机械化学（Mechanochemistry）可以用来进行化学反应，同时减少或消除溶剂的使用，从而使化学合成的危险性更小，生产效率得到提高，成本降低，总体上更加经济。最近，这种形式的合成工艺已经从批量球磨实验改进到了使用挤出连续加工工艺。挤出（Extrusion）是一个总称，用来描述一系列涉及将材料输送到有限空间的技术。在加工过程中，剪切力和挤压力会同时施加在材料上，通过外力作用可以引发化学反应并可以在离开挤出机时便得到所需的产品。之前，已经有人报道了使用热熔挤出（Hot Melt Extrusion，HME）制造共晶体（co‐crystals）。

▲ 双螺杆挤出机的基本结构（来源：Chem. Commun. ）

精细化学品如药物、食品添加剂和香料通常通过复杂的工艺制造，具有许多复杂的反应步骤。这些步骤可能是耗时且昂贵的，并且通常需要对环境有害的溶剂。这些溶剂除了反应所需的，还包括了后处理所使用的有机溶剂或水相溶剂，这些溶剂成为工业生产中最大的废物，处理麻烦，成本高昂，而且很难进行回收利用。因此无溶剂反应使绿色化学的一个重要方向，对于大规模生产和环境保护都具有非常重大的意义。

▲ 标准螺杆配置（来源：Chem. Commun. ）

英国贝尔法斯特女王大学的Deborah Crawford和她的团队已经证明，使用双螺杆机，采用机械化学技术可以在单一的连续过程中合成精细化学品，而不需要任何溶剂或纯化步骤。双螺杆挤出主要用于食品领域制作谷物和薯片，以及在聚合物加工中混合和反应聚合物。它使用并排旋转的两个螺丝，并行旋转。在喂入固体或半固体反应物之后，相互啮合的螺钉紧密地研磨并将材料混合在一起，迫使它们通过受限的空间。旋转的螺钉提供剪切，并且受限制的空间提供压缩。这些合力导致反应发生。

▲ Knoevenagel 缩合反应和Michael 加成反应合成2（来源：Chem. Commun. ）

Deborah Crawford在论文中报道了使用双螺杆挤出（Twin Screw Extrusion ，TSE）制造金属有机骨架（Metal OrganicFrameworks ，MOFs）和深层共晶溶剂（Deep EutecticSolvents ，DES） 。由于使用TSE合成高质量材料的优势，在大多数情况下不需要后处理纯化。他们成功地使用该技术完成了四种有机缩合反应（Knoevenagel 缩合反应, 亚胺形成反应, Michael 加成反应和 Aldol 反应）。其中，Michael 加成反应发现是具有化学选择性的。Crawford的研究团队把螺丝排成一排，就像一个可延伸的望远镜。排列螺杆并在不同的位置喂入不同的反应物意味着团队可以结合多个步骤，三个或更多原料可以在一个连续过程中反应。这将大大提高生产效率。

▲ MCR反应应用（来源：Chem. Commun. ）

Crawford解释说，原料沿着挤出机筒加入，在起始基材上进行第二次、第三次、第四次等转化，每一步之间不需要增加多余工艺。他们首先将Knoevenagel缩合和Michael加成一体化，随后将其应用于更复杂的Petasis反应（用于制造胺和氨基酸）这在之前从未实现过。Crawford补充道，我们证明了在常规实验室中使用这种工艺，可以达到每小时生产公斤级产品的能力。而在工业生产中，使用更大的挤出机，可以实现每小时吨级的生产能力。这种工艺具有规模化生产的巨大潜力，如果并行运作多台挤出机可以轻松生产大量的化合物，而且具有可控、安全、连续、高效、低污染的很多优点。

论文链接：

http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2017/CC/c7cc06010f#!divAbstract

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