2012年美國總統綠色化學挑戰獎簡介

XIONG Yedan, 葉 君，熊 犍

2華南理工大學輕工與食品學院，廣東 廣州 510641）

2012年美國總統綠色化學挑戰獎簡介

XIONG Yedan1, 葉 君2，熊 犍2

（1Department of Plant and Soil Science, Texas Tech University,Lubbock Texas 79409；

2華南理工大學輕工與食品學院，廣東 廣州 510641）

美國環保署官方網站于2012年6月19日（美國東部時間）發布了2012年度（第十六屆）美國總統綠色化學挑戰獎的獲獎名單，與往年相比，2012年最大的特點是學術獎由兩個團隊分享。本文介紹其5個獎項的6個得主及其成果。

1 更綠色合成路線獎（Greener Synthetic Pathways Award）

更綠色合成路線獎由Codexis公司（Codexis,Inc.）因開發更有效的生物催化劑LovD生產辛伐他汀（Simvastatin）而榮獲。

辛伐他汀是由Merck公司研發的治療降膽固醇的藥物，注冊商標為Zocor?。2005年Zocor?是Merck最暢銷的藥品，全世界銷量第二的他汀類藥物，銷售額達50億美元。2006年Zocor?專利的保護到期后，辛伐他汀成為最受歡迎的處方他汀類藥物。

辛伐他汀是以洛伐他汀為底物（前體），在洛伐他汀側鏈碳2位置增加一個甲基。傳統制備辛伐他汀工藝理論產量少于70%，還需要用大量有毒有害的試劑。加州大學洛杉磯分校（UCLA）的Yi Tang教授團隊篩選出了一個有特定選擇?；纳锎呋瘎㎜ovD以及實用的、低成本的?；o體dimethylbutyryl-S- methylmercaptopropionate（DMBSMMP）。Codexis公司從UCLA購買了此項專利并進行改進。其新的合成路線：水解洛伐他汀轉換成水溶性的莫納科林J銨鹽，在LovD酰基轉移酶為催化劑與DMB-SMMP反應，合成不溶于水的辛伐他汀銨鹽。唯一的副產物是可循環利用的3-甲巰基丙酸。在投放75 g/L的莫納科林J時，辛伐他汀銨鹽的最終產率超過97%。該技術具有實際可行性和高收益性，避免了使用原工藝中數種有害化學品。目前，使用新方法已經生產超過10噸的辛伐他汀。

2 更綠色反應條件獎（Greener Reaction Conditions Award）

Cytec工業公司（Cytec Industries Inc.）因研發MAXHTA拜耳法方鈉石積垢抑制劑而榮獲2012年更綠色反應條件獎。

拜耳公司（Bayer）將鋁土礦轉化為冶煉鋁的氧化鋁時，副產物方鈉石（鋁硅酸鹽）會在熱交換器和管道上結垢，導致使得熱交換器的效率降低，增加了能耗；而除去積垢需要停止生產并用硫酸清洗。

Cytec 自主研發了為Bayer法特定的MAX HT?方鈉石積垢抑制劑。抑制劑的使用計量為20～40 ppm，有效成分包括了相對分子質量為10000～30000硅烷；用美國環保署可持續性未來發展項目標準衡量其總量對環境和人體無害。

MAX HT?最大特點是提高效率，如水溶段從8～10天清洗一次，增加到45～60天清洗一次，蒸餾段從20～30天清洗一次，延長為150天清洗一次。目前，全世界有約73個工廠使用該法，每個廠的年生產量20萬～600萬噸氧化鋁，全世界的18個生產廠正用此項技術進行技術改造。已經有7家進行試生產，每個使用的廠家每年節省200萬～2000萬美元，所有工廠已確認節省9.5萬億～47.5萬億Btu的能量，約為11億～77億磅CO2的排放量。減少污染水排放七千六百萬到兩三千萬磅。

3 設計更綠色化學品獎（Designing Greener Chemicals Award）

2012年的該獎項由Buckman國際公司（Buckman International, Inc.）獲得，以表彰該公司用酶制劑來降低生產高品質紙和紙板的能耗和木質纖維用量。

Buckman的Maximyze?技術包含了新的纖維素酶以及一些由天然資源和產物發酵產生的組合酶。在打漿度相同時，經Maximyze?酶處理的木質纖維具有更多的氫鍵作用，使得紙和紙板的強度和品質得以改善。這就意味著可以降低紙制品中纖維素的含量或增加碳酸鈣的量，或還可以使用更多的廢紙漿；減少在打漿時的能源。與目前工藝中使用的化學品相比，Maximyze?酶處理的毒性小，且操作、加工、運輸以及使用的安全性高，而且aximyze?酶的處理過程安全，本身也可以再循環利用。

過去兩年里，Maximyze?酶第一個商業化應用是高檔紙的制造中。2011年在美國西北地區的制漿造紙廠中開始向漂白漿中添加Maximyze?酶用于生產飯盒的紙板。這將機器速度提高到每分鐘20英尺，從而將產量提高了2%；它也將機械打漿度降低了40%從而大大節省了能源，最終在保障質量的同時，將1000平方英尺的紙張定量降低了3磅，降低了至少1%的木漿用量，這將每年用于生產飯盒的木材量減少了至少2500噸。Buckman估計一臺機器使用Maximyze?酶技術每年可節省相當于25000棵樹的木漿。另一個大廠自2010年1月以來使用Maximyze?酶生產高檔紙每年節省超過1千萬美元。Buckman在美國及其它地方成功將這項新技術應用于超過50個紙廠。

4 小企業獎（Small Business Award）

Elevance可再生科學公司（Elevance Renewable Sciences, Inc.）因采用了獲得諾貝爾獎的催化技術來裂解原油，并高效合成新的綠色化學品而榮獲2012年小企業獎。

Elevance的核心技術利用諾貝將得主Robert H Grubbs博士的成果，并在2011年與XiMoAG公司協議，使用另一個諾貝爾獎得主 Richard Schrock博士的鉬和鎢的置換催化技術。該項集成技術的成果是得到具有高附加值的雙官能團的商業化化學品，如將傳統單一功官能團的酸或脂合二為一。Elevance技術還可在低壓低溫下裂解多種可再生原材料。其產品包括新型的表面活性劑、潤滑油、添加劑、聚合物和工程熱塑性塑料。例如，更濃縮的冷水洗滌用清洗劑配方，同時具有高清潔能力。

Elevance是唯一的可以生產這種雙官能團化學品的公司，該技術比傳統技術減少50%的溫室氣體排放，消耗較少的能量。

Elevance正在印度尼西亞的Gresik和密西西比的納奇滋建設世界級的工廠，這些工廠年生產能力超過10億磅，該公司還向南美發展。Elevance還和全球產業鏈的巨頭建立了戰略伙伴關系，以確保這些產品的商業化進程。

5 學術獎（Academic Award）

2012年有兩個并列的學術獎得主。他們是斯坦福大學的Waymouth教授、IBM的Almaden研究中心的Hedrick博士以及康奈爾大學的Coates教授。

斯坦福大學的Waymouth教授和IBM的Almaden研究中心的Hedrick博士研發了高活性、環境友好的有機催化劑而獲得學術獎。

傳統合成聚酯以及其它通用塑料所必須使用的是金屬引發劑，在塑料當中會殘留，從而影響人體健康與環境質量。Waymouth教授和Hedrick博士研發了一類高活性、環境友好的、可生物降解的，高效、無毒有機引發劑，用于多種官能團的有機物高分子合成。用該引發劑得到可生物降解的聚合物通過生物醫學應用中的細胞毒性測試。他們的引發劑可用于：① 合成聚碳酸酯、聚硅氧烷和聚丙烯酸酯；②聚酯的化學再利用；③用非金屬聚合物做無機物的模版用于微電子領域；④開發新的高分子量環狀聚合物合成路線。這個團隊證實了該引發劑的聚合新機理，這個機理所創造的聚合物架構完全不同于傳統方法所合成的。他們還開發了大量降解聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）的有機催化劑，可以將PET瓶子降解后在新瓶子成型中循環利用以緩解數萬噸的PET垃圾的危害。Waymouth教授和Hedrick博士已經發表八十余篇文章和8個專利。

他們發明這些有機催化劑應用在聚合物化學、生物醫學材料以及可循環利用的塑料中。與傳統的金屬催化過程相比，他們的方法更環境友好、原子經濟利用率更高、能耗更低。

康奈爾大學的Coates教授，因用CO2和CO合成可生物降解的聚合物也獲學術獎殊榮。

Coates教授的創新是利用CO2、CO、植物油和乳酸等便宜、可再生物質合成塑料。Coates教授開發了高活性和高選擇性的催化劑，用于CO2與環氧化合物共聚生成高性能的聚碳酸酯；還發明了一簇催化劑，能夠將一兩個分子的CO插入到環氧化合物中生成在合成藥物、精細化工和塑料中都有廣泛應用的β-內酯和琥珀酸。從CO2和CO生成的聚合物都含有酯和碳酸酯。這些聚合物在通用塑料領域中展示了獨特的性能，還可生物降解。

在2010年Novomer和DSM達成共識，將Coates教授的催化劑合成的新聚碳酸酯開發成商業化涂料，來取代雙酚A的環氧制品。因為在全世界，雙酚A 用于生產食品和飲料罐，但從制品中溢出的雙酚A會影響人的內分泌，所以這個發明是非常重要的。目前，這些新型聚合物還用于電子制造業生產更有效的電子元器件。

這些新的聚碳酸酯涂料應用將減少一半的石油用量和一半的CO2排放。市場分析顯示：僅Novomer的原料，每年可潛在地降低約18億噸的CO2排放。

Xiong Yedan（1990—），女。聯系人：熊犍，博士，教授，主要從事天然高分子及綠色化學研究。E-mail lcjxiong@scut.edu.cn。