戊二胺生物工业合成技术现状及发展意义

(河南能源化工集团有限公司 ， 河南 义马 472300)

1 性质及用途

1.1 性质

戊二胺分子式为NH2(CH2)5NH2，具有一定的毒性，是生物胺类(包括腐胺、精胺、亚精胺等)中的一种，常温下为透明无色浆状液体，带有一种恶臭，是尸臭的主要味道之一，在空气中发烟，能形成二水合物[1]。戊二胺也被命名为1,5-二氨基戊烷、五亚甲基二胺或尸胺、尸毒素。戊二胺是赖氨酸在脱羧酶的作用下脱羧的产物，不仅可在动物身体组织腐烂时由蛋白质水解产生，生物活体在生命代谢中也会产生少量的1，5-戊二胺。

细胞内的戊二胺是脱羧酶催化赖氨酸产生的，是赖氨酸的延伸产物。戊二胺具有许多重要的生理功能：①在关闭孔蛋白通道和保护大肠杆菌方面有重要的作用；②可调节微生物细胞铁离子浓度；③一些严格厌氧的革兰氏阴性菌肽聚糖的主要成分；④细胞内高浓度戊二胺积累可抑制头孢霉素类抗生素的作用。

戊二胺物性数据如下：熔点9 ℃，沸点178～180 ℃，闪点(开杯)62.78 ℃，蒸气压(25 ℃)6.57×10-6，折光率1.458，密度(25 ℃)0.873 kg/L。

1.2 用途

戊二胺在农业、医学和工业上应用非常广泛。在农业上，戊二胺可以提高坐果并促进发育，大幅提高果实产量；在医学上，戊二胺可用于治疗痢疾；在工业上，戊二胺可以替代己二胺与二元酸进行聚合反应，合成优质高分子聚酰胺产品，一种新型尼龙。

2 发展生物合成戊二胺的意义

①全球每年消耗约需3 000万t聚酰胺产品，而且市场需求量呈逐年上涨的趋势。目前使用较为广泛的聚酰胺产品是聚酰胺PA66和聚酰胺PA6，约占全球聚酰胺产品消费总量的90%[2]。聚酰胺PA66是由己二胺和己二酸聚合的产物，开发最早、应用最广、产量最大，被广泛应用于汽车、电子电器、航空航天等领域[1]。目前，原料己二酸可利用生物技术催化合成，但是己二胺依赖于石油化工合成。随着石油资源的日渐枯竭及环境污染日益严重，急需一种能实现资源可持续利用、绿色环保的生物合成技术，来替代己二胺生产高分子聚合物单体。

②戊二胺与己二胺互为同系物，替代己二胺与己二酸聚合形成新型聚酰胺材料PA56；与聚酰胺PA66相比，同样具有较高的熔点、良好的机械强度和耐受各种有机溶剂的优良特性，经处理后得到的纤维具有同样的染色性和耐磨性。戊二胺与癸二酸聚合形成新型聚酰胺材料PA510，具有高熔点、低吸水率、低密度等优点，其性能与聚酰胺PA66相似。

③未来应用生物技术合成的戊二胺将具有五大优势：生物基材料的新概念，生产不再使用石油原料，而是采用可再生原料；尼龙56材料性能高，市场巨大；替代国际进口的己二胺，促进中国尼龙产品摆脱进口限制(包括军用材料)；与传统的己二胺相比，戊二胺具有巨大的成本优势；可实现资源的可持续利用，具有绿色环保、污染少等优点。

由于己二酸、琥珀酸可以通过微生物合成，因此，作为聚酰胺重要的组成单体，生物法合成戊二胺成为合成新型聚酰胺材料的一个关键问题，具有经济学和生态学双重意义。

3 国内生物合成戊二胺技术现状

中国科学院微生物研究所开展的戊二胺小试和中试研究，开发了以赖氨酸为原料生物合成戊二胺的全套生产技术，突破和掌握了一种新型尼龙单体的多项关键核心技术，已建有年产2万t的工业化装置。中科院天津工业生物技术研究所研发完成了从葡萄糖生产戊二胺完整的工艺包，已经在其产业基地完成了中试放大。该成果已申请4项中国发明专利，一项专利在中国、美国、日本、欧洲、加拿大布局，并已经获得中国、日本和美国专利局授权[2]。其他处于实验室阶段的生物法合成戊二胺技术，因戊二胺的合成量达不到实际生产要求，还需要深入研究提高谷氨酸棒状杆菌和大肠杆菌对戊二胺的耐受性。

4 结束语

1，5-戊二胺生物合成必将充分体现出环境、社会和经济效益，为了实现戊二胺生物合成工业化，需要构建合理的代谢模型及计算模型，进一步分析研究微生物中戊二胺代谢途径、代谢分配及关键酶等控制因素，通过促进戊二胺合成、抑制旁路代谢等途径，培育具有产业化前景的基因工程菌[3]。

以戊二胺为原料与不同二元酸聚合生成新型尼龙5X，大规模工业化生产将解决国内赖氨酸产能过剩的问题，形成以生物发酵产品为源头尼龙制造新型产业链，调整优化生物发酵产业结构；同时将改善现有己二胺技术垄断的局面，实现国内尼龙行业生产的重大突破。