腈转化酶生物催化制备农药及农药中间体(1)

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1、腈转化酶生物催化法创制农药及中间体郑裕国沈寅初浙江工业大学汇报内容1.农用化学品中的氰基衍生物2.腈转化酶生物催化反应的多样性3.腈转化酶生物催化过程的方法学4.腈转化酶生物催化在农用化学品创制中的实践1.农用化学品中的氰基衍生物ò氰基易作为“水稳定负碳离子”引入有机化合物，是一种重要的C1源KCN-H2ORXRCNRCONH2KCNKCN+ArXArCNArN2RTosMICROCNR'R'OCN-/NHClNH24RRHCN1.农用化学品中的氰基衍生物ò由于氰基的特殊电性和结构特点，含氰化合物本身就是重要的农药NCClH2NSOCFBr3ClF3CNNNCF3CN

2、ClOCH2CH3锐劲特溴虫腈H2NNNHNNOONCNNCCOOCH3H3CONH2嘧菌酯环虫腈……1.农用化学品中的氰基衍生物ò氰基易实现多种转化，是构筑醛、胺、脒、酰胺、噻唑、羧酸等官能团的重要基团OORCH2RCH2NH2OHNH.HClORCH2RCH2OR'OR'ORCH2CRCH2CNRCH2CH2NH2HORCH2CNR'R'XCNCNRR2.腈转化酶生物催化反应的多样性2.1腈化合物的生成反应PathwayA:aldoximedehydrataseRCHNOHRCN-H2OPathwayB:hydroxynitrilelyaseOHRCHO+H2OR

3、CN2.腈转化酶生物催化反应的多样性2.1.1醇氰酶(hydroxynitrilelyase,EC4.1.2)ò立体选型不对称催化òR-醇氰酶来源于杏仁、苹果、李子和樱桃等òS-醇氰酶来源于高粱、三叶胶树和木薯等OHCHOPhO(S)-HNLCN+HCNOPh2.腈转化酶生物催化反应的多样性2.2腈化合物的代谢反应PathwayA:NitrilaseORCNRCOHH2ONH3PathwayB:NitrilehydrataseOAmidaseORCNRCRCNH2OHH2OH2ONH32.腈转化酶生物催化反应的多样性2.2.1腈水解酶(Nitrilase,EC3.5.

4、5.1)ò植物生长调节的重要酶类ò特异性强，立体选择性严格NitrilaseHOCH2CNHOCH2COOHò率先实现羟基乙酸的生物法生产；ò腈水解酶活力达到10万单位以上；ò转化率高，99%以上；2.腈转化酶生物催化反应的多样性2.2.2腈水合酶(Nitrilehydratase,EC4.2.1.84)ò以Co2+或Fe2+为辅基的金属酶；ò亲和性强，催化效率高；ò大规模应用于大宗化学品工业化生产的成功范例；nitrilehydrataseH2CCHCNH2CCHCONH22.腈转化酶生物催化反应的多样性2.2.2腈水合酶(Nitrilehydratase,EC4.

5、2.1.84)1977年发现腈水合酶1986年从泰山土壤中分离到Norcardiasp.86-1631985年第一代催化剂Rhodococcussp.7741991年汇丰生化中试1988年第二代催化剂P.chlororaphisB231991年第三代催化剂1993年至今产业化R.rhodococcusJ1年产值20亿元以上2.腈转化酶生物催化反应的多样性2.2.2酰胺酶(Amidase,EC3.5.1.4)ò立体选择性严格，底物谱宽；ò手性氨基酸制备的重要工具酶；R-amidase+NH2OHNH2OOO开创了酶改变了酶在大宗化学只能用作某腈转化酶品生产中应些用途催化

6、用的先河剂的偏见高效实现多种重要的氰基衍生化反应继酯酶和脂肪酶之后又一重要的工具酶3.腈转化酶生物催化过程的方法学腈转化酶生物催化存在以下的方法学问题ò新型腈转化酶催化剂的发现方法学；ò面向人工适应性改造的催化剂改良方法学；ò高效生物催化过程的调控方法学；3.腈转化酶生物催化过程的方法学高通量筛选模型的建立高通量筛选模型的建立新型腈转新型腈转化酶催化化酶催化宏基因组文库筛选宏基因组文库筛选剂的发现剂的发现方法学方法学极端环境微生物极端环境微生物3.腈转化酶生物催化过程的方法学腈转化酶氨基酸序列、结构功腈转化酶氨基酸序列、结构功能解析能解析面向人工面向人工蛋白质工程、定

7、向进化蛋白质工程、定向进化适应性改适应性改造的催化造的催化剂改良方剂改良方现代微生物育种技术现代微生物育种技术法学法学途径工程途径工程3.腈转化酶生物催化过程的方法学多催化剂耦联生物催化技术多催化剂耦联生物催化技术高效生物高效生物生物催化体系反应介质工程生物催化体系反应介质工程催化过程催化过程的调控方的调控方法学法学新型生物反应器构建新型生物反应器构建腈转化酶催化剂固定化技术腈转化酶催化剂固定化技术4.腈转化酶生物催化在农用化学品创制中的实践4.1腈水合酶催化法制备咪唑啉酮类除草剂中间体——2-氨基-2,3-二甲基丁酰胺A化学法：XN+H2O95%H