2017年绿色化学挑战奖简介

杨懿，叶君，陈秋铭，熊犍

（1华南理工大学轻工科学与工程学院，广东 广州 510640；2华南理工大学食品科学与工程学院，广东 广州 510640）

2017年绿色化学挑战奖简介

杨懿1，叶君1，陈秋铭1，熊犍2

（1华南理工大学轻工科学与工程学院，广东 广州 510640；2华南理工大学食品科学与工程学院，广东 广州 510640）

2017年6月9日（美国东部时间）美国环保署（EPA）官方网站公布了2017年绿色化学挑战奖的获奖名单。已有22年历史的美国总统绿色化学挑战奖改名为绿色化学挑战奖，并取消特定环境效益：气候变化奖。6月12号在首都华盛顿进行绿色化学挑战奖颁奖典礼，并同时举行第21届绿色化学与工程年会。

1 学术奖（Academic Award）

2017年度学术奖授予宾夕法尼亚大学的Eric J. SCHELTER教授。SCHELTER教授发明了一种通过定制金属复合物以循环利用稀土元素的技术，该法简单、快速、低成本。

稀土元素在现代技术中发挥不可替代的巨大作用，应用在可再生能源、电子、照明及国防等领域。在美国，每年大约消耗1.7万吨的稀土氧化物，应用于如风力涡轮机、催化剂、照明荧光粉、电动机、电池、移动电话等。但稀土元素具有相似的化学性质，使得稀土在开采、冶炼以及纯化中不但需要大量的水、酸、有机溶剂、消耗很多能量，还产生大量的氢氟酸、有机物以及放射性废物（包括铀、钍以及它们的衰变产物），给环境带来严重的污染。美国能源部门已经将部分稀土元素定义为“危险的”材料。化学分离困难也成为稀土元素循环利用的主要阻碍，目前的循环率使用只有1%。

SCHELTER教授的团队发明了一种新的针对性方法，其原理是基于稀土复合物溶解性的不同，采用定制的有机化合物可以简单、有效地分离稀土混合物，并降低成本。荧光粉（总体市场的32%，下同）和磁性材料（38%），分别含有钕/镝、铕/钇的混合物，是循环利用的最合适目标。SCHELTER教授的团队已经合成了一种新型有机化合物[tris(2-tert-butylhydroxylaminato)benzylamine，H3TriNOx)]用于分离。

目前，该技术正向实用及工业化可行的循环过程迈进，最近的DOE大奖将支持这项技术的进一步发展。

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

2017年更绿色化学品设计奖由陶氏化学品公司（The Dow Chemical Company）与德国的澳沽斯特科勒股份公司（Papierfabrik August Koehler SE）获得。

热敏纸广泛应用于制作收银机收据、票券和各种标签等。热敏纸含有无色染料和酸性显影剂，在加热的条件下，染料被显影剂质子化，由白色转成黑色。目前在热敏纸中使用的显影剂如双酚A（BPA）和双酚S（BPS）存在强光照射后或长期存储褪色的问题。

陶氏化学品公司和科勒公司开发了一种不用显影剂的热敏纸专利技术。该热敏纸有3层，顶部为不透明层ROPAQUETM NT™-2900聚合物，中间为着色层，底部为纸。不透明层包含中空的颗粒掩盖下层的着色层。着色层含有聚合物黏合剂和永久性颜料（如炭黑）。当对热印顶端的纸张施加热量时，部分中空颗粒破裂后变得透明，下层的着色层就变得可见。成像过程是物理变化而不是化学变化，避免了光照或长期存储褪色的问题。

在2014年，这种热敏纸张就已经在德国的4家小型食品连锁店和伦敦的1个家庭中心试用，大规模的商业推广计划将于2017年进行。

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

安进公司（Amgen Inc.）与瑞士的巴赫公司（Bachem）通过开发固相肽合成技术，改进药品ParsabivTM的活性成分Etelcalcatide生产的工艺，而获得更绿色反应条件奖。该工艺的化学溶剂用量减少71%，操作时间减少56%，成本降低76%。减少1440m3或更多废物，其中包括750m3多的废水。

肽药物具有高特异性、耐受性、良好的亲和力以及优异的安全性，在治疗如癌症、酶缺乏症、蛋白质功能障碍、遗传和退行性疾病以及传染病方面比小分子药物更为理想。目前，市场上有超过60种FDA批准的肽类药物，还有超过600种处于临床试验或临床开发中。但平均生产1kg肽需要超过5t溶剂。

Etelcalcetide是一种治疗成年患者继发性甲状旁腺功能亢进慢性肾病的高需求药物，使用标准固相肽制造平台合成，已完成Ⅲ期临床实验。安进和巴赫公司的技术可将5个阶段减少1个，并优化剩下的4个。新工艺将制造能力提高5倍；时间缩短56%，耗能的冻干次数从每批13次减少到1次，且取消了每克药物需超过3L水的离子交换处理步骤。

改进的肽制造平台具有普适性，可用于其他肽药制备，且可有效减少Etelcalcetide供应的风险，增加利润。

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

默克公司（Merck & Co., Inc）改进了正处于三期临床试验阶段抗病毒药物Letermovir合成路线，获得2017年更绿色合成路线奖。

Letermovir是FDA和欧洲药品管理局的产品，处于快速跟踪状态（Fast Track），用于治疗巨细胞病毒（CMV）感染的抗病毒药物。

CMV在人群中广泛传播，在免疫功能低下的患者中将威胁到生命。Letermovir用于预防危险人群中的CMV病毒血症。但Letermovir总收率才10%，部分原因是基于后期手性拆分，在倒数第二中间体（QP-DTTA）中获得所需的立体异构体需要使用9种不同的溶剂，以及在C—H激活的Heck反应中高负载量的钯催化剂。此外，溶剂或试剂也很少能回收。

早期的改进重点是提高插入一个不对称喹唑啉的效率，6种新的非对称反应以引入立体中心，最小限度地利用保护基，以在分子水平上防止废弃物产生。高通量反应技术对这6种反应，在亚毫克级快速比较数百种可能的催化剂和反应条件，筛选出4种可行的线路。其中有3种需要使用非可持续和昂贵的过渡金属催化剂（如Pd、Ru、Rh）以及昂贵的手性配体。

默克公司将重点放在了一种新颖的aza-michael方法上，其目标是开发一种经济、稳定、完全可循环利用的有机催化剂，以实现这种不对称的转变。新催化剂很容易被回收再利用。新合成路线使得PMI下降了73%，原材料成本下降了93%，总产率提高了60%以上。默克公司估计，这个优化的过程将减少超过1.5万吨的废物。生命周期评价新工艺预计将分别减少89%和90%的碳足迹和水用量。

5 小企业奖（Small Business Award）

UniEnergy（UET）公司因开发了用于电网储能的先进的全钒氧化还原液流电池（VFB，UniSystemTM），而获得2017年小企业奖。

电能市场日益增长的需求需要可长期和短期运行的能量储备技术，其亦可以作为长期资产为消费者带来最大价值。目前锂电池作为相对短期（不高于2h）的应用具有竞争力，但是，锂电池在长期使用时不具有竞争力，因为其随着使用时间增长而储存能力下降，且循环使用寿命有限。此外，通常只能运行20%～80%的容量，并且具有热逸溃以及可燃性。

西北太平洋国家实验室发明并通过UniEnergy公司商业化推广的VFB是一个具有竞争力的替代品。对于需要长期效益的公共设施、商业、工业、微电网来说具有竞争力，例如负荷量、峰值调节、孤岛效应以及作为储能重要部分的再生能量整合。但是，传统运行的VFB需要占用大的空间，且温度的稳定范围在50～95℉。

UniEnergy公司的第三代VFB（UniSystemTM），具有与之前方法相比两倍能量密度的钒电解液和更宽的使用温度范围（–40～120℉）。使得这个能量储存系统能够在地球上所有自然环境下工作，且充分的集装箱化和兆瓦级UniSystemTM占用空间仅是以前的五分之一；新的UniSystemTM含氯电解液比传统含硫的电解液更加稳定，且减少了化学品的使用，使之更简单、经济和安全。UniSystemTM是水基的，不会降解，且电池不可燃，并可循环使用。

2017-06-20。

杨懿。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。