[发明专利]一种生产L-草铵膦的方法

说明书

本发明公开了一种生产L‑草铵膦的方法，该方法以2‑羰基‑4‑(羟基甲基膦酰基)丁酸为底物，经酶催化体系催化获得L‑草铵膦，所述酶催化体系由γ‑氨基丁酸/α‑酮戊二酸转氨酶、谷氨酸脱氢酶和辅酶再生系统组成。本发明方法在利用转氨酶催化活力高、立体选择性强等优点的同时，解决了转氨酶催化反应不彻底的难题，使催化反应能完全地将底物2‑羰基‑4‑(羟基甲基膦酰基)丁酸转化为L‑草铵膦，转化率可达100％；本发明方法的最终产品中没有副产物a‑酮戊二酸的积累，反应结束时产品中其他物质如原料谷氨酸的残留量极低，从而极大地简化了L‑草铵膦的后续精制工艺，提高了产品总收率。

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体地说，是关于一种生物酶法生产光学纯L-草铵膦的新方法。

背景技术

草铵膦，也称草丁膦，英文名为：Phosphinothricin(简称PPT)，化学名为2-氨基-4-[羟基(甲基)膦酰基]-丁酸。草铵膦是由Hoechst公司于80年代开发的(后归属于拜耳公司)广谱灭生性除草剂。

众所周知，灭生性除草剂市场巨大，占整个除草剂市场的六七成，尤其是在热带、亚热带地区，使用量巨大。目前世界三大除草剂分别为草甘膦、百草枯和草铵膦。在市场使用量方面，草甘膦独占鳌头，近年来全球年使用量在85万吨左右；百草枯紧随其后，2015年的市场份额10万吨左右；而目前草铵膦产量很小，2015年国内产能只有0.6-0.7万吨。

然而，前两大除草剂都遇到了极大的问题：草甘膦的长期大量使用，一是造成大量杂草产生抗性，使草甘膦趋于失效；二是造成严重水土流失和土壤板结；百草枯由于其剧毒性，已被列入《鹿特丹公约》，全球越来越多国家禁用或限用，中国农业部等多部委联合发布的1745号公告已说明，百草枯水剂在2014年7月1日停止生产，2016年7月1日禁止使用。百草枯退市后，其国内近5万吨的市场空白将极有可能被草铵膦替代。更重要的是，草铵膦乃全球第二大转基因作物的耐受除草剂，使用量仅次于草甘膦，由于作用机理不同，可除去对草甘膦产生抗性的杂草。随着转基因技术的发展，抗草铵膦作物的种类和种植面积会进一步增多，草铵膦完全有可能与草甘膦并驾齐驱，甚至成为除草剂中的第一大品种。

草铵膦有两种光学异构体，分别为L-草铵膦和D-草铵膦。但只有L-型具有植物毒性，除草活性为外消旋混合物的2倍，且在土壤中易分解，对人类和动物的毒性较小，除草谱广，对环境的破坏力小。但目前市场上销售的草铵膦一般都是外消旋混合物。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％，这将极大地提高提高原子经济性、降低生产和使用成本、减轻环境压力。因此，开发一种低成本、可工业化的L-草铵膦生产方法，具有极其重要的经济价值和社会价值。

制备光学纯L-草铵膦的方法主要分两大类：化学法和生物法。化学法包括化学手性合成和化学手性拆分，生物法包括生物催化手性合成以及生物催化手性拆分。