胡椒堿的酯類衍生物的合成工藝研究*

秦 蓓，陳慶慶，楊 寬，孫鵬龍，劉小妮

（1.西安醫學院 藥學院 藥物研究所，陜西 西安710021；2.成都醫學院 藥學院，四川 成都610500）

胡椒堿又稱胡椒酰胺，屬桂皮酞胺類生物堿，是中藥胡椒中主要的活性化學物質，在自然界中廣泛存在，主要存在于胡椒科植物胡椒、蓽茇、幾內亞胡椒的果實及根中[1-4]。研究顯示，胡椒堿的酯類衍生物具有良好的生物活性[5-9]。如Rao等[5]設計合成并篩選出了一系列胡椒堿-氨基酸酯，發現其具有抗腫瘤活性。寶貴榮等[6]對胡椒堿結構進行改造，制備了胡椒酸1，6-己二醇雙酯，并證實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，研究了其對高脂大鼠模型血脂水平的調整，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。

據此，關于胡椒堿酯類衍生物的合成研究將為該類化合物的系列化衍生化和后續活性研究奠定基礎。本實驗針對胡椒堿的酯類衍生物常見的兩類合成方式進行了對比研究，并對酸催化酯縮合的合成工藝進行了優化研究。

1 實驗部分

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%），薩恩化學技術（上海）有限公司；異丙醇（AR天津市津北精細化工有限公司）；苯酚（AR天津市福晨化學試劑廠）；其他試劑均為分析純。

AVANCEⅢ型核磁共振波譜儀（400MHz德國-瑞士Bruker公司）；1260-6460A型三重四級桿液-質聯用儀（美國安捷倫公司）；JHX-4B型顯微熔點測定儀（上海佳航儀器儀表有限公司）；RE-2000A型旋轉蒸發儀（鞏義市予華儀器有限責任公司）；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道[10]：稱取胡椒堿5.35g（18.772mmoL）于250mL圓底燒瓶中，加入質量分數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，充分攪拌后，加6mol·L-1HCl調節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），產率為92.9%。

1.2.2 酰氯化合成胡椒堿酯類衍生物

N1（合成路線見圖1A）的合成 取胡椒酸150.5mg（0.690mmoL）于50mL圓底燒瓶中，無水DCM 3mL，超聲振蕩混勻，加草酰氯80μL，常溫攪拌反應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無水DCM和0.1mL無水三乙胺，加入無水MeOH 0.5mL，冰浴條件下攪拌反應2h，乙酸乙酯20mL萃取，稀HCl和飽和NaHCO3溶液，各洗滌3次，收集有機層后，無水Na2SO4干燥，過濾，濃縮，得N1粗產物。柱層析分離得黃色固體，即為N1純品（37.5mg，0.162mmoL），產率為23.4%。

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

N2~N5的合成過程和純化過程與N1相同，合成路線見圖1A。其中N2~N4采用柱層析分離，N5采用重結晶進行后處理。N5的合成反應結束后，將粗品常溫放置，出現結晶，抽濾，收集黃色結晶，即得N5純品70.0mg（0.238mmoL）。

1.2.3 酸催化合成胡椒堿酯類衍生物

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

在優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粗產物用少量無水乙醇回流溶解，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 結果與討論

2.1 產物的結構表征

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 酰氯化合成過程分析

實驗通過酰氯化反應合成了N1、N2、N3、N4、N55種胡椒堿酯類衍生物，產率分別為23.4%、20.5%、23.2%、24.3%、10.4%，總體產率較低。本次路線中的中間產物胡椒酸酰氯極易水解，反應對無水的要求很高；其次，實驗過程中使用的草酰氯毒性大、活性高，會對環境產生較大影響，且實驗過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物發生副反應，產生副產物，這些因素都會使得反應的產率降低。此外，胡椒酸酰氯需要現制現用，不可短期保存。由此可見，通過酰氯化方法制備的胡椒堿酯類衍生物方法繁瑣，且毒性較大，因此，實驗又探討了通過直接酸催化酯縮合的方式來合成胡椒堿的酯類衍生物。

2.3 酸催化合成胡椒堿的酯類衍生物過程分析

實驗分析發現，直接進行酸和醇之間的酸催化反應，反應后處理簡單，產率較高，實驗以N3的合成為例對該類酯類衍生物的合成工藝進行了優化。

由表1可得，當催化劑為H2SO4時，N3的產率最高，其次是對甲苯磺酸一水合物，H3PO4和HAc不反應。由于實際操作中濃H2SO4比較危險且對設備有危害，所以選用較為溫和的對甲苯磺酸一水合物作為催化劑，探究其他因素對N3產率的影響。

表1 催化劑對N3產率的影響Tab.1 Effect of catalyst on N3 yield

從圖2可得，隨著催化劑劑量的增加，N3的產率增高。催化劑對甲苯磺酸一水合物用量為400mg時N3產率最高，后續的研究發現適度的提高催化劑的用量可繼續提高反應的產量，但催化劑量過大將提高反應的難度，因此，確定催化劑的最優量為400mg。

圖2 催化劑用量對N3產率的影響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，探討了反應時長對反應產率的影響，結果見圖3。

圖3 反應時間對N3產率的影響Fig.3 Effect of reaction time on N3 yield

由圖3可見，隨著反應時間的增長，N3的產率表現為先增高后降低。反應時間為8h時，N3的產率最高，為37.7%，繼續增加反應時間，產率降低。這是由于酸催化下的酯化反應是可逆反應，隨著反應時間的延長部分N3發生水解，進而出現產率下降的現象。

實驗以甲苯磺酸一水合物為催化劑，固定催化劑的用量為400mg，研究了反應時長為8h下反應溫度對產率的影響，結果見圖4。

圖4 反應溫度對N3產率的影響Fig.4 Effect of reaction temperature on N3 yield

由圖4可見，隨著反應溫度的升高，N3的產率表現為先增高后降低的趨勢，當反應溫度為95℃時，產率最高，為37.7%。隨后隨著溫度升高，產率出現降低。分析其原因可知該實驗為放熱反應，溫度過高會引起平衡逆向移動。

在優化的合成條件下進行N1和N2的合成，其產率分別為56.0%和47.4%。

3 結論

（1）實驗以胡椒酸為原料，通過酰氯化、酯化合成了N1、N2、N3、N4、N55種胡椒堿酯類衍生物，產率分別為23.4%、20.5%、23.2%、24.3%、10.4%，該實驗適用于不同結構的醇的酯化，但受酰氯穩定性影響較大，且該反應的體系較為復雜、處理較為繁瑣，且毒性較大。

（2）實驗以N3為例，進行了酸催化酯化的單因素實驗，得到N3的最佳合成工藝條件是以對甲苯磺酸為催化劑，催化劑用量為400mg，回流反應時間為8h，反應溫度為95℃。

（3）實驗在優化的合成工藝條件下合成了N1、N2、N33種胡椒堿酯類衍生物，產率分別為56.0%、47.4%、23.2%。