Введение

Передача алкильной группы из одной молекулы в другую. Алкилирование – это химическая реакция, включающая в себя перенос алкильной группы. Алкильная группа может переноситься в виде алкильного карбокатиона, свободного радикала, карбаниона или карбена (или их эквивалентов). Алкилирующие агенты – это реагенты, используемые для проведения алкилирования. Алкильные группы также могут удаляться в процессе, известном как деалкилирование. Алкилирующие агенты часто классифицируются по их нуклеофильным или электрофильным свойствам. В нефтепереработке алкилированием называют конкретную реакцию алкилирования изобутана олефинами. В процессе повышения качества нефти алкилирование позволяет получить высококачественный компонент для производства бензина. В медицине алкилирование ДНК используется в химиотерапии для повреждения ДНК раковых клеток. Алкилирование достигается с помощью класса препаратов, называемых алкилирующими противоопухолевыми средствами.

Нуклеофильные алкилирующие агенты

Нуклеофильные алкилирующие агенты поставляют эквивалент алкильного аниона (карбаниона). Формальный "алкил-анион" атакует электрофил, формируя новую ковалентную связь между алкильной группой и электрофилом. Контр-ион, являющийся катионом, например, литием, может быть удален и вымыт при обработке. Примеры включают использование органометаллических соединений, таких как реактивы Гриньяра (органомагний), органолитий, органомедь и органонатрий. Эти соединения обычно способны присоединяться к атому углерода, испытывающему недостаток электронов, например, к карбонильной группе. Нуклеофильные алкилирующие агенты могут замещать галогенидные заместители на атоме углерода посредством механизма SN2. При наличии катализатора они также алкилируют алкил- и арилгалогениды, как демонстрируют реакции Сузуки. Механизм SN2 недоступен для арильных заместителей, поскольку траектория атаки на атом углерода проходила бы внутри кольца. Таким образом, возможны только реакции, катализируемые органометаллическими катализаторами.

C-алкилирование

C-алкилирование – это процесс образования углерод-углеродных связей. Наиболее масштабный пример этого происходит в установках алкилирования нефтехимических предприятий, где алкены с низкой молекулярной массой превращаются в высокооктановые компоненты бензина. Соединения, богатые электронами, такие как фенолы, также часто подвергаются алкилированию для получения разнообразных продуктов; примерами служат линейные алкилбензолы, используемые в производстве поверхностно-активных веществ, например LAS, или бутилированные фенолы, такие как BHT, применяемые в качестве антиоксидантов. Это может быть достигнуто с использованием кислотных катализаторов, таких как Amberlyst, или кислот Льюиса, таких как алюминий. В лабораторных условиях реакция Фриделя-Крафтса использует алкилгалогениды, поскольку с ними зачастую легче работать, чем с соответствующими алкенами, которые обычно находятся в газообразном состоянии. Реакция катализируется трихлоридом алюминия. Этот подход редко применяется в промышленности, поскольку алкилгалогениды дороже алкенов.

Окислительная добавка к металлам

В процессе, называемом окислительным присоединением, низковалентные металлы часто реагируют с алкилирующими агентами с образованием металлоорганических алкилов. Эта реакция является одним из этапов процесса Кативы для синтеза уксусной кислоты из йодида метила. Многие реакции кросс-сочетания также протекают посредством окислительного присоединения.

Электрофильные алкилирующие агенты

Электрофильные алкилирующие агенты поставляют эквивалент алкильного катиона. Алкилгалогениды являются типичными алкилирующими агентами. Триметилоксониевый тетрафторборат и триэтилоксониевый тетрафторборат являются особенно сильными электрофилами благодаря их явно выраженному положительному заряду и инертной уходящей группе (диметиловый или диэтиловый эфир). Диметилсульфат обладает умеренной электрофильностью.

Метилирование диазометаном

Диазометан — популярный метилирующий агент в лаборатории, однако он слишком опасен (взрывоопасный газ с высокой острой токсичностью) для применения в промышленных масштабах без принятия специальных мер предосторожности. Внедрение более безопасного и эквивалентного реагента — триметилсилилдиазометана — значительно снизило использование диазометана.

Опасности

Электрофильные, растворимые алкилирующие агенты часто токсичны и канцерогенны из-за их способности алкилировать ДНК. Этот механизм токсичности важен для действия противораковых препаратов, являющихся алкилирующими противоопухолевыми средствами. Некоторые химические вещества, такие как горчичный газ (дихлорэтилсульфид), функционируют как алкилирующие агенты. Алкилированная ДНК либо неправильно скручивается или раскручивается, либо не может быть обработана ферментами, отвечающими за декодирование информации.

В биологии

Алкилирование в биологии вызывает повреждение ДНК. Это перенос алкильных групп на азотистые основания. Оно вызывается алкилирующими агентами, такими как EMS (этилметилсульфонат). Бифункциональные алкильные группы, содержащие две алкильные группы, вызывают сшивание ДНК. Азотистые основания, поврежденные алкилированием, восстанавливаются посредством пути удаления оснований (BER).

Химические товары

Несколько товарных химических веществ производятся путем алкилирования. К ним относятся несколько основных сырьевых веществ на основе бензола, таких как этилбензол (предшественник стирола), кумол (предшественник фенола и ацетона), линейные алкилбензолсульфонаты (для производства моющих средств).

Производство бензина

В обычных нефтеперерабатывающих заводах изобутан алкилируется алкенами с низкой молекулярной массой (в основном смесью пропена и бутена) в присутствии катализатора кислоты Брёнстеда, который может включать в себя твердые кислоты (зеолиты). Катализатор протонирует алкены (пропен, бутен) с образованием карбокатионов, которые алкилируют изобутан. Продукт, называемый "алкилатом", состоит из смеси высокооктановых разветвленных парафиновых углеводородов (в основном изогептана и изооктана). Алкилат является высококачественным компонентом бензина, поскольку обладает исключительными антидетонационными свойствами и обеспечивает чистое сгорание. Алкилат также является ключевым компонентом авиационного бензина. Комбинируя флюидный каталитический крекинг, полимеризацию и алкилирование, нефтеперерабатывающие заводы могут получать до 70% бензина. Широкое использование серной и плавиковой кислот на нефтеперерабатывающих заводах представляет значительные экологические риски. Ионные жидкости используются в качестве замены более старому поколению сильных кислот Брёнстеда.

Декилирование

Реакциям алкилирования соответствуют обратные реакции – деалкилирования. Наиболее распространены деметилирования, которые широко используются в биологии, органическом синтезе и других областях, особенно для метиловых эфиров и метиламинов.