2012年美国总统绿色化学挑战奖简介

XIONG Yedan, 叶 君，熊 犍

2华南理工大学轻工与食品学院，广东 广州 510641）

2012年美国总统绿色化学挑战奖简介

XIONG Yedan1, 叶 君2，熊 犍2

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

2华南理工大学轻工与食品学院，广东 广州 510641）

美国环保署官方网站于2012年6月19日（美国东部时间）发布了2012年度（第十六届）美国总统绿色化学挑战奖的获奖名单，与往年相比，2012年最大的特点是学术奖由两个团队分享。本文介绍其5个奖项的6个得主及其成果。

1 更绿色合成路线奖（Greener Synthetic Pathways Award）

更绿色合成路线奖由Codexis公司（Codexis,Inc.）因开发更有效的生物催化剂LovD生产辛伐他汀（Simvastatin）而荣获。

辛伐他汀是由Merck公司研发的治疗降胆固醇的药物，注册商标为Zocor®。2005年Zocor®是Merck最畅销的药品，全世界销量第二的他汀类药物，销售额达50亿美元。2006年Zocor®专利的保护到期后，辛伐他汀成为最受欢迎的处方他汀类药物。

辛伐他汀是以洛伐他汀为底物（前体），在洛伐他汀侧链碳2位置增加一个甲基。传统制备辛伐他汀工艺理论产量少于70%，还需要用大量有毒有害的试剂。加州大学洛杉矶分校（UCLA）的Yi Tang教授团队筛选出了一个有特定选择酰化的生物催化剂LovD以及实用的、低成本的酰基给体dimethylbutyryl-S- methylmercaptopropionate（DMBSMMP）。Codexis公司从UCLA购买了此项专利并进行改进。其新的合成路线：水解洛伐他汀转换成水溶性的莫纳科林J铵盐，在LovD酰基转移酶为催化剂与DMB-SMMP反应，合成不溶于水的辛伐他汀铵盐。唯一的副产物是可循环利用的3-甲巯基丙酸。在投放75 g/L的莫纳科林J时，辛伐他汀铵盐的最终产率超过97%。该技术具有实际可行性和高收益性，避免了使用原工艺中数种有害化学品。目前，使用新方法已经生产超过10吨的辛伐他汀。

2 更绿色反应条件奖（Greener Reaction Conditions Award）

Cytec工业公司（Cytec Industries Inc.）因研发MAXHTA拜耳法方钠石积垢抑制剂而荣获2012年更绿色反应条件奖。

拜耳公司（Bayer）将铝土矿转化为冶炼铝的氧化铝时，副产物方钠石（铝硅酸盐）会在热交换器和管道上结垢，导致使得热交换器的效率降低，增加了能耗；而除去积垢需要停止生产并用硫酸清洗。

Cytec 自主研发了为Bayer法特定的MAX HT®方钠石积垢抑制剂。抑制剂的使用计量为20～40 ppm，有效成分包括了相对分子质量为10000～30000硅烷；用美国环保署可持续性未来发展项目标准衡量其总量对环境和人体无害。

MAX HT®最大特点是提高效率，如水溶段从8～10天清洗一次，增加到45～60天清洗一次，蒸馏段从20～30天清洗一次，延长为150天清洗一次。目前，全世界有约73个工厂使用该法，每个厂的年生产量20万～600万吨氧化铝，全世界的18个生产厂正用此项技术进行技术改造。已经有7家进行试生产，每个使用的厂家每年节省200万～2000万美元，所有工厂已确认节省9.5万亿～47.5万亿Btu的能量，约为11亿～77亿磅CO2的排放量。减少污染水排放七千六百万到两三千万磅。

3 设计更绿色化学品奖（Designing Greener Chemicals Award）

2012年的该奖项由Buckman国际公司（Buckman International, Inc.）获得，以表彰该公司用酶制剂来降低生产高品质纸和纸板的能耗和木质纤维用量。

Buckman的Maximyze®技术包含了新的纤维素酶以及一些由天然资源和产物发酵产生的组合酶。在打浆度相同时，经Maximyze®酶处理的木质纤维具有更多的氢键作用，使得纸和纸板的强度和品质得以改善。这就意味着可以降低纸制品中纤维素的含量或增加碳酸钙的量，或还可以使用更多的废纸浆；减少在打浆时的能源。与目前工艺中使用的化学品相比，Maximyze®酶处理的毒性小，且操作、加工、运输以及使用的安全性高，而且aximyze®酶的处理过程安全，本身也可以再循环利用。

过去两年里，Maximyze®酶第一个商业化应用是高档纸的制造中。2011年在美国西北地区的制浆造纸厂中开始向漂白浆中添加Maximyze®酶用于生产饭盒的纸板。这将机器速度提高到每分钟20英尺，从而将产量提高了2%；它也将机械打浆度降低了40%从而大大节省了能源，最终在保障质量的同时，将1000平方英尺的纸张定量降低了3磅，降低了至少1%的木浆用量，这将每年用于生产饭盒的木材量减少了至少2500吨。Buckman估计一台机器使用Maximyze®酶技术每年可节省相当于25000棵树的木浆。另一个大厂自2010年1月以来使用Maximyze®酶生产高档纸每年节省超过1千万美元。Buckman在美国及其它地方成功将这项新技术应用于超过50个纸厂。

4 小企业奖（Small Business Award）

Elevance可再生科学公司（Elevance Renewable Sciences, Inc.）因采用了获得诺贝尔奖的催化技术来裂解原油，并高效合成新的绿色化学品而荣获2012年小企业奖。

Elevance的核心技术利用诺贝将得主Robert H Grubbs博士的成果，并在2011年与XiMoAG公司协议，使用另一个诺贝尔奖得主 Richard Schrock博士的钼和钨的置换催化技术。该项集成技术的成果是得到具有高附加值的双官能团的商业化化学品，如将传统单一功官能团的酸或脂合二为一。Elevance技术还可在低压低温下裂解多种可再生原材料。其产品包括新型的表面活性剂、润滑油、添加剂、聚合物和工程热塑性塑料。例如，更浓缩的冷水洗涤用清洗剂配方，同时具有高清洁能力。

Elevance是唯一的可以生产这种双官能团化学品的公司，该技术比传统技术减少50%的温室气体排放，消耗较少的能量。

Elevance正在印度尼西亚的Gresik和密西西比的纳奇滋建设世界级的工厂，这些工厂年生产能力超过10亿磅，该公司还向南美发展。Elevance还和全球产业链的巨头建立了战略伙伴关系，以确保这些产品的商业化进程。

5 学术奖（Academic Award）

2012年有两个并列的学术奖得主。他们是斯坦福大学的Waymouth教授、IBM的Almaden研究中心的Hedrick博士以及康奈尔大学的Coates教授。

斯坦福大学的Waymouth教授和IBM的Almaden研究中心的Hedrick博士研发了高活性、环境友好的有机催化剂而获得学术奖。

传统合成聚酯以及其它通用塑料所必须使用的是金属引发剂，在塑料当中会残留，从而影响人体健康与环境质量。Waymouth教授和Hedrick博士研发了一类高活性、环境友好的、可生物降解的，高效、无毒有机引发剂，用于多种官能团的有机物高分子合成。用该引发剂得到可生物降解的聚合物通过生物医学应用中的细胞毒性测试。他们的引发剂可用于：① 合成聚碳酸酯、聚硅氧烷和聚丙烯酸酯；②聚酯的化学再利用；③用非金属聚合物做无机物的模版用于微电子领域；④开发新的高分子量环状聚合物合成路线。这个团队证实了该引发剂的聚合新机理，这个机理所创造的聚合物架构完全不同于传统方法所合成的。他们还开发了大量降解聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的有机催化剂，可以将PET瓶子降解后在新瓶子成型中循环利用以缓解数万吨的PET垃圾的危害。Waymouth教授和Hedrick博士已经发表八十余篇文章和8个专利。

他们发明这些有机催化剂应用在聚合物化学、生物医学材料以及可循环利用的塑料中。与传统的金属催化过程相比，他们的方法更环境友好、原子经济利用率更高、能耗更低。

康奈尔大学的Coates教授，因用CO2和CO合成可生物降解的聚合物也获学术奖殊荣。

Coates教授的创新是利用CO2、CO、植物油和乳酸等便宜、可再生物质合成塑料。Coates教授开发了高活性和高选择性的催化剂，用于CO2与环氧化合物共聚生成高性能的聚碳酸酯；还发明了一簇催化剂，能够将一两个分子的CO插入到环氧化合物中生成在合成药物、精细化工和塑料中都有广泛应用的β-内酯和琥珀酸。从CO2和CO生成的聚合物都含有酯和碳酸酯。这些聚合物在通用塑料领域中展示了独特的性能，还可生物降解。

在2010年Novomer和DSM达成共识，将Coates教授的催化剂合成的新聚碳酸酯开发成商业化涂料，来取代双酚A的环氧制品。因为在全世界，双酚A 用于生产食品和饮料罐，但从制品中溢出的双酚A会影响人的内分泌，所以这个发明是非常重要的。目前，这些新型聚合物还用于电子制造业生产更有效的电子元器件。

这些新的聚碳酸酯涂料应用将减少一半的石油用量和一半的CO2排放。市场分析显示：仅Novomer的原料，每年可潜在地降低约18亿吨的CO2排放。

Xiong Yedan（1990—），女。联系人：熊犍，博士，教授，主要从事天然高分子及绿色化学研究。E-mail lcjxiong@scut.edu.cn。