ETO1.5戊二胺以及从氨基酸和羧酸中分离二胺的制作方法

发明领域本公开内容涉及在不使用任何有机溶剂的情况下，以高收率以低成本从包含二胺和一种或更多种氨基酸和/或羧酸的混合物中分离二胺的方法。

背景技术：

0、背景

1、二胺用于合成聚酰胺和聚氨酯。例如，1,4-二氨基丁烷和1,6-二氨基己烷分别用于合成尼龙-4,6和尼龙-6,6。二胺通过生物化学或化学方法产生。生物化学方法利用培养经工程化以向培养基分泌二胺或向含有氨基酸的培养基分泌氨基酸脱羧酶的转化微生物(参见例如美国专利11,124,812、11,053,524、11,053,525、10,626,425、10,870,871、10,711,289、10,640,798、10,472,636、10,150,977、9,745,608、9,644,220、9,365,876、9,115,362、8,741,623，其各自通过引用以其整体并入本文)。在分泌氨基酸脱羧酶的微生物的情况下(参见例如8,871,477，通过引用以其整体并入本文)，将氨基酸诸如赖氨酸或鸟氨酸添加到已澄清生物质的培养基中，以通过脱羧酶的作用产生二胺。一些方法利用羧酸的二铵盐来制备二胺(参见例如u.s.8,742,060，通过引用以其整体并入本文)。在任何上述方法中，粗产物是含有来自用于生产二胺的氨基酸和/或羧酸的氨基酸和/或羧酸的复杂混合物，并且培养基通常含有一种或更多种羧酸代谢物，诸如乙酸、草酸、琥珀酸、酒石酸、乳酸和/或其盐，以及胺或羧酸官能团的共轭离子，诸如磷酸根(phosphate)、硫酸根(sulfate)、hcl、氯化物、铵、钠、钾等，它们也可以由于它们作为矿物质营养物添加到培养基中而存在。因此，从这样的复杂混合物中以高收率和纯度以及低成本有效分离二胺仍然是具有挑战性的方法。

2、已经报道了从反应混合物中分离和纯化二胺诸如1,5-戊二胺的若干方法。jp581215(b2)和jp2016033138(a)(其各自通过引用以其整体并入本文)公开了从由热分解或酶促转化的反应混合物获得的混合物中分离1,5-戊二胺的蒸馏方法。已经报道了通过将二胺吸附在中性或阴离子树脂上、然后从树脂洗脱二胺以从反应混合物中分离1,5-戊二胺的若干方法，参见例如cn109942437(a)、cn110563594(a)、cn110143882(a)、cn108276293(a)、us9,878,321(b2)、us10,576,467(b2)、us9,617,202(b2)、howel和byus,analyticalbiochemistry(2002)311(2),127-32和lin等人chinese journal of chromatography(2018)36(11),1189-1193；其各自通过引用以其整体并入本文。us10,265,642(b2)和us10,343,084(b2)(其各自通过引用以其整体并入本文)公开了使用模拟移动床(simulatedmoving bed，smb)吸附技术从进料混合物中分离至少一种选自二胺和ω-氨基酸的胺的方法。其还公开了有用的吸附剂是活性炭、floridin、硅藻土、分子筛、氧化铝、二氧化硅、二氧化硅-氧化铝、二氧化钛(titania)、含有一个或更多个基团(所述基团选自磺酸、羟基、氨基、卤素、吡啶基、被单取代的氨基、被二取代的氨基、酰基、酰氧基、酮基、烷氧基)的聚合树脂、和含有固定的银或铅的聚合树脂(通常称为固定金属亲和柱)。其他引用的吸附剂是orpheus二氧化硅基固定相吸附剂和amberlite xad-4、xad-7、xad-8和xad-418树脂、非极性树脂。洗脱溶剂可以选自水、二醇、酯、腈、酮、醚、甲醇、二醇、酯和脂族和环状醚诸如二甲醚、四氢呋喃和二噁烷。

3、尽管所有上述方法都取得了一些成功，但它们受限于昂贵材料、副产物废物生成、次优收率或其组合。因此，需要以最佳的二胺收率、以更低成本且不需要使用有机溶剂地从含有氨基酸和/或羧酸的反应混合物或发酵液中分离二胺的简单且更有效的方法。

技术实现思路

0、发明概述

1、本发明的第一方面是一种形成1,5-戊二胺(pda)的方法，包括使含有以硫酸根或磷酸根作为共轭阴离子的至少0.3m赖氨酸盐的溶液的混合物与具有赖氨酸脱羧酶活性的酶接触足以将至少50％的赖氨酸转化为pda的时间。在示例性实施方案中，赖氨酸脱羧酶可以由大肠杆菌(e.coli)的cada基因编码。

2、在优选的实施方案中，共轭阴离子是磷酸根。在优选的实施方案中，混合物的ph为8.0至9.0。在更优选的实施方案中，混合物含有ph 8.0至9.0的0.5m至2.9m赖氨酸磷酸盐。在最优选的实施方案中，ph为8.0至8.5。在前述实施方案的最佳实践中，至少90％的赖氨酸转化为pda。在示例性实施例中，通过向赖氨酸游离碱中添加足以将混合物调节至所需ph的量的硫酸或更优选地磷酸而形成赖氨酸盐。

3、前述实施方案还可以包括通过使反应混合物与强碱离子交换树脂接触并从树脂洗脱pda来将pda与赖氨酸和共轭阴离子分离，其中洗脱的pda的纯度为至少85％，含有少于15％的赖氨酸或共轭阴离子。在优选的实施方案中，强碱离子交换树脂配置在模拟移动床设备中。

4、本发明的第二方面涉及从含有二胺和至少一种氨基酸或羧酸的盐的含水进料中分离二胺的方法，包括：使含水进料在5.0至10.0范围内的ph与强阴离子交换树脂床接触，其中以纯度至少85％且含有少于10％(w/w)的氨基酸或羧酸的级分从树脂中洗脱二胺。

5、在一些实施方案中，二胺选自1,2-乙二胺、1,3-丙二胺、1,4-丁二胺(腐胺)、1,5-戊二胺(尸胺)、1,6-己二胺、1,7-庚二胺等。

6、在一种实施方案中，二胺是1,5-戊二胺(pda)，并且至少一种氨基酸盐是赖氨酸盐。

7、在一种实施方案中，进料通过赖氨酸脱羧酶的作用使赖氨酸脱羧而获得。

8、在另一实施方案中，赖氨酸盐选自由赖氨酸磷酸盐和赖氨酸硫酸盐组成的组。

9、在另一实施方案中，含有二胺的洗脱级分中存在少于10％的赖氨酸盐的硫酸根或磷酸根共轭阴离子。

10、在另一种优选的实施方案中，赖氨酸盐是赖氨酸磷酸盐。

11、在一些其他实施方案中，强阴离子交换树脂包含季铵盐。

12、在另一种更优选的实施方案中，洗脱级分中pda的纯度为至少95％并且含有小于5％(w/v)的赖氨酸。

13、在其他实施方案中，用氢氧化物盐从阴离子交换床洗脱至少一种氨基酸和/或羧酸。

14、在一些实施方案中，氢氧化物盐是氢氧化铵。

15、在另一实施方案中，氢氧化物溶液是氢氧化钠或氢氧化钾。

16、在其他实施方案中，进料具有8.0至9.0的范围内的ph。

17、在其他实施方案中，将床填装到模拟移动床设备中包含的一组柱中，所述模拟移动床设备配置有进料装载区、提余液(raffinate)洗脱区和再生区，其中：(a)将进料装载到限定进料装载区的第一柱区段上，(b)从进料装载区下游的第二柱区段以相对于液体流过柱区段的方向洗脱1,5-戊二胺，(c)从提余液洗脱区中的第三柱区段洗脱赖氨酸和赖氨酸盐的共轭阴离子，以及(d)在再生区中使柱再生；并且其中提余液洗脱区不与进料装载区流体连通，并且再生区不与提余液洗脱区流体连通。

18、在优选的实施方案中，将水冲洗液引入到第一柱区段上游限定进料装载区的区段中的柱中；将氢氧化物盐溶液引入到提余液洗脱区内的区段中的柱中；并将水引入到再生区中的柱区段中。

19、在另一实施方案中，赖氨酸盐是赖氨酸磷酸盐。

20、在其他优选实施方案中，模拟移动床设备包括12个柱区段，其中进料装载区包括5个柱区段，提余液洗脱区包括3个柱区段，并且再生区包括4个柱区段。

21、在优选的实施方案中，赖氨酸盐是赖氨酸磷酸盐。

22、本发明的第二方面涉及产生二胺的方法。在一种实施方案中，所述方法包括：

23、(a)在包含磷酸盐或硫酸盐源的培养基中培养经工程化以产生二胺的宿主微生物，以形成磷酸盐或硫酸盐；

24、(b)处理微生物的培养物以产生包含二胺的进料；

25、(c)在使进料与柱中的强阴离子交换树脂床接触，以及

26、(f)从柱中以第一级分洗脱二胺，所述第一级分与含有氨基酸和羧酸盐的第二级分分开；

27、其中二胺以至少95％的纯度从柱中洗脱，并且含有少于5％的氨基酸和/或羧酸。

28、在一些实施方案中，二胺选自1,3-丙二胺、1,4-丁二胺(腐胺)、1,5-戊二胺(尸胺)、1,6-己二胺和1,7-庚二胺。

29、在一些优选的实施方案中，柱包括模拟移动床设备中包含的一组柱，所述模拟移动床设备配置有进料装载区、提余液洗脱区和再生区，其中：(a)将进料装载到限定进料装载区的第一柱区段上，(b)从进料装载区下游的第二柱区段以相对于液体流过柱区段的方向洗脱二胺，(c)从提余液洗脱区中的第三柱区段洗脱赖氨酸和赖氨酸盐的共轭阴离子，以及(d)在再生区中使柱再生；并且其中提余液洗脱区不与进料装载区流体连通，并且再生区不与提余液洗脱区流体连通。

30、在另一实施方案中，该方法涉及产生1,5-戊二胺(pda)的方法，包括：

31、(a)获得由工程化以产生赖氨酸的宿主微生物发酵产生的培养液；

32、(b)从培养液中去除微生物；

33、(c)向培养液中添加磷酸盐或硫酸盐源以形成赖氨酸的磷酸盐或硫酸盐；

34、(d)通过使含有硫酸盐或磷酸盐的培养液与赖氨酸脱羧酶接触使赖氨酸脱羧，形成含有赖氨酸盐和pda的培养液；

35、(e)使含有赖氨酸盐和pda的培养液与柱中的强阴离子交换树脂床接触，以及

36、(f)从柱中以第一级分洗脱pda，所述第一级分与含有赖氨酸和赖氨酸盐的第二级分分开；

37、其中pda以至少95％的纯度从柱中洗脱，并且含有少于5％的赖氨酸。

38、在优选的实施方案中，赖氨酸盐是赖氨酸磷酸盐。

39、在更优选的实施方案中，柱包括模拟移动床设备中包含的一组柱，所述模拟移动床设备配置有进料装载区、提余液洗脱区和再生区，其中：(a)将进料装载到限定进料装载区的第一柱区段上，(b)从进料装载区下游的第二柱区段以相对于液体流过柱区段的方向洗脱1,5-戊二胺，(c)从提余液洗脱区中的第三柱区段洗脱赖氨酸和赖氨酸盐的共轭阴离子，以及(d)在再生区中使柱再生；并且其中提余液洗脱区不与进料装载区流体连通，并且再生区不与提余液洗脱区流体连通。