2012年美國(guó)總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)簡(jiǎn)介

XIONG Yedan, 葉 君，熊 犍

2華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東 廣州 510641）

2012年美國(guó)總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)簡(jiǎn)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(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東 廣州 510641）

美國(guó)環(huán)保署官方網(wǎng)站于2012年6月19日（美國(guó)東部時(shí)間）發(fā)布了2012年度（第十六屆）美國(guó)總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)名單，與往年相比，2012年最大的特點(diǎn)是學(xué)術(shù)獎(jiǎng)由兩個(gè)團(tuán)隊(duì)分享。本文介紹其5個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)的6個(gè)得主及其成果。

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

更綠色合成路線獎(jiǎng)由Codexis公司（Codexis,Inc.）因開(kāi)發(fā)更有效的生物催化劑LovD生產(chǎn)辛伐他?。⊿imvastatin）而榮獲。

辛伐他汀是由Merck公司研發(fā)的治療降膽固醇的藥物，注冊(cè)商標(biāo)為Zocor?。2005年Zocor?是Merck最暢銷(xiāo)的藥品，全世界銷(xiāo)量第二的他汀類(lèi)藥物，銷(xiāo)售額達(dá)50億美元。2006年Zocor?專利的保護(hù)到期后，辛伐他汀成為最受歡迎的處方他汀類(lèi)藥物。

辛伐他汀是以洛伐他汀為底物（前體），在洛伐他汀側(cè)鏈碳2位置增加一個(gè)甲基。傳統(tǒng)制備辛伐他汀工藝?yán)碚摦a(chǎn)量少于70%，還需要用大量有毒有害的試劑。加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）的Yi Tang教授團(tuán)隊(duì)篩選出了一個(gè)有特定選擇酰化的生物催化劑LovD以及實(shí)用的、低成本的?；o體dimethylbutyryl-S- methylmercaptopropionate（DMBSMMP）。Codexis公司從UCLA購(gòu)買(mǎi)了此項(xiàng)專利并進(jìn)行改進(jìn)。其新的合成路線：水解洛伐他汀轉(zhuǎn)換成水溶性的莫納科林J銨鹽，在LovD酰基轉(zhuǎn)移酶為催化劑與DMB-SMMP反應(yīng)，合成不溶于水的辛伐他汀銨鹽。唯一的副產(chǎn)物是可循環(huán)利用的3-甲巰基丙酸。在投放75 g/L的莫納科林J時(shí)，辛伐他汀銨鹽的最終產(chǎn)率超過(guò)97%。該技術(shù)具有實(shí)際可行性和高收益性，避免了使用原工藝中數(shù)種有害化學(xué)品。目前，使用新方法已經(jīng)生產(chǎn)超過(guò)10噸的辛伐他汀。

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

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

拜耳公司（Bayer）將鋁土礦轉(zhuǎn)化為冶煉鋁的氧化鋁時(shí)，副產(chǎn)物方鈉石（鋁硅酸鹽）會(huì)在熱交換器和管道上結(jié)垢，導(dǎo)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(chǎn)并用硫酸清洗。

Cytec 自主研發(fā)了為Bayer法特定的MAX HT?方鈉石積垢抑制劑。抑制劑的使用計(jì)量為20～40 ppm，有效成分包括了相對(duì)分子質(zhì)量為10000～30000硅烷；用美國(guó)環(huán)保署可持續(xù)性未來(lái)發(fā)展項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)衡量其總量對(duì)環(huán)境和人體無(wú)害。

MAX HT?最大特點(diǎn)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(zhǎng)為150天清洗一次。目前，全世界有約73個(gè)工廠使用該法，每個(gè)廠的年生產(chǎn)量20萬(wàn)～600萬(wàn)噸氧化鋁，全世界的18個(gè)生產(chǎn)廠正用此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行技術(shù)改造。已經(jīng)有7家進(jìn)行試生產(chǎn)，每個(gè)使用的廠家每年節(jié)省200萬(wàn)～2000萬(wàn)美元，所有工廠已確認(rèn)節(jié)省9.5萬(wàn)億～47.5萬(wàn)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(wàn)到兩三千萬(wàn)磅。

3 設(shè)計(jì)更綠色化學(xué)品獎(jiǎng)（Designing Greener Chemicals Award）

2012年的該獎(jiǎng)項(xiàng)由Buckman國(guó)際公司（Buckman International, Inc.）獲得，以表彰該公司用酶制劑來(lái)降低生產(chǎn)高品質(zhì)紙和紙板的能耗和木質(zhì)纖維用量。

Buckman的Maximyze?技術(shù)包含了新的纖維素酶以及一些由天然資源和產(chǎn)物發(fā)酵產(chǎn)生的組合酶。在打漿度相同時(shí)，經(jīng)Maximyze?酶處理的木質(zhì)纖維具有更多的氫鍵作用，使得紙和紙板的強(qiáng)度和品質(zhì)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(shí)的能源。與目前工藝中使用的化學(xué)品相比，Maximyze?酶處理的毒性小，且操作、加工、運(yùn)輸以及使用的安全性高，而且aximyze?酶的處理過(guò)程安全，本身也可以再循環(huán)利用。

過(guò)去兩年里，Maximyze?酶第一個(gè)商業(yè)化應(yīng)用是高檔紙的制造中。2011年在美國(guó)西北地區(qū)的制漿造紙廠中開(kāi)始向漂白漿中添加Maximyze?酶用于生產(chǎn)飯盒的紙板。這將機(jī)器速度提高到每分鐘20英尺，從而將產(chǎn)量提高了2%；它也將機(jī)械打漿度降低了40%從而大大節(jié)省了能源，最終在保障質(zhì)量的同時(shí)，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(chǎn)飯盒的木材量減少了至少2500噸。Buckman估計(jì)一臺(tái)機(jī)器使用Maximyze?酶技術(shù)每年可節(jié)省相當(dāng)于25000棵樹(shù)的木漿。另一個(gè)大廠自2010年1月以來(lái)使用Maximyze?酶生產(chǎn)高檔紙每年節(jié)省超過(guò)1千萬(wàn)美元。Buckman在美國(guó)及其它地方成功將這項(xiàng)新技術(shù)應(yīng)用于超過(guò)50個(gè)紙廠。

4 小企業(yè)獎(jiǎng)（Small Business Award）

Elevance可再生科學(xué)公司（Elevance Renewable Sciences, Inc.）因采用了獲得諾貝爾獎(jiǎng)的催化技術(shù)來(lái)裂解原油，并高效合成新的綠色化學(xué)品而榮獲2012年小企業(yè)獎(jiǎng)。

Elevance的核心技術(shù)利用諾貝將得主Robert H Grubbs博士的成果，并在2011年與XiMoAG公司協(xié)議，使用另一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)得主 Richard Schrock博士的鉬和鎢的置換催化技術(shù)。該項(xiàng)集成技術(shù)的成果是得到具有高附加值的雙官能團(tuán)的商業(yè)化化學(xué)品，如將傳統(tǒng)單一功官能團(tuán)的酸或脂合二為一。Elevance技術(shù)還可在低壓低溫下裂解多種可再生原材料。其產(chǎn)品包括新型的表面活性劑、潤(rùn)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(shí)具有高清潔能力。

Elevance是唯一的可以生產(chǎn)這種雙官能團(tuán)化學(xué)品的公司，該技術(shù)比傳統(tǒng)技術(shù)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(shè)世界級(jí)的工廠，這些工廠年生產(chǎn)能力超過(guò)10億磅，該公司還向南美發(fā)展。Elevance還和全球產(chǎn)業(yè)鏈的巨頭建立了戰(zhàn)略伙伴關(guān)系，以確保這些產(chǎn)品的商業(yè)化進(jìn)程。

5 學(xué)術(shù)獎(jiǎng)（Academic Award）

2012年有兩個(gè)并列的學(xué)術(shù)獎(jiǎng)得主。他們是斯坦福大學(xué)的Waymouth教授、IBM的Almaden研究中心的Hedrick博士以及康奈爾大學(xué)的Coates教授。

斯坦福大學(xué)的Waymouth教授和IBM的Almaden研究中心的Hedrick博士研發(fā)了高活性、環(huán)境友好的有機(jī)催化劑而獲得學(xué)術(shù)獎(jiǎng)。

傳統(tǒng)合成聚酯以及其它通用塑料所必須使用的是金屬引發(fā)劑，在塑料當(dāng)中會(huì)殘留，從而影響人體健康與環(huán)境質(zhì)量。Waymouth教授和Hedrick博士研發(fā)了一類(lèi)高活性、環(huán)境友好的、可生物降解的，高效、無(wú)毒有機(jī)引發(fā)劑，用于多種官能團(tuán)的有機(jī)物高分子合成。用該引發(fā)劑得到可生物降解的聚合物通過(guò)生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的細(xì)胞毒性測(cè)試。他們的引發(fā)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(xué)再利用；③用非金屬聚合物做無(wú)機(jī)物的模版用于微電子領(lǐng)域；④開(kāi)發(fā)新的高分子量環(huán)狀聚合物合成路線。這個(gè)團(tuán)隊(duì)證實(shí)了該引發(fā)劑的聚合新機(jī)理，這個(gè)機(jī)理所創(chuàng)造的聚合物架構(gòu)完全不同于傳統(tǒng)方法所合成的。他們還開(kāi)發(fā)了大量降解聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）的有機(jī)催化劑，可以將PET瓶子降解后在新瓶子成型中循環(huán)利用以緩解數(shù)萬(wàn)噸的PET垃圾的危害。Waymouth教授和Hedrick博士已經(jīng)發(fā)表八十余篇文章和8個(gè)專利。

他們發(fā)明這些有機(jī)催化劑應(yīng)用在聚合物化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)材料以及可循環(huán)利用的塑料中。與傳統(tǒng)的金屬催化過(guò)程相比，他們的方法更環(huán)境友好、原子經(jīng)濟(jì)利用率更高、能耗更低。

康奈爾大學(xué)的Coates教授，因用CO2和CO合成可生物降解的聚合物也獲學(xué)術(shù)獎(jiǎng)殊榮。

Coates教授的創(chuàng)新是利用CO2、CO、植物油和乳酸等便宜、可再生物質(zhì)合成塑料。Coates教授開(kāi)發(fā)了高活性和高選擇性的催化劑，用于CO2與環(huán)氧化合物共聚生成高性能的聚碳酸酯；還發(fā)明了一簇催化劑，能夠?qū)⒁粌蓚€(gè)分子的CO插入到環(huán)氧化合物中生成在合成藥物、精細(xì)化工和塑料中都有廣泛應(yīng)用的β-內(nèi)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(lǐng)域中展示了獨(dú)特的性能，還可生物降解。

在2010年Novomer和DSM達(dá)成共識(shí)，將Coates教授的催化劑合成的新聚碳酸酯開(kāi)發(fā)成商業(yè)化涂料，來(lái)取代雙酚A的環(huán)氧制品。因?yàn)樵谌澜?，雙酚A 用于生產(chǎn)食品和飲料罐，但從制品中溢出的雙酚A會(huì)影響人的內(nèi)分泌，所以這個(gè)發(fā)明是非常重要的。目前，這些新型聚合物還用于電子制造業(yè)生產(chǎn)更有效的電子元器件。

這些新的聚碳酸酯涂料應(yīng)用將減少一半的石油用量和一半的CO2排放。市場(chǎng)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(lián)系人：熊犍，博士，教授，主要從事天然高分子及綠色化學(xué)研究。E-mail lcjxiong@scut.edu.cn。