生物催化技術(shù)在農(nóng)藥合成中的應(yīng)用

夏震宇

摘要：隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，越來越多的高新技術(shù)被應(yīng)用到農(nóng)藥合成之中，提升了農(nóng)藥合成的質(zhì)量與效率。其中，生物催化技術(shù)因其能夠簡化農(nóng)藥合成的流程，提升農(nóng)藥合成的純度而受到了越來越多人的廣泛關(guān)注。本文作者根據(jù)自身研究生物催化技術(shù)多年的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)生物催化技術(shù)在農(nóng)藥合成中的應(yīng)用展開了深入的分析與研究，并給出生物催化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用形式，希望能對(duì)相關(guān)行業(yè)起到一定的啟發(fā)作用。

關(guān)鍵詞：生物催化技術(shù)；農(nóng)藥合成；應(yīng)用

農(nóng)藥是最重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用品之一，然而農(nóng)藥本身的分子結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，導(dǎo)致了農(nóng)藥合成的流程較為復(fù)雜，會(huì)消耗大量的資源，造成不可避免的環(huán)境污染。而生物催化技術(shù)能夠全面簡化農(nóng)藥的生產(chǎn)流程，降低農(nóng)藥合成的資源消耗，實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥的綠色合成，因此對(duì)于生物催化技術(shù)在農(nóng)藥合成之中應(yīng)用研究是非常有必要的。

一、農(nóng)藥分子結(jié)構(gòu)的修飾

在新農(nóng)藥的合成之中，由于新農(nóng)藥的科研開發(fā)難度越來越高，所以對(duì)于以往農(nóng)藥進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)的修飾就成為了研發(fā)新農(nóng)藥的有效手段。目前，在研發(fā)之中最常使用的方法仍然是化學(xué)修飾法，然而隨著科技的發(fā)展，科研人員對(duì)于代謝途徑、酶分子結(jié)構(gòu)以及催化反應(yīng)研究的逐步深入，科研人員已經(jīng)開始應(yīng)用生物催化技術(shù)來進(jìn)行一些產(chǎn)率較低農(nóng)藥的分子結(jié)構(gòu)修飾。例如，甲氨基阿維素苯甲酸鹽的母體結(jié)構(gòu)修飾是一種殺蟲效率較高，效果穩(wěn)定，應(yīng)用前景較為廣闊的殺蟲劑，其主要原理在于對(duì)阿維菌素進(jìn)行母體結(jié)構(gòu)修飾。當(dāng)前甲維鹽的生產(chǎn)一般都是使用化學(xué)方法進(jìn)行合成。在合成過程之中，阿維菌素的氧化反應(yīng)是整個(gè)甲維鹽合成的關(guān)鍵步驟。阿維菌素之中，5-OH的氧化反應(yīng)比4``-OH更為活躍，所以在進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，必須先對(duì)5-OH進(jìn)行保護(hù)處理，待到其中4``-OH氧化到4``-O后再進(jìn)行去保護(hù)。整套生產(chǎn)工藝流程十分復(fù)雜，而且對(duì)于保護(hù)反應(yīng)的條件要求及其嚴(yán)苛，無疑會(huì)大大提升合成成本。而通過生物催化技術(shù)來修飾菌株之中的分子結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于功能性基因的改造與重組，不需要進(jìn)行5-OH的保護(hù)處理既可以使4``-OH轉(zhuǎn)化為4``-O，進(jìn)而減少農(nóng)藥合成之中復(fù)雜的反應(yīng)步驟，降低農(nóng)藥合成的造價(jià)，提升農(nóng)藥合成的經(jīng)濟(jì)效益[1]。

圖1：甲氨基阿維素苯甲酸鹽的分子結(jié)構(gòu)

二、手性農(nóng)藥的生物催化

所謂的手性分子，是一種三維分子的屬性，如果一個(gè)分子與其鏡像不能完全重合，那么就稱這種分子為手性分子。壽星農(nóng)藥的存在較為普遍，在全世界兩千多種農(nóng)藥之中，有四分之一是屬于手性分子，然而壽星農(nóng)藥大多數(shù)以外消旋體的形態(tài)存在，以單一的異構(gòu)體形式存在的手性農(nóng)藥只占比百分之七。事實(shí)上而言，這種情況會(huì)對(duì)農(nóng)藥使用的映體造成嚴(yán)重的污染。比如說農(nóng)藥之中一般使用異丙甲草胺作為除草劑，其中（S）-異構(gòu)體的除草性能較好，而（R）-異構(gòu)體非但沒有除草能力，而且會(huì)導(dǎo)致一定的突變效果。因此，農(nóng)藥合成的未來研究方向就在于將手性農(nóng)藥的異構(gòu)體進(jìn)行純化，從而提升農(nóng)藥的藥效，減少對(duì)于生態(tài)環(huán)境的污染。而生物催化技術(shù)能夠有效的進(jìn)行手性化合物的動(dòng)力學(xué)拆分，可以通過這種特性來獲得手性農(nóng)藥的中間體。在技術(shù)應(yīng)用過程之中，可以利用外消旋體拆分技術(shù)和不對(duì)稱合成兩種技術(shù)手段來進(jìn)行手性農(nóng)藥的合成。外旋體拆分技術(shù)即是通過不同的映體分子對(duì)于生物酶的催化作用的反應(yīng)速率的差異性，來實(shí)現(xiàn)映體分離的過程。而與外消旋拆分技術(shù)不同的是，不對(duì)稱合成的功能能夠?qū)⑹中赞r(nóng)藥的底物全部轉(zhuǎn)化成需要的結(jié)構(gòu)產(chǎn)物，其效率極高。兩種技術(shù)方法在目前農(nóng)藥制造行業(yè)都已經(jīng)得到了一定的應(yīng)用，然而單憑經(jīng)濟(jì)效益而言，顯然是不對(duì)稱合成的研究領(lǐng)域更具備吸引力。

圖2：異丙甲草胺的質(zhì)譜圖

三、生物催化技術(shù)在農(nóng)藥合成之中的應(yīng)用

生物催化技術(shù)憑借其經(jīng)濟(jì)效益高，反應(yīng)速度快，已經(jīng)在農(nóng)藥合成之中得到了一系列的應(yīng)用。在目前的研究之中，生物催化技術(shù)可以應(yīng)用在芳氧丙酸類和草銨膦的除草劑合成之中，能夠進(jìn)行有效的分子改造，顯著的提升催化反應(yīng)的效率。同時(shí)，生物催化技術(shù)也被應(yīng)用在擬除蟲菊酯類和煙堿類的殺蟲劑制造之中，能夠全面提升藥效和藥用范圍，并且對(duì)周圍環(huán)境的影響和擾動(dòng)也較低。同時(shí)，生物催化技術(shù)也可以應(yīng)用在殺菌劑的農(nóng)藥合成之中，將植物的病原體扼殺并且不阻礙植物的正常生長。我國對(duì)于生物催化技術(shù)的研究起步較晚，然而做為一個(gè)科技大國和農(nóng)業(yè)大國，生物催化技術(shù)在農(nóng)藥合成之中的應(yīng)用也受到了越來越多人的廣泛關(guān)注，我國在生物催化劑的獲得領(lǐng)域以及重組DNA領(lǐng)域也有著革命性的突破。隨著我國基因工程與合成生物學(xué)研究的不斷深入，也促進(jìn)了生物催化技術(shù)的深入發(fā)展，相信在未來，我國的生物催化技術(shù)將與先進(jìn)國家的技術(shù)差距逐步縮短，不斷的提升對(duì)于有效生物反應(yīng)的調(diào)控力度，從而使生物催化技術(shù)能夠在農(nóng)藥合成與制造之中發(fā)揮更加重要的作用[2]。

四、結(jié)束語

生物催化技術(shù)作為一種新興技術(shù)，能夠全面提升農(nóng)藥合成的效率，提升農(nóng)藥的純度與質(zhì)量，因此對(duì)生物催化技術(shù)的研究對(duì)于農(nóng)藥合成行業(yè)的發(fā)展而言，其重要性不言而喻。本文從農(nóng)藥分子結(jié)構(gòu)修飾與手性農(nóng)藥的生物催化入手，深入而詳盡的探究了生物催化技術(shù)在農(nóng)藥合成之中的應(yīng)用方式，同時(shí)對(duì)于已經(jīng)應(yīng)用的生物催化技術(shù)進(jìn)行了論述，進(jìn)而明晰生物催化技術(shù)在農(nóng)藥合成之中的優(yōu)勢(shì)，為生物催化技術(shù)在農(nóng)藥合成之中的廣泛應(yīng)用提供更加堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張?zhí)珟r. 生物催化技術(shù)在化學(xué)制藥中的應(yīng)用[J]. 黑龍江科技信息，2017，（7）：98.

[2]譚天偉. 綠色化學(xué)與化工的原理及應(yīng)用：Ⅲ.生物技術(shù)在化學(xué)品生產(chǎn)中的應(yīng)用[J]. 石化技術(shù)與應(yīng)用，2001，（3）：202-204.

（作者單位：泰州百力化學(xué)股份有限公司）