精草铵膦——充满想象力的蓝海市场

作者：农博生物 2023/10/7 9:08:52

精草铵膦也称为左旋草铵膦(L-草铵膦)，最早发现于土壤链霉菌发酵物双丙氨膦，其在植物体内被代谢为L-草铵膦和两分子氨基酸，是含有C-P-C结构的天然氨基酸除草剂，其绿色、安全、环保层面的意义显著优于化学合成除草剂敌草快、草甘膦及普通草铵膦。精草铵膦，属于膦酸类除草剂，其作用机制和草铵膦相同，草铵膦是 D/L-草铵膦的外消旋物，仅L-草铵膦具有除草活性，通过作用于植物体谷氨酰胺合成酶，抑制 L-谷氨

精草銨膦也稱為左旋草銨膦(L-草銨膦)，最早發(fā)現(xiàn)于土壤鏈霉菌發(fā)酵物雙丙氨膦，其在植物體內(nèi)被代謝為L-草銨膦和兩分子氨基酸，是含有C-P-C結(jié)構的天然氨基酸除草劑，其綠色、安全、環(huán)保層面的意義顯著優(yōu)于化學合成除草劑敵草快、草甘膦及普通草銨膦。

精草銨膦，屬于膦酸類除草劑，其作用機制和草銨膦相同，草銨膦是 D/L-草銨膦的外消旋物，僅L-草銨膦具有除草活性，通過作用于植物體谷氨酰胺合成酶，抑制 L-谷氨酰胺合成，導致細胞毒劑銨離子累積、銨代謝紊亂、氨基酸缺失、葉綠素解體、光合作用被抑制，最終將雜草徹底殺死。

精草銨膦化學結(jié)構式

合成路線

精草銨膦的合成方法主要有不對稱合成法、外消旋體拆分法和生物催化法。工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)方法主要是不對稱合成法和外消旋體拆分法。

不對稱合成法是從手性原料出發(fā)合成光學純L-草銨膦。2007年，明治制果將B-次膦酸酯基醛與伯胺反應生成亞胺類化合物，在Jacobsen催化下,用三甲基硅氰對亞胺進行不對稱Strecker反應(圖2)，再經(jīng)水解轉(zhuǎn)化得到精草銨膦。此工藝較復雜，需要使用昂貴的手性拆分試劑，理論收率僅50%，單次拆分率低。

圖2 不對稱 Strecker 反應合成 L-草銨膦工藝路線

外消旋體拆分法是通過對外消旋DL-草銨膦或其衍生物進行手性拆分，實現(xiàn)D型和L型異構體分離,從而得到光學純L-草銨膦。拆分過程中N-癸酰草銨膦在Pseudomonas sp. zjut126 催化下，L-N-癸酰草銨膦水解生成 L-草銨膦（圖 3)。此工藝步驟多、收率低、手性原料昂貴，不利于大規(guī)模制備。

圖3 用Pseudomonas sp. zjut126 細胞拆分外消旋草銨膦制 L-草銨膦工藝流程

生物催化法：以DL-草銨膦為原料，通過 R-選擇性的ω-轉(zhuǎn)氨酶將 D-草銨膦轉(zhuǎn)化為2-羰基-4-[羥基(甲基)膦酰基]丁酸， L-型草銨膦由于不參與反應而得以保留；然后谷氨酸脫氫酶以 2-羰基4-[羥基(甲基)膦酰基]丁酸為原料不對稱合成L-草銨膦,從而得到光學純L-型草銨膦(圖4)。

圖4 全新生物酶法去消旋化合成 L-草銨膦的工藝流程

環(huán)境生物急性毒性

10%精草銨膦可溶液劑對于對鵪鶉急性經(jīng)口LD50(7 d)為282 mg a.i./kg b.w.。其對鵪鶉急性毒性經(jīng)口毒性為“中毒”。

10%精草銨膦可溶液劑對家蠶的LC50(4 d)為186 mg a.i./L。其對家蠶急性毒性為“中毒”。

10%精草銨膦可溶液劑對蚯蚓的LC50(14 d)>100 mg a.i./kg干土。其對蚯蚓14 d急性毒性為“低毒”。

10%精草銨膦可溶液劑對蜜蜂的經(jīng)口毒性LD50值為19.5μg a.i./蜂，對蜜蜂的接觸毒性LD50值為40.0μga.i./蜂。其對蜜蜂48 h急性經(jīng)口和接觸毒性均為“低毒”。

10%精草銨膦可溶液劑對赤眼蜂毒性LR50值為249 g a.i./hm2，田間最大推薦使用劑量為600 g a.i./hm2。其對赤眼蜂24 h的風險性為“高風險性”。

10%精草銨膦可溶液劑對瓢蟲的LC50(成蟲前)為167 g a.i./hm2，田間最大推薦使用劑量為600 g a.i./hm2，10%精草銨膦可溶液劑對瓢蟲的安全系數(shù)為0.278。其對瓢蟲24 h的風險性為“高風險性”。

登記情況

目前精草銨膦在國內(nèi)的登記有65個，原藥10個，母藥5個，單劑47個，復配3個。以可溶液劑為主，其中10%可溶液劑的含量占據(jù)大部分，少量為15和20%的。

精草銨膦登記情況(截止2023年8月21號，數(shù)據(jù)來源中國農(nóng)藥信息網(wǎng))

市場前景

草銨膦含有 1 個手性中心，具有L 型和 D 型兩種光學異構體,但只有L型草銨膦(精草銨膦)具有除草活性。目前上市的草銨膦除草劑主要為D:L=1:1的外消旋產(chǎn)品，若草銨膦產(chǎn)品中只含有L-構型的光學異構體，理論上單畝草銨膦使用量可以降低50%，這對于降低使用農(nóng)藥成本、減輕環(huán)境壓力均有十分重要的意義。

而在田間效果的表現(xiàn)上，精草銨膦在突出除草效果的同時，更能減少化學物質(zhì)對土壤板結(jié)、作物健康的危害。使用精草銨膦單桶水的價格更低，能極大地降低農(nóng)戶的投入成本，在農(nóng)戶中間的推廣前景大好。

所以，無論是在國家“減施增效、減量控害”層面，還是使用效果層面，精草銨膦的“未來感”屬性都是大勢所趨，因此成為了草銨膦行業(yè)重要的發(fā)展趨勢之一。

隨著全球范圍的百草枯、草甘膦禁限用不斷擴大，且草甘膦的廣泛使用，雜草逐漸也出現(xiàn)抗藥性，因此近年來草銨膦市場發(fā)展明顯加快，而草銨膦的未來主要發(fā)展之一即為精草銨膦，所以精草銨膦是一個充滿想象力的藍海市場。