催化变革:绿色化工的创新解决方案

在世界接近一场重大灾难的时刻，主要是由于缺乏政治和经济上的勇气和远见，我们社会面临的新挑战实际上为新的机会打开了大门。

Covid-19疫苗的快速开发、生产和分销说明了挑战与机遇之间的这种关系，并突出了科学和科学家在提高我们的生活质量方面发挥的核心作用。

在优尼科，我们一直致力于利用我们独特的科学专业知识和经验作为催化剂，推动变革，创造一个更美好的世界。

世界上的紧迫挑战不能由个人来解决。跨学科和产业合作在正面解决这些问题方面发挥着重要作用。当然，化学家在这方面也要发挥作用。

催化技术为以资源高效的方式解决制药、化学、农业、能源和许多其他工业部门的重要问题开辟了新的途径。他们还为绿色合成等问题提供解决方案，这是全世界化学家关注的问题。

帮助制药行业更加环保

为了到2050年将全球气温上升限制在1.5°C，世界各地的科学家都在争先恐后地寻找有效的解决方案，为我们复杂的可持续性挑战提供解决方案。

制药和化学工业大量使用稀缺资源，例如水、能源和金属基催化剂，以及包括溶剂、高活性分子和有毒物质在内的危险化学品。然而，与此同时，现代社会依靠制药工业的产品来对抗疾病和缓解疼痛。

为了实现对《巴黎协定》目标的承诺，制药行业必须找到正确的解决方案，从新的分子设计到当前的制造，提高材料的循环性、工艺效率和安全性。

几十年来，催化剂在提供应对此类挑战的新解决方案方面发挥了重要作用。过渡金属催化剂具有在较低温度下提高化学反应速率、转化率和选择性的潜力，是现代化学工业的英雄。它们是具有环保意识的化学的关键工具，旨在将可再生或回收的化学品转化为高价值的医药产品和农用化学品。

这些贵金属催化剂的多功能性和效率也伴随着一些缺点:高成本和低丰度的金属。这两个挑战可以通过催化剂生命周期的闭环方法轻松解决。在优尼科，我们利用整个组织的能力来确保催化剂开发、制造、使用和回收的整体方法。我们希望了解催化剂的整个生命周期，包括从实验室规模到工业规模的设计、表征、选择和集成，以及生命周期结束后的精炼。

除了其明显的环境意识，这种方法的关键优势是一个强大的和经济上可行的解决方案。一旦实现闭环，大部分金属价格只需支付一次，回收的金属可以作为信用用于未来购买成品催化剂。由于回收的金属将以金属重量而不是货币的形式储存，因此不会受到市场波动的影响。最后，金属在药品制造商拥有的帐户中为特定目的提供担保，从而降低了任何供应风险。

实现闭环需要化学家与工程师、流程和供应链专家密切合作，以适当地规划、设计和实施回收解决方案。通过尽早让催化合作伙伴参与进来，制药开发商可能能够遵循新的、更强大的反应途径，简化后端操作，并专注于将药物推向市场的诸多挑战。

作为更有效的药物发现工具的新催化剂

催化在制药工业中的应用正在迅速发展。随着新的实验室表征工具的可用性，新的合成方法和先进的计算能力，催化剂开发的进步潜力巨大。

例如,交叉耦合反应提供选择新的碳-碳和碳-杂原子键形成的可能性，创造新的合成机会。它们可用于构建充满潜在活性药物成分(API)的广泛药物库，或用于先导物优化和大规模API制备。近几十年来，交叉偶联反应，如Suzuki-Miyaura和Buchwald-Hartwig，在药物发现、开发和制造过程的快速加速中发挥了关键作用。

虽然交叉偶联反应在70多年前首次被观察到，但通过交叉偶联反应可以实现的真正潜力仍有待发现。诺贝尔化学奖最近在2019年颁发给交叉偶联和过渡金属催化，我们只是触及了可能的表面。新的底物和配体仍在不断被发现，用于进一步研究和理解各种交叉耦合应用的机制。所有这些都有助于科学家将交叉偶联反应作为解决他们需要克服的问题的新方法。

其中一个解决方案来自于美国普林斯顿大学Brad Carrow的研究小组的产学研合作，他们研发出了一种新的三(1-金刚烷基)膦(PAd)_3.)催化剂。¹人民民主联盟_3.复杂的催化铃木-宫浦偶联非常有效，高营业额近2万。

优尼科的磷配体²是新配体技术可以给交叉偶联反应带来好处的另一个例子。这些膦配体是由德国鲁尔大学的维多利亚·格斯纳(Viktoria Gessner)的团队开发的，可以缩短反应时间，降低能量需求。与现有的催化方法相比，YPhos催化剂技术甚至在室温下也表现良好，从而实现了更低的能耗和更高效的合成途径。

为了更可持续的农业

传统农药虽然能有效阻止害虫，但已证明对公众健康、环境和生物多样性有不利影响。^3、4研究科学家一直在探索控制害虫的替代方案，而不会像传统杀虫剂那样带来负面影响。

一个有希望的选择是使用信息素来分散昆虫对作物的破坏。⁵通过在农田上喷洒或扩散人工信息素，昆虫的交配受到干扰，减少了它们在作物上的存在，使作物在不受干扰的情况下生长。

使用交叉耦合使这项技术成为可能。绝大多数昆虫信息素是具有烯烃官能团的直链烃醋酸酯、醇和醛。虽然替代的合成方法，如炔的Lindlar氢化或Wittig反应，可以用来合成所需的分子，但它们产生的副产物是有毒的，难以消除，缺乏经济效益。

采用高z选择性钌基复分解催化剂改变了这一模式。通过复分解反应，络合烯烃可以高产地转化为关键信息素。这种非常受欢迎的合成途径可以使用可再生和廉价的起始材料，而不会产生不良的副产品。如果没有我们的产品所支持的基础技术，这种可持续的解决方案就不可能提供一种经济上可行且具有环保意识的传统农药替代品。

贵金属催化交叉偶联和复分解化学为许多工业领域面临的各种问题提供了一些创新的解决方案。欲了解更多关于优尼科产品如何帮助您的信息，请访问:pmc.umicore.com

Christophe Le Ret是优尼科的全球营销总监