催化变化:绿色化学的创新解决方案

在世界基本上由于缺乏政治和经济魄力和远见而接近一场大灾难的时候，我们社会所面临的新挑战实际上正在为新的机会打开大门。

Covid-19疫苗的快速开发、生产和分发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改善我们的生活质量方面发挥的核心作用。

在Umicore，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，推动转型变革，创造一个更美好的世界。

世界上紧迫的挑战不是一个人能解决的。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，化学家在这方面也发挥了作用。

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。它们还为绿色合成等问题提供了解决方案，这是全世界化学家所关注的问题。

帮助制药企业更加环保

为了到2050年将全球气温升幅控制在1.5°C以内，全世界的科学家都在努力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。

例如，制药和化学工业是水、能源和金属基催化剂等稀缺资源以及包括溶剂、高活性分子和有毒物质在内的危险化学品的大量使用者。然而，与此同时，现代社会依赖于制药业的产品来对抗疾病和缓解疼痛。

为了实现其对《巴黎协定》目标的承诺，制药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，提高材料的循环度和工艺效率和安全性。

几十年来，催化剂在实现新的解决方案以应对此类挑战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通用性和效率也存在一些缺点:成本高，金属丰度低。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Umicore，我们充分利用整个组织的能力，以确保催化剂开发、制造、使用和回收的整体方法。我们希望了解整个催化剂生命周期，包括设计、表征、选择和集成，从实验室规模到工业规模和寿命结束的精炼。

除了其明显的环境意识，这种方法的主要优势是一个强大的和经济上可行的解决方案。一旦实施闭环，大部分金属价格只需支付一次，回收的金属可以作为未来购买成品催化剂的信贷。由于回收的金属将以金属重量而不是货币来储存，因此它将不受市场波动的影响。最后，为了特定目的，金属被保存在制药商拥有的账户中，减轻了任何供应风险。

实现闭环需要化学师与工程师、工艺和供应链专家密切合作，以适当地计划、设计和实施回收解决方案。通过尽早让他们的催化合作伙伴参与，药物开发人员可能能够遵循新的和更强大的反应途径，简化后端操作，并专注于将药物推向市场的许多挑战。

新型催化剂作为更有效的药物发现工具

催化在制药工业中的应用正在迅速发展。随着新型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，催化剂开发有巨大的进步潜力。

例如,交叉耦合反应提供了选择新的碳-碳和碳杂原子键形成的可能性，为合成创造了新的机会。它们可用于建立大量具有潜在活性药物成分(API)的药物文库，或用于先导物优化和大规模API制备。近几十年来，Suzuki-Miyaura和Buchwald-Hartwig等交叉偶联反应在快速加速药物发现、开发和制造过程中发挥了关键作用。

尽管交叉偶联反应在70多年前就被首次观察到，但交叉偶联反应的真正潜力仍有待发掘。随着2019年诺贝尔化学奖颁发给交叉耦合和过渡金属催化，我们只是触及了可能的表面。新的衬底和配体仍在被用于进一步研究和理解各种交叉耦合应用的力学。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。

一个这样的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，产生了一种新的三(1-adamantyl)磷化氢(PAd)_3.)催化剂。¹人民民主联盟_3.复合物催化铃木-宫浦偶联非常有效，具有近2万个高周转数。

Umicore的YPhos配体²是另一个例子的好处，新的配体技术可以带来交叉偶联反应。由德国波鸿鲁尔大学的Viktoria Gessner团队开发的这些磷化氢配体允许更短的反应时间和更低的能量需求。YPhos催化剂技术甚至在室温下表现良好，与现有的催化方法相比，其合成途径能耗更低，催化剂效率更高。

为了更可持续的农业

传统的农药虽然能有效遏制害虫，但已被证明对公众健康、环境和生物多样性有不利影响。^3、4研究科学家们一直在探索控制害虫的替代方法，而不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，昆虫交配被打乱，减少了它们在作物上的存在，使作物不受干扰地生长。

这项技术是通过交叉耦合实现的。昆虫信息素中绝大多数是直链烃类醋酸酯、醇和醛类，具有烯烃官能团。虽然其他的合成方法，如林德拉炔烃加氢或维蒂格反应，可以用来合成所需的分子，但它们产生的副产物有毒且难以消除，而且缺乏经济效益。

采用具有高z选择性的钌基复分解催化剂改变了这种模式。通过复分解反应，复杂烯烃可以高收率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物。如果没有我们产品所支持的基础技术，这种可持续的解决方案是不可能实现的，它提供了一种经济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多种创新解决方案。要了解更多关于Umicore的产品如何帮助您，请访问:pmc.umicore.com

Christophe Le Ret是Umicore的全球营销总监