專利名稱：一種酶促合成氰氟草酯的方法
技術領域：
本發明涉及除草劑的酶促合成方法，屬于生物化工技術領域，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：
氰氟草酯是美國陶氏益農公司(Dow AgroSciences Company)于1987年首先開發并于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境友好的新穎除草劑，化學名稱(R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸丁酯。氰氟草酯是內吸外傳導性除草劑，由植物的葉片和葉鞘吸收，韌皮部傳導，并迅速被降解成氰氟草酸(ACID)，積累于植物體的分生組織區，抑制乙酰輔酶A羧化酶，使脂肪酸合成停止，細胞的生長分裂不能正常進行，膜系統等含脂結構破壞，最后導致植物死亡。但氰氟草酸必須為(R)-異構體才能很好的積累于植物體分生組織，發揮其活性，否則失活。 因此，氰氟草酯的旋光性對其發揮活性至關重要。如何高選擇性地獲得具有良好生物活性的(R)-異構體，避免生成基本無活性的(S)-異構體是氰氟草酯合成研究中的關鍵問題。從目前國內外的報道來看，氰氟草酯的合成方法采用的都是化學合成法，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生成氰氟草酯。與路線1相近的現有技術是一篇論文，名稱為“除草劑氰氟草酯的合成”，源自《農藥》2010年第49卷第5期。但本條路線受原材料的純度和反應條件的影響，一般只能得到70%的(R)-異構體，同時，從成本方面考慮，由于 3，4-二氟苯腈價格昂貴，放在最后參加反應可以節約成本，因此，工業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，再同對苯二酚反應得到(R)-2-(4-羥基苯氧基)丙酸酯，然后與3，4_ 二氟苯腈反應，合成氰氟草酯。與路線 2相近的現有技術是一篇論文，名稱為“氰氟草酯的合成”，源自《農藥研究與應用》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，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生成氰氟草酯。但合成過程中在后續酯水解和酯化反應步驟中，采用酸或堿催化、高溫條件下反應均容易引起消旋化，導致光學純度下降，總收率偏低；此外，由于大量酸或堿的使用也不符合當前綠色化工的發展趨勢，增加環境處理成本。
發明內容
為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種酶促合成氰氟草酯的方法，本發明方法解決了高溫、酸或堿條件下進行的酯水解和酯化反應導致的光學純度和總產率的下降的問題，縮短了合成過程；同時降低了環境污染，實現了綠色化生產。為實現上述目的本發明采用的技術方案如下
—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，經酶促酯交換合成氰氟草酯，具體操作如下在反應器中加入底物1( (R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸乙酯)、 底物2 丁醇或丁酯和反應介質，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3_24h后，將產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；所述反應介質選自有機溶劑、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體系中可以不加入任何其他反應介質，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物分離提純得氰氟草酯的具體操作步驟為(1)將反應混合液濾除酶；(2)將除去酶的濾液減壓蒸餾濃縮、結晶、干燥。本發明與現有的技術相比具有如下的優點(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，酶催化反應具有高效性，目的產物產率高、幾乎無副產物生成，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導致的光學純度的下降。(2)本發明是在溫度為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，反應條件溫和、對環境友好。
圖1為氰氟草酯的結構式。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明，下面結合實施例對本發明做進一步地詳細說明，但是本發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、常壓條件下反應他，經柱分離得到產物。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；分析表明產物收率達到93. 4%，無副產物生成。經紅外光譜、核磁共振檢測證實該產物即為氰氟草酯。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8h，經柱分離得到氰氟草酯，產物收率達到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12h，經柱分離得到氰氟草酯，產物收率達到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12h，經柱分離得到氰氟草酯，產物收率達到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、常壓條件下反應他，經柱分離得到氰氟草酯，產物收率達到87.6%。參考例1在反應瓶中加入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5h，減壓脫溶，加30mL水，用鹽酸調pH = 2，用乙酸乙酯萃取， 無水MgSO4干燥，過濾脫溶，用甲苯重結晶，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3h，冷卻，過濾，濾液減壓脫溶得氰氟草酯，收率為85. 4%。
權利要求
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，經酶促酯交換合成氰氟草酯，具體操作如下在反應器中加入底物1( (R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸乙酯)、底物 2 丁醇或丁酯和反應介質，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3-Mh后，將產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；所述反應介質選自有機溶劑、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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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體系中可以不加入任何其他反應介質，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.根據權利要求1所述的酶促合成氰氟草酯的方法，其特征在于所述的產物分離提純得氰氟草酯的具體操作步驟為(1)將反應混合液濾除酶；(2)將除去酶的濾液減壓蒸餾濃縮、結晶、干燥。
全文摘要
本發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，經酶促酯交換合成氰氟草酯。酶促酯交換反應是在反應器中加入底物1((R)-2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸乙酯)、底物2丁醇或丁酯和反應介質，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，反應結束后經分離得到氰氟草酯。本發明具有反應條件溫和、環境友好、產物收率高、光學純度高的優點。
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 優先權日2011年3月1日
發明者姚日生, 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任公司