一种双酶协同解聚氨基甲酸酯键制备苯胺单体的方法

本发明属于生物化学领域，涉及一种双酶协同解聚氨基甲酸酯键制备苯胺单体的方法。

背景技术：

1、聚氨酯（pu）作为一种多功能高分子材料，在现代工业和日常生活中扮演着重要角色。其独特的物理和化学性质使其在家具、汽车、建筑、纺织品等领域得到了广泛应用。然而，pu材料的广泛应用也带来了严峻的环境挑战，尤其是在其生命周期结束后的处理问题。二苯胺是异氰酸酯的制备前体，从历史上看，糖酵解在工业规模上受到了最广泛的关注，尽管最近出现了其他主要针对多元醇部分的商业技术，目前的醇解技术致力于分离多元醇和二苯胺，以优化pu塑料的收率，特别是针对多元醇。

2、二苯胺的回收需要在高温、高压、贵金属催化剂等条件下反应，且二苯胺单体难以全部转化。传统的pu回收方法，如热解、气化和焚烧，虽然在一定程度上实现了材料的再利用，但这些技术通常需要高温和高压条件，能源消耗大，且可能产生有毒气体，对环境造成二次污染。此外，这些化学回收过程可能无法高效地分离和纯化目标单体，如苯胺，导致产品纯度和收率不高，且经济成本相对较高。

3、为了解决这些问题，酶法回收苯胺单体的技术应运而生。酶法回收是一种生物催化过程，它利用特定的酶来催化pu材料中氨基甲酸酯键的水解反应，从而释放出苯胺和其他有价值的化学品。这种方法的优势在于其在温和的条件下进行，不需要高温或高压，因此能耗较低，对环境的影响也较小。酶的高底物特异性使得反应更加精确，避免了不必要的副反应，提高了目标产物的收率和纯度。此外，酶法回收过程中产生的副产品较少，且通常易于处理，这进一步降低了环境风险。

4、尽管酶法回收在理论上具有诸多优势，但在实际应用中仍面临一些挑战。例如，醇解产物酶法解聚制备苯胺单体相较于化学法周期较长，时间成本较大，亟需高效酶的开发缩短生产周期，以便应用于苯胺的产业化回收。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种双酶协同解聚氨基甲酸酯键制备苯胺单体的方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

3、一种双酶协同解聚氨基甲酸酯制备苯胺单体的方法，以氨基甲酸酯类化合物为底物，于缓冲液中，利用酰胺酶和酯酶进行解聚反应得到苯胺单体。

4、其中，所述氨基甲酸酯类化合物为tdi和/或mdi基氨基甲酸酯、或含tdi和/或mdi的聚氨酯经醇解反应得到的醇解产物。

5、具体的，所述的tdi基氨基甲酸酯为甲苯二胺二乙二醇酯tda-deg，所述mdi基氨基甲酸酯为甲烷二胺二乙二醇酯mda-deg。

6、具体的，所述的氨基甲酸酯类化合物包括但不限于2,4-tda-deg、2,6-tda-deg、4,4-mda-deg和/或2,4-mda-deg。

7、在本发明的一些实施例中，所述的氨基甲酸酯类化合物为2,4-tda-deg和/或4,4-mda-deg。

8、具体的，所述的2,4-tda-deg，其化学结构式为：。

9、具体的，所述的4,4-mda-deg，其化学结构式为：。

10、其中，所述的缓冲液为50 mm磷酸缓冲液，ph=5~10。

11、优选的，所述缓冲液为50 mm磷酸缓冲液，ph=7~9。

12、其中，所述酰胺酶为sp1，其比酶活为20~25 u/mg；所述酯酶为aes72，其比酶活为0.06-0.1 u/mg。

13、其中，sp1在2,4-tda-deg的解聚过程中，可迅速水解2,4-tda-deg的2号位氨基甲酸酯键产生sp1中间体；aes72在2,4-tda-deg的解聚过程中，可迅速水解2,4-tda-deg的4号位氨基甲酸酯键产生aes72中间体。

14、其中，所述酰胺酶和酯酶的总浓度为0.01~10 mg/ml，优选为0.02~1 mg/ml。

15、其中，所述酰胺酶和酯酶的质量比为0.1~10：0.1~10，优选为1：1~9，更优选为5：5、4：6、3：7或2：8，最优选为3：7。

16、其中，当所述氨基甲酸酯类化合物为tdi和/或mdi基氨基甲酸酯时，所述氨基甲酸酯类化合物与缓冲液的摩尔体积比为0.15~30 mm：5 ml；当所述氨基甲酸酯类化合物为含tdi和/或mdi的聚氨酯经醇解反应得到的醇解产物时，所述氨基甲酸酯类化合物与缓冲液的体积比为0.1~3 ml：5 ml。

17、其中，所述解聚反应，其反应条件为：37~60℃下反应1~24 h，优选为40℃下反应1~24 h。

18、其中，所述解聚反应在摇床中进行，所述摇床的转速为100~300 rpm，优选为220rpm。

19、其中，所述的苯胺单体为二苯胺类单体。

20、具体的，所述的二苯胺类单体包括2,4-二氨基甲苯（2,4-tda）、2,6-二氨基甲苯（2,6-tda）、4,4-二氨基二苯基甲烷（4,4-mda）和/或2,4-二氨基二苯基甲烷（2,4-mda）。

21、有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：

22、本发明利用酯酶aes72和酰胺酶sp1对氨基甲酸酯键特异性位点具有催化互补的特性，通过双酶联用解聚氨基甲酸酯键制备苯胺单体，极大地提高了催化效率，并弥补了酯酶aes72对mdi基氨基甲酸酯水解效率低的问题，尤其是针对于tdi和mdi基混合聚氨酯塑料化学回收后的醇解产物可以高效水解，实现了tdi和mdi基氨基甲酸酯的同步高效水解，在实际混合废料（含tdi和mdi的聚氨酯）醇解产物的酶解回收中具有较大的应用潜力。

23、本发明通过酯酶aes72和酰胺酶sp1在温和条件下将氨基甲酸酯类化合物、或将醇解产生的具有氨基甲酸酯键的低聚物完全解聚产生二苯胺类单体（mda/tda），减少了副反应，绿色环保，实现塑料无害化回收，有效解决了现有技术中氨基甲酸酯制备二苯胺类单体需要高温高压环境，能耗高的以及现有技术中酶法解聚氨基甲酸酯效率低的问题。酶解后产生的单体可重新合成异氰酸酯，实现了原料的循环利用。

技术特征：

1.一种双酶协同解聚氨基甲酸酯键制备苯胺单体的方法，其特征在于，以氨基甲酸酯类化合物为底物，于缓冲液中，利用酰胺酶和酯酶进行解聚反应得到苯胺单体。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氨基甲酸酯类化合物为tdi和/或mdi基氨基甲酸酯、或含tdi和/或mdi的聚氨酯经醇解反应得到的醇解产物。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述tdi基氨基甲酸酯为甲苯二胺二乙二醇酯tda-deg，所述mdi基氨基甲酸酯为甲烷二胺二乙二醇酯mda-deg。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述缓冲液为50 mm磷酸缓冲液，ph=5~10。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酰胺酶为sp1，其比酶活为20~25 u/mg；所述酯酶为aes72，其比酶活为0.06-0.1 u/mg。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酰胺酶和酯酶的总浓度为0.01~10mg/ml。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酰胺酶和酯酶的质量比为0.1~10：0.1~10。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述酰胺酶和酯酶的质量比为1：1~9。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述氨基甲酸酯类化合物为tdi和/或mdi基氨基甲酸酯时，所述氨基甲酸酯类化合物与缓冲液的摩尔体积比为0.15~30 mm：5ml；当所述氨基甲酸酯类化合物为含tdi和/或mdi的聚氨酯经醇解反应得到的醇解产物时，所述氨基甲酸酯类化合物与缓冲液的体积比为0.1~3 ml：5 ml。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述解聚反应，其反应条件为：37~60℃下反应1~24 h。

技术总结
本发明属于生物化学领域，具体涉及一种双酶协同解聚氨基甲酸酯键制备苯胺单体的方法。该方法具体是将氨基甲酸酯类化合物为底物，通过加入酰胺酶SP1和酯酶Aes72进行解聚反应得到苯胺单体。本发明所述酰胺酶SP1与酯酶Aes72均作用于氨基甲酸酯键，但对TDI基氨基甲酸酯键具有位置水解偏好性，双酶协同可实现偏好互补作用实现氨基甲酸酯的完全解聚，且SP1具有很高的MDI基氨基甲酸酯水解活性。本发明利用双酶降解氨基甲酸酯类化合物，大大提高了酶解效率，利用解聚后产生的苯胺单体可进行光气化反应重新制备异氰酸酯，实现聚氨酯苯胺单体的循环回收。

技术研发人员：董维亮,于长磊,姜岷,江凌,刘嘉唯,周杰
受保护的技术使用者：南京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/21