主要机械化学

在过去十年中，机械化学已成为寻求传统溶剂型合成路线的可持续替代品的有力方法。机械化学已成功应用于活性药物成分（API），有机化合物，金属氧化物，配位化合物和有机金属配合物的合成。在主要群体领域，合成机械化学方法的例子虽然仍然相对零星，但正在上升。本简短回顾概述了该领域的最新进展和成就，进一步验证了机械化学作为合成主要基团化合物和骨架的基于溶液的方法的可靠替代方法。

关键词： 球磨; 主要群体; 机械化学合成; 机械力

目前固态方法扩展的主要原因是需要更清洁，更安全和可持续的化学转化 - 特别是因为原材料越来越稀缺。解决上述问题的直接策略是在任何指定的合成路线中简单地去除或最小化溶剂用量。实现无溶剂或几乎无溶剂的合成路线的一种方法是使用固态机械化学方法。机械化学[1-10]是一种新兴的固态方法，涉及使用很少或不使用溶剂，有可能挑战目前“湿”化学合成的主导地位[11-15]。从纯粹的合成观点来看，很明显彻底根除溶剂可能并不完全有益。溶剂改善反应物相互作用，控制反应速率，并有助于放热反应中的热分散。毋庸置疑，溶剂对于最终产物和/或反应中间体的提取，分离和纯化是必需的[16]，这些无法通过无溶剂方法获得[17]。然而，即使在最持怀疑态度的合成化学家眼中，与无溶剂或几乎无溶剂合成路线相关的益处变得越来越难以否认[11-13]。

机械化学被定义为由机械化学力（例如，压缩，剪切或摩擦）引起的反应场[18,19]。机械化学方法的例子是手动和球磨研磨技术[20-22]。传统的手工研钵和研杵研磨方法易受人为和环境因素的影响[23]。相比之下，现代铣削技术通过在整个机械化学过程中使用封闭的无溶剂反应环境和明确的实验条件来解决这些问题[24,25]。在市售的球磨设计中[23,24]，振动筛和行星式磨机是合成实验室中最常用的机械化学设备[7,16,26,27]。

可以通过修改包括铣削时间和频率的参数来调整能量输入。在反应设计中同样重要的是选择研磨介质（即，装载有一个或多个滚珠轴承的研磨罐）。例如，由更密集的材料制成的研磨球（例如，对于特氟隆和碳化钨分别为2.3g·cm -3对15.6g·cm -3）在研磨过程中携带更大的动能。金属浸出的可能性[28]，磨损率[25]和/或促进化学反应[9,29-33]在选择合适的研磨介质时也必须考虑到这一点。除了可变的机械和研磨介质参数外，控制机械化学过程的另一种方法是使用少量液体和/或固体添加剂，称为离子和液体辅助（ILAG）或液体辅助研磨（LAG） ），分别为[34,35]。与“干”研磨相比，这些技术通常具有诸如更短的反应时间和/或更高的产物选择性等优点[36]。

在传统的基于溶液的方法中，适当选择溶剂，温度和反应时间将决定预期的化学反应是否进行，程度以及进行的速率。在通过机械化学途径接近相同的化学反应时，微调另一组参数以优化反应条件（参见方案1）。这种差异可能会产生独特的反应模式和/或获得其他无法实现的产品[11-15]。

尽管通常被认为是新颖的，但从最广泛的角度来看，机械化学可以追溯到两千年前[20,37,38]。然而，直到19世纪才出现机械力和化学反应性之间的联系[39-45]，一个世纪后，人们提出了目前公认的机械化学定义[46]。从那时起，在过去的25年中，机械化学方法已应用于各个领域，包括催化[47]，有机合成[5,7,48,49]，金属有机骨架（MOFs）[50,51]，配位[52]，有机金属[11]，超分子[53]，环境[54,55]，API [56]，药用[57]，纳米科学[15]，聚合物[58-60]和酶化学[61]。最近在机械化学方面取得的进展为合成化学家寻找新的结果和最佳合成路线提供了一个令人兴奋的平台（见方案2）。