2021年绿色化学挑战奖简介

康雅娴，熊犍，饶佳玮，叶君

（1华南理工大学食品科学与工程学院，广东广州 510640；2华南理工大学轻工科学与工程学院，广东广州510640；3广西大学轻工与食品工程学院，广西南宁 530004）

在庆祝绿色化学挑战奖（PGCC）创立25年的时候，美国环保署（美国国家环境保护局，EPA）公布了2021年的获奖名单。经历了四分之一世纪，该奖项所取得的巨大成就显示了绿色化学的创新是如何在源头上防止污染而改变世界：每年减少使用8300万磅的有毒有害化学品和溶剂；节约了210亿加仑水；减少了相当于78亿磅CO2气体的释放。此外，绿色化学还具有市场竞争力。

1 学术奖（Academic Award）

2021年度PGCC学术奖授予Clemson大学的Srikanth Pilla教授。Srikanth Pilla教授不仅发明了一种制备木质素基非异氰酸酯（NIPU）泡沫技术，还创造性地在NIPU泡沫的使用寿命结束时能够回收利用泡沫中的木质素。

以前木质素基聚氨酯泡沫塑料制备与传统的聚氨酯发泡塑料的制备方法类似，即用环氧丙烷对木质素进行氧丙烯化制成活性前体，再与二异氰酸反应制备聚氨酯泡沫。二异氰酸酯是一种已知的致癌物质，其加工过程会极大影响人的健康和安全。

Srikanth Pilla团队所制得的木质素基NIPU泡沫具有传统聚氨酯泡沫的机械性能，而且其开拓性的工作是用有机碳酸盐作为试剂，通过“分子拉链”来分解聚合物结构，将泡沫中木质素回收，得到一种活性碳酸化木质素前体，制备一个新的NIPU泡沫。

该工艺的多个合成步骤中使用的催化剂（如碳酸钾）均可回收，NIPU泡沫所使用的固化剂来源于环保的植物油，并且制备活性前体均采用100%生物基试剂，体现了其可持续性。

2 更绿色化学品设计奖（Designing Greener Chemical Award）

2021年PGCC更绿色化学制品设计奖由Colonial Chemical公司获得，其开发了来自植物基原料、可生物降解的Suga®Boost表面活性剂。

EPA已经确定：传统清洁剂中使用的烷基酚聚氧乙烯醚（APEs）在水及土壤中积累，对水生生物具有毒性，会引起水生生物和陆生生物的内分泌紊乱。Suga®Boost表面活性剂是由功能性烷基多聚葡萄糖苷（APG）与磺酸、磷酸、季铵、甘氨酸和柠檬酸等改性制备，清洁性能等同于或优于APEs，且不产生毒性等有害物质。所制备的APG原料糖及脂肪醇均为天然可再生，APG功能化制备Suga®Boost时仅以水作为溶剂，没有废气排放和废水产生，不含已知的致癌物。

Suga®Boost在制造过程中耗能更少，采用植物基材料，可生物降解，可代替传统表面活性剂，如取代含氧乙烯基（EO）的表面活性剂、月桂醇聚醚硫酸酯钠（SLES）和APEs等。

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

Bristol Myers Squibb公司的化学研发团队开发了一类新的、可持续的试剂，从而获得2021年PGCC更绿色反应条件奖。

Bristol Myers开发了5种可相互兼容的试剂，包括磷酸二酯、二硫代磷酸盐、同手性和外消旋硫代磷酸盐、同手性磷酸盐和手性三磷酸化合物。

Bristol Myers技术的其中一个关键点在于使用这些含磷试剂进行固相合成时，不是用传统性氧化反应，减少了所需试剂和溶剂的使用量，并可以提高中间产物的稳定性。这些含磷试剂对空气的耐受性更高、耐湿性更强，且不需要专门运输和储存。此外，这些试剂均可从柠檬烯制得。柠檬烯是由废弃柑橘皮而制得的产品。最后，这些新的试剂可以应用到化学和生物等多种体系中。例如，这些试剂可以快速合成用于疾病研究的相关化学催化剂和用于疾病研究的多种生物探针。

这项工作表明，化学领域创新性的进步将推动整个领域向着更高效、更绿色的方向发展。

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

默克公司（Merck&Co.Inc.）开发了一种绿色可持续的商业化Gefapixant柠檬酸盐生产工艺，获得2021年PGCC更绿色合成路线奖。

Gefapixant是嘌呤类受体P2X3的拮抗剂，用于治疗慢性咳嗽。已商业化生产的Gefapixant工艺是多步合成，过程质量强度（PMI）为366。默克公司新工艺的PMI降为88。其创新点包括：①两步高效合成甲氧基苯酚；②使用混合流分批处理工艺合成二胺基嘧啶；③直接合成磺胺；④一种新的、高效的盐置换反应持续生产目标产物。该新工艺显著提高了产量并降低了85.7%的原材料成本；取代了原工艺中高风险的烷基化步骤；同时减少了二氧化碳和一氧化碳的排放。

该可持续生产过程开发的关键是智能PMI工具。该工具帮助默克公司的科学家找到了从通用化学品到活性药物成分最直接且可持续的路径。默克公司诠释了绿色化学原理和智能PMI相结合在药品制造中具有广泛应用的可能。

5 小企业奖（Small Business Award）

Xplosafe公司因开发了用于污水处理的高效吸附剂PhosRox而获得2021年PGCC小企业奖。PhosRox是一种可吸附污水中的氨、磷酸盐以及硝酸盐的优良吸附剂，吸附后的PhosRox可制成具有缓释功能的肥料微粒。

水体中过量的氮和磷带来严重的环境问题，即水体富营养化。富营养化水体中，藻类生物的不可控生长，使水中的氧浓度下降，水质下降，导致生态系统危机。

PhosRox是多种金属氧化物制造的孔状陶瓷材料。在污水中富集氨、磷酸盐以及硝酸盐，并转化为肥料微粒。吸附硝酸盐的陶瓷则是先制备成含硝酸根离子的凝胶，经过印压煅烧工艺制成大小适中的孔隙及排列的金属离子陶瓷来吸附硝酸盐。形成含硝酸根离子凝胶时的副产物硝酸钾可直接用作肥料。

当PhosRox吸附富营养后可作为农用肥料，具有缓释性，增强了土壤的营养保持能力，防止肥料流失并且能够保持水分的功能。

目前评估PhosRox可结合Hydra Water技术应用在其他方面，如家庭鱼缸、水池、游泳池以及人工水景等。