一种酶法合成高粱素的方法技术

本发明专利技术涉及生物农药合成技术领域，特别涉及一种酶法合成高粱素的方法。一种酶法合成高粱素的方法，包括如下步骤：a、强心酚三烯在甲基转移酶与甜菜碱的作用下，生成甲基强心酚三烯；b、甲基强心酚三烯在细胞色素P450酶作用下，生成二氢高粱素；c、二氢高粱素自身氧化为高粱素。本发明专利技术针对高粱素植物提取方法局限，开发了其酶法制备工艺。相对于传统路线，改工艺具有路线短、反应条件温和、环保等优点，这不仅显著的降低了高粱素生产成本，同时也提高了其工业生产中安全及绿色指数。其工业生产中安全及绿色指数。其工业生产中安全及绿色指数。

【技术实现步骤摘要】
一种酶法合成高粱素的方法


[0001]本专利技术涉及生物农药合成
，特别涉及一种酶法合成高粱素的方法。

技术介绍

[0002]化感作用最开始的定义是指植物通过向环境释放特定的次生物质从而对邻近其它植物生长发育产生的影响。现在，植物化感作用研究事实上已扩展到以植物为中心的一切有机体及环境间通过化学物质为媒介的化学相互作用。1984年Rice在《Allelopathy》第二版中，将化感作用较完整的意义定为：植物或微生物的代谢分泌物对环境中其他植物或微生物有利或不利的作用。这个定义现已被广泛接受。
[0003]《利用化感物质开发除草剂的应用前景》(陈业兵等，山东农业大学学报)指出，从植物中提取有效的化感物质直接应用于生产实际是不太现实的，因为化感物质含量少，提取困难，获得的量也非常少，成本太高。研究植物的化感作用，是在提取、分离和鉴定化感物质的基础上，人工模拟合成化感物质作用较强物质或对一些化感物质进行结构修饰，这将有可能开发出新型除草剂。而在从植物中获得具有开发成除草剂潜力的化感物质，在用于除草剂之前，要解决的问题有：(1)、物质的最低有效浓度；(2)、化感物质的分离和鉴定；(3)、化感物质在土壤中的残留和降解；(4)、化感物质对土壤中微生物生理生化特性的影响；(5)、化感物质的作用方式；(6)、化感物质对作物是否有负面影响；(7)、化感物质对人类健康的影响；(8)、产业化生产化感物质是否是经济合理的。
[0004]对化感物质进行研究，可以选择出新一代农药开发的母体结构。以活性化感物质作为先导化合物可以更快更经济地发现活性更优的类似物。虽然离最终除草剂的问世还需要相当长的时间和较大的经济投入，但是天然除草剂是环保的，在环境问题备受关注的今天，天然除草剂必将具有广阔的前景。
[0005]高粱素(Sorgoleone)是高粱(Sorghum bicolor (L.) Moench)的根中合成并分泌到土壤中的苯醌类化感物质(Allelochemicals)，它能通过竞争光合系统II中质体醌的结合位点，从而抑制其它植物的光合作用；同时能阻碍线粒体中的电子转移反应，从而对其它植物产生直接的或间接的有害作用。有研究报道高粱素对包括阔叶、单子叶和双子叶等多种杂草的生长表现出显著的抑制作用。由于高粱素对人和动物安全，且具有除草高效及无环境污染等特点，使其在新型除草剂开发方面具有广阔的前景。
[0006]高粱素(Sorgoleone)虽然高粱素在抑制杂草方面具有很好的效果，但是其在高粱中的含量比较低。同时由于植物的培养周期长，且受限于环境、季节和区域的影响，这些因素进一步限制了高粱素的开发和利用。目前，高粱素的获得主要依赖于从高粱的根中提取，但是由于高粱素在高粱根中的含量较低，且存在多种结构类似物，这种提取分离方法过程较为复杂且效率低。
[0007]高粱素的传统制备方法为植物提取法：以新鲜高粱根为原料，使用氯仿甲醇等有机溶剂进行浸提，生产效率低，并且严重依赖植物原料，成本极高。
[0008]随着大众对工业生产中的环境污染情况以及天然生物质资源的重视，绿色化学工业是其发展的必然趋势。作为生物催化的一部分，酶催化兼顾了化学催化浓度以及发酵生产的环保、条件温和等特点，现正逐渐称为绿色化学发展的重要方法。高粱素作为一种极具潜力的高效生物除草剂，通过酶催化的方法来合成高粱素的方法仍未见报道。

技术实现思路

[0009]有鉴于此，本专利技术提供了一种酶法合成高粱素的方法。该方法通过利用两步酶反应就能实现强心酚三烯到高粱素的高效转化，因此在生产成本、环境保护、有机溶剂消耗等各方面都具有突出的优势。
[0010]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种酶法合成高粱素的方法，包括如下步骤：a、强心酚三烯在甲基转移酶与甲基供体的作用下，生成甲基强心酚三烯；b、甲基强心酚三烯在细胞色素P450酶作用下，生成二氢高粱素；c、二氢高粱素自身氧化为高粱素。
[0011]本专利技术利用甲基酶(O
‑
methyltransferase)甲基化强心酚三烯得到相应的甲基强心酚三烯，随后在细胞色素P450酶(Cytochrome P450)作用下羟化成二氢高粱素，最后自发氧化为高粱素。
[0012]第二步反应中由于细胞色素P450酶需要NADPH供给电子，所以在整个系统中添加了由ATR1还原酶(Cytochrome P450 reductase)构成的NADPH循环体系，从而大大降低了昂贵的NADPH的用量，进一步降低了生产成本。
[0013]作为上述技术方案的优选，所述甲基转移酶为OMT1或OMT3。
[0014]作为上述技术方案的优选，所述细胞色素P450酶为CYP71AM1或CYP71AF1。
[0015]作为上述技术方案的优选，所述甲基转移酶为OMT3，所述细胞色素P450酶为CYP71AM1。
[0016]作为上述技术方案的优选，在细胞色素P450酶参与的反应中，还包括有ATR1还原酶参与构成的NADPH循环体系。
[0017]作为上述技术方案的优选，所述方法为多组分一锅法，所述多组分一锅法反应体系中，强心酚三烯、甲基供体、NADPH、甲基转移酶、细胞色素P450酶、ATR1还原酶的比例为(100~250) mM：(100~250) mM：(1~2.5) mM：(6000~10000) U：(1000~2500) U：(1000~2000) U。
[0018]作为上述技术方案的优选，所述多组分一锅法的反应体系中还包括作为底物助溶剂的异丙醇。
[0019]作为上述技术方案的优选，所述多组分一锅法的反应体系中，强心酚三烯、甲基供体、NADPH、异丙醇、甲基转移酶、细胞色素P450酶、ATR1还原酶的比例为(100~250) mM：(100~250) mM：(1~2.5) mM：(15~25) mL：(6000~10000) U：(1000~2500) U：(1000~2000) U。
[0020]作为上述技术方案的优选，所述多组分一锅法的反应条件为：pH 7.0~8.5，15~30 ℃搅拌2~10小时。
[0021]在本专利技术中，反应结束后还包括除酶、采用硅胶柱分离纯化、结晶的步骤。
[0022]作为优选，结晶为在乙腈水溶液中结晶。
[0023]作为优选，结晶为在乙腈：水=7:3，v:v中结晶。
[0024]本专利技术具有的技术效果如下：本专利技术针对高粱素植物提取方法局限，开发了其酶法制备工艺。相对于传统路线，改工艺具有路线短、反应条件温和、环保等优点，这不仅显著的降低了高粱素生产成本，同时也提高了其工业生产中安全及绿色指数。
附图说明
[0025]图1为本专利技术多步酶法合成高粱素的路线。
具体实施方式
[0026]本专利技术公开了一种酶法合成高粱素的方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种酶法合成高粱素的方法，其特征在于，包括如下步骤：a、强心酚三烯在甲基转移酶与甜菜碱或S
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腺苷甲硫氨酸的作用下，生成甲基强心酚三烯；b、甲基强心酚三烯在细胞色素P450酶作用下，生成二氢高粱素；c、二氢高粱素自身氧化为高粱素。2.根据权利要求1所述的一种酶法合成高粱素的方法，其特征在于：所述甲基转移酶为OMT1或OMT3。3.根据权利要求1所述的一种酶法合成高粱素的方法，其特征在于：所述细胞色素P450酶为CYP71AM1或CYP71AF1。4.根据权利要求1所述的一种酶法合成高粱素的方法，其特征在于：所述甲基转移酶为OMT3，所述细胞色素P450酶为CYP71AM1。5.根据权利要求1所述的一种酶法合成高粱素的方法，其特征在于：在细胞色素P450酶参与的反应中，还包括有ATR1还原酶参与构成的NADPH循环体系。6.根据权利要求1~5中任一项所述的一种酶法合成高粱素的方法，其特征在于：所述方法为多组分一锅法，所述多组分一锅法反应体系中，强心...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈小龙，陆跃乐，周家伟，吕旭浩，石榴，朱林江，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：