2021年綠色化學挑戰獎簡介

康雅嫻，熊犍，饒佳瑋，葉君

（1華南理工大學食品科學與工程學院，廣東廣州 510640；2華南理工大學輕工科學與工程學院，廣東廣州510640；3廣西大學輕工與食品工程學院，廣西南寧 530004）

在慶祝綠色化學挑戰獎（PGCC）創立25年的時候，美國環保署（美國國家環境保護局，EPA）公布了2021年的獲獎名單。經歷了四分之一世紀，該獎項所取得的巨大成就顯示了綠色化學的創新是如何在源頭上防止污染而改變世界：每年減少使用8300萬磅的有毒有害化學品和溶劑；節約了210億加侖水；減少了相當于78億磅CO2氣體的釋放。此外，綠色化學還具有市場競爭力。

1 學術獎（Academic Award）

2021年度PGCC學術獎授予Clemson大學的Srikanth Pilla教授。Srikanth Pilla教授不僅發明了一種制備木質素基非異氰酸酯（NIPU）泡沫技術，還創造性地在NIPU泡沫的使用壽命結束時能夠回收利用泡沫中的木質素。

以前木質素基聚氨酯泡沫塑料制備與傳統的聚氨酯發泡塑料的制備方法類似，即用環氧丙烷對木質素進行氧丙烯化制成活性前體，再與二異氰酸反應制備聚氨酯泡沫。二異氰酸酯是一種已知的致癌物質，其加工過程會極大影響人的健康和安全。

Srikanth Pilla團隊所制得的木質素基NIPU泡沫具有傳統聚氨酯泡沫的機械性能，而且其開拓性的工作是用有機碳酸鹽作為試劑，通過“分子拉鏈”來分解聚合物結構，將泡沫中木質素回收，得到一種活性碳酸化木質素前體，制備一個新的NIPU泡沫。

該工藝的多個合成步驟中使用的催化劑（如碳酸鉀）均可回收，NIPU泡沫所使用的固化劑來源于環保的植物油，并且制備活性前體均采用100%生物基試劑，體現了其可持續性。

2 更綠色化學品設計獎（Designing Greener Chemical Award）

2021年PGCC更綠色化學制品設計獎由Colonial Chemical公司獲得，其開發了來自植物基原料、可生物降解的Suga?Boost表面活性劑。

EPA已經確定：傳統清潔劑中使用的烷基酚聚氧乙烯醚（APEs）在水及土壤中積累，對水生生物具有毒性，會引起水生生物和陸生生物的內分泌紊亂。Suga?Boost表面活性劑是由功能性烷基多聚葡萄糖苷（APG）與磺酸、磷酸、季銨、甘氨酸和檸檬酸等改性制備，清潔性能等同于或優于APEs，且不產生毒性等有害物質。所制備的APG原料糖及脂肪醇均為天然可再生，APG功能化制備Suga?Boost時僅以水作為溶劑，沒有廢氣排放和廢水產生，不含已知的致癌物。

Suga?Boost在制造過程中耗能更少，采用植物基材料，可生物降解，可代替傳統表面活性劑，如取代含氧乙烯基（EO）的表面活性劑、月桂醇聚醚硫酸酯鈉（SLES）和APEs等。

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

Bristol Myers Squibb公司的化學研發團隊開發了一類新的、可持續的試劑，從而獲得2021年PGCC更綠色反應條件獎。

Bristol Myers開發了5種可相互兼容的試劑，包括磷酸二酯、二硫代磷酸鹽、同手性和外消旋硫代磷酸鹽、同手性磷酸鹽和手性三磷酸化合物。

Bristol Myers技術的其中一個關鍵點在于使用這些含磷試劑進行固相合成時，不是用傳統性氧化反應，減少了所需試劑和溶劑的使用量，并可以提高中間產物的穩定性。這些含磷試劑對空氣的耐受性更高、耐濕性更強，且不需要專門運輸和儲存。此外，這些試劑均可從檸檬烯制得。檸檬烯是由廢棄柑橘皮而制得的產品。最后，這些新的試劑可以應用到化學和生物等多種體系中。例如，這些試劑可以快速合成用于疾病研究的相關化學催化劑和用于疾病研究的多種生物探針。

這項工作表明，化學領域創新性的進步將推動整個領域向著更高效、更綠色的方向發展。

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

默克公司（Merck&Co.Inc.）開發了一種綠色可持續的商業化Gefapixant檸檬酸鹽生產工藝，獲得2021年PGCC更綠色合成路線獎。

Gefapixant是嘌呤類受體P2X3的拮抗劑，用于治療慢性咳嗽。已商業化生產的Gefapixant工藝是多步合成，過程質量強度（PMI）為366。默克公司新工藝的PMI降為88。其創新點包括：①兩步高效合成甲氧基苯酚；②使用混合流分批處理工藝合成二胺基嘧啶；③直接合成磺胺；④一種新的、高效的鹽置換反應持續生產目標產物。該新工藝顯著提高了產量并降低了85.7%的原材料成本；取代了原工藝中高風險的烷基化步驟；同時減少了二氧化碳和一氧化碳的排放。

該可持續生產過程開發的關鍵是智能PMI工具。該工具幫助默克公司的科學家找到了從通用化學品到活性藥物成分最直接且可持續的路徑。默克公司詮釋了綠色化學原理和智能PMI相結合在藥品制造中具有廣泛應用的可能。

5 小企業獎（Small Business Award）

Xplosafe公司因開發了用于污水處理的高效吸附劑PhosRox而獲得2021年PGCC小企業獎。PhosRox是一種可吸附污水中的氨、磷酸鹽以及硝酸鹽的優良吸附劑，吸附后的PhosRox可制成具有緩釋功能的肥料微粒。

水體中過量的氮和磷帶來嚴重的環境問題，即水體富營養化。富營養化水體中，藻類生物的不可控生長，使水中的氧濃度下降，水質下降，導致生態系統危機。

PhosRox是多種金屬氧化物制造的孔狀陶瓷材料。在污水中富集氨、磷酸鹽以及硝酸鹽，并轉化為肥料微粒。吸附硝酸鹽的陶瓷則是先制備成含硝酸根離子的凝膠，經過印壓煅燒工藝制成大小適中的孔隙及排列的金屬離子陶瓷來吸附硝酸鹽。形成含硝酸根離子凝膠時的副產物硝酸鉀可直接用作肥料。

當PhosRox吸附富營養后可作為農用肥料，具有緩釋性，增強了土壤的營養保持能力，防止肥料流失并且能夠保持水分的功能。

目前評估PhosRox可結合Hydra Water技術應用在其他方面，如家庭魚缸、水池、游泳池以及人工水景等。