生物催化技术在农药合成中的应用

夏震宇

摘要：随着时代的发展，科技的进步，越来越多的高新技术被应用到农药合成之中，提升了农药合成的质量与效率。其中，生物催化技术因其能够简化农药合成的流程，提升农药合成的纯度而受到了越来越多人的广泛关注。本文作者根据自身研究生物催化技术多年的实际经验，对生物催化技术在农药合成中的应用展开了深入的分析与研究，并给出生物催化技术的实际应用形式，希望能对相关行业起到一定的启发作用。

关键词：生物催化技术；农药合成；应用

农药是最重要的农业生产用品之一，然而农药本身的分子结构较为复杂，导致了农药合成的流程较为复杂，会消耗大量的资源，造成不可避免的环境污染。而生物催化技术能够全面简化农药的生产流程，降低农药合成的资源消耗，实现农药的绿色合成，因此对于生物催化技术在农药合成之中应用研究是非常有必要的。

一、农药分子结构的修饰

在新农药的合成之中，由于新农药的科研开发难度越来越高，所以对于以往农药进行分子结构的修饰就成为了研发新农药的有效手段。目前，在研发之中最常使用的方法仍然是化学修饰法，然而随着科技的发展，科研人员对于代谢途径、酶分子结构以及催化反应研究的逐步深入，科研人员已经开始应用生物催化技术来进行一些产率较低农药的分子结构修饰。例如，甲氨基阿维素苯甲酸盐的母体结构修饰是一种杀虫效率较高，效果稳定，应用前景较为广阔的杀虫剂，其主要原理在于对阿维菌素进行母体结构修饰。当前甲维盐的生产一般都是使用化学方法进行合成。在合成过程之中，阿维菌素的氧化反应是整个甲维盐合成的关键步骤。阿维菌素之中，5-OH的氧化反应比4``-OH更为活跃，所以在进行反应时，必须先对5-OH进行保护处理，待到其中4``-OH氧化到4``-O后再进行去保护。整套生产工艺流程十分复杂，而且对于保护反应的条件要求及其严苛，无疑会大大提升合成成本。而通过生物催化技术来修饰菌株之中的分子结构，能够实现对于功能性基因的改造与重组，不需要进行5-OH的保护处理既可以使4``-OH转化为4``-O，进而减少农药合成之中复杂的反应步骤，降低农药合成的造价，提升农药合成的经济效益[1]。

图1：甲氨基阿维素苯甲酸盐的分子结构

二、手性农药的生物催化

所谓的手性分子，是一种三维分子的属性，如果一个分子与其镜像不能完全重合，那么就称这种分子为手性分子。寿星农药的存在较为普遍，在全世界两千多种农药之中，有四分之一是属于手性分子，然而寿星农药大多数以外消旋体的形态存在，以单一的异构体形式存在的手性农药只占比百分之七。事实上而言，这种情况会对农药使用的映体造成严重的污染。比如说农药之中一般使用异丙甲草胺作为除草剂，其中（S）-异构体的除草性能较好，而（R）-异构体非但没有除草能力，而且会导致一定的突变效果。因此，农药合成的未来研究方向就在于将手性农药的异构体进行纯化，从而提升农药的药效，减少对于生态环境的污染。而生物催化技术能够有效的进行手性化合物的动力学拆分，可以通过这种特性来获得手性农药的中间体。在技术应用过程之中，可以利用外消旋体拆分技术和不对称合成两种技术手段来进行手性农药的合成。外旋体拆分技术即是通过不同的映体分子对于生物酶的催化作用的反应速率的差异性，来实现映体分离的过程。而与外消旋拆分技术不同的是，不对称合成的功能能够将手性农药的底物全部转化成需要的结构产物，其效率极高。两种技术方法在目前农药制造行业都已经得到了一定的应用，然而单凭经济效益而言，显然是不对称合成的研究领域更具备吸引力。

图2：异丙甲草胺的质谱图

三、生物催化技术在农药合成之中的应用

生物催化技术凭借其经济效益高，反应速度快，已经在农药合成之中得到了一系列的应用。在目前的研究之中，生物催化技术可以应用在芳氧丙酸类和草铵膦的除草剂合成之中，能够进行有效的分子改造，显著的提升催化反应的效率。同时，生物催化技术也被应用在拟除虫菊酯类和烟碱类的杀虫剂制造之中，能够全面提升药效和药用范围，并且对周围环境的影响和扰动也较低。同时，生物催化技术也可以应用在杀菌剂的农药合成之中，将植物的病原体扼杀并且不阻碍植物的正常生长。我国对于生物催化技术的研究起步较晚，然而做为一个科技大国和农业大国，生物催化技术在农药合成之中的应用也受到了越来越多人的广泛关注，我国在生物催化剂的获得领域以及重组DNA领域也有着革命性的突破。随着我国基因工程与合成生物学研究的不断深入，也促进了生物催化技术的深入发展，相信在未来，我国的生物催化技术将与先进国家的技术差距逐步缩短，不断的提升对于有效生物反应的调控力度，从而使生物催化技术能够在农药合成与制造之中发挥更加重要的作用[2]。

四、结束语

生物催化技术作为一种新兴技術，能够全面提升农药合成的效率，提升农药的纯度与质量，因此对生物催化技术的研究对于农药合成行业的发展而言，其重要性不言而喻。本文从农药分子结构修饰与手性农药的生物催化入手，深入而详尽的探究了生物催化技术在农药合成之中的应用方式，同时对于已经应用的生物催化技术进行了论述，进而明晰生物催化技术在农药合成之中的优势，为生物催化技术在农药合成之中的广泛应用提供更加坚实的理论依据。

参考文献：

[1]张太岩. 生物催化技术在化学制药中的应用[J]. 黑龙江科技信息，2017，（7）：98.

[2]谭天伟. 绿色化学与化工的原理及应用：Ⅲ.生物技术在化学品生产中的应用[J]. 石化技术与应用，2001，（3）：202-204.

（作者单位：泰州百力化学股份有限公司）