己二酸的“绿色”之道

2015-06-16 09:36:00

己二酸(Adipicacid)又称肥酸,是一种重要的有机二元酸,能发生成盐反应、酯化反应、酰胺化反应等,并能与二元胺或二元醇缩聚成高分子聚合物等。

在化工生产、有机合成工业、医药、润滑剂制造等方面,己二酸都有重要作用,以生产尼龙66和工程塑料为主,同时也是医药、酵母提纯、杀虫剂、粘合剂、合成革、合成染料和香料的原料。己二酸还可以用于生产造纸化学品和合成润滑剂的湿润增强树脂等。己二酸是合成尼龙的重要原料,同时也是很重要的工业化学品的中间体。2013年,全球己二酸年产量超过350万吨,需求量每年约增长5%

1937年,美国杜邦公司用硝酸氧化环己醇首先实现了己二酸的工业化生产,从此拉开己二酸生产方式改进的序幕。进入80年代,己二酸的研究空前活跃,1990年发表专利30余篇,原料从环己烷扩大到丁二烯、环己烯,生产技术涉足电化学范畴等。目前全球近95%的己二酸是用石油通过“硝酸氧化法”制造的,但制造过程会产生及释放破坏臭氧层及造成地球暖化的一氧化二氮(N2O,俗称“笑气”),既不环保也不稳定。

在自然界中,己二酸是甜菜的组成部分,也存在于甜萝卜中。受此启发,世界上很多科学们正在想方设法从自然界中得到己二酸。

从果核中提炼己二酸

20144月,新加坡生物工程与奈米科技研究院(InstituteofBioengineeringandNanotechnologyIBN)的研究团队已发现一种环保且低成本的制衣方式,能简单稳定地从果核中提炼化学原料。与石油制取的己二酸相比,从果核中提炼出的己二酸是通过黏液酸转化而成。果核糖分通过高压氢气和强酸的反应氧化可生成黏液酸,但成本高且不安全。该方法可使黏液酸的脱水、加氢全部在同一锅里完成,转化率接近100%,更加环保、稳定,成本也较低廉。

该研究团队还在进行进一步测试,期望将该方法推广,实现大规模商业化生产。

癌症研究意外发现“绿色”己二酸

2008年和2009年,美国杜克大学癌症研究所的研究人员在胶质母细胞瘤及其他脑肿瘤的研究中发现,一种基因突变可以改变已知的异柠檬酸脱氢酶的功能。研究人员预感到,出现在癌症的基因突变可能会引发在酵母和细菌中发现的(同分异构柠檬酸脱氢酶)类似相关酶的功能变化,这将可创建生产“绿色”己二酸所必需的、难以捉摸的2-羟基脂酸脱氢酶。

20129月,研究人员偶然发现了一种更便宜、更环保生产尼龙的方法。基于癌症研究的技术和生化工程之间的相似性,赖特曼与同事深入研究己二酸的问题,并发现这两个领域都是依靠将一个小分子转换到另外一种酶,这种酶可将有机物转换成合成材料,如己二酸。然而,该系列酶中称为2-羟基脂酸脱氢酶的一个关键酶从未获得过,这在组装线上留下一个缺失环节。

利用臭氧生产的“绿色”尼龙

20151月,台湾清大化学系教授黄国柱团队耗时2年,研发出低污染、低耗能的尼龙绿色制程。黄国柱表示,在模拟大气层中臭氧及紫外光分解有机物的过程,发现利用臭氧及同时紫外光照射,可于室温下将环己烷氧化成“己二酸”,己二酸是制造尼龙(Nylon)的前驱物。这个反应过程不仅低耗能、低污染,而且是高质能转换效率。由于这个反应过程完全没有使用到催化剂,且转换效率高,可望减少至少1/3的制作成本。

这一研究问世后,获刊登最新一期的“Science”期刊上。

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