[发明专利]一种利用转氨酶和乙烯合成酶生产L-草铵膦的方法

说明书

本发明公开了一种利用转氨酶和乙烯合成酶生产L‑草铵膦的方法，该方法以2‑羰基‑4‑(羟基甲基膦酰基)丁酸或其盐为原料，在谷氨酸或其盐为氨基供体的条件下，经转氨酶和乙烯合成酶催化反应，得到L‑草铵膦。本发明以2‑羰基‑4‑(羟基甲基膦酰基)丁酸或其盐为底物，在谷氨酸或其盐为氨基供体的条件下，经转氨酶和乙烯合成酶共同催化得到L‑草铵膦，使得转氨反应后的副产物α‑酮酸二酸经乙烯合成酶催化全部转化为二氧化碳和乙烯，在保证原料用量较少的情况下，显著提高了原料转化率，降低了原料成本，简化了后续精制工艺，提高了产品总收率。

技术领域

本发明属于生物化工技术领域，尤其涉及一种生产L-草铵膦的新工艺；具体地说，是一种利用两种生物酶提高光学纯L-草铵膦生产效率的新方法。

背景技术

草铵膦，英文名为：Phosphinothricin(简称PPT)，一般是指化合物2-氨基-4-[羟基(甲基)膦酰基]-丁酸或其与碱性化合物形成的盐(如式(1)所示)。草铵膦是由赫斯特公司于80年代开发的(后归属于拜耳公司)广谱触杀型除草剂，属于膦酸类除草剂，是谷氨酰胺合成抑制剂，在叶子内转移，但不能转移到别处，谷氨酰胺合成受抑制后，导致铵离子累积，叶绿体解体，从而使光合作用受抑制，最终导致植物死亡。

草铵膦有两种光学异构体，分别为L-草铵膦(式2)和D-草铵膦(式3)。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。

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％，这对于提高原子经济性、降低使用成本、减轻环境压力都具有重要意义。

制备光学纯L-草铵膦的方法主要有三种：不对称合成法、手性拆分法以及生物酶催化法。

不对称合成法也称化学立体合成法，对于光学纯L-草铵膦的制备，多见于实验室研究中，如Minowa N等利用甘氨酸为起始原料合成L-草铵膦(Hirayama M.AsymmetricSynthesis of(+)-Phosphinothricinand Related Compounds by the Michael AdditionofGlycine Schiff Bases to Vinyl Compounds[J].Bulletin of theChemical Societyof Japan,1987,60:1761–1766.)，还有Zeiss H J等对L-草铵膦的不对称合成做了很多尝试(Enantioselective Synthesis of Both Enantiomers ofPhosphinothricin viaAsymmetric Hydrogenation ofα-acylamidoAcrylates[J].Journal of Org--anicChemistry,1991,56:1783–1788.)，(Enantioselective Synthesis of L-PhosphinothricinfromL--methionine and L-glutamic Acid via L-vinylglycine[J].Tetrahedron,1992,48(38):8263–8270.)。由于不对称合成法工艺步骤多、收率低，所用不对称合成试剂大多比较昂贵，导致生产成本偏高，不利于大规模制备L-草铵膦。

手性拆分法是利用化学合成的外消旋DL-草铵膦或其衍生物，再加手性拆分试剂，进行D型和L型的分离，从而制得光学纯的L-草铵膦。此工艺有两大缺点，一是需要消耗手性拆分试剂，二是D-草铵膦需要重新消旋化再进行拆分，增加了工艺复杂度，降低了收率。