绿色化学系列报道（五）
２００３年度“总统绿色化学挑战奖”
学术奖
温和的脂肪酶催化聚合物合成
由Polytechnic大学的Richard A.Gross教授获得。他利用脂肪
酶催化聚合物合成，以降低聚合活化能及工艺的能量消耗，反应条件
温和可用于温度和化学敏感分子的聚合。另外，脂肪酶还具有区域选
择性（Regioselectivity），已直接用于聚合制备多羟基化合物，而
传统方法则需要保护-去保护步骤。
基础研究发现脂肪酶在聚合中作用很显著，如①可催化熔融条件
下大分子之间的酯交换反应；②利用非天然亲核化合物如碳水化合物
和单羟基聚丁二烯（Mn=1.9万）替代水；③其催化的开环反应可控，
分子量可预计，而且不需要终止反应；④脂肪酶催化缩聚具有选择性，
分子量分布小于2，不符合统计规律。
通过一釜脂肪酶催化缩聚可合成一系列含多羟基化合物的聚酯。
将多羟基化合物如甘油和山梨糖醇与其他二酸和二醇混合，使多羟基
化合物部分或完全溶解，可获得具有高度反应活性的缩聚体系。这种
方法不需要有机溶剂和活化酸，聚合产物重均分子量（Mw）高达20
万，分子量分布可窄至1.3。而且，酸与甘油及山梨糖醇的缩合选择
性高，尽管使用的多羟基化合物具有3个以上羟基，但聚合中仅有2
个羟基具有高反应活性。由于脂肪酶的这种区域选择性，制得的聚合
物是轻度支化的，而不是高度交联的，支化程度与反应时间和单体立
构性有关。利用脂肪酶作为催化剂，可以产生高度多样性的反应，可
同时聚合内酯、醇酸、环状碳酸酯、环状酸酐、氨基醇及羟基硫醇等。
该法简单，反应条件温和，无需保护-去保护步骤即可将糖类等碳水
化合物引入聚酯。
Gross教授等人发现，某些脂肪酶可以催化含链内酯或带有端官
能团的大分子链间的酯交换反应。如Candida antarctica脂肪酶B
可催化聚合物链之间的链内交换反应，也可催化单体和聚合物之间的
酯交换反应。对于熔点低于100℃的聚合物，这种反应可以在本体中
进行。发生酯交换作用的原因是脂肪酶可以容纳大分子量基质，并且
可以催化链内酯键的断裂。固定化Candida antarctica脂肪酶B可
催化分子量大于4万的脂肪族聚酯之间的酯交换反应。除了可在很低
温度下催化无金属存在的酯交换反应，脂肪酶还赋予这种酯交换反应
很高的选择性，这些特性使制备特定链段长度的嵌段共聚物成为可
能。
小企业奖
绿色有效的生物除霉剂Sorenade
由AgraQuest公司获得。Serenade生物除霉剂以该公司科学
家在加州果园里发现的天然Bacillus subtilis QST-713菌株为主成
分。该产品可调制成可湿性粉剂、可湿性颗粒及悬浮水溶液。
Serenade的作用是复合式的，由细菌生理学及细菌二次代谢
活动表现出来。其首先在植物叶子表面覆盖，防止病原体附着和透过；
另外，还产生3组脂肽类物质（iturins、agrastatins/plipastatins
和surfactins）相互协同作用破坏病菌和菌丝体。QST-713菌株是首
例产生iturins、plipastatins和surfactins以及两种具有环肽结
构agrastatins的菌株。surfactins本身无活性，但只要和25×10-
6甚至更低剂量iturins或agrastatins/plipastatins结合，就会
对孢子及芽管（germ tube）产生明显抑制作用。此外，agrastatins
和iturins对抑制植物病原体孢子具有协同活性。
Serenade可以单独或在桶内混合使用，也可与传统化学杀虫
剂交替使用，其对于有益的非目标生物（如鳟鱼、鹌鹑、瓢虫、蚯蚓、
蜜蜂等）无毒，而且无化学品残留，对工作人员和地下水很安全。
变更溶剂／反应条件奖
微生物法生产１３－丙二醇
由杜邦公司获得。杜邦和Genencor国际公司科研人员重新设计
了1种用以生产1,3-丙二醇的活微生物。他们将数种微生物的生物
合成方式插入到工业宿主细胞列（Industrial host cell line），将
葡萄糖直接转化为1,3-丙二醇。即把玉米淀粉制得的葡萄糖转化为
甘油的酵母菌株基因插入宿主细胞，并将可把甘油转变为1,3-丙二
醇的细菌的基因插入宿主细胞。宿主体内存在的反应被调整至最适合
产物生成的状态，使葡萄糖尽可能转变为1,3-丙二醇，生物质和其
他副产物的产生则尽可能少。
这种精心设计的微生物系统可替代传统石油原料工艺，生产步骤
减少，工艺安全性提高。而且，该微生物工艺环境友好，成本更低，
较化学过程生产能力更高。
由1,3-丙二醇合成的聚酯具有优异性能。但以石油为原料的传
统化学方法合成1,3-丙二醇的成本很高，该类聚酯难以上市。如今
这种以葡萄糖为其原料的生物工艺，将可经济有效生产这类聚合物。
变更合成路成奖
无废水合成固体氧化物催化剂工艺
由Süd Chemie公司获得。由于催化技术的进展，人们在减少污
染方面已经取得了不少成绩，如氢和清洁燃料，但是这类反应所需催
化剂的合成常会伴随产生大量废水和其他污染物（如NOx、SOx和卤
素）。
Süd-Chemie公司成功开发并验证的新型催化剂合成路线，可实
现废水、硝酸盐零排放，没有或仅有少量NOx排放，同时大大降低水
和能源消耗。据估计，每生产5000t氧化物催化剂，可减少排放37.89
万t废水、1.43万t硝酸盐及3800t NOx。
这种新型合成路线化学过程非常简单，从1种清洁的金属开始，
在氧化剂存在下与弱有机酸反应。有机酸的作用是使金属活化并吸取
电子使之成为氧化物前驱，在氧化剂（较为典型的是空气）的协助下，
室温下一步合成多孔固体氧化物，不产生任何废水。催化剂的其他活
性成分可以通过湿法凝聚（wet-agglomeration）引入。与传统的沉
淀法相比，该法不需要去除硝酸盐及其他盐类的水洗和过滤过程，大
大降低水和能源消耗。整个过程中，仅在喷雾干燥和氢气燃烧过程中
排放出水蒸气和少量的CO2。
更安全药品设计奖
ＥｃｏＷｏｒｘＴＭ地毯砖开发
由Shaw Industries公司获得。地毯砖的衬里一直用沥青、PVC
或PU生产。尽管这些衬里系统的性能令人满意，但是由于原料特性，
这些衬里系统有多种固有的不利特性。目前PVC地毯砖衬里系统市场
份额最大，但由于人们对氯乙烯单体、含氯产品、含有对苯二磷酸酯
类的增塑PVC、PVC燃烧时产生二 英及HCl等有毒物质等诸多与人
体健康和环保相关的顾虑，使得寻求PVC替代品的要求越来越迫切。
PU则由于热固性交联，很难循环利用，使用后通常作为次级产品原
料或掩埋处理。尽管沥青有可再利用的优点，但是欧洲提供的改良沥
青衬里却不为美国市场接受。
针对以上问题，工业公司选出一组陶氏化学生产的聚烯烃树脂作
为EcoWorkTM的原料聚合物，因为这些聚烯烃树脂毒性低、粘结性能
优异、尺寸稳定性好，而且可以回收利用。EcoWorkTM可以满足性能、
人体健康及环保等方面的要求，预计使用年限为10～15年，通过洗
提、研磨及空气分离等步骤实现纤维和衬里的分离。（洪 译）