2021年綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎簡介

康雅嫻，熊犍，饒佳瑋，葉君

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

在慶祝綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎（PGCC）創(chuàng)立25年的時候，美國環(huán)保署（美國國家環(huán)境保護(hù)局，EPA）公布了2021年的獲獎名單。經(jīng)歷了四分之一世紀(jì)，該獎項(xiàng)所取得的巨大成就顯示了綠色化學(xué)的創(chuàng)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(xué)品和溶劑；節(jié)約了210億加侖水；減少了相當(dāng)于78億磅CO2氣體的釋放。此外，綠色化學(xué)還具有市場競爭力。

1 學(xué)術(shù)獎（Academic Award）

2021年度PGCC學(xué)術(shù)獎授予Clemson大學(xué)的Srikanth Pilla教授。Srikanth Pilla教授不僅發(fā)明了一種制備木質(zhì)素基非異氰酸酯（NIPU）泡沫技術(shù)，還創(chuàng)造性地在NIPU泡沫的使用壽命結(jié)束時能夠回收利用泡沫中的木質(zhì)素。

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

Srikanth Pilla團(tuán)隊(duì)所制得的木質(zhì)素基NIPU泡沫具有傳統(tǒng)聚氨酯泡沫的機(jī)械性能，而且其開拓性的工作是用有機(jī)碳酸鹽作為試劑，通過“分子拉鏈”來分解聚合物結(jié)構(gòu)，將泡沫中木質(zhì)素回收，得到一種活性碳酸化木質(zhì)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(huán)保的植物油，并且制備活性前體均采用100%生物基試劑，體現(xiàn)了其可持續(xù)性。

2 更綠色化學(xué)品設(shè)計(jì)獎（Designing Greener Chemical Award）

2021年P(guān)GCC更綠色化學(xué)制品設(shè)計(jì)獎由Colonial Chemical公司獲得，其開發(fā)了來自植物基原料、可生物降解的Suga?Boost表面活性劑。

EPA已經(jīng)確定：傳統(tǒng)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(nèi)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(yōu)于APEs，且不產(chǎn)生毒性等有害物質(zhì)。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(chǎn)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?zhèn)鹘y(tǒng)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(yīng)條件獎（Greener Reaction Conditions Award）

Bristol Myers Squibb公司的化學(xué)研發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一類新的、可持續(xù)的試劑，從而獲得2021年P(guān)GCC更綠色反應(yīng)條件獎。

Bristol Myers開發(fā)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(shù)的其中一個關(guān)鍵點(diǎn)在于使用這些含磷試劑進(jìn)行固相合成時，不是用傳統(tǒng)性氧化反應(yīng)，減少了所需試劑和溶劑的使用量，并可以提高中間產(chǎn)物的穩(wěn)定性。這些含磷試劑對空氣的耐受性更高、耐濕性更強(qiáng)，且不需要專門運(yùn)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(chǎn)品。最后，這些新的試劑可以應(yīng)用到化學(xué)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(guān)化學(xué)催化劑和用于疾病研究的多種生物探針。

這項(xiàng)工作表明，化學(xué)領(lǐng)域創(chuàng)新性的進(jìn)步將推動整個領(lǐng)域向著更高效、更綠色的方向發(fā)展。

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

默克公司（Merck&Co.Inc.）開發(fā)了一種綠色可持續(xù)的商業(yè)化Gefapixant檸檬酸鹽生產(chǎn)工藝，獲得2021年P(guān)GCC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(yè)化生產(chǎn)的Gefapixant工藝是多步合成，過程質(zhì)量強(qiáng)度（PMI）為366。默克公司新工藝的PMI降為88。其創(chuàng)新點(diǎn)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(yīng)持續(xù)生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物。該新工藝顯著提高了產(chǎn)量并降低了85.7%的原材料成本；取代了原工藝中高風(fēng)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(xù)生產(chǎn)過程開發(fā)的關(guān)鍵是智能PMI工具。該工具幫助默克公司的科學(xué)家找到了從通用化學(xué)品到活性藥物成分最直接且可持續(xù)的路徑。默克公司詮釋了綠色化學(xué)原理和智能PMI相結(jié)合在藥品制造中具有廣泛應(yīng)用的可能。

5 小企業(yè)獎（Small Business Award）

Xplosafe公司因開發(fā)了用于污水處理的高效吸附劑PhosRox而獲得2021年P(guān)GCC小企業(yè)獎。PhosRox是一種可吸附污水中的氨、磷酸鹽以及硝酸鹽的優(yōu)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(yán)重的環(huán)境問題，即水體富營養(yǎng)化。富營養(yǎng)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(zhì)下降，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)危機(jī)。

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(zhuǎn)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(jīng)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(chǎn)物硝酸鉀可直接用作肥料。

當(dāng)PhosRox吸附富營養(yǎng)后可作為農(nóng)用肥料，具有緩釋性，增強(qiáng)了土壤的營養(yǎng)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(jié)合Hydra Water技術(shù)應(yīng)用在其他方面，如家庭魚缸、水池、游泳池以及人工水景等。