秦 蓓，陳慶慶，楊 寬，孫鵬龍，劉小妮

（1.西安醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)院 藥物研究所，陜西 西安710021；2.成都醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)院，四川 成都610500）

胡椒堿又稱胡椒酰胺，屬桂皮酞胺類(lèi)生物堿，是中藥胡椒中主要的活性化學(xué)物質(zhì)，在自然界中廣泛存在，主要存在于胡椒科植物胡椒、蓽茇、幾內(nèi)亞胡椒的果實(shí)及根中[1-4]。研究顯示，胡椒堿的酯類(lèi)衍生物具有良好的生物活性[5-9]。如Rao等[5]設(shè)計(jì)合成并篩選出了一系列胡椒堿-氨基酸酯，發(fā)現(xiàn)其具有抗腫瘤活性。寶貴榮等[6]對(duì)胡椒堿結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，制備了胡椒酸1，6-己二醇雙酯，并證實(shí)其具有降血脂和降血糖活性。蘇日娜等[7]合成了胡椒酸乙酯，研究了其對(duì)高脂大鼠模型血脂水平的調(diào)整，證明了GBA可明顯降低血清總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇的含量，且較胡椒堿毒副作用低很多。

據(jù)此，關(guān)于胡椒堿酯類(lèi)衍生物的合成研究將為該類(lèi)化合物的系列化衍生化和后續(xù)活性研究奠定基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)針對(duì)胡椒堿的酯類(lèi)衍生物常見(jiàn)的兩類(lèi)合成方式進(jìn)行了對(duì)比研究，并對(duì)酸催化酯縮合的合成工藝進(jìn)行了優(yōu)化研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與試劑

胡椒堿（98%西安瑞盈生物科技有限公司）；草酰氯（98%）、3-丁炔-1-醇（98%），薩恩化學(xué)技術(shù)（上海）有限公司；異丙醇（AR天津市津北精細(xì)化工有限公司）；苯酚（AR天津市福晨化學(xué)試劑廠）；其他試劑均為分析純。

AVANCEⅢ型核磁共振波譜儀（400MHz德國(guó)-瑞士Bruker公司）；1260-6460A型三重四級(jí)桿液-質(zhì)聯(lián)用儀（美國(guó)安捷倫公司）；JHX-4B型顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀（上海佳航儀器儀表有限公司）；RE-2000A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）；DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）。

1.2 合成方法

1.2.1 胡椒酸制備

胡椒酸的合成參考兩種胡椒堿的酸性衍生物合成的報(bào)道[10]：稱取胡椒堿5.35g（18.772mmoL）于250mL圓底燒瓶中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%KOH的甲醇溶液150mL，在75℃油浴中回流水解24h后，冷卻，抽濾，得到白色固體和黃色液體。在固體中加少量甲醇使其分散成懸濁液，充分?jǐn)嚢韬?，?mol·L-1HCl調(diào)節(jié)pH值小于1，抽濾，收集固體，干燥，得到黃色固體，即為胡椒酸（3.80g，17.431mmoL），產(chǎn)率為92.9%。

1.2.2 酰氯化合成胡椒堿酯類(lèi)衍生物

N1（合成路線見(jiàn)圖1A）的合成 取胡椒酸150.5mg（0.690mmoL）于50mL圓底燒瓶中，無(wú)水DCM 3mL，超聲振蕩混勻，加草酰氯80μL，常溫?cái)嚢璺磻?yīng)至體系為橘紅色澄清液體，減壓濃縮至橘紅色胡椒酸酰氯粉末。加入3mL無(wú)水DCM和0.1mL無(wú)水三乙胺，加入無(wú)水MeOH 0.5mL，冰浴條件下攪拌反應(yīng)2h，乙酸乙酯20mL萃取，稀HCl和飽和NaHCO3溶液，各洗滌3次，收集有機(jī)層后，無(wú)水Na2SO4干燥，過(guò)濾，濃縮，得N1粗產(chǎn)物。柱層析分離得黃色固體，即為N1純品（37.5mg，0.162mmoL），產(chǎn)率為23.4%。

圖1 胡椒堿酯類(lèi)衍生物的合成路線Fig.1 Synthetic route of piperine ester derivatives

N2~N5的合成過(guò)程和純化過(guò)程與N1相同，合成路線見(jiàn)圖1A。其中N2~N4采用柱層析分離，N5采用重結(jié)晶進(jìn)行后處理。N5的合成反應(yīng)結(jié)束后，將粗品常溫放置，出現(xiàn)結(jié)晶，抽濾，收集黃色結(jié)晶，即得N5純品70.0mg（0.238mmoL）。

1.2.3 酸催化合成胡椒堿酯類(lèi)衍生物

酸催化的N3（合成路線見(jiàn)圖1B）的合成 取胡椒酸200.0mg（0.917mmoL）置于50mL圓底燒瓶中，加入對(duì)酸作為催化劑，加入異丙醇20mL，90~105℃油浴攪拌回流反應(yīng)4~10h后，冷卻，減壓蒸餾除去溶劑，得N3粗產(chǎn)物。將粗品用20mL乙酸乙酯，用飽和NaHCO3溶液洗滌至無(wú)雜質(zhì)，加無(wú)水Na2SO4干燥，過(guò)濾，濃縮，干燥，即得純品N3。

在優(yōu)化后的合成工藝下合成N1和N2，分別得到N1和N2的粗品。將N1、N2粗產(chǎn)物用少量無(wú)水乙醇回流溶解，并自然冷卻至室溫，析出大量黃色固體，抽濾，干燥，得到黃色固體，即為純品。

2 結(jié)果與討論

2.1 產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)表征

N1黃色固體粉末；ESI-MS：M/Z=232.11；m.p.147.6~148.1℃；1H NMR（400MHz，CDCl3），δ：7.48~7.41（1H，-CH=CH-CO-），7.02~6.69（5H，-C6H3-CH=CH-），6.02~6.01（2H，-O-CH2-O-），5.99~5.95（1H，-CH=CH-CO-），3.79（3H，-CH3）。

N2黃色固體粉末；ESI-MS：M/Z=246.11；m.p.73.9~75.2℃；1H NMR（400MHz，CDCl3），δ：7.47~7.40（1H，-CH=CH-CO-），7.02~6.69（5H，-C6H3-CH=CH-），6.01（2H，-O-CH2-O-），5.98~5.94（1H，-CH=CH-CO-），4.27~4.22（2H，-CH2-），1.35~1.32（3H，-CH3）。

N3黃色油狀液體；ESI-MS：M/Z=259.99；1H NMR（400MHz，CDCl3），δ：7.45~7.38（1H，-CH=CHCO-），7.02~6.68（5H，-C6H3-CH=CH-），6.01（2H，-O-CH2-O-），5.96~5.92（1H，-CH=CH-CO-），5.16~5.07（2H，-CH-），1.32~1.30（3H，-CH3）。

N4黃色固體粉末；ESI-MS：M/Z=271.09；m.p.82.8~83.8℃；1H NMR（400MHz，CDCl3），δ：7.50~7.43（1H，-CH=CH-CO-），7.02~6.69（5H，-C6H3-CH=CH-），6.02~6.01（2H，-O-CH2-O-），5.97~5.96（1H，-CH=CH-CO-），4.32~4.28（2H，-COO-CH2-），2.63~2.59（2H，-CH2-C≡CH），2.05~2.04（1H，≡CH）。

N5黃色固體；ESI-MS：M/Z=393.99；m.p.121.6~122.0℃；1H NMR（400MHz，CDCl3），δ：7.50~7.43（1H，-CH=CH-CO-），7.44~7.15（5H，-COO-C6H5），7.06~6.78（5H，-C6H3-CH=CH-），6.18~6.14（1H，-CH=CH-CO-），6.03（2H，-O-CH2-O-）。

2.2 酰氯化合成過(guò)程分析

實(shí)驗(yàn)通過(guò)酰氯化反應(yīng)合成了N1、N2、N3、N4、N55種胡椒堿酯類(lèi)衍生物，產(chǎn)率分別為23.4%、20.5%、23.2%、24.3%、10.4%，總體產(chǎn)率較低。本次路線中的中間產(chǎn)物胡椒酸酰氯極易水解，反應(yīng)對(duì)無(wú)水的要求很高；其次，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用的草酰氯毒性大、活性高，會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大影響，且實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要用減壓蒸餾的方式去除，未完全去除的草酰氯可與下一步的反應(yīng)物發(fā)生副反應(yīng)，產(chǎn)生副產(chǎn)物，這些因素都會(huì)使得反應(yīng)的產(chǎn)率降低。此外，胡椒酸酰氯需要現(xiàn)制現(xiàn)用，不可短期保存。由此可見(jiàn)，通過(guò)酰氯化方法制備的胡椒堿酯類(lèi)衍生物方法繁瑣，且毒性較大，因此，實(shí)驗(yàn)又探討了通過(guò)直接酸催化酯縮合的方式來(lái)合成胡椒堿的酯類(lèi)衍生物。

2.3 酸催化合成胡椒堿的酯類(lèi)衍生物過(guò)程分析

實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，直接進(jìn)行酸和醇之間的酸催化反應(yīng)，反應(yīng)后處理簡(jiǎn)單，產(chǎn)率較高，實(shí)驗(yàn)以N3的合成為例對(duì)該類(lèi)酯類(lèi)衍生物的合成工藝進(jìn)行了優(yōu)化。

由表1可得，當(dāng)催化劑為H2SO4時(shí)，N3的產(chǎn)率最高，其次是對(duì)甲苯磺酸一水合物，H3PO4和HAc不反應(yīng)。由于實(shí)際操作中濃H2SO4比較危險(xiǎn)且對(duì)設(shè)備有危害，所以選用較為溫和的對(duì)甲苯磺酸一水合物作為催化劑，探究其他因素對(duì)N3產(chǎn)率的影響。

表1 催化劑對(duì)N3產(chǎn)率的影響Tab.1 Effect of catalyst on N3 yield

從圖2可得，隨著催化劑劑量的增加，N3的產(chǎn)率增高。催化劑對(duì)甲苯磺酸一水合物用量為400mg時(shí)N3產(chǎn)率最高，后續(xù)的研究發(fā)現(xiàn)適度的提高催化劑的用量可繼續(xù)提高反應(yīng)的產(chǎn)量，但催化劑量過(guò)大將提高反應(yīng)的難度，因此，確定催化劑的最優(yōu)量為400mg。

圖2 催化劑用量對(duì)N3產(chǎn)率的影響Fig.2 Effect of catalyst dosage on N3 yield

以甲苯磺酸一水合物為催化劑，固定催化劑的量為400mg，探討了反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)N3產(chǎn)率的影響Fig.3 Effect of reaction time on N3 yield

由圖3可見(jiàn)，隨著反應(yīng)時(shí)間的增長(zhǎng)，N3的產(chǎn)率表現(xiàn)為先增高后降低。反應(yīng)時(shí)間為8h時(shí)，N3的產(chǎn)率最高，為37.7%，繼續(xù)增加反應(yīng)時(shí)間，產(chǎn)率降低。這是由于酸催化下的酯化反應(yīng)是可逆反應(yīng)，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)部分N3發(fā)生水解，進(jìn)而出現(xiàn)產(chǎn)率下降的現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)以甲苯磺酸一水合物為催化劑，固定催化劑的用量為400mg，研究了反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)為8h下反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 反應(yīng)溫度對(duì)N3產(chǎn)率的影響Fig.4 Effect of reaction temperature on N3 yield

由圖4可見(jiàn)，隨著反應(yīng)溫度的升高，N3的產(chǎn)率表現(xiàn)為先增高后降低的趨勢(shì)，當(dāng)反應(yīng)溫度為95℃時(shí)，產(chǎn)率最高，為37.7%。隨后隨著溫度升高，產(chǎn)率出現(xiàn)降低。分析其原因可知該實(shí)驗(yàn)為放熱反應(yīng)，溫度過(guò)高會(huì)引起平衡逆向移動(dòng)。

在優(yōu)化的合成條件下進(jìn)行N1和N2的合成，其產(chǎn)率分別為56.0%和47.4%。

3 結(jié)論

（1）實(shí)驗(yàn)以胡椒酸為原料，通過(guò)酰氯化、酯化合成了N1、N2、N3、N4、N55種胡椒堿酯類(lèi)衍生物，產(chǎn)率分別為23.4%、20.5%、23.2%、24.3%、10.4%，該實(shí)驗(yàn)適用于不同結(jié)構(gòu)的醇的酯化，但受酰氯穩(wěn)定性影響較大，且該反應(yīng)的體系較為復(fù)雜、處理較為繁瑣，且毒性較大。

（2）實(shí)驗(yàn)以N3為例，進(jìn)行了酸催化酯化的單因素實(shí)驗(yàn)，得到N3的最佳合成工藝條件是以對(duì)甲苯磺酸為催化劑，催化劑用量為400mg，回流反應(yīng)時(shí)間為8h，反應(yīng)溫度為95℃。

（3）實(shí)驗(yàn)在優(yōu)化的合成工藝條件下合成了N1、N2、N33種胡椒堿酯類(lèi)衍生物，產(chǎn)率分別為56.0%、47.4%、23.2%。