生物催化技術在農藥合成中的應用

夏震宇

摘要：隨著時代的發展，科技的進步，越來越多的高新技術被應用到農藥合成之中，提升了農藥合成的質量與效率。其中，生物催化技術因其能夠簡化農藥合成的流程，提升農藥合成的純度而受到了越來越多人的廣泛關注。本文作者根據自身研究生物催化技術多年的實際經驗，對生物催化技術在農藥合成中的應用展開了深入的分析與研究，并給出生物催化技術的實際應用形式，希望能對相關行業起到一定的啟發作用。

關鍵詞：生物催化技術；農藥合成；應用

農藥是最重要的農業生產用品之一，然而農藥本身的分子結構較為復雜，導致了農藥合成的流程較為復雜，會消耗大量的資源，造成不可避免的環境污染。而生物催化技術能夠全面簡化農藥的生產流程，降低農藥合成的資源消耗，實現農藥的綠色合成，因此對于生物催化技術在農藥合成之中應用研究是非常有必要的。

一、農藥分子結構的修飾

在新農藥的合成之中，由于新農藥的科研開發難度越來越高，所以對于以往農藥進行分子結構的修飾就成為了研發新農藥的有效手段。目前，在研發之中最常使用的方法仍然是化學修飾法，然而隨著科技的發展，科研人員對于代謝途徑、酶分子結構以及催化反應研究的逐步深入，科研人員已經開始應用生物催化技術來進行一些產率較低農藥的分子結構修飾。例如，甲氨基阿維素苯甲酸鹽的母體結構修飾是一種殺蟲效率較高，效果穩定，應用前景較為廣闊的殺蟲劑，其主要原理在于對阿維菌素進行母體結構修飾。當前甲維鹽的生產一般都是使用化學方法進行合成。在合成過程之中，阿維菌素的氧化反應是整個甲維鹽合成的關鍵步驟。阿維菌素之中，5-OH的氧化反應比4``-OH更為活躍，所以在進行反應時，必須先對5-OH進行保護處理，待到其中4``-OH氧化到4``-O后再進行去保護。整套生產工藝流程十分復雜，而且對于保護反應的條件要求及其嚴苛，無疑會大大提升合成成本。而通過生物催化技術來修飾菌株之中的分子結構，能夠實現對于功能性基因的改造與重組，不需要進行5-OH的保護處理既可以使4``-OH轉化為4``-O，進而減少農藥合成之中復雜的反應步驟，降低農藥合成的造價，提升農藥合成的經濟效益[1]。

圖1：甲氨基阿維素苯甲酸鹽的分子結構

二、手性農藥的生物催化

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。壽星農藥的存在較為普遍，在全世界兩千多種農藥之中，有四分之一是屬于手性分子，然而壽星農藥大多數以外消旋體的形態存在，以單一的異構體形式存在的手性農藥只占比百分之七。事實上而言，這種情況會對農藥使用的映體造成嚴重的污染。比如說農藥之中一般使用異丙甲草胺作為除草劑，其中（S）-異構體的除草性能較好，而（R）-異構體非但沒有除草能力，而且會導致一定的突變效果。因此，農藥合成的未來研究方向就在于將手性農藥的異構體進行純化，從而提升農藥的藥效，減少對于生態環境的污染。而生物催化技術能夠有效的進行手性化合物的動力學拆分，可以通過這種特性來獲得手性農藥的中間體。在技術應用過程之中，可以利用外消旋體拆分技術和不對稱合成兩種技術手段來進行手性農藥的合成。外旋體拆分技術即是通過不同的映體分子對于生物酶的催化作用的反應速率的差異性，來實現映體分離的過程。而與外消旋拆分技術不同的是，不對稱合成的功能能夠將手性農藥的底物全部轉化成需要的結構產物，其效率極高。兩種技術方法在目前農藥制造行業都已經得到了一定的應用，然而單憑經濟效益而言，顯然是不對稱合成的研究領域更具備吸引力。

圖2：異丙甲草胺的質譜圖

三、生物催化技術在農藥合成之中的應用

生物催化技術憑借其經濟效益高，反應速度快，已經在農藥合成之中得到了一系列的應用。在目前的研究之中，生物催化技術可以應用在芳氧丙酸類和草銨膦的除草劑合成之中，能夠進行有效的分子改造，顯著的提升催化反應的效率。同時，生物催化技術也被應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，并且對周圍環境的影響和擾動也較低。同時，生物催化技術也可以應用在殺菌劑的農藥合成之中，將植物的病原體扼殺并且不阻礙植物的正常生長。我國對于生物催化技術的研究起步較晚，然而做為一個科技大國和農業大國，生物催化技術在農藥合成之中的應用也受到了越來越多人的廣泛關注，我國在生物催化劑的獲得領域以及重組DNA領域也有著革命性的突破。隨著我國基因工程與合成生物學研究的不斷深入，也促進了生物催化技術的深入發展，相信在未來，我國的生物催化技術將與先進國家的技術差距逐步縮短，不斷的提升對于有效生物反應的調控力度，從而使生物催化技術能夠在農藥合成與制造之中發揮更加重要的作用[2]。

四、結束語

生物催化技術作為一種新興技術，能夠全面提升農藥合成的效率，提升農藥的純度與質量，因此對生物催化技術的研究對于農藥合成行業的發展而言，其重要性不言而喻。本文從農藥分子結構修飾與手性農藥的生物催化入手，深入而詳盡的探究了生物催化技術在農藥合成之中的應用方式，同時對于已經應用的生物催化技術進行了論述，進而明晰生物催化技術在農藥合成之中的優勢，為生物催化技術在農藥合成之中的廣泛應用提供更加堅實的理論依據。

參考文獻：

[1]張太巖. 生物催化技術在化學制藥中的應用[J]. 黑龍江科技信息，2017，（7）：98.

[2]譚天偉. 綠色化學與化工的原理及應用：Ⅲ.生物技術在化學品生產中的應用[J]. 石化技術與應用，2001，（3）：202-204.

（作者單位：泰州百力化學股份有限公司）