美国总统绿色化学挑战奖综述

美国总统绿色化学挑战奖综述

摘要 美国总统绿色化学挑战奖（The Presidential Green Chemistry Challenge，PGCC）设立于1995年，旨在奖励在研究、开发和应用绿色化学技术方面获得杰出成就的个人、集体或组织。本文简单回顾了近年的获奖情况,重点介绍了2008年

和2009年美国总统绿色化学挑战奖获奖的5个项目及其获奖者和获奖内容：学术奖（Academic Award）、设计更绿色的化学品奖（Designing Greener Chemicals Award）、更加绿色化学反应条件奖（Greener Reaction Conditions Award）、更加绿

色的合成路线奖（Greener Synthetic Pathways Award）、小企业奖（Small Business Award）。［1］

关键词 美国总统绿色化学挑战奖 创新与价值 2008和2009年 绿色化学 综述

1 美国总统绿色化学挑战奖简介

1.1 美国总统绿色化学挑战奖

美国总统绿色化学挑战奖(Presidential GreenChemistry Challenge Award，PGCC奖)，是世界上最早

设立、最新颁发、规模最大、水平最高、影响最广的绿色化学研究国家级奖励。美国总统绿色化学挑战

奖,自1995年由总统克林顿设立、1996年首次颁发以来,不断受到世人的瞩目。该奖在于奖励在创建“更清洁、更便宜、更敏捷”的化学工业中获得重大突破的个人、团体和组织，鼓励减少毒性并可取代现有工

艺的研究和开发，同时减少或消除工业生产中的废弃物，以达到预防污染目的的基础技术和创新技术的承认。［1-2］

绿色化学技术是指将绿色化学的基本原理应用于化学研究、化工制备以及化学品的利用等方面，绿

色化学是近l0年才产生和发展起来的，它有别于传统的环境污染治理的方法，是从源头上减少且消除环境污染，因此绿色化学的成就对于环境保护来说具有根本意义。［2］它涉及化学的有机合成、催化、生物

化学、分析化学等学科，内容广泛。 美国化学界已把“化学的绿色化”作为21世纪化学进展的主要方向之一。美国“总统绿色化学挑战

奖”(PGCCA)则代表了在绿色化学领域取得的最高水平和最新成果，从中可以看出绿色化学与技术的主

要内容。美国总统绿色化学挑战奖每年由美国化学会召集的独立技术专家小组从近100 项候选项目中评选出5个个体和组织进行奖励。美国总统绿色化学挑战奖开始时共设立了更新合成路线奖、改进溶剂和

反应条件奖、设计更安全化学品奖、小企业奖以及学术奖5个奖项。2006年将其中3个奖项在名称上作了修改，即现在的五个奖项：学术奖（Academic Award）、设计更绿色的化学品奖（Designing Greener Chemicals Award）、更加绿色化学反应条件奖（Greener Reaction Conditions Award）、更加绿色的合成路

线奖（Greener Synthetic Pathways Award）、小企业奖（Small Business Award）。美国总统绿色化学挑战奖规定，所获得的成就必须是在过去五年内在美国起到开创性的、具有里程碑意义的工作。

1.2 美国总统绿色化学挑战奖的评价标准[1]

（1）获提名的技术必须是绿色化学计划中的项目。

（2）获提名的技术有益于人体健康、有助于环境保护。该技术必须具备：a.减少毒性，减少疾病和伤害，减少火灾和爆炸的可能性，减少排放物，减少危险品的运输或在生产中减少污染物的使用；b.

提供自然资源的利用率；c.增加生物的多样性。

（3）技术能够被大量的化学生产厂商、产品用户和社会广泛使用。获提名的技术具备：a.实现绿色化学的可行性；b.对现有环境的补救；c.具有向其他设备、地区和工业转移的特性。

（4）获提名的技术具有创新性和科学性：a.创新性（技术以前未被使用）；b. 科学性（技术经得住 - 1 - 科学的检验，新的制造方式有坚实的科学基础）。 评审小组将依据上述标准，对提名技术进行评定。 2 近年获奖的研究成果

表1 2004年获奖的研究成果［3］

表2 2005年获奖的研究成果［4-5］

奖项 获奖者 获奖内容

学术奖 Alabama 大学的Rogers 教授 用离子液体溶解和处理纤维素制备新型材料

设计更绿色的化学品奖 Archer Daniels Midland 公司 非挥发性、反应活性的聚结剂,大大降低了乳胶涂料中挥发性有机物

更加绿色化学

反应条件奖 BASF 公司 紫外光可固化的、单组分、低挥发性有机物的汽车修

补底漆 更加绿色的合

成路线奖 Archer Daniels Midland 和Novozymes

公司及Merck 有限责任公司设计的 酶法酯交换技术和Aprepitant 新合成路线

小企业奖 Metabolix 公司 利用生物技术合成天然塑料

表3 2006年获奖的研究成果［6］

奖项 获奖者 获奖内容

学术奖 Missouri2Columbia 大学的Galen J . Suppes 教授 从天然丙三醇中合成生物基的丙二醇和多元醇的单

体

设计更绿色的

化学品奖 S. C. Johnson &Son 公司 研发出Greenlist TM系统,用来评估产品中各成分

对环境和人类健康的影响,并指导消费品配方的改进 奖项 获奖者 获奖内容

学术奖 乔治亚理工学院Eckert教授和Liotta教授 连接反应与分离过程的友好可调溶剂

设计更绿色的化

学品奖 Engelhard公司 开发出环保优质的有机颜料Rightfit TM

更加绿色化学反应条件奖 Buckman实验室国际股份有限公司 新型促进纸张循环利用的酶技术

更加绿色的合成

路线奖 Bristol-Myers Squibb(BMS)公司 利用植物细胞发酵(PCF)和萃取技术,开发了一种

生产Taxol制品的绿色合成路线 小企业奖 Jeneil生物表面活性剂公司 天然低毒的合成表面活性剂替代品——鼠李糖脂

生物表面活性剂 - 2 - 更加绿色化学反应条件奖 Codexis 公司 采用先进的基因技术开发了一种酶基过程

更加绿色的合成路线奖 Merck 公司 由β氨基酸制备JanuviaTM的活性成分

小企业奖 Arkon 和NuPro 技术公司 开发出了苯胺印刷工业对环境安全的溶剂循环利用

方法

表4 2007年获奖的研究成果［9-10］

奖项 获奖者 获奖内容

学术奖 德克萨斯州大学的Krische M.J.教授和

其研究小组 开发了全新的催化氢转移反应,用于碳-碳键的形成

设计更绿色的化学品奖 嘉吉公司 以可再生的生物质资源为原料合成出了己内酯多元醇用以替代石油基多元醇

更加绿色化学

反应条件奖 Headwaters 技术公司 利用纳米技术开发出了一种新型催化剂,实现了直接由

氢气和氧气合成双氧水 更加绿色的合

成路线奖 俄勒冈州立大学的Li K. C. 教授与哥伦

比亚木业公司以及赫克力士集团公司 大豆粉为原料制备黏合剂的替代品

小企业奖 Nova Sterilis 公司 采用二氧化碳的灭菌新技术利用超临界二氧化碳和一

种过氧化物进行医疗灭菌的环境友好技术

表5 2008年获奖的研究成果［12-15］

奖项 获奖者 获奖内容

学术奖 密歇根州立大学的Maleczka R.E.J.和Smith M.S.III 研发出制备有机硼化物的简单绿色方法

设计更绿色的

化学品奖 Dow Agro Sciences 公司 研发出第二代多杀菌素Spinetoram 扩展了杀虫剂的

应用范围 更加绿色化学

反应条件奖 Nalco 公司 开发出3D TRASAR冷却水处理技术

更加绿色的合

成路线奖 Battelle研究所 开发出生物基调色剂并实现商业化生产

小企业奖 SiGNa Chemistry 公司 开发出新型稳定的碱金属合成工艺

表6 2009年获奖的研究成果［16-18］

奖项 获奖者 获奖内容 - 3 - 学术奖 Carnegie Mellon University KrzysztofMatyjaszewski教授 提出了原子转移自由基聚合的新方法

设计更绿色的化学品奖 The Procter & Gamble Company Cook Composites and Polymers Company公司 开发了Chempol® MPS 树脂及Sefose®蔗糖酯作为高性能的低VOC 醇酸树脂油漆和涂料

更加绿色化学

反应条件奖 CEM Corporation 公司 发明无毒、无高温的快速、准确分析标记蛋白质的新型分析仪器

更加绿色的合

成路线奖 Eastman化学公司 开发了节省能源同时避免强酸和有机溶剂的生化工艺,

能把源于植物的脂肪酸转化为长链酯类

小企业奖 Virent Energy Systems, Inc. 开发了BioForming○R过程,催化植物糖转化为液体碳氢燃料

3 2008年美国总统绿色化学挑战奖简介

第13届“美国总统绿色化学挑战奖”颁奖典礼于2008年6月24日晚在美国华盛顿举行，各个领

域的技术专家对近100个提名工艺、技术进行了评审，并最终挑选出4家公司和2位个人获奖。本届的学术奖由密歇根州立大学的Maleczka R. E. J.和Smith M. S. III 教授获得；设计更绿色的化学品奖由Dow Agro Sciences 公司获得；更加绿色化学反应条件奖由Nalco 公司获得；更加绿色的合成路线奖由Battelle研究所获得；小企业奖由 SiGNa Chemistry 公司获得。美国环保署为在该领域取得卓越成绩的

研究者和工业创新者颁发了这一奖项。

下面就每个奖项的创新与价值分别加以介绍。

3.1 学术奖（Academic Award）

获奖者：密歇根州立大学的Maleczka R.E.J.和Smith M.S.III 获奖原因：研发出制备有机硼化物的简单绿色方法 Suzuki“耦合”反应是含碳硼键的分子（有机硼）与卤代烃通过耦合生成新的碳碳（C—C）键，可将两个小分子连接形成一个大的分子，具有立体选择性好、条件温和、通用的特点，是用来制备医药品

和杀虫剂等的一种常用方法。

有机硼通常是由相应的卤化物制备Grignard 或者烷锂通过与三羟基硼酸盐酯反应和水解制备。反应条件苛刻，并且产生大量的危险废弃物。 Milton 和Robert 合作寻求制备有机硼化物的简单方法，尤其是Suzuki 耦合中关键的芳基和杂芳基硼酸酯合成。他们发明了一种新的接触反应方法，用铱催化剂使反应物芳烃的碳氢键（C—H）活化后

直接硼基化。该方法催化效率高，使用范围宽（不受多种官能团，如烃基、盐、碳水化合物、烷氧基、

氨基等影响），空间选择性高（1,3-取代芳烃，即使1-和3-取代基团都是邻/对定位取代基团，产物也只是5-硼基产物），反应在无溶剂的熔化态下进行，副产物仅是氢气。因此，反应是绿色的。

简言之，不用卤代芳烃为反应物，芳基C—H 接触活化后硼基化法不受芳族取代化学一般规律的限制，也不受苯环上已有官能团的限制，反应条件温和。 BoroPharm 公司使用该技术，生产该公司的大部分产品。证明该实用绿色化学技术已经从实验室