[发明专利]一种生物催化2-氯-3-氰基吡啶生产2-氯烟酸的方法及菌株

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种利用腈转化酶生物催化2-氯-3-氰基吡啶生产2-氯烟酸的方法，以及可用于生产腈转化酶的新菌株——红平红球菌(Rhodococcus erythropolis)ZJB-09149。

(二)背景技术

由于近年来随着农药和医药科学的发展，烟酸系列化学品越来越受到广泛地关注和应用。烟酸的2位氯取代物2-氯烟酸则由于其特殊的生理活性，在医药、农药领域得到了广泛的应用，它可用于合成许多医用止痛剂或抗炎剂，医用抗菌素、治疗心血管疾病的药物以及农用杀菌剂、杀虫剂和除草剂等，特别是在农药领域，2-氯烟酸的应用显得尤为突出。以吡啶及其衍生物为中间体的新一代农药具有高效、低毒、环境相容性好的特点，正在成为开发热点。由2-氯烟酸为母体开发的新农药，不仅农药毒性低，而且活性高，我国是一个农业大国，提高和改善人民的生活水平，生产出更多更好的农药以保证稳定的丰收是非常必要的。除此之外其衍生物2-氯烟酸甲酯、2-氯-N，N-二甲基烟酰胺和2-巯基烟酸也是重要的医药和农药中间体。由它们出发，也可合成许多医用抗菌素、治疗心血管疾病的药物以及农用杀菌剂、杀虫剂和除草剂等。鉴于2-氯烟酸已成为重要的农药和医药中间体，应用前景十分广阔。2002年，全球对2-氯烟酸的需求量约为300t，而2003年达到600t以上，增长高达100％，随着以2-氯烟酸作为原料的新的医药产品的开发，烟嘧磺隆专利的过期，以及不断发展的医药化工行业，2008年需求量在1500t以上。而现在国内产量大致在600～700t左右，而2-氯烟酸的市场价格原来在128000元/t，现在达到14万左右，市场前景可观。但由于缺乏合适的生产路线，2-氯烟酸在世界范围内供不应求，严重制约着新医药及新农药的研究与发展，在我国表现得尤为突出，这与2-氯烟酸急剧增加的市场需求相悖，同时也表明目前缺乏较好的2-氯烟酸合成路线，因此，深入研究2-氯烟酸的生产具有重大的经济效益和社会效益。

目前2-氯烟酸主要是通过化学合成的方法获得。其合成方法主要有：(1)烟酸氮氧化-氰化-水解法：该方法原料价格较贵，所制得的产品成本较高，经济效益较差，此外在后两步反应中易产生2，6位的同分异构体，不易分离，产品纯度也比较低，不符合医药和农药的要求，总的收率较低，环境污染大；(2)3-氰基吡啶氮氧化法-氯化-水解法：该方法国内较为成熟，但总的反应收率较低，反应时间长，可操作性差，需要昂贵的催化剂并产生大量酸性废水，环境污染大；(3)3-甲基吡啶氰化-氧化法：该方法所用原料3-甲基吡啶国内没有工业化生产，氯化反应条件苛刻，并产生大量异构体，分离困难，生产成本大；(4)氰基乙酸乙酯氰化-丙烯醛迈克尔加成-水解法：该反应的缺点是反应原料丙烯醛毒性大，消耗量也较大，易挥发，且整个工艺路线繁琐，操作步骤冗长，反应中使用溶剂多，回收困难。因此这些化学方法缺陷较多，一方面有大量废酸排出，造成严重的环境污染，另一方面设备要求高，反应条件苛刻，成本较高。由于污染大、成本高，这些方法都不适合大规模工业化生产。所以，2-氯烟酸的高效、清洁生产方法具有极大的社会和生态效益。

近年来生物技术领域的突破性进展，使生物催化在化学合成中日趋重要。生物催化是一种新型的转化技术，特别适合于制药及其相关工业中活性化合物的合成。当今社会对“可持续发展”、“绿色化学”以及“环境友好制造”的呼声越来越高，因此生物催化和生物转化过程受到前所未有的重视，被普遍认为是生物技术的第三次浪潮，正在极大地推动生物产业的发展，具有重大的社会意义和经济效益。利用腈转化酶生物催化生产酰胺、羧酸及其衍生物是一种非常有效的生产方法，可以极大地降低能耗、节省原料、减少污染，将生物技术应用于腈化合物的转化合成，已经引起人们的高度重视和关注。这一切给生物法生产2-氯烟酸的发展带来了机遇。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种利用腈转化酶生物催化2-氯-3-氰基吡啶生产2-氯烟酸的方法，以及可用于生产腈转化酶的新菌株——红平红球菌(Rhodococcus erythropolis)ZJB-09149。

本发明采用的技术方案是：

一种生物催化2-氯-3-氰基吡啶生产2-氯烟酸的方法，所述方法包括：在以2-氯-3-氰基吡啶为底物、以红平红球菌(Rhodococcus erythropolis)经发酵培养获得的腈转化酶为催化剂、以水或磷酸盐缓冲液为溶剂的反应体系中，于pH7.0～9.0、25～60℃下进行催化水解反应，制得所述2-氯烟酸。所述腈转化酶用量以使2-氯-3-氰基吡啶充分反应为止，也可过量。