使用既定技术改革自动化学合成

在此，突出了挤出可以为自动连续合成有机化合物提供的益处。挤出是一种成熟的技术，在聚合物，药品和食品的制造过程中起着至关重要的作用。此外，该技术最近已应用于无溶剂连续合成共晶和配位化合物，包括金属 - 有机骨架（MOF）。迄今为止，已经对反应性挤出（REX）进行了大量研究，特别是在聚合物工业中，其在许多情况下涉及有机转化，然而，它尚未得到显着的认可。本综述强调了这些转变，并讨论了此前的研究如何应用于有机化合物制造的未来。

关键词： 连续; 挤压; 行业; 有机; 合成

挤出方法

挤出是一个涵盖一系列过程的总称，涉及材料在狭窄空间中的移动，最常见的是沿着一组螺钉 - 螺杆挤出。有两种主要类型的螺杆挤出 - 单（SSE）和双螺杆（TSE）（图1）[1-3]。顾名思义，SSE涉及材料通过一个螺钉的移动，而更常用的TSE涉及材料移动两个，即材料从一个螺钉传送到另一个螺钉挤出机机筒[4]。

两种技术都通过混合，加热和施加机械能来处理材料。挤出过程中存在的主要力是压缩力和剪切力。然而，每种技术的方法都有很大不同，以及它们的应用，例如SSE通常用于进行热熔挤出（HME），其中重点是材料的熔化以进行彻底混合和处理[5]。可以通过调节螺钉来调整该过程，如图2所示，使过程更有效。工业单螺杆挤出机通常具有1英寸至24英寸之间的螺杆直径。原则上，螺杆的根部直径（螺杆中心部分的直径）沿其长度增加，这是为了i）在“饥饿喂料”挤出机开始时提供更大的自由体积，以最大限度地进料和ii）由于体积减小而在该过程的后期阶段增加压缩力，同时仍存在大量材料[3]。这也导致施加到材料上的剪切增加，因为它在螺杆和筒壁之间移动时经受摩擦。另外，可以在螺杆的末端添加捏合段，以在材料存在于挤出机之前提供强烈混合的区域（具有增加的剪切力）。必须注意的是，沿着单螺杆挤出机的材料流动基本上依赖于将材料进料到料筒中，这提供了向前的压力，使得材料可以离开料筒[5]。

然而，TSE采用两个相互啮合的螺钉，它主要是材料从一个螺钉到另一个螺钉的运动，然后再返回，沿着圆筒传送材料。这些螺钉的结构通常更复杂，通常包括一系列交替的输送和捏合段（图3）。采用调制螺钉的主要优点是可以针对每个过程调整螺钉配置。输送段通常具有相当大的通道深度，即，飞行尖端和螺杆根部之间的径向距离（对于较小的挤出机为约2-3mm，对于工业中使用的挤出机为几厘米或几英寸），但是对于SSE，该通道深度沿螺杆长度减小，导致压缩力和剪切力增加。连续流动化学中的通道深度相当于通常非常窄几毫米。此外，混练段可以定位在30角度ö，60 ö和90 ö相对于彼此，后一角度提供最大的捏合（和剪切）。捏合部分可能非常不利，因为它不仅涉及混合，还涉及材料的研磨，结果导致材料性质的变化，最常见的是其流变性[3]。此外，施加到系统的机械能可以通过螺杆轮廓以及停留时间来控制，停留时间不仅取决于螺杆速度，而且还取决于配置，允许在需要时延长。通过插入额外的区段或不同构造的区段（例如齿形区段）来修改螺杆轮廓也可以导致对温度的一些控制，施加更大机械能的螺杆段可以导致更大量的摩擦热量。特别是与那些提供较少剧烈捏合的区段相比较而产生的。

单螺杆和双螺杆挤出机的螺杆直径均为10-443 mm [6]由于广泛的工程研究，挤出工艺可以扩展，以生产每小时吨数的大量材料。在此，提供了通过挤出进行的反应过程的集中讨论。通过挤出进行的大量有机转化已经在聚合物工业中，然而，合成化学家忽略了大多数这些方法。事实上，这些REX工艺的作者主要关注优化工艺条件，并没有讨论化学本身。希望本文能够向读者展示通过挤出进行连续有机转化的大量研究，并鼓励他们考虑挤出对连续化学合成的潜力，

反应挤出（REX）

挤出在聚合物工业中最常使用，通常用于将材料（例如，石墨烯或量子点）分散到聚合物中[7]。然而，REX也被用作合成聚合物或通过有机转化进行合成后聚合物改性（例如，聚合物链的官能化）的技术，这反过来改变了材料的性质[6]。

最初，聚合物工业仅使用间歇式混合器来合成聚合物并进行合成后改性（PSM），然而，这被证明是困难且低效的。这是由于材料的粘度和流变性的急剧增加或变化，这是REX的共同特征，因此随着反应的进行，它们变得非常难以有效混合，导致低转化率。与粘度变化相关的第二个问题是所得到的不良传热，这意味着需要更长的加热时间，这经常导致聚合物降解。使用挤压克服了这些问题。REX现在最初在间歇式混合器中进行，随后将该材料转移到挤出机中。这样可以暴露出新鲜，薄的反应表面，[8]。总的来说，减少了实施这些工艺所需的时间，以及材料暴露于热量的时间，从而防止了聚合物的降解[9,10]。

有五种主要类型的反应性聚合，其中已经采用挤出，包含一些有机转化的清晰实例。最常见的形式之一是本体聚合，包括从一系列单体开始形成高分子量的聚合物（直链，支链和交联）[11]。将详细讨论本体聚合，但值得注意的是挤出研究的其他各种反应类型：

• 接枝反应 - 接枝聚合物由聚合物和官能化单体的反应合成[12]。

• 功能化 - 当聚合物通过改性或添加官能团而官能化时，这发生在已经制备的聚合物上[13]。

• 受控降解 - 聚合物的降解和交联，以产生具有受控分子量分布的产物。这导致更多的活性位点可以在以后用于移植[13]。

• 反应性混合 - 这涉及两种或更多种相容的聚合物共混物的挤出，导致形成聚合物 - 聚合物复合物[13]。

本体聚合涉及几种常见的有机转化，包括活性聚合，加聚，自由基和缩聚聚合。活性聚合是最常见的转化，它涉及聚合物链的不断生长，其中终止反应的能力被消除[14]。同样，有几种类型的转化，包括离子聚合，开环复分解，自由基和生长缩聚[15]。所有这些都已被证明是通过挤压成功的。

活性聚合

已有几篇关于在聚苯乙烯的制备中使用活性阴离子聚合的出版物。Höcker等人。研究了挤出的作用，i）该聚合物的制备和ii）异戊二烯对聚苯乙烯的连续后合成改性[16]。作者主要关注项目的工程方面，而不是化学反应本身。该方法的第一部分涉及苯乙烯和s- BuLi 之间的化学反应，其用作引发剂（方案1）。在小号-BuLi与苯乙烯的双键反应，引发均聚反应过程。一旦所有单体被消耗，聚合物就具有稳定的阴离子聚合物链，这允许通过与亲电子官能团反应进一步官能化。

基于溶液的活性聚合反应通常取决于所用的溶剂，温度和浓度[17]，然而，当它们通过挤出进行时，它们在无溶剂条件下进行，这是一个主要优点。还必须注意的是，当涉及诸如s- BuLi 的自燃试剂时，进行无溶剂的反应是非常显着的，并且它是以连续过程而不是小规模进行的。这表明无溶剂挤出可以与连续流动技术相媲美，允许更广泛的危险试剂连续大规模使用。

此外，Höcker等人。报道了聚苯乙烯与异戊二烯的后聚合反应，其实际上是在与苯乙烯聚合相同的加工线中进行的，即苯乙烯最初在挤出机机筒中聚合，异戊二烯在稍后进料到桶中以与聚苯乙烯反应在第二反应中（方案2）[16]。这是伸缩的一个例子，例如在连续流动技术中被认为是非常有利的。由于能够通过TSE进行聚合和后聚合官能化，可以实现不同的聚合物几何形状，例如星形或梳形聚合物[18,19]。。这表明除了聚合物之外，大分子定义明确的结构可以由TSE合成。还必须注意的是，这些过程是经过优化的，以便具有大约的生产率。3-10 kg h -1（进行两次转化后）[16]。遗憾的是，文献中没有关于批量进行该反应的实例，但是，Meyer报道了间歇聚合的一般可扩展性和评论，可以获得高达200kg d -1的量。然而，必须指出的是，Höcker报道的反应涉及使用s- BuLi，使得该过程更加困难，但仍然获得了比Meyer预测的更高的吞吐率[