[发明专利]一种基于二氧化碳耦合的1，5-戊二异氰酸酯制备方法

说明书

本发明提供了一种基于二氧化碳耦合的1，5‑戊二异氰酸酯制备方法，该方法包括全细胞催化赖氨酸脱羧生成戊二胺和二氧化碳，收集二氧化碳；使得到的二氧化碳与戊二胺反应生成戊二胺碳酸盐；戊二胺碳酸盐与光气反应，然后减压脱溶、减压精馏，得到1，5‑戊二异氰酸酯。本发明提供的方法回收赖氨酸脱羧过程中释放的二氧化碳用于戊二胺成盐过程，无需额外二氧化碳投入，大幅降低了1，5‑戊二异氰酸酯的生产成本，减少了戊二胺生成过程中的碳排放，更环保，并且合成的1，5‑戊二异氰酸酯与购买外源二氧化碳合成的相比无明显差异。

技术领域

本发明属于化学合成技术领域，具体涉及一种基于二氧化碳耦合的1，5-戊二异氰酸酯制备方法，还涉及一种所述的方法中使用的制备1，5-戊二异氰酸酯的生产系统。

背景技术

1，5-戊二异氰酸酯(PDI)是戊二胺盐酸盐与光气作用而得，其化学性质非常活泼，能与水、醇及胺等含活泼氢化合物反应，是生产聚氨酯涂料及聚氨酯弹性体的重要原料。目前主要用于生产聚氨酯涂料、弹性体、胶黏剂、纺织整理剂等。

现有的PDI制备的方法主要有直接光气化法和成盐光化法。直接光气化法是指戊二胺(PDA)与光气直接反应生成PDI的制备方法。反应分两步进行，第一步反应温度较低，第二步较高，故该法又称冷热两步反应法。该法对温度要求比较苛刻，需要大型冷热设备，并且易产生副产物，收率低于50％，不利于工业化生产。

成盐光化法是将戊二胺与二氧化碳或盐酸反应生成戊二胺碳酸盐或盐酸盐，再经光化反应，然后经蒸馏除去溶液，经精馏得PDI。但是盐酸盐在高温时反应较慢，且不如碳酸盐法收率高。不过在成盐过程中需要通入大量二氧化碳，增加成本。

因此，目前亟需收率高、生产成本低、更环保、更适于工业化生产的1，5-戊二异氰酸酯制备工艺。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，提供一种基于二氧化碳耦合的1，5-戊二异氰酸酯制备方法，该方法大幅降低了1，5-戊二异氰酸酯的生产成本，并且减少戊二胺生成过程中的碳排放，更环保，该方法合成的1，5-戊二异氰酸酯与购买外源二氧化碳合成的相比无明显差异。

本发明的另一个目的在于提供一种所述的方法中使用的制备1，5-戊二异氰酸酯的生产系统。

为实现发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于二氧化碳耦合的1，5-戊二异氰酸酯制备方法，包括以下步骤：

(1)全细胞催化赖氨酸脱羧生成戊二胺和二氧化碳，收集二氧化碳；

(2)使步骤(1)得到的二氧化碳与步骤(1)得到的戊二胺反应生成戊二胺碳酸盐；

(3)使步骤(2)得到的戊二胺碳酸盐与光气反应，然后减压脱溶、减压精馏，得到1，5-戊二异氰酸酯。

步骤(1)中，所述的全细胞催化赖氨酸脱羧生成戊二胺和二氧化碳为本领域公知的技术，任何可以催化赖氨酸生成戊二胺和二氧化碳的微生物都可以采用，优选为利用基因工程菌进行全细胞催化赖氨酸脱羧，所述的基因工程菌的宿主菌含有一种重组表达载体，所述的重组表达载体含有表达cadB的核酸序列和表达赖氨酸脱羧酶cadA的核酸序列，上述核酸序列各自受已单独启动子调控转录，表达cadB的核酸序列的5’端融合周质分泌信号肽编码序列，其具体的构建方法以及利用该基因工程菌全细胞催化脱羧的反应条件详见本申请人申请的申请号为“201410799948.8”、名称为“一种表达重组载体及其应用”的专利申请。

步骤(2)中，将所述二氧化碳在与戊二胺反应之前进行脱水处理。

步骤(2)中，将所述戊二胺与有机溶剂混合，室温下通入所述的脱水处理后的二氧化碳，搅拌至pH为6.8～7.2，其中，有机溶剂为氯苯、邻二氯苯中的一种或两种的混合物，戊二胺与有机溶剂的质量比为1∶10～20，优选1∶10～12.5。