[发明专利]一种生物酶法去消旋化制备L-草铵膦的方法

说明书

本发明公开了一种生物酶法去消旋化制备L‑草铵膦的方法，该方法以D,L‑草铵膦为原料，经酶催化体系催化获得L‑草铵膦，所述酶催化体系由D‑氨基酸氧化酶、氨基酸脱氢酶和辅酶再生系统组成。本发明方法以外消旋D,L‑草铵膦为原料，利用D‑氨基酸氧化酶将D‑草铵膦氧化为2‑羰基‑4‑(羟基甲基膦酰基)丁酸，L‑草铵膦因不参与反应而被完全保留；而2‑羰基‑4‑(羟基甲基膦酰基)丁酸又被氨基酸脱氢酶催化还原为L‑草铵膦，进而实现了D,L‑草铵膦的原位去消旋化，得到的L‑草铵膦中无其他副产物，产品总收率≥99％，光学纯度可超过99％。

技术领域

本发明属于生物技术领域，尤其涉及一种生物酶法去消旋化制备L-草铵膦的方法；具体地说，是关于一种生物催化法拆分草铵膦消旋混合物制备光学纯L-草铵膦的方法。

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。但目前大规模工业化生产的的草铵膦都是外消旋混合物，产品中的一半是不起药效作用的D-草铵膦，这极大降低了生产草铵膦的原子经济性、增加了生产成本、增大了环保压力。拆分草铵膦消旋混合物并将其中的D-草铵膦加以再利用，具有重要的市场前景和社会价值。

现有拆分消旋混合物的方法主要分为化学手性拆分和生物催化手性拆分。

化学手性拆分法是通过化学合成外消旋D,L-草铵膦或其衍生物，再利用手性拆分试剂，进行D型和L型异构体的分离，从而制得光学纯的L-草铵膦。1998年，Hoechst公司报道了草铵膦消旋体的化学拆分法。将草铵膦消旋体与奎宁成盐后结晶，过滤洗涤后得到高纯度的L-草铵膦酸奎宁盐，再用氨中和得到L-草铵膦。收率最高为86％，e.e.值最高为99％(美国专利US5767309)。但化学法拆分工艺存在以下缺点，一是需要使用昂贵的手性拆分试剂，二是D-草铵膦需要重新消旋再利用，三是单次拆分收率不超过50％，需要多次拆分才能达到高收率，工艺过程复杂而不利于大规模工业化生产。

生物催化手性拆分法是一般是通过化学合成外消旋D,L-草铵膦或其衍生物，再利用特定的酶选择性催化某一构型的反应，获得其中一个光学异构体，未反应的另一个异构体衍生物经过分离、再消旋后、再进行酶催化反应。