高考试题中的药物化学浅析——以2017—2022年全国高考卷为例*

李 蕊，李艳妮，张曼妲，杨艳华**，李曼弯**

（1.昆明学院 化学化工学院，云南 昆明 650214；2.蒙自市第一高级中学，云南 蒙自 661100）

药物化学（Medicinal chemistry）是利用化学的概念和方法发现、确认和开发药物，从分子水平上研究药物在体内的作用方式和作用机理的一门学科［1］。药物多为有机化合物，研究的基础是有机化学的反应机理和物质结构理论。近几年药物化学的研究主要集中在旧药新用、突出优势结构、将合成过程简化等几个方面。2022年诺贝尔化学奖授予了点击化学和生物正交方向的研究，表明药物合成的简单化已得到更多的关注。自新冠疫情爆发以来，新冠病毒变异产生的变异毒株在全球肆虐，使全球的经济、生产和生活都受到了很大的影响，社会迫切需要开发广泛普及的特效药来控制疫情，由此更能体现出药物化学在当今社会的重要地位。

在高考试题中引入药物化学知识点，通过以科普知识、有机合成、有机推断等方式呈现出来，可以激发学生学习兴趣，强化学生学科应用意识，培养中学生“科学态度与社会责任”的核心素养。药物化学作为有机化学的衍生，涉及到的题目大部分集中于有机化学基础题，主要考查的是人教版高中化学选择性必修3《有机化学基础》考点。常见的考查题型为官能团的名称、化学反应类型的判断、书写化学反应方程式、查找同分异构体的个数、依据题意合成有机物等，涉及到的药物常以化工合成的产物或中间产物渗透在试题中。在前期工作的基础上［2-4］，本文通过分析总结高考试题中涉及的药物化学的题目，给出备考意见，供广大师生借鉴。

1 近年药物化学对高考试题的渗析情况

对近六年药物化学在高考试题中的渗析情况统计见表1。从表1中看出，药物化学在高考化学中主要考查有机化学基础中的官能团反应、官能团种类、物质命名、物质分子式和物质结构等。但在2019全国Ⅲ卷19题中，考查的知识点不再局限于有机化学基础，考查范围较传统题型而言有所拓宽，综合性更强，具有一定的创新性。考查的内容为化学实验基础操作、物质分离提纯的方法等。可以看出，高考试题中，药物化学考查方式和题型更加地多样化，需要学生引起足够的重视。

2 高考试题与药物化学的融合

2.1 化学实验基本方法

由表1可知，近六年药物化学在高考试题中考查化学实验基本方法的题目，只考查过一次，为2019年全国Ⅲ卷第27题。

【例1】 （2019年全国Ⅲ卷，第27题第（2）、（5）题）乙酰水杨酸（阿司匹林）是目前常用药物之一。实验室通过水杨酸进行乙酰化制备阿司匹林的一种方法如下：

实验过程：在100mL锥形瓶中加入水杨酸6.9 g及醋酸酐10 mL，充分摇动使固体完全溶解。缓慢滴加0.5 mL浓硫酸后加热，维持瓶内温度在70℃左右，充分反应。稍冷后进行如下操作：

①在不断搅拌下将反应后的混合物倒入100mL冷水中，析出固体，过滤。

②所得结晶粗品加入50mL饱和碳酸氢钠溶液，溶解、过滤。

③滤液用浓硫酸酸化后冷却、过滤得固体。

④固体经纯化得白色的乙酰水杨酸晶体5.4 g。

（2）下列玻璃仪器中，①中需要使用的有BD（填标号），不需要使用的有分液漏斗、容量瓶（填名称）。

（5）④采用的纯化方法为重结晶。

【解题分析】本题以乙酰水杨酸的制备方法为主体。其制备涉及到的反应为酯化反应，原理为羟基上的氢被乙酰基所取代生成酯基，从而制得乙酰水杨酸。加入浓硫酸的作用：第一是用作吸水剂，除去反应产生的水，提高酯的产率；第二是作为催化剂增强羰基碳的亲电性，使反应向正向移动；第三是抑制水杨酸羟基和羧基间氢键的产生，使酰化反应顺利进行。使用加热的目的是为了让乙酸乙酯蒸出，通过减少生成物的浓度来促使反应正向进行，到达加快反应速率的目的。但温度也不能过高，应该控制在70℃左右，不然会增加副产物水杨酰水杨酸酯、乙酰水杨酸水杨酯和一些聚合物的产生。酯化反应不能使反应物完全转化为生成物，所以题目中涉及到的方程式只能用可逆符号。根据计算出的反应物的物质的量，可以得出醋酸酐过量，反应过后醋酸酐还有剩余。所以初步制取出的乙酰水杨酸粗品中含有的杂质为未反应完的醋酸酐、水杨酰水杨酸酯、乙酰水杨酸水杨酯和一些聚合物。第①步加入冷水让乙酰水杨酸的溶解度降低（除去醋酸酐），从而加快乙酰水杨酸的析出。第②步加入碳酸氢钠使乙酰水杨酸溶解，从而除去其他不溶的杂质（水杨酰水杨酸酯、乙酰水杨酸水杨酯和一些聚合物）。第③步加入硫酸酸化，将乙酰水杨酸钠转化为乙酰水杨酸。第④步纯化固体得到纯的乙酰水杨酸。

第（2）题涉及到的考点为常用化学仪器的识别使用，知识点来自于人教版高中化学必修1（2004版）第一章第一节“化学实验基本方法”，题目中步骤①中盛放100mL冷水需要的玻璃仪器为烧杯，用于固液分离的操作是过滤，需要的玻璃仪器为漏斗和玻璃棒。而且可供选择的玻璃仪器只有烧杯和漏斗，因此此题答案为BD。题目中给出的另外两种仪器分别为分液漏斗和容量瓶，分液漏斗用于分液、萃取和向反应装置中滴加液体等操作，容量瓶则用于精确配置一定物质的量浓度的溶液。要想准确的解答题目，必须要掌握每种仪器的使用。

第（5）题涉及到的考点为化学实验的基本操作，知识点来自于高中化学必修1（2004版）第一章第一节“化学实验基本方法”。高中化学常见的分离提纯方法一共有10种，分别为结晶和重结晶、蒸馏提纯、过滤法、升华法、萃取法、溶解法、增加法（将杂质转化为所需物质。例如，CO2中含有CO杂质，可以选取通入氧气氧化的方法，将CO杂质转化为所需的CO2）、吸收法（将混合气体中的杂质气体用化学试剂吸收除去。例如，O2中含有CO2杂质，可以将混合气体通入新制的澄清石灰水中，去除CO2杂质）、转化法（两种物质难以分离，借助化学试剂转化进行分离。例如，MgCl2和AlCl3混合溶液，想要将两种溶液进行分离，首先要加入过量NaOH 溶液，其次将反应产生的Mg（OH）2和NaAlO2通过过滤分离开，最后加稀盐酸酸化进行还原）和层析法。分离提纯应该遵循的原则为“不增不减，易分复原”。此题乙酰水杨酸的溶解度随着温度的改变变化很大，所以纯化方式选择重结晶。想要解决此类问题，需要掌握好分离提纯的各种方法。

【药物知识拓展】心脑血管疾病一直是造成我国人口死亡的原因之一。有实践证明，阿司匹林可以用来预防动脉粥样硬化性心血管疾病（ASCVD）。2019年8月，中华心血管病杂志网络版发表的《2019阿司匹林在心血管疾病一级预防中的应用中国专家共识》，结合中国国情，提出将阿司匹林运用在临床医疗上，对心血管疾病的一级预防有重要的意义［5］。

阿司匹林的主要官能团为羧基和酯基。涉及的反应如下（需要学生关注反应物和生成物的物理性质、化学性质、反应的类型和条件，以及反应涉及的操作与仪器）：

①加成反应：阿司匹林中因含有苯环，可与3mol的氢气发生反应。

②水解反应：阿司匹林中含有酯基和羧基，在稀酸催化下酯基能产生醇和羧酸，而在碱性水解条件下，酯基水解为酚钠和羧酸钠，羧基和氢氧化钠反应生成羧酸钠，两种条件下水解反应条件都温和。

③酯化反应：阿司匹林中含有的羧基可以与醇在酸的催化下生成酯，但需要在加热和催化剂的条件下才可以进行反应。

药物化学关于化学实验基本方法，主要考查的知识点为实验仪器的选用和分离提纯方法的选取，考查内容相对简单。

2.2 物质命名和分子式

由表1可知，在近六年高考试题涉及到药物化学的题目中，关于有机化合物命名和分子式书写的知识，除了2020山东卷、2019年全国Ⅲ卷（27）和2019年北京卷外，均有考查。

【例2】 （2017年全国Ⅲ卷，第36题第（1）和（4）题）氟他胺G是一种可用于治疗肿瘤的药物。实验室由芳香烃A制备G的合成路线如下：

（1）C的化学名称是三氟甲苯。（4）G的分子式为C11H11F3N2O3。

【解题分析】本题以氟他胺的合成路线为主体。以A甲苯为原料，通过取代反应和还原反应合成最终产物G氟他胺，反应物A首先通过取代反应引入三氟甲基和硝基，形成中间体D。其中第一步采用光照条件是为了产生氯自由基夺走烷基上的氢原子，形成三氯甲基，第二步加入极性溶剂DMSO是为了促进氟原子对氯原子的取代，形成三氟甲基。之所以不用氟气直接光照进行取代反应制取三氟甲基，是因为氟气的氧化性极强，可以直接与有机物发生氧化还原反应，将有机物碳化；第三步通过取代反应引入硝基；第四步进行还原反应将硝基还原为氨基，再通过取代反应引入肽键和硝基，引入肽键时加入的吡啶为偶极溶剂，促进肽键的形成，具有催化作用。

第（1）题和第（4）题涉及到的考点为有机物的分类和有机物的结构，此知识点来自于人教版高中化学选修5（2004版）《有机化学基础》第一章第一节“有机化合物的分类”和第二节“有机化合物的结构特点”。第（1）题考查的是学生对于有机化合物命名规则的掌握情况，首先观察C的结构，可以看出C的结构与甲苯很相似，然后分析它的结构是甲苯甲基上的所有氢被氟原子取代，所以命名为三氟甲苯。第（4）题考查学生结构式和分子式之间转化的能力。直接数出每种原子的个数，就可以得到化学式的答案为C11H11F3N2O3。需要注意碳的四价原则。

【药物知识拓展】前列腺癌的高发地区为欧洲，但近几年国内的前列腺癌的患病率也在逐渐升高。氟他胺在治疗前列腺癌方面不仅疗效好，而且副作用相对其他同类药物低。氟他胺自身没有激素活性，对心血管没有刺激的作用［6］。药物的作用机理是氟他胺进入肿瘤细胞的细胞核，并与核蛋白结合，从而抑制肿瘤细胞的生长。

氟他胺中主要的官能团为硝基，卤素原子和肽键，涉及的反应主要由这些官能团决定。

①还原反应：氟他胺中的硝基与盐酸在铁的催化下反应生成氨基。

②加成反应：氟他胺中因含有苯环和硝基，苯环能与氢气发生加成反应，硝基会被氢气还原为氨基。

③水解反应：肽键在稀酸条件下能发生水解反应生成氨基和羧基，卤素原子也能发生水解反应，生成醇（这里由于卤素所连α碳和β碳上没有氢，所以不能发生消去反应）；在碱性条件下，肽键能水解生成氨基和羧酸钠。

2017年全国Ⅱ卷、2017年全国Ⅲ卷、2018年海南卷、2019年全国Ⅲ卷（36）、2021年全国乙卷和2022年海南卷考查了芳香化合物的命名；2021年河北卷考查了苯同系物的命名；2019年海南卷、2019年全国Ⅲ卷（36）、2020年浙江卷一月、2022年浙江卷六月和2022年全国乙卷考查了通过结构简式推出分子式。由此可知，物质命名的考查方式主要是通过结构简式和官能团推断命名，考查内容多为苯的同系物和芳香化合物的命名。而物质分子式的考查方式全为通过结构简式书写分子式。

2.3 官能团的种类和反应

由表1可知，在近六年高考试题涉及到药物化学的题目中，关于官能团的种类和反应的知识，除了2019年全国Ⅲ卷（27）外，均有考查。

【例3】（2019年海南卷，第18-Ⅱ题第（1）和（2）题）奥沙拉秦是曾用于治疗急、慢性溃疡结肠炎的药物，其由水杨酸为起始物的合成路线如下：

（1）由水杨酸制备X的反应类型为取代反应／酯化反应。

（2）若将奥沙拉秦用HCl酸化后，分子中含氧官能团的名称为羧基、（酚）羟基。

【解题分析】本题以水杨酸制备奥沙拉秦的流程为基础。水杨酸为反应原料，通过酯化反应、还原反应、重氮反应、Griess偶联反应和水解反应制备奥沙拉秦。首先通过酯化反应保护苯环上的羧基，防止它与羟基和氨基进行分子间的反应，然后通过取代反应引入硝基，将其通过反应还原为氨基；再通过取代和重氮反应制备重氮盐，进行偶联反应；最后经水解反应，还原回羧酸钠和酚羟基。涉及到的考点为有机物的化学性质及其分类，位于人教版高中化学选修5（2004版）《有机化学基础》第三章第三节“羧酸酯”和第一章第一节“有机化合物的分类”。第（1）题考查学生对官能团相关反应的掌握程度。水杨酸与甲醇反应属于酸和醇之间的反应，即羧基和羟基之间脱水生成酯基，所以由水杨酸制备X的反应为酯化反应，也可以叫取代反应，综上所述，这一空既可以填取代反应也可以填酯化反应。第（5）题考查的是官能团的反应及其名称的掌握情况。未加酸之前，奥沙拉秦中的含氧官能团为羟基。加入盐酸后，羟基不与盐酸反应；但因为奥沙拉秦中还含有羧酸钠基团会与盐酸反应生成羧基，所以用盐酸酸化后分子中含有的含氧官能团为羧基和羟基。

【药物化学知识拓展】奥沙拉秦是治疗溃疡性结肠炎的主要治疗药物，因其毒性弱，可用于长期的临床治疗［7］。奥沙拉秦是由两分子的5-氨基水杨酸偶合而成，5-氨基水杨酸是治疗溃疡性结肠炎的有效成分，可减轻肠粘膜水肿，发挥抗炎作用。5-氨基水杨酸也称为美沙拉秦，美沙拉秦可以作用在肠中各个部位，却没有针对性，而奥沙拉秦要与结肠中的细菌反应后，才能释放出5-氨基水杨酸作用于病变部位，所以它在治疗溃疡性结肠炎上的效果优于美沙拉秦。

奥沙拉秦中主要的官能团为酚羟基，能发生的反应如下。

①和金属钠反应：生成酚钠和氢气。

②酯化反应：奥沙拉秦中的酚羟基能与酸反应生成酯和水。

③水解反应：羧酸钠能水解生成羧酸和氢氧化钠。

④显色反应：奥沙拉秦中含有的羟基为酚羟基与三氯化铁发生特征显色反应。

⑤与碳酸钠反应：酚羟基具有一定的酸性，但它酸性比碳酸弱，所以与碳酸钠反应时只能生成碳酸氢钠，而无法生成碳酸。

官能团的种类和反应的考查为：官能团的种类、反应类型、反应条件、反应方程式的书写和合成路线。2018年海南卷、2018年江苏卷、2019年北京卷、2019年全国Ⅲ卷、2019年海南卷、2021年全国乙卷和2022年浙江卷考查了官能团的种类，羰基、羟基、羧基为常考官能团；除了2019北京卷之外，高考试题均考查了反应类型，常考内容为取代反应；除了2017年全国Ⅱ卷、2018年海南卷、2019年北京卷、2019年海南卷、2021年全国乙卷和2022年全国乙卷外，其他试题均以合成路线的方式考查了官能团的反应；2017年全国Ⅲ卷、2019年海南卷、2020年浙江卷七月和2022年山东卷考查了反应的条件，常考内容为酯化反应所需条件。

2.4 物质结构的推测

由表1可知，在近六年高考试题涉及到药物化学的题目中，关于物质结构推断的知识，与官能团的种类和反应的知识考查情况相同，除了2019年全国Ⅲ卷（27）外，均有考查。

【例4】（2017年全国Ⅱ卷，第36题第（6）题）化合物G是治疗高血压的药物“比索洛尔”的中间体，一种合成G的路线如下：

已知以下信息：

①A的核磁共振氢谱为单峰；B的核磁共振氢谱为三组峰，峰面积比为6∶1∶1。

②D的苯环上仅有两种不同化学环境的氢，1mol D可与1mol NaOH或2 mol Na反应。

【解题分析】本题以乙醛制备比索洛尔的流程为命题骨架，乙醛为反应原料，通过加成反应和取代反应制备比索洛尔中间体。具体过程为：首先通过加成开环反应制得C物质，再通过取代反应合成E物质；其次经开环加成由E合成F物质；最后再通过取代反应合成最后的比索洛尔中间体。涉及到的考点为有机物的结构特点及同分异构体，位于人教版高中化学选修5（2004版）《有机化学基础》第一章第二节“有机化合物的结构特点”。因为L与D为同分异构体，所以L与D的分子式相同。计算不饱和度，可得到其不饱和度为4，且L含有7个碳，判断L中含有苯环和一个甲基，并根据有机物L遇到三氯化铁发生显色反应可知L中含有羟基，再结合1mol L可以与2mol Na2CO3反应，可推导出L中含有两个羟基。进而得出L苯环上有两个羟基和一个甲基。结合核磁共振氢谱图四组峰，峰面积比为3∶2∶2∶1，可以确定L的两种结构。此题考查了学生根据化学计量关系推断分子结构的能力、对特殊反应掌握的情况和核磁数据的分析应用的能力。

【药物化学知识拓展】比索洛尔主要用于一些心脏类疾病的治疗，尤其是对心率过快的高血压患者，疗效更好。药物的作用机理是通过选择性阻断β1受体与肾上腺素的结合发挥作用［6］。

比索洛尔中主要的官能团为羟基、醚键和仲胺基。与 官 能 团 相 关 的 反 应 如 下 （其 中：R1＝CH2OC2H4OCH（CH3）2）：

①与金属钠反应，生成醇钠。

②酯化反应：比索洛尔中含有羟基，与羧酸在催化剂加热的条件下反应生成酯。

③加成反应：比索洛尔中含有苯环，与氢气会发生加成反应。

④消去反应：比索洛尔中含有羟基，且羟基相连β碳上有氢，所以可以发生消去反应。条件为浓硫酸和加热。

⑤取代反应：比索洛尔中含有羟基可以与卤化氢反应。

物质结构推断的考查类型为：结构简式和同分异构体的书写。结构简式的考查方式多为根据分子式和反应特点推断出结构简式。同分异构体的考查，经常出现于物质结构推断的题型中，结合所给特殊反应和核磁共振氢谱的信息，推断同分异构体的数目。

3 解题策略

3.1 审题

阅读题目要认真仔细，学会并养成快速提取相关知识点的习惯，注意力主要聚焦于分子结构、反应条件和谱图信息，这样可以更好地抓住重点，理清思路，找准突破口。

3.2 梳理信息，寻找解题突破口

高考中题型无论如何变化，考查的知识点都是相对固定的，这就要求学生多练多记多总结，学会举一反三，触类旁通，通过思维迁移，巧用旧知识解决新问题。在高考试题中，涉及到药物化学的解题突破口有以下几点：

①根据反应所给条件及物质变化推断出反应物或生成物的官能团。例如：当反应条件为O2／Cu或Ag时，立刻判断该反应常为醇的催化氧化或醛的催化氧化，进一步推断出反应物含有羟基或醛基，生成物含有醛基或羧基。

②根据特殊现象推断出物质的官能团。例如：当某物质遇氯化铁显紫色时，说明该物质中含有酚羟基；若与银氨溶液发生银镜反应，则含有醛基。

③根据生成物的结构判断反应物的官能团位置。例如，根据酯基的结构来判断反应物羟基和羧基的位置；根据消去反应的碳碳双键位置来判断羟基或卤素原子的位置等。

3.3 结构分析确定

在有机化学基础部分考查的内容一般分为结构简式，分子式，物质命名，查找同分异构体，官能团的种类，反应类型，反应方程式和合成路线书写几种题型［8］。

除了判断同分异构体外，其他的题型都可以通过流程推断来解决。涉及同分异构体的题型是有机化学基础中的一大难点。寻找一个物质的同分异构体，分为以下几个步骤：

①写出分子式；

（其中：C、N和H分别代表有机物中碳、氮和氢原子的个数）

③根据元素种类和不饱和度推断所含官能团。

不饱和度等于0：含有羟基和醚基。

一个不饱和度：物质中不含氧，则结构中可能含有一个碳碳双键或一个脂肪环（如三元环、四元环、五元环、六元环等）；含氧结构中可能含有一个羰基、一个醛基、一个羧基或一个酯基。

两个不饱和度：化合物结构中可能含有碳碳三键、两个碳碳双键、一个碳碳双键和一个脂肪环（如三元环、四元环、五元环、六元环等）、一个醛基和一个羧基、一个酯基和一个羧基或一个羰基和一个脂肪环 （如三元环、四元环、五元环、六元环等）等等。

不饱和度大于4且含有6个及以上碳的有机物，可能含有苯环，但需要注意苯环不属于官能团。

④根据同分异构体的碳链异构，官能团种类异构和官能团位置异构，结合题目所给条件，书写同分异构体。

4 药物化学在高考试题中体现的价值

4.1 弘扬中医药文化提高民族自信

中医药学是我国各民族传统医学共同的结晶，是宝贵的物质文化遗产和精神文化传承。有时西医无法解决的疾病，却能通过中草药调理治疗。2018年江苏卷第17题中，试题以生活中常见的中草药丹参作为线索，用合成丹参醇的流程为试题内容，通过介绍高考试题中涉及的中药知识，帮助学生了解中医药学，增强学生的民族自豪感。

4.2 培养学生的学科核心素养

化学是一门极具探索性的学科，旨在培养学生动手实践能力，科学思维能力，创新能力和知识的应用能力。高考试题中引入应用广泛的药物分子进行题型设计，不仅可以帮助学生检测学习的效果，而且还能帮助学生了解国际前沿科技动态，培养学生的学科核心素养。

2019年全国Ⅲ卷第36题涉及到用获得诺贝尔奖的Heck反应改良合成氧化白藜芦醇的方法。Heck反应相比于原来的方法极大地提高了产量，简化了流程，使氧化白藜芦醇在生产生活中能得到大量的利用，拓宽了它在医疗方面的应用［9］。2019年全国Ⅲ卷将国际前沿科技编写到高考试题中，开阔学生的眼界，让学生不再局限于眼前书本的知识，而是通过知识了解国内外的科技成果，培养了学生科学探究与创新意识的核心素养。

4.3 培养学生的社会责任感

药物化学通过对药物的研究，解决了许多威胁人类生命健康的问题。例如，近几年抑郁症患者增多，并且患者年龄逐渐低龄化，国家越来越关注青少年抑郁症这一心理问题。2021年全国乙卷第36题涉及到治疗焦虑抑郁症的药物——卤沙唑仑，将社会热点问题编写到高考试题中，足以证明药物化学对社会的重要贡献。教师应该注重结合药物化学在现实生活的应用，培养学生强烈的社会责任感。

5 结语

综上所述，药物化学在2017—2022年高考试题中的考查题型基本不变，大多集中在有机基础大题。本文通过分析高考试题中药物化学的考查情况，拓展相关药物的知识和化学反应，总结出解题策略，为学生备考药物化学相关题型提出建议；并总结出药物化学在高考试题中的价值，运用到课堂教学中，提高学生的民族自信，培养化学学科的核心素养和社会责任感，使学生成为对社会有贡献的人。