1995年，美国宣布设立总统绿色化学挑战奖，以保护人类健康和生存环境为宗旨的“绿色化学”行动正为越来越多的人关注。今年6月28日在华盛顿颁发了第四届绿色化学奖。

据统计，美国丢弃的纤维素平均每人每天2磅多。因此固体垃圾中的70%是由这种糖类聚合物——地球上最丰富的有机化合物——纤维素所组成。

如果纤维素废弃物能够经济地转化为目前由原油或煤等矿物原料生产的有用化学品，其工艺过程不仅仅极其有益于社会，而且将改变化学工业。马萨诸塞州瓦尔塔姆的精细生化公司已经朝这个方向迈出一步，开发出将废纤维素转化成乙酰丙酸（4-氧代戊酸）的新工艺。乙酰丙酸是生产其它化合物的重要中间体。

今年6月28日,在首都华盛顿国家科学院举行的总统绿色化学挑战奖颁奖仪式上，精细生化公司和另三家公司及一位大学教授因在化工设计、制造和应用中发展出体现“绿色化学”原则的优秀技术获此殊荣。减少或排除危险化学品或污染物的使用或者生成的化学过程称之为绿色过程。

1995年，美国总统比尔 • 克林顿宣布设立总统绿色化学挑战奖。今年是第四次颁奖，奖品是一以圆底烧瓶代表地球的漂亮的水晶雕塑。挑战奖分别授予：小型企业、研究型、安全化学品设计、替代合成路线以及改革溶剂和反应条件等五种类型。

精细生化公司属于小企业得奖。精细生化公司是“虚拟公司”，该公司只有3个股东，而且没有付工资的雇员。公司于1988年成立，以将他与合作者开发的技术商品化。

精细生化公司的技术是将废纤维素原料置于稀硫酸之中在200-220℃下加热大约15分钟左右即可转化成为乙酰丙酸。原料可以是造纸厂淤浆、市政固体废弃物、不可循环使用的废纸、废木头，或者是稻秆麦秸等农业废渣。

菲茨帕特里克讲，“这个化学反应已经有100年左右。”但是由于在传统反应中有焦油生成，乙酰丙酸的转化率很低。化学工程师菲茨帕特里克发明了一种反应器，这种反应器有利于反应按所期望的方向进行，生成乙酰丙酸的产率为70-90%,副产物甲酸和糠醛也是有用之产品。

乙酰丙酸是用途非常广泛的中间体，国际市场年需求量约100万磅。但由于市场价格高（每磅4-6美元）而限制了其使用规模的扩大。精细生化公司的生产工艺可以将生产乙酰丙酸的成本降低至每磅32美分，这将大大地刺激化工及其相关行业需求的增长。

乙酰丙酸的衍生物，四氢呋喃、琥珀酸和双酚酸已经有市场需求。双酚酸有替代双酚A（可能是内分泌的一种破坏剂）的势头。目前正在研究以双酚酸作为聚碳酸酯和环氧树脂的单体。

政府和工业部门已经合作研究乙酰丙酸的另外2个衍生物的商业价值。一个是2-甲基四氢呋喃，一种能够在精炼厂与汽油混合以提高其充氧量和其它益处的燃料添加剂。另一个是5-氨基乙酰丙酸（ALA）,—种无毒、可生物降解的广谱除莠剂。它在光化学激活下，能够选择性地除去杂草而不影响大多数农作物。菲茨帕特里克说，由于制造成本昂贵，ALA未能商品化。由于有了廉价生产乙酰丙酸的技术，现在情况发生变化。

在学术型研究中，纤维素材料的工作也崭露头角荣获总统绿色化学挑战奖。得奖人，匹兹堡卡内基 • 梅隆大学化学系教授特伦斯 • 柯林斯（Terrence J Collins）开发出一系列被称之为活化剂的四胺基大环配体（TAML）型的三价铁络合物，它能够增强过氧化氢（双氧水）的氧化能力。

TAML活化剂主要在纸浆和造纸工业中用于漂白木浆，而传统上是使用氯气或者二氧化氯进行漂白。将木片用化学处理或煮解以使木质素（木质素是在木材中将纤维素粘接在一起的高聚物）断裂和增溶时，产生富含纤维素和半纤维素的木浆。由此生成的棕色浆液经漂至白色后加工成纸以及其它有用之产品。

然而，使用氯进行漂白导致了诸如二噁英、氧芴类危险化学品氯代污染物的形成。为使以纤维素为起始原料的产品的生产过程符合绿色化要求和更为经济化，制浆和造纸工业致力于改变以氯为漂白剂的生产过程。由于TAML活化剂可以在50℃的温度下有效地活化过氧化氢，使其选择性地漂白木浆和剥离木质素残渣。这是第一条在低温下利用H2O2漂白木浆的工艺流程，提供了节能及排除氯代有机物产生的可能。TAML活化剂也可以用于洗衣过程中的漂白和消毒。商品染料和织物结合，不会被TAML活化了的过氧化物脱色，但的确可以破坏一些能从织物中逸出的染料分子。因而，这种化学体系在洗衣时既能防止织物的互染，又增强了除斑作用。消除互染也为机器洗衣减少用水铺平了道路。

TAML因有可能用于消毒水，而在全球得到应用。

柯林斯指出：TAML还具有溶于水、易合成、用量极少等优点，而且可以通过化学修饰剪裁其选择性。他补充道，这项技术只需要不大的投资——利用造纸厂已有的装置即可，因而具有较大的经济优势。他说，这项技术可以将颜色深重的污水漂白成其它方法难以达到的程度。柯林斯认为，这后一个优点是“这项技术应该成为大规模工业”的充足理由。目前，柯林斯正在寻找合作伙伴将这项技术商业化，并且希望成立一公司以进一步发展这项技术。

今年的绿色化学挑战奖中，TAML不是唯一被认可的大环化合物。大环化合物成为安全化学品设计的主题。位于印第安纳波利斯的道农业科学公司（为道化学公司所全权拥有的子公司），因开发出一种与环境友好的高选择性农药Spinosad而获此殊荣。

Spinosad是spinosyn A和spinosyn P的混合体，2个分子之间只有1个甲基不同。这类分子的特点是2个糖接在含有大环内酯的四环的母核。在对一种新从加勒比海土样分离中得到的名为Saccharopolyspora Spinosa的新菌种发酵生成的代谢物进行活性筛选时，研究人员发现了它的杀虫活性。

已经证明Spinosad可以有效地控制危害棉花、树木、水果、蔬菜、草皮和观赏植物的毛虫、潜叶虫、蠕虫、蝇、甲虫等许多噬叶害虫。它见效快、选择性强，只杀害虫，而不伤害绝大多数益虫和吞噬害虫的黄蜂。

Spinosad控制虫害的行为模式不同于所有其它已知的杀虫剂。易受Spinosad杀伤的昆虫表现出神经中毒的征兆：动作失调、虚脱、战栗、不随意肌收缩而导致瘫痪和死亡。尽管Spinosad的作用机理还不完全清楚，但对尼古丁乙酰胆碱、γ-氨基丁酸（GABA）受体的作用显示出一种新机理。

Spinosad对哺乳动物和鸟类毒性很低，特别是在哺乳动物中还没有发现过神经中毒现象。因而，对接触、配制和使用该产品的人员而言，危险性减少了。虽然Spinosad对鱼类有一定的毒性，但比现在使用的许多合成杀虫剂的毒性要低很多。

Spinosad无生物积累、易挥发、在环境中不滞留，仅仅附着于叶表面，可在阳光下迅速分解，并且可以被大多数土壤强有力地吸附住，不会由土壤渗透到地下水中。

因为对人类和环境的低毒，Spinosad被环境保护署称作低危险性的杀虫剂。

道农业科学公司的所在地——印第安纳波利斯也是今年绿色化学挑战奖另一位获得者——利利研究实验室（伊莱 • 利利公司的分部）。利利实验室因设计一条效率高、产生废物少的可行的抗痉挛药物候选物的合成路线而获得该奖。对其治疗癫痫和神经失常的疗效正在进行试验。

名为LY300164的候选物——5H-2,3-苯并二氮杂革（吖庚因）原来的合成方法中含有若干困难步骤。例如：合成需要大量的溶剂，产生大量的废铬，其中一步不对称还原反应的产率很低等。合成路线全面改进之后，每合成100公斤LY300164产品，就少生成大约300公斤废铬，少用34,000升溶剂。而且，6个中间体只有3个要分离，既减少了工人与其接触，又降低了生产成本。新路线产率也高，总产率由原来的16%上升到55%。

利利实验室的化学家本杰明 • A • 安德森（Benjamin A. Anderson）、微生物学家米尔顿 • 兹梅朱斯基（Milton J. Zmijewski）、化学工程师杰弗里 • T • 维琴兹（Jeffrey T. Vicenzi）及其同事研究开发出这条新的合成路线。

合成从酮经生物催化剂还原成光学纯的醇开始，酶（Zygosaccharomyces rouxii）表现出非常好的还原酶活性，但底物或产物浓度一高就失活。为避免这种情况，研究人员采用三相反应设计。起始物酮置于含有固体聚合物树脂、缓冲剂和葡萄糖的水浆中，大部分酮被树脂吸附。当酮扩散到溶液中时，被酶还原成醇，树脂将产物吸附，尔后过滤收集产物。所有的有机组份可以除去，因而能利用传统方法处理废水。

原来的合成路线中要使用三氧化铬CrO3（可能的致癌物）将苯并二氢呋喃中间体中的碳原子氧化。改进后的合成路线中，氧化是在空气、氢氧化钠和二甲基亚砜中进行，从而彻底消除了废铬的产生。

在改革溶剂和反应条件方面，位于伊利诺斯州纳珀维尔的纳尔科化学公司因发展了——制备高分子量带电聚丙烯酰胺的水基过程而获得总统绿色化学挑战奖。这类水溶性高聚物通常用于造纸、加工应用和废水处理，帮助除去诸如造纸厂废浆等污水中的固体悬浮物和污染物。

这类聚合物以往以干粉或水-油状乳剂供应于市，干粉存在着暴露的危害，而且增加了生产和应用的能耗。以表而活化剂稳定的聚合物-水-溶剂的混合物——乳剂，为环境带来大贵的有机溶剂和表面活性剂，尽管它们在使用中不是必耑之物。

纳尔科聚合物研究组技术指导尼尔 • A • 马罗恩（Neil A. Marron）认为，纳尔科工艺生成的是颗粒细小的聚合物分散液，而不是乳剂，因此排除了大量有机溶剂和表面活化剂的使用。水溶性单体溶于硫酸铵（生产己内酰胺的副产品）水溶液后，在水溶性自由基引发剂作用下聚合，加人聚合物分散剂以阻止聚合物链的聚集增长。溶液高盐量可抑制聚合物的溶解。

用户可以在使用前以水稀释聚合物分散液，也可以将其直接加入诸如木浆或油水混合体系中，以溶解聚合物颗粒D纳尔科聚合物研究部主任马尼安 • 拉默什（Manian Ramesh）解释：根据污水处理的不同需求，可将聚合物分子阳离子化或阴离子化，使污染物聚集——颗粒化，而易于进行固-液（或油-水）分离。在废水处理应用中，这些商品牌号为Ultimer的水溶性聚合物，不需要使用聚合物乳剂所必需的高成本反相及混合装置。

纳尔科的制备工艺，不仅不需使用有机溶剂和表面活性剂，同时也解决了有机小分子的挥发问题。马罗恩指出，由于该工艺不需要表面活性剂，就不会把这些不易生物降解的低劣物质排放于环境之中。该工艺的另一优点是，在工业生产己内酰胺——尼龙前体的同时，也提供了利用聚合物分散液处理废水所需要的硫酸铵。

1997年以来，纳尔科采用这项新技术后，仅这两种聚合物节省有机溶剂和表面活性剂已达100多万磅。1998年，仅用于处理废水的水基分散剂所用硫酸铵高达320万磅。

颁奖会上，美国化学会主席艾德 • 瓦瑟曼（Ed Wasserman）表示：目前获得的奖项仅仅是绿色化学运动所取得的成就中的一少部分事例。他说：“当我们跨进新世纪，我们有能力在保护地球方面取得显著成绩。”一连串的奖项“告诉我们这样一个信息：绿色化学运动有成效、有效益，是保护人类健康和生存环境当做之事。”

［美国化学与工程新闻，1999年7月5日］