分) (2)①生长素 促进细胞分裂 ②促进 ③a. 乙烯的浓度和根的生长情况 (2分)b. 含等量蔗糖但不含生长素的培养液c.乙烯 抑制根的近地侧生长
解析:(1)根据生长素极性运输特点,从形态学上端(a端)运输到形态学下端(b端),故甲、丁组处理后的普通琼脂块能使去掉尖端的胚芽鞘继续生长。
(2)去掉顶芽后,顶端优势解除,侧芽的生长素含量会降低,据图分析,激素甲代表生长素,激素乙代表细胞分裂素,生理作用为促进细胞分裂,而且随着浓度增加,侧芽萌动更显著,所以高浓度的细胞分裂素对侧芽萌动起促进作用。
由题干可知:生长素浓度越高,乙烯的浓度也越高,根尖生长所受的抑制也越强,实验自变量为生长素浓度,因变量为乙烯的浓度和根的生长情况。根据单一变量原则,对照组应设置为含等量蔗糖但不含生长素的培养液。近地侧生长素浓度高诱导产生乙烯,从而抑制根的近地侧生长。
31.(9分,除说明外每空1分)(1)生长、发育和繁殖 大于(2)标志重捕法 2只/ km2 (2分) 3只/ km2(2分) (3)由于生物B以生物A为食,生物C的数量增加导致生物B的数量减少,从而导致生物A数量的增加(2分)
解析:(1)生态系统中,生物A获得的能量一部分在呼吸作用中以热能形式散失了,一部分用于其生长、发育和繁殖等生命活动,储存在植物体的有机物中。根据生态系统能量流动过程中单向流动,逐级递减的特点,生物B同化的能量大于生物C同化的能量。
(2)生物活动能力强,活动范围大,应用标志重捕法来调查其种群密度。当生物B的种群数量为400只,其种群密度=400只÷200 km2=2只/ km2;种群数量为K/2=600只时,其增长速度最快,此时种群密度为600只÷200 km2=3只/ km2。
(3)由于生物B以生物A为食,生物C的数量增加导致生物B的数量减少,从而导致生物A数量的增加。
32.(11 分,除说明外每空2分)(1)AaBBDdEe 减数第二次分裂后期
(2)7 1/12 (3)2/3 自然选择(或“选择”)(1分)
解析:(1)根据材料可知,紫花基因型为A_B_D_,红花基因型为A_B_dd,粉花基因型A_bbdd,白花基因型aa____。由于所产生子代植株既有大花瓣也有小花瓣,所以M花瓣基因型为Ee;花的颜色的分离比为紫花 ∶ 红花 ∶ 白花=9 ∶ 3 ∶ 4,无粉色A_bbdd,则M花色对应基因为AaBBDd;减数分裂过程中,基因A和A的分离应发生在减数第二次分裂后期着丝点分裂时。
(2)M植株自交后代花瓣形态有大花瓣也有小花瓣,花色有三种,还有无花瓣一种,表现型共有2×3+1=7种表现型。花瓣形态Ee自交后代EE ∶ Ee ∶ ee=1 ∶ 2 ∶ 1,故有花瓣中大花瓣占1/(1+2)=1/3;花色中白花占4/(9+3+4)=1/4;白色大花瓣所占比例为1/3×1/4=1/12。
(3)根据基因的自由组合定律,紫花植株中,EE:Ee =1:2,E基因频率为2/3。随着自交代数的增加,ee无繁殖能力,自然选择使e的基因频率不断降低,E的基因频率会升高。
36.(1)4FeO・Cr2O3+8Na2CO3+7O28Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2(2分);
Al2O3+Na2CO32NaAlO2+CO2 (2分)
(2) 高温下石灰石分解产生的二氧化碳从下往上穿过炉料,使得炉料翻滚,起到搅拌作用,使炉料疏松,增加与氧气的接触面积,有利于反应的进行。(2分)
(3)调节Al(OH)3、Fe(OH)3(2分)
(4)蒸发浓缩(1分);Na2SO4(1分); 冷却结晶(1分);7Na2Cr2O7・2H2O (1分)
(5)不能(1分);Cr2O7 2-在酸性条件下是强氧化剂,可能被盐酸还原(1分);因为存在转化平衡:Cr2O4 2-+2H+?葑Cr2O7 2-+H2O,如酸度太低,CrO4 2-的转化率不高(1分)。
解析:(1)根据工艺流程推得反应物为FeO・Cr2O3,有碳酸钠参加反应,生成物中有铬酸钠,铬元素化合价不变,二价铁变成三价铁,该反应为氧化还原反应,空气中焙烧有氧气参加做氧化剂,有二氧化碳生成,根据化合价升降守恒和原子守恒配平,类比Fe2O3+Na2CO32NaFeO2+CO2,用氢氧化铝与碳酸钠反应。
(2)石灰石加入不是为了造渣,那作用就只能是利用高温下石灰石分解产生的二氧化碳,气流起到搅拌作用。
(3)调节pH使铝离子和三价铁离子生成Al(OH)3、Fe(OH)3
(4)根据图像红矾钠溶解度受温度影响大,蒸发浓缩趁热过滤析出溶解度小的Na2SO4冷却结晶得到Na2Cr2O7・2H2O晶体。
(5)Cr2O7 2-有强氧化性能够氧化盐酸中的氯离子;因为存在转化平衡:2Cr2O4 2-+2H+?葑Cr2O7 2-+H2O,如酸度太低,Cr2O4 2-的转化率不高。
37.(1) 3d64s2 (1分); d (1分) (2) 具有孤电子对 (2分)
NN(2分); CO(2分)(3)2U3 (2分);(或0.92U1)(2分)
(4)6U91(3分)
解析:(1)基态Fe原子的核外价电子排布式为3d64s2,Fe原子最后填充d能级,属于d区。
(2)形成配位健的条件是配体具有孤对电子,中心原子或离子具有空轨道, 所以与之形成配合物的分子的配位原子应具备的结构特征是具有孤电子对。原子数和价电子数分别都相等的都是等电子体,所以与CO的一种常见等电子体分子是氮气,其结构式是NN。氮气和CO形成的晶体都是分子晶体,其中氮气是非极性分子,CO是极性分子,所以CO的分子间作用力强于氮气的,因此沸点较高的是CO。
(3)①1183K以下,与位于顶点的铁原子等距离且最近的铁原子位于晶胞体心,顶点的铁原子被8个晶胞共有,则配位数为8;1183K以上,与铁原子等距离且最近的铁原子位于面心,则距离顶点的铁原子距离且最近的铁原子,横平面有4个、竖平面有4个,平行于纸面的有4个,共12个,配位数之比为2U3,故答案为:2U3。
②设晶胞边长为a,原子半径为r,根据晶胞结构图可知图25(甲)为体心立方结构,3a2=(4r)2,得r=a,其空间利用率为×100%=×100%=68%,而图25(乙)为面心立方结构2a2=(4r)2,得r=a,其空间利用率为×100%=×100%=74%,所以它们的利用率之比为68U74=0.92U1,故答案为:0.92U1;
(4)设Fe3+离子数为x,则Fe2+离子数为97-x,由在离子化合物中阳离子所带的正电荷总数与阴离子所带的负电荷总数相等可知,3x+(97-x)×2=100×2,解之得,x=6,所以. Fe3+与Fe2+的离子数之比6U(97-6)=6U91.
故答为:该晶体中Fe3+与Fe2+的离子数之比为:6U91.
38.(1)4―氯甲苯或对氯甲苯;(1分)氧化反应(1分)(2)13(2分)
(4)+3NaOH2NaCl+H2O+(2分)
(5) 8 (3分)
(4分)
解析:本题可以采用逆向推导法,F和I在浓硫酸作用下发生酯化反应生成杀灭菊酯,故由杀灭菊酯的结构可以推出F为,I为;然后通过逆向推导,HI,为与HCN加成,GH为甲基氧化为-CHO,推出其G结构为;A为甲苯,在Fe催化下,在甲基对位取代,生成对氯甲苯B,在与氯气,取代甲基上一个H,在与NaCN,醇取代,生成D为,再发生取代,水解,最终得到F
(1)根据结构简式命名为:4―氯甲苯或对氯甲苯; 合成H的反应得氧为氧化反应
(2)甲苯中苯环中所有原子共平面,结合甲基类比甲烷四面体结构(最多三个原子共平面),可以推得甲苯中最多有13个原子共平面。
(3)通过酯化反应可以推得:
(4)卤代烃水解,注意生成的如果是酚羟基能够与氢氧化钠溶液反应:
+3NaOH2NaCl+H2O+ (2分)
(5)苯环上有三个取代基,含有结构,剩余的四个碳的烷基有四种-CH2CH2CH2CH3,-CH(CH3)CH2CH3,-CH2CH(CH3)CH3,-C(CH3)3 放到苯环上有两个不重复的位置,总共4×2=8 种
(6)
39.(15 分,除说明外每空2分)(1)稀释涂布平板法 灭菌(防止杂菌污染)(2)碳源 氮源(3)时间 水浴 滤去不溶物(4)(实验)对照(1分)
解析:(1)筛选产胡萝卜素的酵母菌R时,可选用稀释涂布平板法或平板划线法接种。采用平板划线法接种时需要先灼烧接种环其目的是灭菌(防止杂菌污染)。
(2)培养酵母菌R时,培养基中的蔗糖和硝酸盐可以分别为酵母菌R提供碳源和氮源。
(3)从胡萝卜中提取胡萝卜素时,干燥过程应控制好温度和时间以防止胡萝卜素分解;萃取过程中宜采用水浴方式加热以防止温度过高;萃取液浓缩前需进行过滤,其目的是滤去不溶物。
(4)纸层析法可用于鉴定所提取的胡萝卜素。鉴定过程中需要用胡萝卜素标准品作为(实验)对照。
40.(15 分,除说明外每空2分)(1)可以充分发挥雌性优良个体的繁殖能力 不会与母体子宫建立组织上的联系 (2)诱导获能 使卵母细胞成熟 (3)胚胎移植 (4) 原始性腺 饲养层 (5) 乳腺蛋白基因(1分)
解析:(1)应用2为胚胎移植,相对于传统繁育方法的优势是可以充分发挥雌性优良个体的繁殖能力。其中哺乳动物的早期胚胎形成后,在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系,为胚胎收集提供了可能。
(2)体外受精前需要将优良公牛的收集后诱导获能。而采集的卵子,也需要进行体外培养使卵母细胞成熟。
(3)胚胎工程的最后一道“工序”是胚胎移植。
关键词 喜树碱;抗癌活性;喜树碱来源
Abstract Modern clinical experiment shows that Camptothecin is a kind of alkaloid possessing antitumor ctivities in different cancers,such as bladder cancer 、cerebrum cancer、liver cancer and so on.. In this paper, In order to offer foundation for further researching Camptothecin hereafter,
an overview is given on advances in the research of Camptothecin from the following aspects: the history of Camptothecin development、antitumor activity of Camptothecin、sources of Camptothecin in Camptotheca acuminate. Decne、composing Camptothecin in chemical method and obtaining Camptothecin in biological technology, etc.
Key words Camptothecin;antitumor activity;sources
喜树(Camptotheca acuminate.Decne.)为珙桐科(Nyssaceae)喜树属(Camptotheca Decne.)植物[1],是我国的南方特有的落叶乔木树种,分布于我国长江流域及西南各省和印度部分地区,台湾、广西、河南等地也有栽培。1998年8月被批准为第一批国家重点Ⅱ级保护野生植物。研究表明,喜树中含有的一种生物碱―喜树碱(Camptothecin,CPT)具有抗癌活性。现代临床试验表明CPT及其衍生物对膀胱癌、脑癌、乳癌、宫颈癌、结肠癌、神经腹质癌、何杰金氏病(淋巴网状细胞癌)、肺癌、淋巴癌、黑色素癌、卵巢癌、胰腺癌、儿科癌瘤、前列腺癌和肝癌等30余种肿瘤都有不同的程度的疗效。本文从喜树碱的研究历史、喜树碱的抗癌活性、喜树(Camptotheca acuminate. Decne) 中喜树碱的资源、化学合成喜树碱以及采用生物技术获得喜树碱等方面综述了喜树碱的研究进展,旨在为今后喜树碱进一步开发利用提供依据。
1喜树碱的研究历史
喜树碱是喜树的根、皮、茎和种子中的生物碱。1966年美国北卡罗纳大学、伊利诺伊大学和NCI的研究人员首次从喜树茎中分离得喜树碱并确定了它的化学结构式(见图1)。喜树碱在体外对Hela细胞和L1210细胞及啮齿类动物显示较强的抗癌活性 [2] ,该发现引起了人们的极大关注。在70年代,人们将喜树碱初步应用于临床,发现喜树碱对部分病人胃肠癌的症状有所缓解,但对人体的消化系统和泌尿系统的毒性太大,引起病人难以忍受的生理反应,如恶心、呕吐、胃肠炎、出血性膀胱炎、尿频、尿痛等,同时喜树碱的溶解度低,将喜树碱制成钠盐后抗癌活性降低。诸多原因几乎使喜树碱的临床研究陷于停顿,喜树碱的研究进入低潮阶段[3-6]。1985年,Y.H.Hisang等发现喜树碱发挥抗癌活性是能特异性地抑制拓扑异构酶Ⅰ(TopoosomeraseⅠ,TopoⅠ)的活性而非拓扑异构酶Ⅱ(TopoosomeraseⅡ,TopoⅡ),这正是喜树碱独特的抗癌机理[7],这一发现掀起了喜树与喜树碱研究的新。自1985年来,尤其是进入90年代后,美国、日本、加拿大和英国等国家积极投入大量的人力和物力进行喜树与喜树碱的研究,使喜树成为继红豆杉之后第二个重要的木本抗癌药用植物,对喜树的研究与喜树碱的开发已成为世界性的热门研究课题。
图1、喜树碱的化学结构式
2 喜树碱的抗癌活性机制
喜树碱的独特抗癌活性机制被誉为二十世纪90年代抗癌药物的三大发现之一[8] 。喜树碱的抗癌活性与TopoⅠ有关,人的TopoⅠ为单体酶,共含765个氨基酸,定位于第20号染色体上[9]。人的TopoⅠ是存在于人体细胞内具有调节细胞核空间结构变化和控制核酸生理功能的酶,参与调节DNA的拓扑构象,涉及DNA复制,DNA修复以及RNA转录等机制。
喜树碱主要作用细胞周期的S期,使细胞终止在G2期。DNA在复制的过程中,DNA双链解开分成两股单链,在复制过程中形成一种Y字形结构的结构即复制叉(replication)。随着复制叉上DNA的分离,叉前的双链的DNA变得更加正超螺旋化,而这种超螺旋的积累是DNA解旋酶消除了两链间碱基部分的结果。如果没有机制来消除这些超螺旋累积的话,复制机器将在不断上升的压力面前陷于停顿[10]。(图2、DNA复制过程中产生正超螺旋。)
图2、DNA复制过程中产生正超螺旋
(来源:J.D.沃森,T.A.贝克,S.P.贝尔,A.甘恩编著,M.莱文,R.M.洛斯克,杨焕明等译.基因的分子生物学[M].科学出版社,2007:202。)
研究表明 TopoⅠ能够消除超螺旋的积累。TopoⅠ为了发挥功能,能够催化DNA双链中的一条的断裂与再连接反应。
首先 TopoⅠ与正超螺旋结合,TopoⅠ活性部位的酪氨酸残基攻击DNA的一条链上的磷酸二酯键,可使DNA的一条链断裂产生一个缺口,可使链的末端沿螺旋轴按拧松超螺旋的方向转动,从而消除这种正超螺旋累积。同时TopoⅠ通过磷酸-酪氨酸键连接其中一个断端。DNA的另一端带有一个游离的羟基,这个末端被酶牢牢的控制。当来自DNA断端的游离羟基攻击磷酸-酪氨酸键,最终重新形成磷酸二酯键,重新连接DNA链,并释放拓扑异构酶1。即将切开的DNA单链再连接[10]。(图3、 TopoⅠ与DNA的复合体结构;图4、TopoⅠ通过酪氨酸-DNA中间体切开DNA;图5、TopoⅠ催化反应模型。)
图3、TopoⅠ与DNA的复合体结构
(来源:刘展眉,崔英德,宾淑英。喜树及喜树碱研究中的生物技术应用[J]。广东化工:2006(6)33:67~69。)
图4、TopoⅠ通过酪氨酸-DNA中间体切开DNA。a.断开和重连接反应。为简便起见,这里只显示单条DNA链。b.磷酸―酪氨酸共价中间体的详细结构。
(来源:J.D.沃森,T.A.贝克,S.P.贝尔,A.甘恩编著,M.莱文,R.M.洛斯克,杨焕明等译.基因的分子生物学[M].科学出版社,2007:124。)
图5、TopoⅠ催化反应模型
(来源:Adapted from Champoux J.2001.DNA topoisomerases.Annual Review of Biochemistry 70:369-413.Copyrightc2001by Annual Reviews.省略.)
喜树碱的抗癌活性主要影响DNA链再连接反应,即喜树碱与TopoⅠ和切口的DNA结合形成喜树碱-TopoⅠ-DNA复合物, 该复合物很稳定,使断裂的DNA堆积。当DNA复制叉进一步复制时,复制叉和喜树碱-TopoⅠ-DNA复合物碰撞,造成双链DNA断裂,导致不可逆的DNA复制停滞,最后导致细胞死亡[11]。
图6、喜树碱与“DNA- TopoⅠ”共价复合物结合模型
(来源:田喜凤,卢思奇.DNA拓扑异构酶抑制剂及其抗卡氏肺孢子虫的研究进展[J].寄生虫与医学昆虫学报,2004,12(1):52-56。)
3 喜树中喜树碱的资源
在我国,喜树的野生资源已经处于濒危状态,在某些地方已经绝迹,现存的少量的野生资源也存在灭绝的危险。根据张显强等[1]报道:我国的野生喜树植物现存资源为52586.89吨,可以作为药用的叶片和种子资源总量为2158.09吨和134.99吨;在全国各地胸径超过80~105cm,树高达30~36m的存在于野生状态下的喜树总量不超过400株。 张显强等同时也指出了目前国内每年新发现癌症患者160万人,并有130万人死于癌症,全世界的癌症患者将会更多。而目前全世界的喜树碱的生产能力仅为600Kg,显然喜树碱资源远远不能满足市场的需要,喜树资源的严重不足已经引起供求之间的严重矛盾。
自然界喜树植物中的不同器官都含有喜树碱,而喜树碱在喜树的不同的器官中的含量不相同。王玲丽等[12]通过高效液相色谱法(HPLC)测定了喜树不同器官的含量,结果表明,喜树碱含量以幼叶、种子和幼枝中较高,分别为0.185%、0.172%、0.159%,与其他器官相比差异显著 (P
4 采用化学方法合成喜树碱
自从喜树碱(Camptothecin,CPT)被证明具有抗癌活性以来,人们便开始了喜树碱的人工合成。美国的北卡州三角研究所以Wall博士为首的研究组,近30年一直从事喜树碱合成的研究,对喜树碱的开发研究起着重要作用[21]。70年代初期,Stork[22] 和 Tang [23]根据喜树碱五元环的结构特点,分别以吡咯烷酮和比环酮酸为原料,首先通过经典的Friend Lander 缩合反应建立A、B环,然后在现成的D环位置上连接构造E环的适当原子,经环合、氧化两步,制得(±)- 喜树碱。
图7、Stork 和 Tang合成CPT的过程
Dennis P C等[24]从3-羰基-戊二酸二甲酯合成CPT,先构成A、B、C、D环,然后再构成E环,尽管步骤少,但得到的是外消旋的产物,即产物是20(S)―CPT与20(R)―CPT的混合物,产率低。Corey等[25]以1为原料经过多步反应得到5(3,4-二取代呋喃-α-羟基酸),再经过拆分非对映异构体喹啉盐、碳酸酯保护内酯环的α-羟基得到6,再经过光照氧化、SOCl2氯化得到7,最后与三环胺缩合、脱保护即得到(S)-CPT。
图8、Corey合成CPT的过程
Subhash P.等[26] 等以1原料,经过多步反应也合成了CPT。(图9、Subhash P.等合成CPT的过程。)
图9、Subhash P.等合成CPT的过程。
目前采用化学方法合成CPT,还有Leu S、BrownRT、Jurong Yu等[27-29]都报道了合成喜树碱的方法。目前采用化学方法有多种缺点,如合成CPT合成路线多,副产物多,产物是消旋物,即产物是20(S)-CPT与20(R)-CPT的混合物,但是只有20(S)-CPT才具有生物活性[30],产率低,因此如何提高CPT的产率才具有意义。
5 用生物技术获得的喜树碱
21世纪是生命科学的世纪,采用生物技术已经在多种行业得到广泛应用,在农业、医药、环保等领域首先取得了实质性成就。同样生物技术也在喜树开发研究中有多方面的应用。喜树的天然资源有限,喜树碱在植物体内的含量甚微。喜树碱的化学合成虽然在近几年来取得了一定进展,但成本很高,不甚理想,采用生物技术来提高喜树碱的产量是一条很有希望的途径。目前主要体现在喜树愈伤组织培养、细胞悬浮培养、毛状根培养等。
5.1喜树愈伤组织培养
采用愈伤组织培养的方法可以进行喜树的快速繁殖,有利于提高喜树种子的利用率,通过扩大繁殖系数,为喜树工厂化育苗提供基础材料,但优良的喜树快速繁殖体系的建立受多种因素影响,如外植体的类型、培养基的激素比例、溶液的pH、温度、光照强度等,因此通过筛选合适的培养条件就显得非常重要。目前对此领域的研究以喜树的叶和茎为外植体进行组织培养的报道较多。
5.1.1以喜树的叶为外植体进行组织培养
早在1973年,Griffith[31],Misawa[32]等进行了喜树的组织培养。他们从喜树叶得到的愈伤组织,培养1个月后能累积CPT,但其含量很低,仅为原植物的1/10。。张彦波[33] 等以喜树的幼叶为外植体,通过测定过氧化物酶和多酚氧化酶的活性,从培养基种类、激素配比、添加物的处理等方面进行愈伤组织诱导的研究,结果表明,以幼叶外植体的最佳诱导培养基为:SH+NAA 2.5 mg/L+2,4-D 0.5 mg/L +6-BA 0.25mg/L; 张冬艳等[34] 以喜树的幼叶为外植体诱导出愈伤组织,在SH+NAA5 mg/ L+6-BA0.2 mg/ L+蔗糖30 g/ L的培养基上诱导出的愈伤组织有根的分化,用HPLC法测定CPT的含量最高达到0.00245%,为原植株的1/20。邓冬青[35]以喜树幼叶为外植体,采用不同的培养基上诱导愈伤组织,从生长情况来看,B5作为基本培养基对愈伤组织的形成更为有利。不同激素对诱导愈伤组织往往有不同的效果,诱导产生的愈伤组织在形态结构、生长能力、分化方向、次生代谢产物的合成能力等方面有很大差异。2,4-D较易诱导出愈伤组织,但不利于组织的分化。
5.1.2 以喜树的茎为外植体进行组织培养
在1974年,日本的Sakato等[36] 报道了以喜树的茎为外植体诱导出愈伤组织,其喜树碱的含量为0.0025%。1992年,荷兰的Hengel等[37]也以喜树的茎为外植体诱导出了愈伤组织。马林[38] 以茎段为外植体进行组织培养,以MS为基本培养基,添加不同质量浓度的6-BA、NAA和2,4-D,通过研究愈伤组织培养的适宜条件,结果表明,在MS+6-BA 2mg/L+NAA2 mg/L+2,4-D2mg/L的诱导较好,愈伤组织在MS+6-BA1mg/L+ 2,4-D1mg/L的培养基上继代培养,愈伤组织生长速度快。林桂芸[39]等用喜树带芽茎段为外植体,采用正交试验法,研究不同浓度激素对离体愈伤组织和腋芽诱导的影响。试验结果表明:最佳启动培养基和诱导培养基分别为MS+6-BA 2.0mg/L +IBA1.0 mg/L和B5 +6-BA 2.0 mg/L +IBA.0 mg/L。吕立堂等[40] 以喜树幼苗的茎尖作为外植体,在附加不同激素的培养基上培养。结果表明,在B5+6-BA0.2 mg/L+IBA 0.05 mg/L+AS(afenine sulfate)10 mg/L的培养基上培养对丛生芽的诱导与增值效果最佳,在B5+IBA 0.5 rng/L+KT0.1rng/L+AS10 rng/L的生根效果最佳。试管苗移栽到珍珠岩-土壤(3:7)的基质中生长良好,成活率高达96 %。
5.2 喜树细胞悬浮培养
植物细胞悬浮培养技术是当今药用植物实现工业化生产的必经之路,目前已在红豆杉、甘草、人参和黄连等多种药物的生产中取得了成功。通过不断改善植物细胞体外培悬浮培养条件,可大大地提高生物细胞中次生代谢的含量,并且还可以通过向培养基中添加药物合成的前体物质,经培养将其转化为目的化合物,以此来增加有效成分的含量;另外,对悬浮培养的细胞进行特定的生物遗传转化反应,也将获得新的药物成分,从而可很好地实现了天然植物大规模工业化生产药物的目的。
喜树细胞悬浮培养体系的建立受多种因素影响,合理的外植体的类型、激素水平以及培养中的其他物质对喜树细胞培养体系的建立起着重要作用。
潘学武等[41]用喜树幼苗的下胚轴诱导的愈伤组织进行悬浮培养,研究了基本培养基、激素和培养条件对培养物生长的影响,测定了培养细胞生长和喜树碱积累的动态变化。结果表明,在在MS培养基中细胞生长良好,细胞分散性和喜树碱积累优于在其他类型的培养基。最佳激素组合为2,4-D 0.2 mg/L+NAA 0.5 mg/L+ 6-BA 0.5 mg/L,细胞继代周期以12 d左右为宜,悬浮细胞适合在22-26℃,120 r/min下生长。高桂珍等[42]以喜树幼嫩叶片为材料进行细胞悬浮培养,结果表明,在光照条件下培养细胞生长周期30 d;在黑暗条件下培养细胞生长周期为27 d,细胞的增殖曲线呈“S”形;在黑暗和光照(2000 lx,10 h/d)下下培养,其培养液pH值先下降后回升;培养细胞中可溶性蛋白质含量及过氧化物酶活性均出现两个峰值,但出现的时间不同。顾青[43]等用喜树的顶芽、叶片、茎段为外植体诱导喜树愈伤组织进行细胞悬浮培养,在B5+NAA1.0mg/l+2,4-D0.5 mg/l+KT0.5 mg/l培养基上培养,同时在培养基中添加了0.001、0.002 mg/ml L-色氨酸,结果表明,L-色氨酸对喜树愈伤细胞的生长没有明显影响,但是促进喜树愈伤组织细胞合成喜树碱,喜树碱含量比未添加L-色氨酸培养的愈伤组织细胞增加了3倍。顾青[44]以喜树的嫩枝条为材料,在添加了Cu2+的B5培养基中培养,结果表明,在B5培养基中添加0.008mg/mL CuCl2时,对喜树愈伤细胞的生长没有明显影响,但是对喜树愈伤细胞合成CPT的促进作用最强, CPT含量比未诱导前增加了约30倍。于放等[45] 将水杨酸(SA)应用于喜树细胞培养体系中,通过添加不同浓度的水杨酸,结果表明SA可以增强喜树细胞的次级代谢作用,有利于代谢产物喜树异碱A和喜树异碱B(与喜树碱有部分类似结构的生物碱)的合成。
5.3 喜树毛状根培养
当今在全球范围内,人们都在不同程度地使用中药材,中药材由于其价格低廉副作用低被越来越多的人所认可,消费量与日俱增,但随之中药材资源被大范围的破坏,部分珍贵的野生药用资源面临灭绝的局面,同时,许多中药材生存环境特殊,很难大面积栽种或在自然状态下有效成分含量很低,因此单纯依靠野生和栽培资源很难满足工业化生产要求,同时易造成资源枯竭。因此如何采取有效措施保护与保存现有资源、寻找和开发新资源已迫在眉睫。
利用生物技术的方法生产药用植物的有效成分,为保护中药材的野生资源和生态环境,具有重要理论和应用的价值。
毛状根培养是20世纪80年展起来的基因工程和细胞工程相结合的一项技术,它是将发根农杆菌的Ri质粒中含有的T-DNA整合到植物细胞的DNA上,诱导植物细胞产生毛状根.如今,植物毛状根培养被认为是获得有用次生代谢产物的重要途径.如何在培养过程中提高毛状根中有用次生代谢产物的积累能力成为人们关注的焦点.毛状根培养相对于细胞培养具有遗传和生物化学方面的稳定性,毛状根可以在不含激素的培养基上快速生长并可以大量积累经济价值较高的次生代谢产物.因此,毛状根被认为是极好的获得植物次生代谢产物的原材料.近年来培养珍贵药用植物毛状根来获取次生代谢产物成为国内外研究的热点.1998年以前就已建立了大约31科100余种植物毛状根的培养系统,其中大多为珍贵药用植物,如黄花烟草、曼陀罗、颠茄、莨菪、长春花、紫草、红豆杉、人参、黄连等.之后,国内科研人员相继成功建立了大黄、栝楼、菘蓝、野葛、决明、龙葵、何首乌、商陆等毛状根培养系统.
5.3.1毛状根培养的原理
毛状根培养是通过将发根农杆菌的Ri质粒中含有的T-DNA整合到植物细胞的DNA上,诱导植物细胞产生毛状根.
发根农杆菌是存在于土壤中的一种革兰氏阴性细菌[46]。在发根农杆菌细胞中含有Ri 质粒, 其上有一段 T- DNA。发根农杆菌能够感染大多数的双子叶植物和少数单子叶植物[47]及个别的裸子植物[48、49]的伤口,在感染植物的伤口时,它将细胞中的Ri 质粒中上的T- DNA 插入到植物基因组中,诱导植物的伤口产生毛状根。根据Ri质粒转化植物后产生的毛状根合成冠瘿碱(opine)的类型不同,将Ri质粒分为4种类型:甘露碱型(Mannopine type)、黄瓜碱型(Cucumopine type)、米奇矛型(Mikimopine-type)和农杆碱型(Agropine type)。但农杆碱型的质粒的发根农杆菌一般比其他三种类型的农杆菌具有更广泛的宿主范围和更强的致根特性[50]。
Ri质粒具有2个非常重要的功能区即转移区(T- DNA)和致病区 (Vir区)。农杆碱型 Ri 质粒上的 T- DNA 是不连续的, 分为 TL- DNA 和TR- DNA(图10、农杆碱型Ri质粒的结构。)
TL- DNA 和TR- DNA 可分别插入寄主植物的基因组中。TL- DNA 上存在rol(root loci)A、B、C、D基因群(称core T―DNA)[51],它决定形成毛状根和毛状根的形态特征以及再生植株的茎、叶的形态和一些生理性状。TR- DNA 区域含有编码合成农杆碱的基因 (ags)和合成生长素(IAA)的基因 (tms-1和tms-2), 后者指导 IAA 的合成, 因此转化产生的毛状根是激素自养型的,诱导成功的毛状根可无激素的液体培养基疯狂地生长。甘露碱型和黄瓜碱型 Ri质粒的 T- DNA 是连续的。
图10、农杆碱型Ri质粒的结构。
三种类型的质粒的 Vir 区具有很高的保守性, 它们在转化过程中并不发生转移, 但它对 T- DNA的转移起着极其重要的作用。它的缺失或突变都不能形成毛状根。Vir区含有
7个基因 (VirA- G), 在通常情况下,除VirA 一直处于活性表达状态而其它的 6 个基因通常情况下处于抑制状态。植物受伤后会在伤口处产生特殊的小分子酚类化合物,如乙酰丁香酮。当发根农杆菌感染寄主时,酚类化合物可以与Vir A 基因的表达产物结合,诱导其他6个基因(VirB- G)的活化,产生一系列限制性核酸内切酶, 在限制性核酸内切酶的作用下,将Ri质粒中的T- DNA切断。然后T- DNA与细菌细胞膜上的特定部位结合,再向植物细胞转移,进入细胞核,最后整合到细胞核的基因组中[52、53]。
Lorence等[54]用发根农杆菌ATCC15834 诱导喜树的子叶、下胚轴和真叶都得到了喜树的毛状根,每克干重的毛状根CPT的含量也为1. 0mg。刘展眉等[55] 用发根农杆菌A41.2526诱导喜树外植体产生了毛状根,初步建立了喜树碱毛状根产生体系。经过PCR和甘露碱检测,结果表明发根农杆菌Ri质粒的rolB基因已经整合到喜树毛状根基因组中并得到表达。
6 喜树碱的其他功能
根据冉玉平报道[56]喜树碱对治疗银屑病有很好的疗效,喜树碱能治疗银屑病的作用可能是因为喜树碱抑制皮肤中分裂较快的上皮细胞的有丝分裂,使棘层细胞增殖减慢和角化不全消失。刘晓明等[57] 探讨了喜树碱在体外对人脐静脉血管内皮细胞ECV304增殖抑制和凋亡诱导作用,结果显示喜树碱可能具有抗血管生成作用,这种作用可能与喜树碱能抑制TopoⅠ的活性有关.。以色列Ben Gurion大学的Priel 和其他同事发现TopoⅠ在HIV 复制中非常活跃,低剂量的CPT能阻断被感染细胞HIV 的复制[58]。
7 展望
进入21世纪以来,癌症已经成了人类健康的一大隐患,严重威胁着人类的健康。传统的抗癌药物紫杉醇、长春碱等,由于价格昂贵、产量低,难以满足医药卫生事业的需求,寻找新型抗癌药物势在必行。喜树碱的独特抗癌活性机制掀起了喜树与喜树碱研究的,
美国、日本、加拿大和英国等国家积极投入大量的人力和物力进行喜树与喜树碱的研究,我国是喜树资源的大国,我们应当积极地运用现代生物学、现代化学、现代物理学等当今最新科学技术,走自主创新道路,积极开发喜树碱资源,将我国喜树资源优势转化为经济优势,促进我国经济的发展,服务于人类。
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