戊二胺生物工業合成技術現狀及發展意義

(河南能源化工集團有限公司 ， 河南 義馬 472300)

1 性質及用途

1.1 性質

戊二胺分子式為NH2(CH2)5NH2，具有一定的毒性，是生物胺類(包括腐胺、精胺、亞精胺等)中的一種，常溫下為透明無色漿狀液體，帶有一種惡臭，是尸臭的主要味道之一，在空氣中發煙，能形成二水合物[1]。戊二胺也被命名為1,5-二氨基戊烷、五亞甲基二胺或尸胺、尸毒素。戊二胺是賴氨酸在脫羧酶的作用下脫羧的產物，不僅可在動物身體組織腐爛時由蛋白質水解產生，生物活體在生命代謝中也會產生少量的1，5-戊二胺。

細胞內的戊二胺是脫羧酶催化賴氨酸產生的，是賴氨酸的延伸產物。戊二胺具有許多重要的生理功能：①在關閉孔蛋白通道和保護大腸桿菌方面有重要的作用；②可調節微生物細胞鐵離子濃度；③一些嚴格厭氧的革蘭氏陰性菌肽聚糖的主要成分；④細胞內高濃度戊二胺積累可抑制頭孢霉素類抗生素的作用。

戊二胺物性數據如下：熔點9 ℃，沸點178～180 ℃，閃點(開杯)62.78 ℃，蒸氣壓(25 ℃)6.57×10-6，折光率1.458，密度(25 ℃)0.873 kg/L。

1.2 用途

戊二胺在農業、醫學和工業上應用非常廣泛。在農業上，戊二胺可以提高坐果并促進發育，大幅提高果實產量；在醫學上，戊二胺可用于治療痢疾；在工業上，戊二胺可以替代己二胺與二元酸進行聚合反應，合成優質高分子聚酰胺產品，一種新型尼龍。

2 發展生物合成戊二胺的意義

①全球每年消耗約需3 000萬t聚酰胺產品，而且市場需求量呈逐年上漲的趨勢。目前使用較為廣泛的聚酰胺產品是聚酰胺PA66和聚酰胺PA6，約占全球聚酰胺產品消費總量的90%[2]。聚酰胺PA66是由己二胺和己二酸聚合的產物，開發最早、應用最廣、產量最大，被廣泛應用于汽車、電子電器、航空航天等領域[1]。目前，原料己二酸可利用生物技術催化合成，但是己二胺依賴于石油化工合成。隨著石油資源的日漸枯竭及環境污染日益嚴重，急需一種能實現資源可持續利用、綠色環保的生物合成技術，來替代己二胺生產高分子聚合物單體。

②戊二胺與己二胺互為同系物，替代己二胺與己二酸聚合形成新型聚酰胺材料PA56；與聚酰胺PA66相比，同樣具有較高的熔點、良好的機械強度和耐受各種有機溶劑的優良特性，經處理后得到的纖維具有同樣的染色性和耐磨性。戊二胺與癸二酸聚合形成新型聚酰胺材料PA510，具有高熔點、低吸水率、低密度等優點，其性能與聚酰胺PA66相似。

③未來應用生物技術合成的戊二胺將具有五大優勢：生物基材料的新概念，生產不再使用石油原料，而是采用可再生原料；尼龍56材料性能高，市場巨大；替代國際進口的己二胺，促進中國尼龍產品擺脫進口限制(包括軍用材料)；與傳統的己二胺相比，戊二胺具有巨大的成本優勢；可實現資源的可持續利用，具有綠色環保、污染少等優點。

由于己二酸、琥珀酸可以通過微生物合成，因此，作為聚酰胺重要的組成單體，生物法合成戊二胺成為合成新型聚酰胺材料的一個關鍵問題，具有經濟學和生態學雙重意義。

3 國內生物合成戊二胺技術現狀

中國科學院微生物研究所開展的戊二胺小試和中試研究，開發了以賴氨酸為原料生物合成戊二胺的全套生產技術，突破和掌握了一種新型尼龍單體的多項關鍵核心技術，已建有年產2萬t的工業化裝置。中科院天津工業生物技術研究所研發完成了從葡萄糖生產戊二胺完整的工藝包，已經在其產業基地完成了中試放大。該成果已申請4項中國發明專利，一項專利在中國、美國、日本、歐洲、加拿大布局，并已經獲得中國、日本和美國專利局授權[2]。其他處于實驗室階段的生物法合成戊二胺技術，因戊二胺的合成量達不到實際生產要求，還需要深入研究提高谷氨酸棒狀桿菌和大腸桿菌對戊二胺的耐受性。

4 結束語

1，5-戊二胺生物合成必將充分體現出環境、社會和經濟效益，為了實現戊二胺生物合成工業化，需要構建合理的代謝模型及計算模型，進一步分析研究微生物中戊二胺代謝途徑、代謝分配及關鍵酶等控制因素，通過促進戊二胺合成、抑制旁路代謝等途徑，培育具有產業化前景的基因工程菌[3]。

以戊二胺為原料與不同二元酸聚合生成新型尼龍5X，大規模工業化生產將解決國內賴氨酸產能過剩的問題，形成以生物發酵產品為源頭尼龍制造新型產業鏈，調整優化生物發酵產業結構；同時將改善現有己二胺技術壟斷的局面，實現國內尼龍行業生產的重大突破。