辣椒素酯合成實驗

段建利， 楊志剛

(武漢大學 藥學院， 湖北 武漢 430071)

辣椒素酯合成實驗

段建利， 楊志剛

(武漢大學 藥學院， 湖北 武漢 430071)

以6-溴己酸為起始原料，利用Wittig反應，制備以Z-8-甲基- 6-壬烯酸為主的產物，然后在NaNO2—HNO3的作用下，轉化為以E-8-甲基- 6-壬烯酸為主的產物，經后處理得到E-8-甲基-6-壬烯酸。在酶催化作用下，E-8-甲基-6-壬烯酸選擇性地與香草醛的醇羥基反應，得到辣椒素酯。實驗過程讓學生靈活應用知識、科學組合，更加貼近真實的藥物研發過程，提高了學生的學習興趣。

辣椒素酯； Wittig反應；酶催化

1 辣椒素酯

辣椒素酯類化合物是來源于辣椒屬植物的一類化合物，其結構特點是不飽和脂肪酸通過酯鍵與香草醇的醇羥基連接。1989年，Yazawa等人發現，一種名為CH-19 Sweet的無辣味的辣椒品種中，僅含有少量的辣椒素類化合物，但含有大量的辣椒素類似物(capsaicinoid-like substances, CLS)，根據Rf值的差異，將TLC上2個主要的斑點暫時命名為CLS-A和CLS-B。Yazawa等人猜測辣椒素類似物可能是辣椒素類化合物生物合成過程中的前體化合物[1]。1998年，Kobata等人從CLS-A中分離得到香草醇，從CLS-B中分離得到2個化合物，并進行結構確認，將這2個化合物命名為辣椒素酯(capsiate)和二氫辣椒素酯(dihydrocapsiate)，并且用化學方法合成二氫辣椒素酯[2]。1999年，Kobata等人從CH-19 Sweet中分離得到另一種辣椒素酯類化合物，命名為降二氫辣椒素酯(nordihydrocapsiate)[3]。自然界中天然存在的辣椒素酯類化合物主要是辣椒素酯，雖然辣椒素酯來源于辣椒屬植物，但并沒有辛辣味，所以其藥理活性受到廣泛關注。圖1為辣椒素酯類化合物的化學結構，圖中1、2、3為編號。

圖1 辣椒素酯類化合物的化學結構

已有文獻報道，辣椒素酯類化合物具有抗氧化作用[4]、TRPV1 受體激活作用[5]、葡萄糖代謝增強作用[6]、抗腫瘤作用[7]、抗炎作用[8]、黏膜保護作用[9]、減肥作用[10-12]等藥理活性。辣椒素酯的藥理研究主要集中在減肥作用。因為新一代減肥藥的辣椒堿在臨床研究階段呈現顯著的劑量依賴關系，并因其自身辛辣味的制約，使人無法接受而遭到失敗。因此，與辣椒堿具有相同藥理用但不具有辛辣味的辣椒素酯在減肥中的應用受到研究人員的關注。

文獻報道的辣椒素酯的合成方法主要有以下幾種：(1)利用wittig反應制備順式不飽和脂肪酸，然后進行烯烴的順反轉化，得到反式不飽和脂肪酸，再進一步與香草醇反應，得到辣椒素酯[13-14]；(2)辣椒堿在酸性條件下發生醇解，得到不飽和脂肪酸甲酯，然后在脂肪酶的催化作用下，與香草醇反應制備辣椒素酯[15-16]；(3)以香草醛為起始原料，經酚羥基保護和還原后得到酚羥基帶有保護基的香草醇，進一步與反式不飽和脂肪酸反應，再脫保護，得到辣椒素酯[17]。

Wittig反應(見圖2)是合成化學中非常有價值的一種合成方法，常用于從醛、酮直接合成烯烴。非穩定型的磷葉立德是一種強親核試劑，能在溫和條件下迅速與醛、酮反應，產物一般以順式烯烴為主，并含有少量反式烯烴。圖2中4—10為編號。

圖2 Wittig反應機理

酶催化與化學催化相比，具有高效性、專一性、溫和性等特點，而且反應過程中使用的溶劑量較少，酶可以回收使用，在工業中應用非常廣泛。

因此，本實驗利用Wittig反應制備辣椒素酯的不飽和脂肪酸部分，然后利用脂肪酶催化香草醇和不飽和脂肪酸的反應得到辣椒素酯。

2 實驗原理

辣椒素酯的合成路線見圖3(圖中11—14和1為編號)。

圖3 辣椒素酯合成路線

本實驗以6-溴己酸為起始原料，與三苯基膦反應，制得Wittig反應所需的磷葉立得；然后在叔丁醇鉀的作用下與異丁醛反應，形成以Z-8 -甲基-6-壬烯酸為主的產物，再經過烯烴的順反轉化，得到E-8-甲基-6-壬烯酸；最后在酶的催化作用下，E-8-甲基-6-壬烯酸選擇性地與香草醇的醇羥基反應，得到辣椒素酯。

3 儀器和試劑

儀器：電磁加熱攪拌器(C-MAG HS 7，IKA?)，液相色譜HPLC儀(LC-20AD，日本島津)，AV400(Bruker公司)核磁共振儀。

試劑：6-溴己酸，三苯基膦，乙腈，乙酸乙酯，石油醚，無水硫酸鎂，N,N-二甲基甲酰胺，叔丁醇鉀，異丁醛，鹽酸，氯化鈉，亞硝酸鈉，硝酸，環己胺，氯仿，香草醇，Novozym435，均為分析純。色譜級乙腈和三氟乙酸。

4 液相色譜儀檢測條件

液相色譜儀：島津SPD-20AD，色譜柱：月旭Polar-RP極性色譜柱(4.6×250 mm 2 μm)，流動相：乙腈：0.1%三氟乙酸水溶液(體積比為60∶40)，流速為1 mL/min，進樣量為20 μL，樣品運行時間為30 min。定量方法：面積歸一化法。

5 實驗內容

5.1 5-羧基戊基-三苯基溴化磷(圖3中12)的合成

25 mL反應瓶中依次加入6-溴己酸(5.00 g，25.6 mmol)，三苯基膦(6.71 g，25.6 mmol)，乙腈(12 mL)，加熱至回流，TLC監測反應完全后停止反應；反應液冷卻至室溫，過濾，干燥，得到產物9.78 g，收率83.6%。產物不經處理，直接用于下步反應。

5.2 Z-8-甲基-6-壬烯酸(圖3中13)的合成

100 mL反應瓶中依次加入5-羧基戊基-三苯基溴化磷(9.00 g，19.7 mmol)，N,N-二甲基甲酰胺(30 mL)，降溫至-20 ℃；將叔丁醇鉀(4.42 g，39.5 mmol)溶解在N,N-二甲基甲酰胺(30 mL)中，滴加至上述反應液中，滴畢后保溫反應1 h，再升至室溫反應2 h，反應體系再次降溫至-20 ℃，滴加異丁醛(2.13 g，29.6 mmol)，滴畢后升至室溫反應；反應完畢后，稀鹽酸調節pH至2～3，乙酸乙酯(30 mL×2)萃取，合并有機相；有機相水洗，干燥，濃縮，得到粗品11.2 g；粗品用石油醚洗滌，過濾。所得濾液經快速過柱純化，得到產物1.70 g，收率50.9%。

核磁共振氫譜1H-NMR(CDCl3)，化學位移δ：0.92(s，3H，CH3)，0.94(s，3H，CH3)，1.39(m，2H，CH2)，1.64(m，2H，CH2)，2.04(m，2H，CH2)，2.35(m，2H，CH2)，2.58(m，1H，CH)，5.20(m，2H，CHCH)。

5.3 E-8-甲基-6-壬烯酸(圖3中14)的合成

5 mL反應瓶中加入Z- 8 -甲基- 6-壬烯酸(1.30 g，7.6 mmol)，降溫至0 ℃；向上述反應瓶中依次加入2 mol/L亞硝酸鈉溶液(0.8 mL)、6 mol/L硝酸溶液(0.5 mL)，滴畢后升至70 ℃，保溫反應4 h;然后降至室溫，加水稀釋，二氯甲烷萃取2次，合并有機相；有機相水洗，干燥，過濾，濾液旋干后經快速柱層析純化，得到E-8-甲基-6-壬烯酸粗品1.00 g，收率76.9%。

將E-8-甲基-6-壬烯酸粗品(0.80 g，4.7 mmol)溶于二氯甲烷中，滴加乙二胺-二氯甲烷溶液，濃縮，稀鹽酸酸化，得到E-8-甲基-6-壬烯酸0.30 g，收率37.5%。

HPLC純度98%。1H-NMR(CDCl3)，δ：0.94(s，3H，CH3)，0.95(s，3H，CH3)，1.39(m，2H，CH2)，1.62(m，2H，CH2)，1.98(m，2H，CH2)，2.21(m，1H，CH)，2.34(m，2H，CH2)，5.34(m，2H，CHCH)。

5.4 辣椒素酯(圖1中的1)的合成

5 mL反應瓶中依次加入香草醇(0.17 g，1.1 mmol)，E-8-甲基- 6-壬烯酸(0.20 g，1.2 mmol)，Novozym435(0.02 g)，加熱至50 ℃反應2 h;降至室溫，加入石油醚，過濾，濾液經快速柱層析純化，得到產物0.18 g，收率53.5%。

HPLC純度93%。1H-NMR(CDCl3)，δ：0.93(s，3H，CH3)，0.95(s，3H，CH3)，1.37(m，2H，CH2)，1.62(m，2H，CH2)，1.95(m，2H，CH2)，2.19(m，1H，CH)，2.32(m，2H，CH2),3.89 (s，3H，OCH3)，5.02(s，2H，ArCH2)，5.33(m，2H，CHCH),6.86(s，1H，ArH)，6.88(s，2H，ArH)。

6 教學要求

(1) 預習要求：查閱參考文獻，了解辣椒素酯的藥理作用及其化學合成方法，了解Wittig反應過程中的注意事項，了解酶催化在藥物合成中的應用，熟悉液相色譜儀的原理和操作方法。

(2) 實驗結果要求：利用Wittig反應獲取Z- 8 -甲基- 6-壬烯酸，并順利完成烯烴的順反轉化，得到E- 8 -甲基- 6-壬烯酸，最終完成辣椒素酯的化學合成；根據液相色譜儀檢測結果，用面積歸一化法給出相關產物的液相檢測結果；根據核磁結果，正確解析核磁譜圖。

7 結語

如何將課堂上學到的知識靈活運用、科學組合，提高合成效率，優化合成路線，是藥學專業學生所必須面對的一個實際問題。本實驗將藥物合成中經典的Wittig反應和酶催化相結合，完成辣椒素酯的化學合成。同時，通過液相色譜儀對中間體和辣椒素酯進行檢測，達到控制產品質量的目標。此外，利用核磁譜圖對中間體和辣椒素酯進行結構鑒定和分析。整個實驗過程更加貼近真實的藥物研發過程，提高了學生的學習興趣，讓學生對藥物的研發過程有了一個初步的認識和了解。

References)

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Experiment of synthesis of capsiate

Duan Jianli, Yang Zhigang

(School of Pharmacy, Wuhan University, Wuhan 430071, China)

By taking the 6-bromo acid as the starting material and by using the Wittig reaction, the product with the Z-8-methyl-6-azelaic acid as the main content is prepared. Then, under the action of NaNO2—HNO3, it is transformed into the product with E-8-methyl-6-azelaic acid as its main content, and after the treatment, the E-8-methyl-6-azelaic acid is obtained. Under the action of enzyme catalysis, the capsiate is obtained by the alcohol hydroxyl reaction of the E-8-methyl-6-azelaic acid and the vanillin. The experimental process allows the students to flexibly apply the knowledge, and make the scientific combination, which is closer to the real drug Ramp;D process, and improves the students’ interest in learning.

capsiate； Wittig reaction; enzyme catalysis

10.16791/j.cnki.sjg.2017.11.016

O6-33；TQ464.4

A

1002-4956(2017)11-0058-03

2017-05-08

國家自然科學基金項目(21402144)；武漢大學教學研究項目(2017JG056)

段建利(1979—)，男，湖北隨州，博士，實驗師，主要從事有機化學和藥物化學實驗教學.