吉惠杰，于麗穎，楊艷俊，程振玉，戴盈韜

（吉林化工學(xué)院 化學(xué)與制藥工程學(xué)院，吉林 吉林 132022）

0 引言

胡椒（Piper nigrum L.）系胡椒科植物，原產(chǎn)東南亞，現(xiàn)廣植于熱帶地區(qū)，其果實(shí)中含多種酰胺類化合物，如胡椒堿、胡椒酰胺、胡椒油堿、胡椒亭堿等.近年來學(xué)者們通過研究不斷證實(shí)胡椒堿及其衍生物具有多種生物活性，如降血脂作用[1-4]、抗氧化活性[5]、抗驚厥作用[6]、抗腫瘤作用[7-9]等.胡椒中胡椒堿的含量很低，降血脂效果不明顯，可對(duì)其進(jìn)行化學(xué)改性，成為作用明顯的胡椒酸酯.本課題曾對(duì)胡椒酸乙二醇單酯合成方法進(jìn)行過研究[10]，彌補(bǔ)了胡椒酸酯類合成工藝與表征方法[11-12]的空缺，對(duì)胡椒酸酯類的合成工藝設(shè)計(jì)具有一定應(yīng)用價(jià)值.

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

胡椒酸：實(shí)驗(yàn)室自制；無水甲醇：天津市大茂化學(xué)試劑廠；對(duì)甲苯磺酸、冰乙酸：天津市永大化學(xué)試劑有限公司；甲酸：天津市瑞金特化學(xué)品有限公司；磷酸、濃硫酸、氫氧化鉀：天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠；無水乙醚：煙臺(tái)市雙雙化工有限公司.所用試劑均為分析純.

1.2 儀器與設(shè)備

DF-Ⅱ集熱式磁力攪拌器：江蘇省金壇市環(huán)宇科學(xué)儀器廠；WRS-2B 微機(jī)熔點(diǎn)儀、FA2004N 電子分析天平：上海精密科學(xué)儀器有限公司；JT520N 電子天平：上海精天電子儀器有限公司；SHB-3 循環(huán)水多用真空泵：鄭州長城科工貿(mào)有限公司；DHG-9075A 電熱恒溫鼓風(fēng)干箱：上海一恒科學(xué)儀器有限公司.

1.3 試驗(yàn)方法

稱取胡椒酸0.2 g 于圓底燒瓶中，加入對(duì)甲苯磺酸0.05 g，18 mL 無水甲醇.安裝回流裝置，使用集熱式磁力攪拌器90 ℃水浴加熱5 h.反應(yīng)結(jié)束后，冷卻，將反應(yīng)液用乙醚分別萃取幾次，分液，合并上層的醚液.安裝蒸餾裝置，蒸除乙醚，靜置，抽濾，得粗產(chǎn)物再經(jīng)重結(jié)晶精制純化，干燥得到產(chǎn)品.

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 催化劑類型的選擇

稱取等量的原料和溶劑，催化劑分別選用濃硫酸、磷酸、對(duì)甲苯磺酸、冰乙酸、甲酸，加入等摩爾的量，反應(yīng)時(shí)間相同，反應(yīng)溫度相同，按照1.3 中步驟進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表1.

由表1 可知，選用對(duì)甲苯磺酸為催化劑，反應(yīng)速度快，胡椒酸甲酯產(chǎn)率最高.濃硫酸產(chǎn)率雖然較高，但有腐蝕設(shè)備、污染環(huán)境的缺點(diǎn)，冰乙酸、磷酸和甲酸由于酸性較弱，催化效果不理想.因此，在單因素合成試驗(yàn)中，適宜催化劑為對(duì)甲苯磺酸.

2.1.2 催化劑劑量的確定

稱取0.2 g 胡椒酸和18 mL 溶劑，分別加入不同量的對(duì)甲苯磺酸，反應(yīng)時(shí)間相同，反應(yīng)溫度相同，按照1.3 中步驟進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表2.

表1 催化劑選擇對(duì)胡椒酸甲酯產(chǎn)率的影響Table 1 Effect of selection of catalyst on the yields of piperic acid methyl ester

表2 催化劑劑量對(duì)胡椒酸甲酯產(chǎn)率的影響Table 2 Effect of amount of catalyst on the yields of piperic acid methyl ester

由表2 可知，隨著催化劑劑量的增加，產(chǎn)率逐漸增加.當(dāng)催化劑質(zhì)量為0.1 g 時(shí)，胡椒酸甲酯產(chǎn)率達(dá)到最高，說明催化效果最好.再增加劑量，產(chǎn)率呈下降趨勢(shì).適宜的催化劑劑量為0.1 g.為進(jìn)一步考察催化劑劑量對(duì)胡椒酸甲酯產(chǎn)率的影響，選擇對(duì)甲苯磺酸的劑量分別為0.05、0.1、0.15 g 進(jìn)行正交試驗(yàn).

2.1.3 反應(yīng)時(shí)間的確定

稱取0.2 g 胡椒酸和18 mL 溶劑，加入0.1 g對(duì)甲苯磺酸，反應(yīng)時(shí)間不同，反應(yīng)溫度相同，按照1.3 中步驟進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表3.

表3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)胡椒酸甲酯產(chǎn)率的影響Table 3 Effect of reaction time on the yields of piperic acid methyl ester

由表3 可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，胡椒酸甲酯的產(chǎn)率也逐漸增加，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為5.5 h 時(shí)，產(chǎn)率達(dá)到84.1%，6 h 時(shí)產(chǎn)率也在80%以上，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，確定反應(yīng)時(shí)間5.5 h 為宜.為進(jìn)一步考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)胡椒酸甲酯產(chǎn)率的影響，選擇反應(yīng)時(shí)間分別為5、5.5、6 h 進(jìn)行正交試驗(yàn).

2.1.4 反應(yīng)溫度的確定

稱取0.2 g 胡椒酸和18 mL 溶劑，加入0.1 g對(duì)甲苯磺酸，反應(yīng)時(shí)間為5.5 h，反應(yīng)溫度不同，按照1.3 中步驟進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4.

表4 反應(yīng)溫度對(duì)胡椒酸甲酯產(chǎn)率的影響Table 4 Effect of reaction temperature on the yields of piperic acid methyl ester

由表4 可知，隨著溫度上升，產(chǎn)率逐漸增加，當(dāng)反應(yīng)溫度為90 ℃時(shí)，胡椒酸甲酯的產(chǎn)率達(dá)到75.2%，當(dāng)溫度大于95 ℃時(shí)，溫度較高則產(chǎn)率較低，可能由于溫度較高易發(fā)生分解反應(yīng)，因此，反應(yīng)溫度控制在90 ℃較合適.為進(jìn)一步考察反應(yīng)溫度對(duì)胡椒酸甲酯產(chǎn)率的影響，選擇反應(yīng)溫度分別為85 ℃、90 ℃、95 ℃進(jìn)行正交試驗(yàn).

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn).考察反應(yīng)時(shí)間、催化劑質(zhì)量和反應(yīng)溫度對(duì)胡椒酸甲酯產(chǎn)率的影響.因素與水平見表5，試驗(yàn)結(jié)果見表6，方差分析見表7.

表5 正交試驗(yàn)因素與水平Table 5 Factors and levels design of orthogonal test

表6 正交試驗(yàn)方案及結(jié)果Table 6 Design and results of orthogonal experiments

表7 方差分析結(jié)果Table 7 The results of variance analysis

正交試驗(yàn)結(jié)果表明，影響胡椒酸甲酯產(chǎn)率因素的顯著性依次為：催化劑劑量＞反應(yīng)溫度＞反應(yīng)時(shí)間，胡椒酸甲酯的最佳水平組合為A2B3C2，即胡椒酸甲酯合成的最佳工藝條件為：對(duì)甲苯磺酸用量0.15 g，反應(yīng)時(shí)間5.5 h，反應(yīng)溫度90 ℃.

2.3 最佳工藝驗(yàn)證試驗(yàn)

按照正交試驗(yàn)最佳工藝條件，考察優(yōu)選工藝的穩(wěn)定性，3 次驗(yàn)證試驗(yàn)胡椒酸甲酯產(chǎn)率分別為88.4%、90.2%、89.7%，平均為89.4%，表明優(yōu)選工藝穩(wěn)定可行.

2.4 化合物的表征與分析

2.4.1 胡椒酸甲酯熔點(diǎn)測(cè)定

胡椒酸甲酯熔點(diǎn)測(cè)定結(jié)果為140.6～142.8 ℃.查得胡椒酸甲酯的熔點(diǎn)為141～142 ℃，可以初步判斷所得產(chǎn)品為胡椒酸甲酯，且純化后的產(chǎn)品純度高.

2.4.2 胡椒酸甲酯紅外光譜分析

胡椒酸甲酯的紅外光譜如圖1 所示，波數(shù)為1 708.3 cm-1的吸收峰為共軛羰基伸縮振動(dòng)（C＝O特征吸收峰）；波數(shù)為1 618.5 cm-1的吸收峰說明存在共軛雙鍵；波數(shù)為1 437.6 cm-1（甲基吸收峰）；波數(shù)為1 373.2 cm-1（甲基吸收峰）；波數(shù)為1 265.3 cm-1的吸收峰為C—O—C 不對(duì)稱伸縮振動(dòng).

圖1 胡椒酸甲酯的紅外光譜Fig.1 IR of piperic acid methyl ester

3 結(jié)論

本試驗(yàn)采用單因素和正交試驗(yàn)法確定合成胡椒酸甲酯的最佳工藝條件為：對(duì)甲苯磺酸為催化劑，催化劑用量0.15 g，回流反應(yīng)時(shí)間5.5 h，反應(yīng)溫度90 ℃，胡椒酸甲酯產(chǎn)率平均為89.4%.通過對(duì)合成產(chǎn)品紅外光譜的分析，所得產(chǎn)品為胡椒酸甲酯，產(chǎn)率在80%以上.

［1］韓景芬.多糖胡椒酸酯的合成及其降血脂作用研究［D］.合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2007：84-85.

［2］吳勇，博·格日勒?qǐng)D.兩種胡椒酸酯的合成及其降血脂作用的研究［J］.中國民族醫(yī)藥雜志，2004，4（2）：21-22.

［3］包蘭蘭，金樁，博·格日勒?qǐng)D.胡椒堿降血脂作用的實(shí)驗(yàn)研究［J］.中國民族醫(yī)藥雜志，2004（1）：22-23.

［4］烏恩，烏樂，吳恩巴亞爾.幾種胡椒基羧酸酯降血脂作用的研究［J］.內(nèi)蒙古醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，1994，16（1）：36-37.

［5］莫崢嶸，張岐.胡椒堿的抗氧化活性及穩(wěn)定性研究［J］.海南師范學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006，3（1）：52-54.

［6］崔廣智，李軍，張仲一，等.胡椒堿對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能的影響［J］.中國藥學(xué)雜志，2003，38（4）：268-270.

［7］Sunila E S，KuRan G.Immuno modulatory and antitumor activity of Piper longum Linn and piperine ［J］.Joumal of Ethnophar macology，2004，90（2-3）：339.

［8］梁愛華，譯.白胡椒及胡椒堿在體內(nèi)及體外致癌試驗(yàn)中的抗促癌作用［J］.國外醫(yī)學(xué)·中醫(yī)中藥分冊(cè)，1998，20（6）：32-33.

［9］丁航，唐旭東，周克元.蝙蝠葛堿和胡椒堿對(duì)兩株鼻咽癌細(xì)胞增殖的影響［J］.廣東醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，21（1）：16-17.

［10］吉惠杰，楊英杰，薛俊禮，等.胡椒酸乙二醇單酯合成的工藝研究［J］.吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，31（9）：1-16.

［11］Bradshaw J S，Krakowiak K E，Lindh G C，et al.Synthesis of macrocyclic Acetals containing lipophilic substituent［J］.Tetrahedron，1987，43（19）:4271-4276.

［12］謝晶曦，常俊標(biāo)，王緒明.紅外光譜在有機(jī)化學(xué)和藥物化學(xué)中的應(yīng)用［M］.北京：科學(xué)出版社，2001：489-498.