專利名稱：一種酶促合成氰氟草酯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及除草劑的酶促合成方法，屬于生物化工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種引入酶催化合成除草劑氰氟草酯的方法。
背景技術(shù)：
氰氟草酯是美國陶氏益農(nóng)公司(Dow AgroSciences Company)于1987年首先開發(fā)并于1992年推向市場的一種水稻田專用除草劑，是芳香苯氧羧酸酯類除草劑中唯一對水稻具有高度安全性且對環(huán)境友好的新穎除草劑，化學(xué)名稱(R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸丁酯。氰氟草酯是內(nèi)吸外傳導(dǎo)性除草劑，由植物的葉片和葉鞘吸收，韌皮部傳導(dǎo)，并迅速被降解成氰氟草酸(ACID)，積累于植物體的分生組織區(qū)，抑制乙酰輔酶A羧化酶，使脂肪酸合成停止，細(xì)胞的生長分裂不能正常進行，膜系統(tǒng)等含脂結(jié)構(gòu)破壞，最后導(dǎo)致植物死亡。但氰氟草酸必須為(R)-異構(gòu)體才能很好的積累于植物體分生組織，發(fā)揮其活性，否則失活。 因此，氰氟草酯的旋光性對其發(fā)揮活性至關(guān)重要。如何高選擇性地獲得具有良好生物活性的(R)-異構(gòu)體，避免生成基本無活性的(S)-異構(gòu)體是氰氟草酯合成研究中的關(guān)鍵問題。從目前國內(nèi)外的報道來看，氰氟草酯的合成方法采用的都是化學(xué)合成法，主要合成路線有兩條(1)對苯二酚與3，4- 二氟苯腈反應(yīng)得到3-氟-4- (4-羥基苯氧基)苯腈，然后和(S)-對甲苯磺酰乳酸酯反應(yīng)生成氰氟草酯。與路線1相近的現(xiàn)有技術(shù)是一篇論文，名稱為“除草劑氰氟草酯的合成”，源自《農(nóng)藥》2010年第49卷第5期。但本條路線受原材料的純度和反應(yīng)條件的影響，一般只能得到70%的(R)-異構(gòu)體，同時，從成本方面考慮，由于 3，4-二氟苯腈價格昂貴，放在最后參加反應(yīng)可以節(jié)約成本，因此，工業(yè)上都采用第二條合成路線。( 以(S)-乳酸酯為起始原料，先得到(S)-對甲苯磺酰乳酸酯，再同對苯二酚反應(yīng)得到(R)-2-(4-羥基苯氧基)丙酸酯，然后與3，4_ 二氟苯腈反應(yīng)，合成氰氟草酯。與路線 2相近的現(xiàn)有技術(shù)是一篇論文，名稱為“氰氟草酯的合成”，源自《農(nóng)藥研究與應(yīng)用》2007年第11卷第1期。其合成路線為以(S)-乳酸甲酯為原料，首先合成(S)-對甲苯磺酰乳酸甲酯，再同對苯二酚、乙醇反應(yīng)得到(R)-2-(4-羥基苯氧基)丙酸乙酯，然后與3，4_ 二氟苯腈反應(yīng)，得到(R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸乙酯，再水解成酸，酸再與正丁醇通過酯化反應(yīng)生成氰氟草酯。但合成過程中在后續(xù)酯水解和酯化反應(yīng)步驟中，采用酸或堿催化、高溫條件下反應(yīng)均容易引起消旋化，導(dǎo)致光學(xué)純度下降，總收率偏低；此外，由于大量酸或堿的使用也不符合當(dāng)前綠色化工的發(fā)展趨勢，增加環(huán)境處理成本。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種酶促合成氰氟草酯的方法，本發(fā)明方法解決了高溫、酸或堿條件下進行的酯水解和酯化反應(yīng)導(dǎo)致的光學(xué)純度和總產(chǎn)率的下降的問題，縮短了合成過程；同時降低了環(huán)境污染，實現(xiàn)了綠色化生產(chǎn)。為實現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
—種酶促合成氰氟草酯的方法，其特征在于以(R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸乙酯為原料，經(jīng)酶促酯交換合成氰氟草酯，具體操作如下在反應(yīng)器中加入底物1( (R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸乙酯)、 底物2 丁醇或丁酯和反應(yīng)介質(zhì)，按每克(R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸乙酯加入100U-5，000U的脂肪酶或蛋白酶，在溫度為20-60°C，常壓條件下反應(yīng)3_24h后，將產(chǎn)物分離提純得到氰氟草酯。所述底物I(R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸乙酯與底物2 丁醇或丁酯的摩爾比為1 (1-100)；所述底物2選自正丁醇、乙酸正丁酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、硬脂酸正丁酯、肉桂酸正丁酯中的一種；所述反應(yīng)介質(zhì)選自有機溶劑、離子液體中的一種或兩種混合，其用量是按每克 (R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸乙酯加入0.01-0. 1L。所述的酶促合成氰氟草酯的方法，其特征在于所述脂肪酶來源于 Candidaantarctica、 Thermomyces lanuginosus、 Rhizomucor miehei、 Penicillium、 Pocinepancreas Φ ft^C^ft ；IjfiiSfiBI^iJIT- Papaya latex。所述的方法，其特征在于所述有機溶劑為飽和脂肪烴、芳烴類、酯類、脂肪族醚、 芳醚、醇類、含氮化合物溶劑中的一種或多種。所述的酶促合成氰氟草酯的方法，其特征在于所述有機溶劑中，疏水性有機溶劑占0-25%體積。所述的酶促合成氰氟草酯的方法，其特征在于所述的離子液體選自四氟硼酸根離子、六氟磷酸根離子、三氟甲基磺酰胺根離子、1-烷基-3-甲基咪唑離子、1-烷基-3-烷氧基咪唑離子中的一種。所述的酶促合成氰氟草酯的方法，其特征在于所述的反應(yīng)體系中可以不加入任何其他反應(yīng)介質(zhì)，只加入(R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸乙酯、正丁醇和所需的酶。所述的酶促合成氰氟草酯的方法，其特征在于所述的產(chǎn)物分離提純得氰氟草酯的具體操作步驟為(1)將反應(yīng)混合液濾除酶；(2)將除去酶的濾液減壓蒸餾濃縮、結(jié)晶、干燥。本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有如下的優(yōu)點(1)采用高效的生物催化劑酶來催化(R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基] 丙酸乙酯合成氰氟草酯，酶催化反應(yīng)具有高效性，目的產(chǎn)物產(chǎn)率高、幾乎無副產(chǎn)物生成，縮短合成過程，防止酸或堿條件下進行的酯水解和酯化反應(yīng)導(dǎo)致的光學(xué)純度的下降。(2)本發(fā)明是在溫度為20-60°C，常壓條件下酶催化(R)-2_[4_(4-氰基_2_氟苯氧基)苯氧基]丙酸乙酯合成氰氟草酯，反應(yīng)條件溫和、對環(huán)境友好。


圖1為氰氟草酯的結(jié)構(gòu)式。圖2為實施例1的全波長紫外掃描圖。
圖3為實施例1的紅外光譜圖。圖4為實施例1的核磁共振圖。圖5為實施例1反應(yīng)4h后的高效液相色譜圖。
具體實施例方式為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步地詳細(xì)說明，但是本發(fā)明要求保護的范圍并不局限于實施例表示的范圍。實施實例1在具塞三角瓶中加入0.494g(1.5mmOl) (R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸乙酯、ImL正丁醇、9mL乙腈和500U的Novozym 435，在溫度為60°C、振蕩速度為 200rpm、常壓條件下反應(yīng)他，經(jīng)柱分離得到產(chǎn)物。采用反相高效液相色譜法，在以下檢測條件下采用 Symmetry C18 柱(5μπι，4· 6mm i. d. X 150mm)，以 V(甲醇)V(水)=80 20 為流動相，流速為1. OmL/min,紫外檢測波長為^2nm，柱溫為30°C，進樣量為20 μ L，進行檢測分析；分析表明產(chǎn)物收率達(dá)到93. 4%，無副產(chǎn)物生成。經(jīng)紅外光譜、核磁共振檢測證實該產(chǎn)物即為氰氟草酯。實施實例2在具塞三角瓶中加入0.494g(1.5mmOl) (R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸乙酯、9mL正丁醇、ImL乙腈和100U的Novozym 435，在溫度為40°C、振蕩速度為 200rpm、常壓條件下反應(yīng)8h，經(jīng)柱分離得到氰氟草酯，產(chǎn)物收率達(dá)到78. 1%。實施實例3在具塞三角瓶中加入0.494g(1.5mmOl) (R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸乙酯、IOmL正丁醇和500U的Novozym 435，在溫度為60°C、振蕩速度為200rpm、常壓條件下反應(yīng)12h，經(jīng)柱分離得到氰氟草酯，產(chǎn)物收率達(dá)到81. 2%。實施實例4在具塞三角瓶中加入0.494g(1.5mmOl) (R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸乙酯、4mL正丁醇、6mL正己烷-丙酮(1 4，ν/ν)混合溶劑和400U的Novozym 435，在溫度為50°C、振蕩速度為200rpm、常壓條件下反應(yīng)12h，經(jīng)柱分離得到氰氟草酯，產(chǎn)物收率達(dá)到96. 3%。實施實例5在具塞三角瓶中加入0.494g(1.5mmOl) (R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸乙酯、ImL正丁醇、IOmL離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽和400U的 Novozym 435，在溫度為40°C、振蕩速度為200rpm、常壓條件下反應(yīng)他，經(jīng)柱分離得到氰氟草酯，產(chǎn)物收率達(dá)到87.6%。參考例1在反應(yīng)瓶中加入0. 18g NaOH固體溶于IOmL乙醇中，室溫攪拌溶解，待溫度冷卻后，滴加0. 494g(1.5mmol) (R) _2_[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸乙酯的乙醇液 (溶于5mL乙醇中)，室溫反應(yīng)5h，減壓脫溶，加30mL水，用鹽酸調(diào)pH = 2，用乙酸乙酯萃取， 無水MgSO4干燥，過濾脫溶，用甲苯重結(jié)晶，得(R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基] 丙酸，收率為70.3%。
在裝有分水器的反應(yīng)瓶中，加入0. 318g(1.05mmOl) (R)_2-[4_(4-氰基_2_氟苯氧基)苯氧基]丙酸、ImL正丁醇、0. 5g KHSO4UOmL正己烷，回流反應(yīng)3h，冷卻，過濾，濾液減壓脫溶得氰氟草酯，收率為85. 4%。
權(quán)利要求
1.一種酶促合成氰氟草酯的方法，其特征在于以(R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基) 苯氧基]丙酸乙酯為原料，經(jīng)酶促酯交換合成氰氟草酯，具體操作如下在反應(yīng)器中加入底物1( (R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸乙酯)、底物 2 丁醇或丁酯和反應(yīng)介質(zhì)，按每克(R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸乙酯加入100U-5，000U的脂肪酶或蛋白酶，在溫度為20-60°C、常壓條件下反應(yīng)3-Mh后，將產(chǎn)物分離提純得到氰氟草酯，所述底物I(R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸乙酯與底物2 丁醇或丁酯的摩爾比為1 (1-100)；所述底物2選自正丁醇、乙酸正丁酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、硬脂酸正丁酯、肉桂酸正丁酯中的一種；所述反應(yīng)介質(zhì)選自有機溶劑、離子液體中的一種或兩種混合，其用量是按每克 (R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸乙酯加入0.01-0. 1L。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的酶促合成氰氟草酯的方法，其特征在于所述脂肪酶來源于 Candida antarctica>Thermomyces lanuginosus>Rhizomucormiehei>Penicillium>Pocine pancreas中的一種或多種；所述蛋白酶來源于Papaya latex。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述有機溶劑為飽和脂肪烴、芳烴類、酯類、脂肪族醚、芳醚、醇類、含氮化合物溶劑中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的酶促合成氰氟草酯的方法，其特征在于所述有機溶劑中，疏水性有機溶劑占0-25%體積。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的酶促合成氰氟草酯的方法，其特征在于所述的離子液體選自四氟硼酸根離子、六氟磷酸根離子、三氟甲基磺酰胺根離子、1-烷基-3-甲基咪唑離子、 1-烷基-3-烷氧基咪唑離子中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的酶促合成氰氟草酯的方法，其特征在于所述的反應(yīng)體系中可以不加入任何其他反應(yīng)介質(zhì)，只加入(R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸乙酯、正丁醇和所需的酶。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的酶促合成氰氟草酯的方法，其特征在于所述的產(chǎn)物分離提純得氰氟草酯的具體操作步驟為(1)將反應(yīng)混合液濾除酶；(2)將除去酶的濾液減壓蒸餾濃縮、結(jié)晶、干燥。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種酶促合成氰氟草酯的方法。以(R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸乙酯為原料，經(jīng)酶促酯交換合成氰氟草酯。酶促酯交換反應(yīng)是在反應(yīng)器中加入底物1((R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸乙酯)、底物2丁醇或丁酯和反應(yīng)介質(zhì)，按每克(R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸乙酯加入100U-5,000U的脂肪酶或蛋白酶，在一定的條件下反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)分離得到氰氟草酯。本發(fā)明具有反應(yīng)條件溫和、環(huán)境友好、產(chǎn)物收率高、光學(xué)純度高的優(yōu)點。
文檔編號C12P13/00GK102181496SQ201110048098
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月1日
發(fā)明者姚日生, 張遙, 朱根林, 王淮, 胡華佳, 鄧勝松 申請人:安徽安生生物化工科技有限責(zé)任公司