美国“总统绿色化学挑战奖”近十年获奖回顾与启示

2009年第 5期 化 学 教 育 锱 美国“总统绿色化学挑战奖"近十年获奖回顾与启示 闫蒙钢 朱小丽 张占丽 (1．安徽师范大学化学与材料科学学院化学教育研究所芜湖241000 2．安徽阜阳市临泉县第二中学236400) 摘 要 在介绍美国“总统绿色化学挑战奖”评选标准的基础上，通过列表统计的形式回顾了 1999年至2008年以来更新合成路线奖、改进溶剂和反应条件奖、 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 更安全化学品奖、绿色化学学 术奖和小企业奖的获奖情况，并分析得出发展绿色化工在化学工业中占有头等重要地位的认识，提 出绿色化工将是未来我国化学工业发展的必然选择。 关键词 总统绿色化学挑战奖 美国 绿色化工 合成路线 反应条件 美 国“总统绿 色化 学挑 战奖”(Presidential Green Chemistry Challenge Awards)由美国政府于 1995年 3月 16 Et宣布设立，并于 1996年在华盛顿 国家科学院颁发了第一届奖项。这是世界上首次由 一 个国家的政府出台，以奖励在创建“更清洁、更经 济、更美好”的化学工业中获得重大突破的个人、团 体和组织的奖励政策。美国“总统绿色化学挑战奖” 共设 5个奖项，即更新合成路线奖、改进溶剂和反应 条件奖、设计更安全化学品奖、绿色化学学术奖和小 企业奖，目的是采用将美国环保署与化学工业部门 作为环境保护的合作伙伴的新模式来加强污染的防 治和建立工业生态的平衡lL】]。 l 美国“总统绿色化学挑战奖”评选标准 美国“总统绿色化学挑战奖”由来 自美国政府、 环保局、国家科学院、美国化学会、美国国家基金委 员会等世界级水平的专家评选产生，每年评选一次， 评选结果在国家科学院公布并举行颁奖仪式。评选 主要依据以下标准_2]：一是获提名的技术必须是绿色 化学 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 中的项目；二是技术必须有益于人体健康和 环境保护；三是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；四是技术具有创新性和科学性。 评审小组依据上述标准，对提名的技术进行评定。申 请单位列出技术的特点有助于专家的评定并增加获奖 的可能性，这些特征包括：提名技术同现有技术的比 较、毒f生数据、减少危险物的数量、在商业中的应用范 围以及其他有益于人体健康和环境保护的数据等。 2 美国“总统绿色化学挑战奖"近十年获奖 回顾 1,3~8] 美国“总统绿色化学挑战奖”设立以来，一直朝着 推动化学的绿色化目标不懈努力。以下将 1999年以 来更新合成路线奖(A1ternative Synthetic Pathways Award)、改进溶剂和反应条件奖(Alternative Solvents and Reaction Conditions Award)、设计更安全化学品 奖(Designing Safer Chemical Award)、绿色化学学术 奖(Green Chemistry Academic Award)、小企业 奖 (Small Business Award)的获奖情况做简要回顾。 2．1 近十年更新合成路线奖获奖情况(见表 1) 表 1 近十年更新合成路线奖获奖情况一览表 年份 获奖单位 获奖原因 抗痉挛药新工艺，采用生物酶作催化 1999 Lilly实验室 剂，避免大量溶剂的使用和污染物的 产生 抗病毒药新工艺，将反应物和中间产 2000 Roche Colorado公司 物数量从 22种降低至 l1种，气体排 放减少66 Bayer和 可生物降解的螫合剂——氨基二琥 2001 珀酸盐，lO0 无废物释放，用作助洗 BayerAG公司 剂 、漂白稳定剂、肥料添加剂 开发 了合成 Sertraline(重 要 药物 2002 Pfizer公司 Zoloft的有效成分)的新工艺，减少污 染，提高了工人的安全性 开发“绿色催化”新工艺，用金属直接 2003 南方化学公司 制备固体金属氧化物催化剂，消除了 硝酸盐废料和 N( 的排放 开发“通过植物细胞发酵与提取制备 2004 BMS公司 的绿色合成”工艺，符合可持续发展 的要求 ADM 和 Novozymes公司的酶催化酯 ADM和 Novozymes 交换技术生产低游离脂肪酸油脂； 2005 公司；Merck公司 Merck公司重新设计高效立体选择性 合成药物 Emend的活性成分 开发了用B一氨基酸制备Januvia的活 2006 Merck公司 性成分的新颖的合成路线，总产率提 高了近 5O 俄勒冈州立大学、 开发了环境友好的木材加工黏合剂， 2007 Forest、 并获得商业应用，可替代有毒 UF树 Hercules公司 脂 成功开发生物基调色剂并实现商业 2008 Battelle研究所 化生产 2．2 近十年改进溶剂和反应条件奖获奖情况(见表2) · 76 · 化 学 教 育 2009年第 5期 表2 近十年改进溶剂和反应条件奖获奖情况一览表 年份 获奖单位 获奖原因 开发带电聚丙烯酰胺的水基生产过程，用 1999 Naclo公司 于废水处理除去悬浮固体及污染物 Bayer和 开发了两组分水性多羟基化合物涂膜技 2000 Pittsburgh公司 术，性能优良、环境友好 利用果胶裂解酶进行棉纤维润湿脱脂工 2001 N ovozymes公司 艺 ，可使纺织厂节水 3O 5O Cargill Dow 开发了一种聚乳酸的绿色生产工艺，产率 2002 LLC公司 高，不使用有机溶剂 开发了用从玉米中提取的葡萄糖生产 1，3 2003 杜邦公司 一丙二醇的新工艺，对聚合物和其他化学 品生产极具吸引力 开发了一种新型的促进纸张循环利用的 2004 Buckman实验室 Optimyze技术，提高了纸制品的质量和造 纸的效率 开发了一种紫外光可固化的、单组分、低 2005 BASF公司 挥发性有机物的汽车修补底漆 研发了一条基于酶催化的新途径，极大改 2006 Codexis公司 善了用于合成 Lipitor的关键构件分子的 生产过程 开发了用选择性纳米催化技术直接合成 2007 HTI公司 双氧水的合成路线，不产生任何有毒废料 开发出 3D TRASAR冷却水处理技术，减 2008 N alco公司 少污染 ，节约用水 2．3 近十年设计更安全化学品奖获奖情况(见表3) 表3 近+年设计更安全化学品奖获奖情况一览表 年份 获奖单位 获奖原因 Dow Agrosciences 开发了Spinosad高选择性、环境友好杀 1999 公司 虫剂，对毛虫、苍蝇有害，而不影响益虫 Dow Agrosciences 开发 hexaflum 白蚁诱饵，抑制昆虫角 2000 质素合成，使其在脱皮时死亡，为低害 公司 杀虫剂 把阳离子电沉积油漆用于汽车工业，用 2001 PPG工业集团 钇代替铅、铬、镍 ，抗腐蚀性强 采用环境友好的碱式四元铜盐替代有 2002 CSI公司 毒害性的铬砷合剂作为木材防腐剂 开发了聚烯烃方块地毡 ，产品更易回收 2003 Shaw公司 利用 ，可取代 PVC和酞酸酯增塑剂 开发了优质环保的有机颜料 Rightfit， 2 004 Engelhard公司 成本低廉 ，附加值高 Archer Daniels 开发了一种非挥发性、反应活性的聚结 2005 剂，大大降低了乳胶涂料挥发性的有机 Midl and公司 物含量 研发出 Greenlist系统，用来评估其产 2006 ScJ公司 品中各成分对环境和人类健康的影响， 并用于指导消费品配方的改进 开发了BiOH多羟基化合物，可节约 23 2 007 Cargill公司 的能源消耗 ，减少 36~／／00的0 排放 Dow Agrosciences 研发成功第二代多杀菌素 Spinetoram， 2008 公司 低毒，对环境的影响小 2．4 近十年绿色化学学术奖获奖情况(见表4) 表 4 近十年绿色化学学术奖获奖情况一览表 年份 获奖单位 获奖原因 Carnegie Mellon 发展了一系列 Fe(11I)配位化合物，增 1999 强 H202的氧化能力，低温下可活化 大学 H202用以漂白木浆 开发了不可逆的酶催化的酯转化反 2000 Scripps研究所 应 ，用于药品生产 Tulane 发展了“准自然”催化作用，开发在空 2001 气和水中应用的过渡金属催化剂，用 大学李朝军教授 于以水为溶剂的多种合成反应 建立一种简单模式来筛选能以低压 2002 Pittsburgh大学 C0z做溶剂的有机物质，从而拓宽 CO2的应用领域 开发出脂肪酶催化聚酯合成反应的 2003 布鲁克林理工大学 通用生物催化剂，无需反应物侧链保 护剂，反应更为顺畅 开发了联结反应与分离的友好可调 2004 乔治亚州技术学院 溶剂，通过循环利用使废物排放最小 化，具有工业化前景 Alabama大学的 建立一种用离子液体溶解和处理纤 2005 Rogers教授 维素制备新型材料的“平台策略” 哥伦比亚大学 Galen 从天然丙三醇合成出生物基的丙二 2006 J．Suppes教授 醇和合成聚羟基化合物的单体 德州大学 Michael 发展了具有完善原子经济性和选择 2007 J．Krische教授 性的以氢为媒介的C—C键构建方法 研制硼酸酯绿色生产工艺 ，实现了高 2008 密歇根州立大学 效、高收率的转化，不使用溶剂，属于 清洁反应 2．5 近十年小企业奖获奖情况(见表 5) 表 5 近十年小企业奖获奖情况一览表 年份 获奖单位 获奖原因 开发了废纤维素转化为乙酰丙胺薪 1999 Biofine公司 技术，用 于处理造纸废物、垃圾、废 纸、产率可达 7O ～90 发明Enbirogluv玻璃印花技术，原料 2000 Revlon公司 不含重金属，成分有生物降解性，产 品美观耐用 HarpinC~毒性蛋白质)技术，用于激 2001 EDEN生物子公司 发植物自然产生防御系统 ，抗病虫害 超临界 COz，用于半导体工业中光致 2002 SC Fluids公司 抗蚀剂的去除技术 开发出第一个广谱生物杀菌剂 Sere- 2003 Agra Quest公司 nade，对鱼类、鹌鹑、蜜蜂、蚯蚓等物种 无毒 Jeneil生物表面 开发了天然低毒的合成表面活性剂 2 004 活性剂公司 替代品 ：鼠李糖脂生物表面活性剂 成功利用生物技术合成天然塑料，应 2 005 Metabolix公司 用广泛 、 环境友好、高性能 开发了一种更安全的化学品处理系 2006 Arkon和Nupro公司 统 ，从而消除 了危险溶剂的使用，减 少了溶剂挥发和爆炸的可能性 2009年第 5期 化 学 教 育 续表 年份 获奖单位 获奖原因 开发了使用超临界 C()2，环境友好的 2007 N ovaSterilis公司 医用杀菌技术 开发新型稳定的碱金属合成工艺，既 2008 SiGNa化学公司 降低了直接使用活性金属的风险和 成本，同时还维持了碱金属的有效性 3 启示——化学的绿色化方向 从对美国“总统绿色化学挑战奖”获奖回顾我们 可以看到，获奖项 目中有 8O 以上与绿色化工有 关，这充分表明发展绿色化工在化学工业中占有头 等重要的地位。通过对获奖项目的分析还显示出生 物技术、原子经济性反应、新型催化剂、无溶剂体系 或绿色溶剂、膜技术等将成为绿色化工的关键技术 ， 可再生原料也是实现绿色化工可持续发展的重要因 素。绿色化工从原理和方法上给传统的化学工业带 来了革命性的变化，新的绿色化学品正朝着对人身 健康、社区安全和生态环境无害化的方向发展。正 如美国化学会主席 Ed Wasserman在 1999年“总统 绿色化学挑战奖”颁奖典礼上指出的那样，获奖成就 只是绿色化学运动发展的缩影，但它向人类发出了 (上接第 19页) 这样一个信息——绿色化学是有效的，也是有益的。 我国是染料、颜料、医药、农药、涂料、油墨、助 剂、中间化学品等许多化工产品的重要生产基地，但 由于我国化学工业还未能完全摆脱粗放型的经济增 长方式，以及技术状况的相对落后，带来的资源浪费 和环境污染等问题，一定程度上制约了我国经济、社 会的可持续发展。我国政府非常重视绿色化工技术 的开发与应用，国家化学工业“十一五”规划重点开 发的 6个项 目中，就有 4项为绿色化工技术，这也反 映出绿色化学将是未来我国化学工业发展的必然选 择。 参 考 文 献 [1] 吴玉龙．现代化工 ，2004，(1)：8 E2] 文思．中国科技奖励，2006，(5)：74 [3] 朱曾惠．国际化工信息，2003，(8)：1—4 E4] 汪朝阳．当代化工，2005，(2)：45—48 E53 吴树新，沈玉龙．现代化工，2005，(7)：62—67 [6] 沈玉龙，刘长虹．现代化工，2006，(7)：61—64 [7] 叶君，赵星飞．化工进展，2007，(9)：1359—1360 [8] 2008美国总统绿色化学奖出炉．http：／／press．idoican．com． cn／detai1／articles／2OO8O7O74O2151／2008．10．8 比较后可以发现 2段材料之间的差别 ：从内容 上看，材料 2涉及的事件、事件发生的时间较材料 1 而言，更贴近学生的现实生活；从形式上看，材料 2 不仅有文字上的叙述，更配有色彩鲜艳、生动直观的 图片；从应用空间上看，材料 1只适合用于新课导 人，而材料 2不仅可以用于导入新课，根据其内容还 可以分解，成为硝酸化学性质教学的切人点。基于 上述原因，选择材料 2更为合适。 那么，如何运用材料 2呢?如果单纯使用其进 行新课导人，难免显得有点浪费，因而可以根据材料 2设置如下 3个问题： (1)红棕 色的“浓烟”可能是什 么物质? (2)为什么会产生这种物质?说明硝酸具有什 么性质? (3)在抢险过程中，运来的石灰起什么作用?体 现了硝酸的什么化学性质? 这样 ，就能够通过创设真实、有效的问题情境诱 发学生进行探索与问题解决活动，当已解决问题 (1)、(2)时，说明学生已经掌握了硝酸的不稳定性； 当已解决问题 3时，说明学生已经掌握硝酸具有酸 性，只要再加以引导(利用其使石蕊试液先变红后褪 色)就可以使学生掌握硝酸的强氧化性，从而完成了 硝酸的化学性质的教学工作。 3 结语 综上所述，学生的化学学习活动应当是一个活 泼的、主动的和富有个性、创造性的过程，学生的主 观愿望在这个过程中显得至关重要，因此，只有在教 学具体实施的过程中充分和适当地运用主题式情境 教学策略，才能够激发学生学习化学的兴趣，支撑学 生积极学习化学的探究活动，真正帮助他们成为化 学学习活动中的主体，真正让教师的有效化学教学 与学生的有效化学学习活动落到实处。 参 考 文 献 [1] 朱德全．课程 ·教材 ·教法，2002，(12)：33—35