瑞士科學家用廢棄PVC水管合成抗癌藥 {Nature Chemistry}

近期發表在《自然化學》 (Nature Chemistry)期刊的文章報導了一種新技術，可使用廢棄PVC水管合成口服抗皮膚癌藥Vismodegib，除了可能解決含氯廢棄物的處理問題，並可將其用於生產高價值產品上 [Nat. Chem., (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41557-024-01462-8]。

該如何處理PVC呢?

下面會分幾個部分介紹這篇文章：

• 廢棄PVC水管變成抗癌藥物
• 該研究的機制
• 其他含氯廢棄物的效果
• 快速總結

廢棄PVC水管變成抗癌藥物

作者使用廢棄PVC水管將兩種特定的芳烴進行氯化，並分別進行處理後，再縮合在一起，就可得到抗癌藥物Vismodegib，如下圖1所示：

圖1、利用廢棄PVC水管產生抗癌藥物Vismodegib的方法。NHQ：8-氨基喹啉 [以文章內圖修改]。

該研究的機制

該技術的重點為使用PVC將芳烴氯化，而機制為先將PVC進行脫氯反應，形成鹽酸 (HCl)，再利用鹽酸將芳烴進行氯化反應，詳細如下圖2所示：

(1)  脫氯反應：

• ž使用溶劑DMSO和氧氣 (O₂)催化PVC進行脫氯，產生烯烴和鹽酸。
• ž烯烴可透過硝酸鈉 (NaNO₃)將其中的C=C結構分解成一氧化碳 (CO)和水 (H₂O)。
• ž一氧化碳則可透過氧化鈀觸媒 (PdO)催化形成二氧化碳 (CO₂)。
• ž鹽酸則用於氯化反應。

(2)  氯化反應：

• ž透過氧化鈀觸媒和硝酸銅觸媒 (Cu(NO₃)₂)，以鹽酸將芳烴氯化成氯化芳烴。

此技術的特色為：

• ž廢棄PVC -> 透過此技術 -> 產生氯化芳烴 (可做成抗癌藥物)，剩餘烯烴可轉化成水、一氧化碳和二氧化碳。
• ž雖然以廢棄PVC做成抗癌藥vismodegib的中間物2-(2-氯-5-硝基苯基)吡啶 (圖1中的12b化合物)時，會產生二氧化碳，但經計算其碳排為1.41 kg/CO2 kg，而傳統方式產生的碳排為9.18 kg/CO2 kg，顯示此技術相較傳統方式碳排少6倍以上。

圖2、利用PVC將芳烴轉化成氯化芳烴的機制 [以文章內圖修改]。

其他含氯廢棄物的效果

作者測試其他含氯廢棄物將芳烴 (這裡使用7,8-苯并喹啉測試)轉化成氯化芳烴的效果，以下選幾個說明，結果如下圖3所示：

• žPVC產品轉化率：水管 (99%)、電氣導管 (80%)、電線 (96%)。
• žPVDC產品轉化率：塑膠粉末 (99%)、吸塑包材 (99%)。
• ž氯丁橡膠轉化率：橡膠塊 (80%)、真空管 (82%)。
• ž二氯甲烷：用於製藥業中，轉化率為82%。
• 四氯乙烯：歐美國家的乾洗中多使用，轉化率為42%。

圖3、其他含氯廢棄物的轉化效果 [以文章內圖修改]。

快速總結

1. 本文章開發出的技術，可使用PVC將芳烴氯化，而PVC則轉化成烯烴化合物，特定的氯化芳烴進一步處理後可結合成抗癌藥物Vismodegib，而烯烴化合物可進一步轉化成水、一氧化碳和二氧化碳。
2. 以廢棄PVC轉化成製備抗癌藥Vismodegib的中間物2-(2-氯-5-硝基噻)吡啶，經計算其碳排為1.41 kg/CO2 kg，相較於傳統製程的碳排放量少6倍以上。
3. 其他含氯廢棄物如PVDC、氯丁橡膠和二氯甲烷等，都可被用來將芳烴進行氯化反應。

文章：

M. Liu, X. Wu, P.J. Dyson, Tandem catalysis enables chlorine-containing waste as chlorination reagents. Nat. Chem., (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41557-024-01462-8