辣椒堿酰胺類似物的合成及抑菌活性研究

摘要：以香草胺鹽酸鹽和羧酸為原料，通過酰氯化、胺基化反應(yīng)，設(shè)計合成了13個辣椒堿酰胺類似物，其結(jié)構(gòu)均經(jīng)1H-NMR譜表征。將所合成的化合物對立枯絲核菌、串珠鐮刀菌、腐霉菌P15進行了抑菌活性測試，結(jié)果表明，該類化合物具有一定的抑菌活性，有進一步研究的價值。

關(guān)鍵詞：辣椒堿； 香草胺鹽酸鹽； 抑菌活性

中圖分類號：TQ460.3；S432 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）03-0631-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.03.021

Abstract： Thirteen substituted capsaicin amide analogues were designed and synthesized form 4-Hydroxy-3-methoxybenzylamine hydrochloride and carboxylic via acylation and amidogen reactions. All the analogues were confirmed by 1H-NMR. The antifungal activity of substituted capsaicin amide analogues were detected on three experimental strains，such as Rhizoctonia solani，F(xiàn)usarium moniliforme，Pythium P15. The results showed that all the analogues had certain antifungal activity，which could be further research.

Key words： capsaicin； 4-Hydroxy-3-methoxybenzylamine hydrochloride； antifungal activity

辣椒堿是天然植物辣椒中的一種具有辛辣刺激性的香草酰胺類化合物，最早是由Bucholz萃取得到混合物；Thresh于1876年從辣椒果實中提取得到純的結(jié)晶狀化合物[1]；Nelson等人于1923年確定其結(jié)構(gòu)[2]；1930年Spath等[3]以異丁鋅與1，6-己二酸單乙酯單酰氯為原料經(jīng)五步反應(yīng)第一次成功合成辣椒堿，其結(jié)構(gòu)式如圖1所示。

高純度辣椒堿具有多種生理及藥理活性，目前廣泛被應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品及軍事等領(lǐng)域[4-10]。尤其在生物農(nóng)藥領(lǐng)域中，辣椒堿對害蟲具有良好的觸殺、驅(qū)避作用，早在1991年美國環(huán)保局（EPA）就已經(jīng)確認(rèn)辣椒堿及其制品為生化農(nóng)藥，并免除了在水果、蔬菜及谷物上施用的殘留量的限制。辣椒堿單獨或與其他農(nóng)藥復(fù)配而成的新型生物農(nóng)藥具有藥效高、持效長、可降解且不會對人類造成持久性的傷害等特點，使其受到越來越多的關(guān)注[11-19]，需求量也隨之猛增。傳統(tǒng)的通過干辣椒進行萃取提煉辣椒堿的方法已無法滿足社會需求，因此化學(xué)法合成辣椒堿及其類似物成為研究熱點[20-22]，本課題組應(yīng)用經(jīng)過改進的合成方法得到高純度辣椒堿[23]。

從辣椒堿的分子結(jié)構(gòu)可以看出，苯環(huán)結(jié)構(gòu)片段、酰胺結(jié)構(gòu)片段和雙鍵結(jié)構(gòu)片段中的某個或某幾個片段是其生理及藥理活性貢獻大的片段。本課題組以香草胺鹽酸鹽及不同的羧酸或酰氯為原料，通過酰氯化、氨基化反應(yīng)，設(shè)計合成了13種酰胺類辣椒堿類似物，并對每種化合物進行抑菌活性測試，以期得到具有較高抑菌活性的化合物。

1 材料與方法

1.1 材料

儀器主要有SGW X-4型數(shù)字顯微熔點儀（上海物理光學(xué)儀器廠）；INOVA 600型核磁共振儀（美國varian公司）；5973N型質(zhì)譜測定儀（美國Agilent公司）。

試劑主要有香草胺鹽酸鹽，為實驗室自制試劑，制取方法參照文獻[23]；其余試劑均為市售分析純或化學(xué)純試劑；柱層析硅膠（200～300目）和薄層層析硅膠板GF254均為青島海洋化工廠生產(chǎn)。

供試病原菌主要有立枯絲核菌、串珠鐮刀菌和腐霉菌P15，均為山東省科學(xué)院生物研究所實驗室分離保存。

1.2 方法

1.2.1 酰氯的合成 以壬酰氯為例，于100 mL三口瓶中，加入3.16 g（20 mmol）正壬酸和20 mL氯仿，室溫攪拌下滴加二氯亞砜7.0 g（4.2 mL，60 mmol）的氯仿溶液，繼續(xù)攪拌加熱至回流，并TLC檢測反應(yīng)進程，待反應(yīng)結(jié)束后，減壓蒸餾除去多余二氯亞砜及氯仿，即得壬酰氯，不需提純可用于下一步反應(yīng)。各取少量已合成的酰氯，溶于甲醇中，經(jīng)質(zhì)譜驗證，均有相應(yīng)的甲酯生成，證明酰氯已合成。

1.2.2 目標(biāo)產(chǎn)物的合成 以N-[（4-羥基-3-甲氧基苯基）-甲基]壬酰胺為例。于250 mL三口瓶中，加入香草胺鹽酸鹽2.65 g（14 mmol）、碳酸氫鈉3.53 g（42 mmol）和去離子水30 mL，室溫下攪拌30 min，加入氯仿40 mL，繼續(xù)攪拌15 min。再向三口瓶中緩慢滴加溶于15 mL氯仿的壬酰氯2.47 g（14 mmol），滴加完畢后繼續(xù)攪拌混合物30 min并TLC檢測，再35～40 ℃加熱反應(yīng)10 min，停止反應(yīng)。分出有機層，水層用氯仿萃取3次，合并有機相，并依次用2% HCl洗滌3次，飽和食鹽水洗滌2次，最后用無水硫酸鈉干燥過夜，旋蒸掉氯仿，用石油醚/乙酸乙酯作洗脫劑過硅膠色譜柱分離，可得N-[（4-羥基-3-甲氧基苯基）-甲基]壬酰胺[24]，結(jié)構(gòu)式見圖2。合成的13種不同取代基的辣椒堿酰胺類似物及其外觀表征及收率見表1。

1.2.3 抑菌活性測試 采用生長速率法，將待測藥劑與冷卻后的PDA培養(yǎng)基混合均勻傾倒至平板，待測藥劑濃度為100 μg/mL，接種供試病原菌，其中立枯絲核菌和串珠鐮刀菌于28 ℃培養(yǎng)96 h，腐霉菌P15 于25 ℃培養(yǎng)48 h，記錄病原菌生長情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 目標(biāo)化合物的核磁普圖分析

試驗中發(fā)現(xiàn)當(dāng)取代基的對位含有硝基時，導(dǎo)致反應(yīng)活性降低，相應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)率也較低，且產(chǎn)物在CDCl3中的溶解性不好，做核磁驗證時選用氘代DMSO作溶劑。化合物12含活潑氫的酚羥基在1H-NMR譜圖中沒有出峰，但質(zhì)譜證明其分子量與目標(biāo)產(chǎn)物符合。合成的13種目標(biāo)化合物的各種質(zhì)子化學(xué)位移都得到了歸屬。分別如下：

化合物1：1H-NMR（600 MHz，CDCl3），δ：2.03（s，3H，OCCH3），3.89（s，3H，CH3O），4.35（d，2H，ArCH2），5.77（s，1H，OH），6.76-6.87（m，3H，Ph）；

化合物2：1H-NMR（600 MHz，CDCl3），δ：1.01～1.09（t，3H，CH3），1.43～1.48（m，10H，（CH2）5），1.72～1.76（t，2H，CH2），2.30～2.35（t，2H，CH2），3.96（s，3H，OCH3），4.35（d，2H，ArCH2），5.65（s，1H，NH），5.83（s，1H，OH），6.76～6.87（m，3H，Ph）；

化合物3：1H-NMR（600 MHz，CDCl3），δ：1.21（s，9H，CH3），3.86（s，3H，OCH3），4.34（d，2H，ArCH2），5.60（s，1H，NH），5.82（s，1H，OH），6.77～6.86（m，3H，Ph）；

化合物4：1H-NMR（600 MHz，CDCl3），δ：3.89（s，3H，OCH3），4.57（d，2H，ArCH2），5.68（s，1H，NH），6.37（d，1H，OH），6.84～6.90（m，3H，Ph），7.34～7.78（m，5H，Ph）；

化合物5：1H-NMR（600 MHz，CDCl3），δ：2.37（s，3H，CH3），3.89（s，3H，OCH3），4.55（d，2H，ArCH2），5.60（d，1H，NH），6.31（d，1H，OH），6.83～6.89（m，3H，Ph），7.22-7.69（m，4H，Ph）；

化合物6：1H-NMR（600 MHz，CDCl3），δ：3.89（s，3H，OCH3），4.55（d，2H，ArCH2），5.60（d，1H，NH）6.35（d，1H，OH），6.83-6.90（m，3H，Ph），7.40～7.74（m，4H，ClPh）；

化合物7：1H-NMR（600 MHz，DMSO），δ：3.75（s，3H，OCH3），4.39（d，2H，ArCH2），6.72～6.92（m，3H，Ph），8.10～8.32（m，4H，NO2Ph），8.86（s，1H，NH），9.25（s，1H，OH）；

化合物8：1H-NMR（600 MHz，CDCl3），δ：3.82（s，3H，OCH3），4.07（d，2H，ArCH2），4.62（s，1H，NH）5.58（s，1H，OH），6.62～6.79（m，3H，Ph），7.26～7.894（m，4H，PhSO2）；

化合物9：1H-NMR（600 MHz，CDCl3），δ：2.44（s，3H，PhCH3），3.82（s，3H，OCH3），4.04（d，2H，ArCH2），4.59（s，1H，NH），5.59（s，1H，OH），6.62～6.79（m，3H，Ph），7.32（d，2H，PhSO2），7.76（d，2H，PhSO2）；

化合物10：1H-NMR（600 MHz，CDCl3），δ：3.83（s，3H，OCH3），4.07（d，2H，ArCH2），4.62（s，1H，NH） 5.58（s，1H，OH），6.64～6.81（m，3H，Ph），7.48～7.51（m，2H，PhSO2），7.79～7.81（m，2H，PhSO2）；

化合物11：1H-NMR（600 MHz，DMSO），δ：3.66（s，3H，OCH3），3.96（d，2H，ArCH2），6.56～6.69（m，3H，Ph），7.97（d，2H，PhSO2），8.34（d，2H，PhSO2），8.42（m，3H，NH），8.87（s，1H，OH）；

化合物12：1H-NMR（600 MHz，CDCl3），δ：3.87（s，3H，OCH3），4.48（d，2H，ArCH2），6.02（m，1H，NH），6.41（d，1H，PhCH），6.79～6.88（m，3H，Ph），7.34～7.49（m，5H，Ph），7.66（d，1H，COCH）；

化合物13：1H-NMR（600 MHz，CDCl3），δ：3.88（s，3H，OCH3），5.40（d，2H，ArCH2），5.62（s，1H，NH），6.19（s，1H，OH），6.83～6.90（m，3H，Ph），7.07（m，1H，=CH-），7.47～7.50（m，2H，=CH-，S-CH=）；

2.2 抑菌活性測試結(jié)果與分析

由表2可以看出，所合成的辣椒堿酰胺類似物對所選用的3種病原菌都有一定的抑菌活性，各類似物對立枯絲核菌和腐霉菌P15的抑菌活性相差不大，對串珠鐮刀菌的活性相對較低，化合物10對3種病原菌的抑菌活性最好，此類化合物有進一步研究的價值。

3 小結(jié)與討論

以香草胺鹽酸鹽和羧酸為原料，合成了13個辣椒堿酰胺類似物。合成過程中不同的取代基反應(yīng)活性不同，對反應(yīng)的收率及產(chǎn)物的溶解度均有一定影響。抑菌活性測試表明，此類化合物都有一定的抑菌活性，但取代基的不同對抑菌活性的影響較大。當(dāng)化合物引入雜原子取代基后抑菌效果明顯增強，其中化合物10對3種病原菌的抑菌活性相對較好。因此，可以在后續(xù)工作中嘗試引入其他含雜原子的基團，以期發(fā)現(xiàn)抑菌效果更好的此類化合物。

參考文獻：

[1] 王金玲，呂長山，于廣建，等.辣椒堿的研究進展[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2004（3）：36-39.

[2] 李 艷，孔 學(xué)，王加寧，等.辣椒堿的合成及其防污性能研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（22）：11764-11765.

[3] SPATH E，DARLINGS S F. Synthesis of capsaicin[J]. Dtsch Chem Ges，1930，63（3）：737-743.

[4] 陳學(xué)文.辣椒堿對枸杞蚜蟲的毒性研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（19）：11488，11491.

[5] 盧秀霞，滕希峰，盧玉梅，等.辣椒堿亞微乳注射劑在家兔體內(nèi)的藥動學(xué)評價[J].中國實驗方劑學(xué)雜志，2014，20（6）：114-117.

[6] 譚思榮，高 冰，陶 毅，等.辣椒堿減肥活性及機理研究進展[J].食品研究與開發(fā)，2012，33（11）：230-234.

[7] 鄧傳波，夏延斌，羅鳳蓮，等.乙醇-超聲波處理提取食品級辣椒堿的工藝研究[J].食品科技， 2012，37（4）：265-268.

[8] ZHANG J H，LAI F J，CHEN H，et al. Involvement of the phosphoinositide 3-kinase/Akt pathway in apoptosis induced by capsaicin in the humanpancreatic cancer cell line PANC-1[J].Oncloogy Letters，2013，5（1）：43-48.

[9] SMEETS A J，JANSSENS P H R，WESTERTERP-PLANTENGA M S. Addition of capsaicin and exchange of carbohydrate with protein counteract energy intake restriction effects on fullness and energy expenditure[J].The Journal of Nutrition，2013，143：442-447.

[10] SHIN Y H，NAMKOONG E，CHOI S. Capsaicin regulates the NF-kB pathway in salivary gland Inflammation[J]. Journal of Dental Research，2013，92（6）：547-552.

[11] 劉 新，林 永.辣椒堿對桃蚜的生物活性及其與幾種殺蟲劑的聯(lián)合作用[J].農(nóng)藥學(xué)學(xué)報，2003，5（2）：94-96.

[12] SOETARNO S，SUKRASNO，YULINAH E. Antimicrobial activities of the ethanol extracts of capsicum fruits with different levels of pungency[J].JMS，1997，2（2）：57-63.

[13] PETER G G，CORINNE B. Six chemicals with animal repellentor insecticide properties are screened for phytotoxic effects on the germination and viability of ash birch Corsican pine and sycamore seeds[J].Forestry，2004，77（5）：397-403.

[14] 劉 順，龐民好，張立輝，等.青花椒提取物對桃蚜的生物活性研究[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2007，30（5）：84-88.

[15] 劉少武，紀(jì)明山，谷祖敏，等.辣椒堿對小菜蛾體內(nèi)谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶和Na+-K+-ATP酶活性的影響[J].農(nóng)藥學(xué)學(xué)報，2008，10（2）：240-242.

[16] 李 芳，王 劍，李暮春，等.植物源5%辣椒堿·茶皂素微乳劑對棉花枯萎病菌的抑制作用研究[J].吉林農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011， 36（2）：44-46.

[17] 陳渠玲，鄧樹華，朱邦雄，等.辣椒素防制農(nóng)村儲糧害鼠研究[J].糧食科技與經(jīng)濟，2008，33（1）：41-42.

[18] 溫好菊，宋香寧，張志祥，等.植物精油對魚藤酮和辣椒堿在斜紋夜蛾離體培養(yǎng)細胞系SL-1中活性的影響[J].華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012，33（4）：453-459.

[19] 李慕春，張 靜，古麗克孜·阿日甫，等.辣椒堿與茶皂素對棉蚜的毒力測定及田間藥效試驗[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，47（6）：1132-1136.

[20] 汪文龍，黃燕蘭，胡惟孝，等.辣椒堿類似物的合成、結(jié)構(gòu)及抗腫瘤活性[J].高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報，2010，31（12）：2400-2406.

[21] 王俊蓮，周圣澤，彭爭宏，等.辣椒堿新同系物的合成、表征及辣構(gòu)關(guān)系的初步探討[J].有機化學(xué)，2011，31（6）：917-920.

[22] 彭必先，王俊蓮，彭爭宏，等.辣椒素同系物合成、辣度及海洋生物防污性能研究[J].中國科學(xué)：化學(xué)，2011，41（10）：1646-1654.

[23] 孔 學(xué)，陳貫虹，鄭立穩(wěn)，等.辣椒堿合成方法的改進[J].廣州化工，2012，40（3）：50-51，69.

[24] WANG B，YANG F，SHAN Y F，et al. Highly efficient synthesis of capsaicin analogues by condensation of vanillylamine and acyl chlorides in a biphase H2O/CHCl3 system[J].Tetrahedron，2009（65）：5409-5412.