一种l-草铵膦的酶-化学催化去消旋化制备方法

文档序号:9804580
一种l-草铵膦的酶-化学催化去消旋化制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及L-草铵膦的酶-化学催化去消旋化制备方法,属于酶法制备手性农药
技术领域。
【背景技术】
[0002] 德国赫斯特(Hoechst)公司开发的草铵膦(Glufosinate)是一种谷氨酰胺合成酶 (GS)抑制剂,能抑制GS所有已知的形式,导致植物体内氮代谢紊乱、氨的过量积累、叶绿体 解体,从而使光合作用受抑,最终导致植物死亡。草铵膦具有很强的除草活性,几乎能有效 防除各种供试杂草,对农作物安全,活性高,杀草谱广,药害小,是目前转基因抗性作物理想 的除草剂。草铵膦同时也是一种优良的杀菌剂。
[0003] 草铵膦含一个手性中心,其L-对映体的除草活性是消旋体的2倍,不易产生抗药 性,产品寿命周期比消旋体更长。如果草铵膦产品能以L-构型的纯光学异构体形式使用,可 使草铵膦的使用量降低50%,这对于提高原子经济性、降低使用成本、减轻环境压力都具有 十分重要的意义。
[0004] L-草铵膦的制备方法主要包括化学法和生物法。
[0005] ( - )化学法。赫斯特公司(US5767309)采用不对称转换法,以奎宁为手性拆分剂拆 分DL-草铵膦制备L-草铵膦。该方法使用昂贵的手性拆分剂,经历成盐、诱导结晶、解盐、重 结晶等复杂步骤。文献报道了大量的L-草铵膦化学不对称合成法(毛明珍等,农药,2014,53
[6] :391-393)。化学不对称合成法采用价格昂贵的手性源、手性助剂或手性催化剂,通常步 骤冗长,合成路线复杂,反应条件苛刻,产品收率和光学纯度低,生产成本高,不适合L-草铵 膦的工业化生产。
[0006] (二)生物法。生物法包括生物不对称合成法和生物拆分法(楼亿圆等,现代农药, 2009,8(3): 1-10)。生物不对称合成法主要包括氨基酸脱氢酶法和转氨酶法。氨基酸脱氢 酶法以2-羰基-4-(羟基甲基膦酰基)丁酸为原料,采用谷氨酸脱氢酶/葡萄糖脱氢酶体系制 备L-草铵勝,收率仅为25%,ee值为89.2%(Fang JM et al. J Chem Soc, Perkin Trans I, 1995:967-978 .)。该方法中不仅谷氨酸脱氢酶的利用效率非常低,产物收率低,而且辅酶 NADH需再生,难以在工业化生产中应用。转氨酶法以2-羰基-4-(羟基甲基膦酰基)丁酸为氨 受体,L-谷氨酸或L-天冬氨酸为氨供体,通过转氨化反应制备L-草铵膦,转化率达到75%,ee >99%(US5153355)。由于转氨化是一个可逆反应,存在两个L-氨基酸和两个α-酮酸的反应平 衡,L-草铵膦不仅收率低,而且也增加了分离难度。生物拆分法主要包括以DL-2-氨基-4-(羟基甲基膦酰基)丁酰胺为原料的L-酰胺酶拆分法,以Ν-乙酰(苯乙酰)-DL-草铵膦为原料 的酰化酶拆分法,以2-氨基-4-(羟基甲基磷酰基)丁腈为原料的腈水解酶拆分法(CN 103275896 A)等。生物拆分法的理论收率仅为50%。通常情况下,生物拆分法需要以衍生的 DL-草铵膦为原料,涉及无效对映体的化学消旋和循环拆分。
[0007] 相比于化学法,生物法具有立体选择性严格、反应条件温和、收率高及产物易分离 纯化的优点,是实现L-草铵膦工业化生产最具潜力的方法。开发一种简捷、高效、绿色的生 物制备方法将是今后生产L-草铵膦的重要突破口和发展方向。

【发明内容】

[0008] 鉴于此,本发明的目的是提供一种L-草铵膦的酶-化学催化去消旋化制备方法。采 用"一锅煮"反应方式,以未经衍生的DL-草铵膦为原料,利用固定化D-氨基酸氧化酶对映选 择性催化DL-草铵膦中的D-对映体氧化脱氢为2-亚氨基-4-(羟基甲基膦酰基)丁酸,L-草铵 膦完全保留。利用钯碳-甲酸铵化学催化氢转移体系将2-亚氨基-4-(羟基甲基膦酰基)丁酸 原位还原为DL-草铵膦,通过生物氧化-化学还原循环实现DL-草铵膦的去消旋化,反应过程 中形成的过氧化氢利用过氧化氢酶原位分解去除,从而以高的收率和高的光学纯度制备L-草铵膦。
[0009] 技术路线如下:
本发明包括去消旋化步骤和L-草铵膦分离步骤,具体方法步骤如下: 1)去消旋化反应,在lmol/L的甲酸铵溶液(pH6.5)中加入DL-草铵膦,搅拌溶解,配制的 溶液中DL-草铵膦的浓度为10~20%(w/v)。然后加入固定化D-氨基酸氧化酶、过氧化氢酶和 钯碳,连续通入氧气,30°C下搅拌反应直至D-对映体反应完全; 其中,固定化D-氨基酸氧化酶(酶活为50u/g)与DL-草铵膦的质量比为0.1~0.2:1,过氧 化氢酶(酶活为50000u/ml)与固定化D-氨基酸氧化酶的活性比为100~200:1,钯碳(10%)与 固定化D-氨基酸氧化酶的质量比为1~2:1,搅拌反应的反应时间为12~24h。
[0010] 反应过程监测和L-草铵膦光学纯度采用手性液相色谱法测定。手性液相色谱柱: Crownpak CR(+)(4.0X150mm,5μηι),流动相:高氯酸溶液(pHl · 5 ),流速:0 · 5ml /min,检测: UV210nm。对映体色谱峰定位采用标准品对照。L-草铵膦的光学纯度用对映体过量值(ee)表 不。
[0011] 2)L-草铵膦分离,经步骤1)反应后的反应液过滤去除固定化D-氨基酸氧化酶和钯 碳,再将滤液用28%氨水调节pH至8.0,80°C下减压浓缩至体积为滤液的1/5,冰浴冷却,析出 固体,烘干得L-草铵膦。
[0012] 与现有的L-草铵膦制备方法相比,本发明提出的酶-化学催化去消旋制备方法具 有以下优点:1)工艺简单。双酶反应和化学催化氢转移反应在同一反应体系中进行。高浓 度DL-草铵膦不经衍生,直接作为固定化D-氨基酸氧化酶的反应底物。中间产物2-亚氨基-4-(羟基甲基膦酰基)丁酸不经分离,直接原位转化为DL-草铵膦,用于连续转化。反应过程 中产生的过氧化氢利用过氧化氢酶原位分解,最大程度减小了过氧化氢对D-氨基酸氧化酶 活性的的抑制作用和对2-亚氨基-4-(羟基甲基膦酰基)丁酸的分解作用。2)分离过程简单。 产物流中仅含L-草铵膦和少量的副产物4-(羟基甲基膦酰基)-2-丁酮酸和3-(羟基甲基膦 酰基)-丙酸,只需采用简单的浓缩、结晶方法即可以高的收率和高的光学纯度实现L-草铵 膦的分离。3)成本低廉。固定化D-氨基酸氧化酶和Pd-C催化剂均为多相催化剂,可回收重
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