辣椒碱的合成研究进展

第43卷第2期邹帅等：辣椒碱的合成研究进展163

DOI： 10.13822/j.cnki.hxsj.2021007833 化学试剂，2021,43(2)，163〜167

辣椒碱的合成研究进展

邹帅•，王金玉，于艳杰，闫增元，薛田(中国人民解放军61699部队，湖北枝江443200)

摘要：辣椒碱（反式8-甲基-/V-香草基-6-壬烯酰胺）是辣椒中产生辛辣及刺激性味道的主要生物活性物质，是一种含香草 酰胺的生物碱，具有重要的生理、药理活性，被广泛应用于医药、食品、农业、涂料及军事领域，具有巨大的市场需求。然 而从天然辣椒中提取分离的辣椒碱纯度低、产率低，难以实现规模化制备。因此，化学家们致力于发展化学合成法制备 高纯度、高产率的辣椒碱。系统总结了现有辣椒碱的合成方法，并简单介绍了反应特点，以期为发展辣椒碱规模化制备 工艺提供参考。关键词：辣椒碱；合成；研究进展；生物活性；生物碱中图分类号：〇626.3 文献标识码：A 文章编号：0258-3283( 2021) 02-0163-05

Progress in Synthesis of Capsaicin ZOU Shuai* , Wang Jin-yu, YU Yan-jiey YAN Zeng-yuan, XUE Tian ( Chinese People's Liberation Army 61699 Troops,Zhijiang 443200，China)，Huaxue Shiji,2021，43(2)，163〜167Abstract ： Capsaicin ( CAP , fra/i5-8-methyl-A^-vanillyl-6-nonenamide) is the primary bioactive substance in chili peppers that pro­duces the spicy and irritating.lt is an alkaloid containing vanillamide and has important physiological and pharmacological activi­ties and is widely used in medicine, food, agriculture, coatings and military fields.lt also has huge market demand. However, the capsaicin extracted and separated from natural peppers has low purity and low yield,making it difficult to achieve large-scale pro­duction.Therefore, chemists are committed to the development of chemical synthesis to prepare high-purity and high-yield capsai­cin. It systematically summarizes the existing synthesis methods of capsaicin and briefly introduces the reaction characteristics, with a view to developing a large-scale production process of capsaicin for reference.Key words ： capsaicin ； synthesis ； research progress ； bioactive ； alkaloid

辣椒是世界上最常用的香料之一，以其辛辣

及刺激性而闻名。辣椒碱是辣椒果实中引起辛辣

味及药物功能的主要来源，高纯度辣椒碱具有多

种生理和药理学活性，广泛应用于医药[|’2]、生物

农药[3]、电线电缆添加剂[4’5]、海洋防污涂料[6]、

食品保健;5]以及军事[7]等领域，具有广阔的市场

应用前景。然而，从天然辣椒中提取的辣椒碱纯

度低、分离难度大且工艺复杂，难以实现规模化制

备，因此研究人员致力于发展生物细胞培养法及

化学合成法制备高纯度辣椒碱，其中化学合成法 以其原料来源广泛、价格低廉且可避免天然辣椒

提取中的相似物较多不易分离而备受关注[8]。

天然辣椒中存在的辣椒碱及类似物的化学结

构见表1，辣椒碱及二氢辣椒碱约占辣椒中总辣 椒碱含量的80% ~90%，是辣椒中主要的刺激性

成分W。辣椒辛辣味的强弱称为辣度，一般以史 高维尔指数（Scoville Scale 或 Scoville Heat Unit,

SHU)来表示辣度，SHU越高，辣度越高，辛辣及

刺激性越强。彭必先等[1°]报道了辣椒碱及其同系物的合成及辣度测定，并将它们的结构与辣度

进行了对比，初步探讨了影响辣椒碱同系物辣度

的结构因子，即辣度与化学结构的关系。辣度测 定采用国际通用的感官评定方法，由湖南农业大 学营养与食品安全检测中心按照《GB/T 21265—

2007辣椒辣度的感官评价方法》[11]测定而得。 天然辣椒碱及二氢辣椒碱的辣度高达1 610万 SHU,降二氢辣椒碱和高二氢辣椒碱辣度均略微

超过900万SHU,而高辣椒碱辣度降为690万 SHU。壬酸香草酰胺也被称作合成辣椒碱，是在

辣椒碱化学结构基础上进行人为改造得到，其辣 度仅为155万SHU,这是由于辣椒碱的合成制备

过程中，如何高效引人反式双键依然是工艺上未

收稿日期：2020-08-27;网络首发日期：2020-12-08 作者简介：郞帅（1993-),男，陕西西安人，学士，助理工程 师，主要从事有机杂环化合物的合成及工艺研究，E-mail: shuaizou_upc@ 163.com〇引用本文：邹帅，王金玉，于艳杰，等.辣椒碱的合成研究进 展[J].化学试剂，2021,43(2) :163-167

。164化学试剂2021年2月

能解决的问题，因此采用结构相近且廉价易得的

壬酸作底物，以期实现辣椒碱类似物壬酸香草酰

胺的大规模量产。表1 辣椒碱及其同系物辣度对比Tab.l Comparison of the hotness of capsaicin and its homologues

此外，王燕等U2]也报道了类似的结果，辣椒 碱及二氢辣椒碱的辣度均为I 610万SHU,降二 氢辣椒碱的辣度为930万SHU,高二氢辣椒碱的

辣度降为920万SHU。上述结果表明，如果单纯

考虑辣度，辣椒碱及二氢辣椒碱辣度最高，降二氢 辣椒碱及高二氢辣椒碱次之，最后是壬酸香草酰

胺。就实际应用需求来说，达到同样的效果，辣度 越高即所需质量越少；相同质量，辣度越高的辣椒

碱效果越好。壬酸香草酰胺因原料来源广泛，合 成方法较为成熟，已经实现了规模化制备；但效果 更佳的辣椒碱、二氢辣椒碱、降二氢辣椒碱及高二 氢辣椒碱研究较少，目前仅限于实验室报道，未能

实现大规模制备。化学合成法产品纯度高、原料 来源广泛，如果可以实现产业化，将能显著降低成

本。因此，本文聚焦于辣椒碱及其类似物的合成

研究，主要综述了辣椒碱化学合成法的研究进展， 以期为其规模化制备及深人研究提供参考。

1辣椒碱的合成研究进展辣椒碱又名辣椒素，化学名称为反式8-甲基- ；V-香草基-6-壬烯酰胺，为香草胺的酰胺衍生物，

是辣椒辛辣味及药理功能的主要来源[13]。纯辣椒碱产品为白色（或淡黄色、微红色）针状微晶 体，熔点约65 T，沸点210~220尤，易溶于乙醇、

甲醇、丙酮、氯仿及碱性水溶液，高温下可产生刺 激性气体[14]。辣椒碱最早是由Thresh于1876年从辣椒果

实中分离得到的纯结晶状化合物。20世纪初才

确定了其化学结构。丨930年，Spath等[15]以1,6-

己二酸单乙酯单酰氯与异丁锌作原料，经5步反

应第1次实现了辣椒碱的化学合成；1968年， Taltrie等[16]利用色谱、核磁等手段发现了辣椒碱

的同系物，主要包括二氢辣椒碱、降二氢辣椒碱、 高二氢辣椒碱及高辣椒碱；1989年，1^科等[171利

用6-溴己酸在叔丁醇钾作用下与异丁醛反应合

成顺式为主的（Z)-8-甲基-6-壬烯酸，再利用硝酸-

亚硝酸诱导双键的顺反异构化反应得到（£)-8-甲 基-6-壬烯酸。此外，国振等[18]建立了食用油中辣

椒碱类化合物的液相色谱-同位素稀释质谱准确 测定方法。长期以来研究人员在高效、清洁制备

辣椒碱及其应用的领域作出了诸多工作[8’19_23)。1997年，Wallw通过在反相HPTLC板上使

用简单的溶剂系统，可以完全拆分辣椒碱的顺式 和反式异构体。该方法还可以使辣椒提取物中存

在的其他辣椒碱类似物获得良好的分离度，从而 通过光密度法测定存在的反式辣椒碱。2007年，杨艳等[25]直接以6-溴己酸乙酯为 起始原料，经5步反应合成了目标化合物辣椒碱

及其同系物辣椒酯，其中辣椒酯当时在国内尚未 见报道，合成路线如下图所示。其中第2步引入 顺式双键的Wittig反应是合成的关键步骤，并以

碳酸钾代替已有文献报道的叔丁醇钾。叔丁醇钾

是有机强碱性腐蚀品，遇水反应，对湿度敏感，需

氮气保护；而碳酸钾碱性较弱，对空气湿度均不敏 感，使用方便。第3步氢氧化锂将酯还原为构型

以6-溴己酸乙酯为起始原料制备辣椒碱 Preparation of capsaicin using 6-bromohexanoic acid ethyl ester as starting

material第43卷第2期邹帅等：辣椒碱的合成研究进展165

不变的顺式酸，HN03-NaN02是常用的双键异构

化试剂，可将易于制备的顺式烯烃有效转化为以 反式烯烃为主的顺-反构型烯烃混合物，随后该混 合物在二氯亚砜作用下生成对应的酰氯与香草胺

反应分离纯化得到B标产物。该反应操作简单且 得到了较高的产率，同时该方法不使用剧毒的冠 醚作催化剂，操作简单，目标产物纯度大于99%， 总产率30%。2010年，李艳等[26]报道了以6-溴己酸为起 始原料，经Wittig反应、卤素置换反应、胺化还原 反应、酰化反应等多步反应制备辣椒碱，产率 50.6%。2012年，孔学等[27]报道了类似的工作， 以6-溴己酸为起始原料，经Wittig反应、胺化还原

反应、#-酰化反应，制备辣椒碱，香草胺与酰氯作 用是合成辣椒碱最简便的方法，该反应为放热反 应，为了减缓反应速率，一般以THF为溶剂进行 反应，在接近室温的条件下反应2 h，产率可达到

70%以上。该合成工艺原料简单易得，反应条件

温和且成本较低，具备工业化制备的潜力。0人fT丫HC〇〇NH4 z〇丫z〇Y^Y^NH2HjO.HCl H〇/k^ifjmj ©(C6H5)3P + Br(CH2)5COOH ^ ■ (C6H5)3P-(CH2)5COOH Bre

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