辣椒素酯类似物的化学合成及抑菌活性研究

辣椒素酯类似物的化学合成及抑菌活性研究

郑立稳，陈贯虹，孔学，王磊磊，黄玉杰，王加宁

(山东省科学院生态研究所，山东 济南 250014)

摘要：以香草醇和羧酸为原料，通过酰氯化、酯化反应设计合成了9个辣椒素酯类化合物，其结构均经1HNMR和质谱表征。以禾谷丝核菌、腐霉菌P15为病原菌，测试了所合成化合物的抑菌活性，结果表明，该类化合物均具有一定的抑菌活性,具有进一步研究开发的价值。

关键词：香草醇；辣椒素酯类似物；抑菌活性

收稿日期：

作者简介：郑立稳(1981-),男，山东泰安人，助理研究员，主要从事有机合成及生物农药研究,E-mail：zlw1981@126.com;通讯作者：王加宁，博士，研究员。

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2015.11.05

中图分类号：TQ 460.3文献标识码：A

辣椒素酯是从辣椒果实中分离出的具有O-香草基结构的酯类物质，20世纪末由日本科学家首次从一种不具辣味的辣椒种中分离得到[1]。辣椒素酯具有抗氧化、抑制血管形成、降低血管通透性的作用，动物实验表明它具有促进能量代谢、增强肌体免疫功能、增强运动、抗疲劳等作用，有望成为一种药物与保健食品两用的物质[2-5]。辣椒碱也是从天然植物辣椒中得到的一种具有辛辣刺激性的香草酰胺类化合物，高纯度辣椒碱具有多种生理及药理活性，目前被广泛应用于工业、农业、医药、食品及军事等领域[6]，尤其在生物农药领域中，辣椒碱对害虫具有良好的触杀、驱避作用，可单独或与其它农药复配而成新型生物农药，具有药效优、 持效长、可降解等特点[7-12]。辣椒素酯与辣椒碱具有相似的生物活性，但辣椒素酯没有辣椒碱的辛辣味，能够更方便地使用，具有可代替辣椒碱的广阔应用前景[13]，因而逐渐受到人们的广泛关注，其需求量也随之增加。

传统的辣椒素酯的获取方法是从天然辣椒中提取，但由于其在辣椒中的含量较低且分离纯化较繁杂，因而很多研究者尝试使用化学或生物化学的方法获取辣椒素酯[3-4,13-16]。作者以香草醇为固定结构骨架，通过连接不同结构取代基，设计合成了9个O-香草基结构的辣椒素酯类似物(图1)，并进行了抑菌活性测试，以期得到具有较高抑菌活性的化合物。

图1　辣椒素酯类似物的合成反应 Fig.1　The synthesis reaction of capsinoid analogues

1实验

1.1　材料、试剂与仪器

供试病原菌：禾谷丝核菌和腐霉菌P15。

香草醇，阿法埃莎化学有限公司；其余试剂均为市售分析纯或化学纯。柱层析硅胶(200~300目)、薄层层析硅胶板GF254，青岛海洋化工厂。

INOVA 600型核磁共振仪，美国Varian公司；5973N型质谱测定仪，美国Agilent公司。

1.2　酰氯的合成

以壬酰氯为例：于100 mL三口瓶中加入3.16 g(20 mmol)正壬酸和20 mL氯仿， 室温搅拌下滴加含7.0 g(60 mmol,4.2 mL)二氯亚砜的氯仿溶液20 mL，继续搅拌加热至回流，TLC监测反应进程。待反应结束后，减压蒸馏除去多余二氯亚砜及氯仿，即得壬酰氯，不需提纯即可用于下一步反应。

同法合成其它8种酰氯。各取少量已合成的酰氯溶于甲醇中，经质谱验证均有相应的甲酯生成，确证酰氯已合成。

1.3　目标产物的合成

以壬酸香草醇酯为例：在装有滴液漏斗、气体吸收装置的100 mL 三口瓶中，加入1.54 g (10 mmol)香草醇溶于20 mL干燥丙酮的溶液， 再加入3.03 g(30 mmol)三乙胺，于冰水浴条件下搅拌。将壬酰氯约2.12 g(12 mmol)溶于10 mL丙酮,并缓慢滴加入上述反应体系中，滴加完毕后在室温下搅拌反应3 h，TLC监测反应进程。反应完毕后，直接旋蒸掉丙酮,用石油醚/乙酸乙酯作洗脱剂过硅胶色谱柱分离，即可得纯目标产物。

同法合成其它8种辣椒素酯类似物。

1.4　抑菌活性测试

采用生长速率法测试抑菌活性。将待测药剂与冷却的PDA培养基混合均匀后倾倒至平板，待测药剂浓度为100 μg· mL-1，接种供试病原菌，禾谷丝核菌在28 ℃下培养96 h，腐霉菌P15在25 ℃下培养48 h，记录病原菌生长情况，测试抑菌率。

2结果与讨论

2.1　目标化合物的核磁共振谱图和质谱分析

所合成的9个化合物均为固体且没有辛辣味。其中化合物7的取代基对位含有硝基，导致反应活性降低，相应产物的产率也较低，且在CDCl3中的溶解性不好，故核磁验证时选用氘代DMSO作溶剂，其它8个化合物均能较好地溶于CDCl3。9个化合物的各种质子化学位移都得到了归属，质谱检测均可得到分子离子峰，结果如下：

化合物1：1HNMR(600 MHz,CDCl3)，δ:2.03 (s,3H,OCCH3)，3.89(s,3H,CH3O)，4.35(d,2H,ArCH2)，6.76~6.87(m,3H,Ph)；MS，m/z：197[M+H]+。

化合物2：1HNMR(600 MHz，CDCl3)，δ:1.20(s,9H,CH3),3.74(s,3H，OCH3),5.08(d,2H,ArCH2)，5.28(d,1H,OH),6.91~7.09(m,3H,Ph)；MS,m/z:239[M+H]+。

化合物3：1HNMR(600 MHz,CDCl3)，δ:3.87(s,3H,OCH3)，4.48(d,2H,ArCH2)，6.41(d,1H,PhCH)，6.79~6.88(m,3H,Ph),7.34~7.49(m,5H,Ph)，7.66(d,1H,COCH)；MS，m/z:285[M+H]+。

化合物4：1HNMR(600 MHz,CDCl3)，δ:3.89(s,3H，OCH3),4.57(d,2H,ArCH2)，6.37(d,1H,OH)，6.84~6.90(m,3H,ArH)，7.34~7.78(m,5H,ArH)；MS，m/z:259[M+H]+。

化合物5：1HNMR(600 MHz,CDCl3),δ:2.37(s,3H，CH3),3.89(s,3H，OCH3),4.55(d,2H,ArCH2)，6.31(d,1H,OH)，6.83~6.89(m,3H，ArH)，7.22~7.69(m,4H,ArH)；MS，m/z:273[M+H]+。

化合物6：1HNMR(600 MHz,CDCl3),δ:3.89(s,3H,OCH3),4.55(d,2H,ArCH2),6.35(d,1H,OH)，6.83~6.90(m,3H，ArH)，7.40~7.74(m,4H，ArH)；MS，m/z:293[M+H]+。

化合物7:1HNMR(600 MHz,DMSO),δ:3.75(s,3H,OCH3),4.39(d,2H,ArCH2)，6.72~6.92(m,3H，ArH)，8.10~8.32(m,4H，ArH)，9.25(s,1H,OH)；MS，m/z:304[M+H]+。

化合物8：1HNMR(600 MHz,CDCl3),δ:3.88(s,3H,OCH3),5.40(d,2H,ArCH2)，6.19(s,1H,OH)，6.83~6.90(m,3H，ArH)，7.07(m,1H,=CH-),7.47~7.50(m,2H,=CH-,S-CH=)；MS，m/z:265[M+H]+。

化合物9：1HNMR(600 MHz,CDCl3),δ:0.87(t,3H,CH3)，1.28(m,10H,(CH2)5)，1.64(m,2H，O=C-CCH2),2.20(t,2H,OCCH2),3.87(s,3H,OCH3),4.38(s,2H,NCH2),5.40(d,2H,ArCH2),6.02(s,1H,NH),6.82(m,3H，ArH)；MS，m/z:295[M+H]+。

由上可知，经1HNMR和MS表征，确证所合成化合物为目标化合物。

2.2　抑菌活性分析

测得的9个不同取代基的辣椒素酯类似物的抑菌率如表1所示。

表1　合成的9个不同取代基的辣椒素酯类似物及其抑菌率 Tab.1　Synthesis of 9 different substituted groups of capsinoid analogues and their antifungal activities

由表1可以看出，所合成的9个辣椒素酯类似物对所选用的2种病原菌都有一定的抑菌活性，其中化合物6对腐霉菌P15的抑菌效果最好，抑菌率可达69.59%；化合物8对禾谷丝核菌的抑菌效果最好，抑菌率可达61.53%。

对比表1数据可以发现，在取代基中引入杂原子后，化合物的抑菌效果相对较好，因此，拟在后续研究中尝试引入含杂原子的基团，以期发现抑菌效果更好的此类化合物。

3结论

以香草醇和羧酸为原料，合成了9个具有O-香草基结构的辣椒素酯类似物，均没有辣椒碱的辛辣味，且对禾谷丝核菌和腐霉菌P15均有抑菌效果，引入杂原子取代基后抑菌效果增强，此类化合物具有进一步研究开发的价值。

参考文献：

[1]KOBATA K，TODO T，YAZAWA S，et al.Novel capsaicinoid like substances，capsiate and dihydrocapsiate，from the fruits of a nonpungent cultivar，CH-19 sweet，of pepper(CapsicumannuumL.) [J].J Agric Food Chem,1998,46(5):1695-1697.

[2]WHITING S,DERBYSHIRE E D,TIWARI B K.Capsaicinoids and capsinoids.A potential role for weight anagement? A systematic review of the evidence[J].Appetite,2012,59(2):341-348.

[3]董新荣,刘仲华,李雨虹,等.香草醇酯类物质的酶促合成[J].合成化学,2008,16(2):136-140.

[4]董新荣,刘仲华,李雨虹,等.天然辣椒素酯的酶促合成与生物活性[J].天然产物研究与开发,2009，21(4):570-573.

[5]KOBATA K，KAWAGUCHI M，WATANABE T.Enzymatic sy-nthesis of a capsinoid by the acylation of vanilly alcohol with fatty acid derivatives catalyzed by lipases[J].Biosci Biotechnol Biochem,2002，66(2):319-327.

[6]刘菲菲,王兵,曹建新.辣椒碱应用研究进展[J].食品工业科技,2012,33(16):368-371.

[7]刘新,刘永.辣椒碱对桃蚜的生物活性及其与几种杀虫剂的联合作用[J].农药学学报,2003，5(2):94-96.

[8]GOSLING P G，BAKE C.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.

[9]刘少武,纪明山,谷祖敏,等.辣椒碱对小菜蛾体内谷胱甘肽S转移酶和Na+-K+-ATP酶活性的影响[J].农药学学报,2008，10(2):240-242.

[10]李芳,王剑,李暮春,等.植物源5%辣椒碱·茶皂素微乳剂对棉花枯萎病菌的抑制作用研究[J].吉林农业科学，2011，36(2):44-46.

[11]温好菊,宋香宁,张志祥,等.植物精油对鱼藤酮和辣椒碱在斜纹夜蛾离体培养细胞系SL-1中活性的影响[J].华南农业大学学报,2012,33(4):453-459.

[12]李慕春,张静,古丽克孜·阿日甫,等.辣椒碱与茶皂素对棉蚜的毒力测定及田间药效试验[J].新疆农业科学，2011，47(6):1132-1136.

[13]何国菊,牟祥,李学刚.4-烷氧基辣椒酯的合成及其镇痛活性[J].精细化工,2009,26(1):54-58.

[14]董新荣,刘仲华,张胜,等.壬酸香草醇酯的合成[J].化学与生物工程，2007,24(6):20-21.

[15]牟祥,杨勇,何国菊,等.辣椒酯类物质的研究进展[J].广西轻工业，2008，(1):12-13.

[16]杨艳,金永生,董真秀,等.辣椒素和辣椒酯的合成[J].高等学校化学学报，2011，28(7):1310-1312.

Synthesis and Antifungal Activity of Capsinoid Analogues

ZHENG Li-wen，CHEN Guan-hong，KONG Xue，WANG Lei-lei，HUANG Yu-jie，WANG Jia-ning

(EcologyInstituteofShandongAcademyofScience,Jinan250014,China)

Abstract：Nine capsinoid analogues were designed and synthesized from 4-hydroxy-3-methoxybenzyl alcohol and carboxylic acid via acyl chlorination and esterification reaction.All the analogues were confirmed by 1HNMR and MS.The antifungal activity of capsinoid analogues were detected on two experimental strains，such as Rhizoctonia cerealis and Pythium P15.Results showed that all the analogues had certain antifungal activity，which was worthy of further research.

Keywords：4-hydroxy-3-methoxybenzyl alcohol；capsinoid analogues；antifungal activity