本发明提供了一种L‑赖氨酸化学脱羧生产1，5‑戊二胺的方法及分离提取方法，步骤如下：（1）将L‑赖氨酸或L‑赖氨酸盐酸盐溶解于柠檬酸‑磷酸氢二钠缓冲溶液中；（2）将氧化剂溶液逐滴加入到步骤（1）中，在10‑75℃下反应20‑30min；（3）将过渡金属盐加入到步骤（2）的反应液中，同时加入还原剂剧烈搅拌进行反应，反应时间为20‑120min，得到1，5‑戊二胺溶液。本发明以L‑赖氨酸或其盐酸盐为原料，经过氧化脱羧反应和氰基还原反应得到1，5‑戊二胺，反应条件温和、易操作且重复性好。本发明采用阳离子交换树脂与1，5‑戊二胺溶液进行接触，相比于现有1，5‑戊二胺分离方法，成本低、环境友好。

说明书

L-赖氨酸化学脱羧生产1，5-戊二胺的方法及分离提取方法

技术领域

本发明涉及化工中间体制备技术领域，具体涉及一种L-赖氨酸化学脱羧生产1，5-戊二胺的方法及分离提取方法。

背景技术

1，5-戊二胺，类似己二胺，与二元酸聚合生产尼龙5X（尼龙54、尼龙56等）,性能媲美甚至超越了经典的尼龙66，主要应用领域是纤维（如服装、汽车轮胎帘子布、地毯和管道等）和工程塑料（如电子仪器产品和汽车的部件等）。全球尼龙的总需求量超过700万吨/年，己二胺作为尼龙原料的市场需求已经超过200万吨/年。尽管市场需求旺盛，但原材料被国外公司垄断，我国的尼龙66在发展过程中受到重重阻碍，为了促进中国尼龙产品摆脱进口限制，实现弯道超车，满足国防和市场的需求，研发尼龙56，特别是开发建立1，5-戊二胺合成技术是关键。

赖氨酸可以脱羧生成戊二胺。国内赖氨酸产能严重过剩已达到60%，根据生物发酵产业协会数据，过剩情况有可能进一步加剧。发展以赖氨酸为原料生产戊二胺的新技术，有助于利用和消化已有赖氨酸产能，延长产业价值链，上下游联动，解决产能严重过剩带来的就业危机、产业危机，具有重要的社会效益和经济效益。

目前，凯赛生物利用生物发酵技术，开发了生物基戊二胺，并以此生产性能卓越的系列生物基聚酰胺，于2014年成功完成产业化试验运行。然而，鉴于本路线在菌种、酶和工艺的选择、培养和运行条件要求苛刻，面临着1，5-戊二胺生产率不高和工业成本高两大难题。同时也存在尸胺发酵过程复杂，发酵后菌体和发酵液分离困难等系列问题。因此，在本领域寻找一种操作简单、污染低的化学法赖氨酸脱羧制备1，5-戊二胺的方法，也是打破尼龙产业国外技术垄断格局的方法之一，但截至目前，鲜少报道。

1，5-戊二胺的分离提取也是工业操作单元中的重要一环。到目前为止，戊二胺的分离提取方法主要面向生物发酵技术，可以归纳为：（1）极性有机溶剂萃取；(2)有机膜处理与蒸馏技术相结合。尽管上述方法能够将1，5-戊二胺进行分离回收，但存在环境污染严重、成本高、分离回收率低等缺陷，建立一种高效、普适性好、环境友好的1，5-戊二胺分离提取方法，也是当前亟待解决的问题。

发明内容

本发明提出了一种L-赖氨酸化学脱羧生产1，5-戊二胺的方法及分离提取方法，本发明技术路线和分离方法条件温和、操作简单、环境友好和成本低，进而为1，5-戊二胺产业化提供一种区别于生物发酵技术的可行性路径。

实现本发明的技术方案是：

一种L-赖氨酸化学脱羧生产1，5-戊二胺的方法，步骤如下：

（1）将L-赖氨酸或L-赖氨酸盐酸盐溶解于柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液中；

（2）将氧化剂溶液逐滴加入到步骤（1）中，在10-75℃下反应20-30min；

（3）将过渡金属盐加入到步骤（2）的反应液中，同时加入还原剂剧烈搅拌进行反应，反应时间为20-120min，得到1，5-戊二胺溶液。

所述步骤（1）中L-赖氨酸盐酸盐为L-赖氨酸单盐酸盐或L-赖氨酸二盐酸盐，柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液的pH为2-9，优选为4-7。

所述步骤（2）中氧化剂溶液为将氧化剂溶于溶剂中得到，所述氧化剂为溴化试剂和/或氯代试剂中的任一种；溴化试剂包括N-溴代琥珀酰亚胺（NBS）、N-溴代乙酰胺(NBA)、N-溴代邻苯二甲酰亚胺和二苯酮-N-溴亚胺，氯代试剂包括三氯三嗪三酮（TCICA）、氯代苯并三氮唑（CBT）或氯胺 T（chloramine T）；所述溶剂为二甲基亚砜、乙腈、甲醇或二甲基甲酰胺中的任一种；所述步骤（1）中L-赖氨酸或L-赖氨酸盐酸盐与步骤（2）中氧化剂的摩尔比为1：（0.5-4.2）。

所述步骤（3）过渡金属盐为苯甲酸钴、氯化钴、氯化镍、三氯化铱、四氧化锇、氯化亚铂、三氯化铁、氯化锆、氯化锌、氯化铜和三氯化铝中的一种或多种；所述步骤（3）中还原剂为硼氢化钠，还原剂与步骤（1）中L-赖氨酸或L-赖氨酸盐酸盐的摩尔比为（8.5-12）：1，过渡金属盐与还原剂的摩尔比为1：（1-6）。

所述步骤（3）中反应气氛为氮气气氛、氢气气氛和空气气氛中的任一种，反应温度为0-60℃，优选为0-40℃，反应压力为0.1-10MPa。

所述的步骤（3）中，硼氢化钠加入到步骤（2）反应液中，进行还原，有以下方式：

方式1：将硼氢化钠分批逐步的加入到步骤（2）反应液中，进行还原；

方式2：将硼氢化钠溶解到非质子极性溶剂和/或乙醇和或甲醇中的任一种；

其中所述的非质子极性溶剂优选包括：二甲基甲酰胺（DMF）、乙腈和二甲基亚砜（DMSO）中的任一种，更优选为二甲基甲酰胺和乙腈中的任一种。

所述的1，5-戊二胺的分离提取方法，步骤如下：

a）向得到的1，5-戊二胺溶液中加入助滤剂，进行过滤，并将滤液稀释到500mL；

b）将步骤a）中得到的稀释液通过阳离子交换树脂，进行吸附，吸附进量速率（0.5-20）mL/min；

c）将步骤b）中吸附有1，5-戊二胺的阳离子交换树脂，进行洗脱。

所述步骤a）中助滤剂为硅藻土或活性炭，优选为Celite® 硅藻土。

所述步骤b）中阳离子交换树脂为强酸性阳离子交换树脂或弱酸性阳离子交换树脂中的任一种，优选为强酸性阳离子交换树脂；阳离子交换树脂与稀释液的体积比为（0.75-4.5）：1；吸附进量速率（0.5-20）mL/min。

所述步骤c）洗脱温度为10-60℃，洗脱速率为（2-15）mL/min；洗脱液包括弱碱水溶液或强碱水溶液中的任一种。

所述弱碱水溶液包括氨水、碳酸钠或碳酸氢钠水溶液，强碱水溶液包括氢氧化钠或氢氧化钾水溶液。所述的弱碱水溶液的浓度以弱碱溶液与水的体积比计量，优选为1：（0.2-7），更优选为1：（0.3-3）。

本发明的有益效果是：本发明以成本低廉的L-赖氨酸或其盐酸盐为原料，经过氧化脱羧反应和氰基还原反应得到1，5-戊二胺，相比于现有生物发酵法，反应条件温和、易操作且重复性好；而本发明采用阳离子交换树脂与1，5-戊二胺溶液进行接触，并经吸附、洗脱及旋蒸等过程，最终得到1，5-戊二胺盐酸盐，相比于现有1，5-戊二胺分离方法，成本低、环境友好。更关键得是，本发明对未来运用化学法合成1，5-戊二胺，提供了广阔的潜在技术价值空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为1，5戊二胺盐酸盐标准品的HPLC-MS谱图。

图2为L-Lysine dihydrochloride（L-赖氨酸二盐酸盐）标准品的HPLC-MS谱图。

图3为本发明实施例1制备的1，5-戊二胺盐酸的HPLC-MS谱图。

图4为本发明实施例2制备的1，5-戊二胺盐酸的HPLC-MS谱图。

图5为本发明实施例3制备的1，5-戊二胺盐酸的HPLC-MS谱图。

图6为本发明实施例1、2、3制备的1，5-戊二胺盐酸的HPLC谱图。

图7为本发明实施例3制备的1，5-戊二胺盐酸的HPLC-MS谱图。

图8为本发明实施例3制备的1，5-戊二胺盐酸的HPLC-MS谱图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种L-赖氨酸化学脱羧生产1，5-戊二胺的方法，其步骤为：

1）将15.9mmoL 的L-赖氨酸二盐酸盐（L-Lysine dihydrochloride）溶解于90mL柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液(pH 5)中；

2）将20mL N-溴代琥珀酰亚胺(NBS)的二甲基甲酰胺（DMF）溶液，在25℃下，逐滴加入步骤1）溶液中，反应30min；

3）将96.5moL的六水合氯化镍加入到步骤2）反应液中，同时逐步少量加入158mmoL的硼氢化钠粉体，并在冰水浴中，反应1h。

上述的一种L-赖氨酸化学脱羧生产1，5-戊二胺的分离提取方法，其步骤为：

a)将获取的含有1，5-戊二胺的溶液用硅藻土作为助滤剂，进行过滤，并将滤液稀释至500mL；

b)将稀释后的滤液加入到强酸性阳离子交换树脂（(25cm × 2cm) of Dowex 50WX8-200 ion exchange resin）柱中，进行吸附，吸附尽量速率(5-10)mL/min；

c)吸附结束之后，用300-500mL的去离子水进行洗脱，除去残留的杂质；

d）用不同体积浓度(VH2O:V氨水=50：150，100：100，150：50)的氨水依次对吸附后的强酸性阳离子交换树脂进行洗脱，并对洗脱液进行旋蒸、盐酸调节pH至酸性、再旋蒸，最终获得1，5-戊二胺盐酸盐。

本实施例中L-Lysine dihydrochloride经氧化脱羧和氰基还原反应得到1，5-戊二胺，并经分离得到1，5-戊二胺盐酸盐，方法简单、条件温和、成本低和环境友好，反应结果如表1所示。

表1 NiCl2-NaHB4体系下L-赖氨酸氧化还原脱羧制1，5-戊二胺的反应结果

实施例2

一种L-赖氨酸化学脱羧生产1，5-戊二胺的方法，其步骤为：

1）将15.9mmoL 的L-赖氨酸二盐酸盐（L-Lysine dihydrochloride）溶解于90mL柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液(pH 5)中；

2）将20mL N-溴代琥珀酰亚胺(NBS)的二甲基甲酰胺（DMF）溶液，在25℃下，逐滴加入步骤1）溶液中，反应30min；

3）将96.5moL的六水合氯化钴加入到步骤2）反应液中，同时逐步少量加入158mmoL的硼氢化钠粉体，并在冰水浴中，反应1h。

上述的一种L-赖氨酸化学脱羧生产1，5-戊二胺的分离提取方法，其步骤为：

a）将获取的含有1，5-戊二胺的溶液用硅藻土作为助滤剂，进行过滤，并将滤液稀释至500mL；

b）将稀释后的滤液加入到强酸性阳离子交换树脂（(25cm × 2cm) of Dowex 50WX8-200 ion exchange resin）柱中，进行吸附，吸附尽量速率(5-10)mL/min；

c）吸附结束之后，用300-500mL的去离子水进行洗脱，除去残留的杂质；

用不同体积浓度(VH2O:V氨水=50：150，100：100，150：50)的氨水依次对吸附后的强酸性阳离子交换树脂进行洗脱，并对洗脱液进行旋蒸、盐酸调节pH至酸性、再旋蒸，最终获得1，5-戊二胺盐酸盐。

本实施例中L-Lysine dihydrochloride经氧化脱羧和氰基还原反应得到1，5-戊二胺，并经分离得到1，5-戊二胺盐酸盐，方法简单、条件温、成本低和环境友好，反应结果如表2所示。

表2 CoCl2-NaHB4体系下L-赖氨酸氧化还原脱羧制1，5-戊二胺的反应结果

实施例3

一种L-赖氨酸化学脱羧生产1，5-戊二胺的方法，其步骤为：

1）将15.9mmoL 的L-赖氨酸二盐酸盐（L-Lysine dihydrochloride）溶解于90mL柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液(pH 5)中；

2）将20mL N-溴代琥珀酰亚胺(NBS)的二甲基甲酰胺（DMF）溶液，在25℃下，逐滴加入步骤1）溶液中，反应30min；

3）将96.5moL的三氯化铁加入到步骤2）反应液中，同时逐步少量加入158mmoL的硼氢化钠粉体，并在冰水浴中，反应1h。

上述的一种L-赖氨酸化学脱羧生产1，5-戊二胺的分离提取方法，其步骤为：

a）将获取的含有1，5-戊二胺的溶液用硅藻土作为助滤剂，进行过滤，并将滤液稀释至500mL；

b）将稀释后的滤液加入到强酸性阳离子交换树脂（(25cm × 2cm) of Dowex 50WX8-200 ion exchange resin）柱中，进行吸附，吸附尽量速率(5-10)mL/min；

c）吸附结束之后，用300-500mL的去离子水进行洗脱，除去残留的杂质；

用不同体积浓度(VH2O:V氨水=50：150，100：100，150：50)的氨水依次对吸附后的强酸性阳离子交换树脂进行洗脱，并对洗脱液进行旋蒸、盐酸调节pH至酸性、再旋蒸，最终获得1，5-戊二胺盐酸盐。

本实施例中由L-Lysine dihydrochloride经氧化脱羧和氰基还原反应得到1，5-戊二胺，并经分离得到1，5-戊二胺盐酸盐，方法简单、条件温和、成本低和环境友好，反应结果如表3所示。

表3 FeCl3-NaHB4体系下L-赖氨酸氧化还原脱羧制1，5-戊二胺的反应结果

实施例4

一种L-赖氨酸化学脱羧生产1，5-戊二胺的方法，步骤如下：

1）将15.9mmoL 的L-赖氨酸二盐酸盐（L-Lysine dihydrochloride）溶解于90mL柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液(pH 2)中；

2）将20mLN-溴代乙酰胺(NBA)（7.95mmol）的乙腈（CH3CN）溶液，在10℃下，逐滴加入步骤1）溶液中，反应20min；

3）将96.5moL的苯甲酸钴加入到步骤2）反应液中，通入氮气，同时逐步少量加入158mmoL的硼氢化钠粉体，并在冰水浴中，反应1h。

上述的一种L-赖氨酸化学脱羧生产1，5-戊二胺的分离提取方法，其步骤为：

a）将获取的含有1，5-戊二胺的溶液用硅藻土作为助滤剂，进行过滤，并将滤液稀释至500mL；

b）将109mL稀释后的滤液加入到强酸性阳离子交换树脂（(25cm × 2cm) of Dowex50WX8-200 ion exchange resin）柱中，进行吸附，吸附进量速率(5-10)mL/min；

c)吸附结束之后，用300-500mL的去离子水进行洗脱，除去残留的杂质；

d）用不同体积浓度(VH2O:V氨水=50：150，100：100，150：50)的氨水依次对吸附后的强酸性阳离子交换树脂进行洗脱，并对洗脱液进行旋蒸、盐酸调节pH至酸性、再旋蒸，最终获得1，5-戊二胺盐酸盐。

本实施例中L-Lysine dihydrochloride经氧化脱羧和氰基还原反应得到1，5-戊二胺，并经分离得到1，5-戊二胺盐酸盐，方法简单、条件温、成本低和环境友好，反应结果如表4所示。

表4 苯甲酸钴(II)-NaHB4体系下L-赖氨酸氧化还原脱羧制1，5-戊二胺的反应结果

实施例5

一种L-赖氨酸化学脱羧生产1，5-戊二胺的方法，步骤如下：

1）将7.95mmoL 的L-赖氨酸二盐酸盐（L-Lysine dihydrochloride）溶解于90mL柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液(pH 9)中；

2）将20mL氯胺 T（chloramine T）（33.39mmol）的二甲基亚砜（DMSO）溶液，在75℃下，逐滴加入步骤1）溶液中，反应25min；

3）将48.26moL六水合氯化镍的加入到步骤2）反应液中，同时逐步少量加入158mmoL的硼氢化钠粉体，并在30℃反应20min。

上述的一种L-赖氨酸化学脱羧生产1，5-戊二胺的分离提取方法，其步骤为：

a）将获取的含有1，5-戊二胺的溶液用硅藻土作为助滤剂，进行过滤，并将滤液稀释至500mL；

b）将30mL稀释后的滤液加入到强酸性阳离子交换树脂（(25cm × 2cm) of Dowex50WX8-200 ion exchange resin）柱中，进行吸附，吸附进量速率(5-10)mL/min；

c)吸附结束之后，用300-500mL的去离子水进行洗脱，除去残留的杂质；

d）用不同体积浓度(VH2O:V氨水=50：150，100：100，150：50)的氨水依次对吸附后的强酸性阳离子交换树脂进行洗脱，并对洗脱液进行旋蒸、盐酸调节pH至酸性、再旋蒸，最终获得1，5-戊二胺盐酸盐。

本实施例中L-Lysine dihydrochloride经氧化脱羧和氰基还原反应得到1，5-戊二胺，并经分离得到1，5-戊二胺盐酸盐，方法简单、条件温、成本低和环境友好，反应结果如表5所示。

表5 苯甲酸钴(II)-NaHB4体系下L-赖氨酸氧化还原脱羧制1，5-戊二胺的反应结果

实施例6

一种L-赖氨酸化学脱羧生产1，5-戊二胺的方法，步骤如下：

1）将7.95mmoL 的L-赖氨酸二盐酸盐（L-Lysine dihydrochloride）溶解于90mL柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液(pH 5)中；

2）将20mLN-溴代琥珀酰亚胺（NBS）（33.39mmol）的乙腈（CH3CN）溶液，在25℃下，逐滴加入步骤1）溶液中，反应30min；

3）将48.26moL氯化锌的加入到步骤2）反应液中，空气气氛下，同时逐步少量加入158mmoL的硼氢化钠粉体，并在60℃反应2h。

上述的一种L-赖氨酸化学脱羧生产1，5-戊二胺的分离提取方法，其步骤为：

a）将获取的含有1，5-戊二胺的溶液用硅藻土作为助滤剂，进行过滤，并将滤液稀释至500mL；

b）将450mL稀释后的滤液加入到强酸性阳离子交换树脂（(25cm × 2cm) of Dowex50WX8-200 ion exchange resin）柱中，进行吸附，吸附进量速率(5-10)mL/min；

c)吸附结束之后，用300-500mL的去离子水进行洗脱，除去残留的杂质；

d）用不同体积浓度(VH2O:V氨水=50：150，100：100，150：50)的氨水依次对吸附后的强酸性阳离子交换树脂进行洗脱，并对洗脱液进行旋蒸、盐酸调节pH至酸性、再旋蒸，最终获得1，5-戊二胺盐酸盐。

本实施例中L-Lysine dihydrochloride经氧化脱羧和氰基还原反应得到1，5-戊二胺，并经分离得到1，5-戊二胺盐酸盐，方法简单、条件温、成本低和环境友好，反应结果如表6所示。

表6 ZnCl2-NaHB4体系下L-赖氨酸氧化还原脱羧制1，5-戊二胺的反应结果

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。