Alkilacija

Alkilacija je prijenos alkil grupe sa jedne molekule na drugu. Alkil grupa se može prenijeti kao alkil karbokation, slobodni radikal, karbanion ili karben (ili kao njihovi ekvivalenti).^[1] Vjeruje se da su alkil grupe najbrojnije grupe u organskoj hemiji, a da su alkilirajući agensi u veoma rasprostranjeni. Mnoge ciljne biološke molekule ili njihovi sintetski prekursori su formirani od alkil lanaca sa specifičnim funkcijskim grupama specifičnog poretka. Selektivna alkilacija ili dodavanje dijelova lanca sa željenim funkcijskim grupama se posebno primjenjuje kada nema zajedničkog biološkog prekursora. Alkilacija sa samo jednim ugljikom se naziva metilacija.

U rafiniranju nafte, pojam alkilacija se odnosi na specifičnu alkilaciju izobutana sa olefinima. To je jedan od glavnih načina poboljšavanja kvaliteta nafte.^[2]

Alkilacija DNK, u medicini se koristi za hemoterapiju, da bi se oštetila DNK ćelija kancera. Obavlja se klasom lijekova zvanih alkilirajući citostatici.^{[3] [4]}

Fridel-Kraftsova alkilacija.

Alkilirajući agensi

Alkilirajući agensi su klasificirani prema nukleofilskom ili elektrofilskom kaarakteru.

Nukleofilni alkilirajući agensi

Nuleofilni alkilirajući agensi dostavljaju ekvivalent alkil aniona (karbaniona). Primjeri uključuju korištenje organometalnih spojeva, kao što su reagensi Grignardov organomagnezij, organolitij, organobakar i organonatrij. Ovi spojevi obično mogu na atom ugljika kojem nedostaje elektron, kao na karbonil grupu. Nukleofilni alkilirajući agensi mogu prenositi halogenske supstituent na atom ugljika. U prisustvu katalizatora, oni također alkiliraju alkil i aril halogenide, kao naprimer putem Suzuki sparivanjȃ.

Eletropfilski alkilirajući agensi

Elektrofilski alkilirajući agensi donose ekvivalent alkil kationa. Primjeri su korištenje alkil halogenida sa Lewis kiselinom kao katalizatorom za alkilat aromatične podloge u Friedel-Craftovoj reakciji. Alkil halogenidi mogu direktno reagirati sa aminima da se formira veza C-N; isto važi i za druge nukleofile, kao što su alkoholi, karboksilne kiseline, tioli itd. Trimetiloksonij tetrafluoroborat i trietiloksonij tetrafluoroborat su posebno jaki elektrofili zbog svog otvorenog pozitivnog naboja i inertne odlazeće grupe (dimetil ili dietil eter).

Elektrofilni, topivi alkilirajući agensi su često vrlo otrovni, zbog svoje sposobnosti da alkiliraju DNK. Njima treba rukovati uz pravilnu lične zaštitne opreme (PPE). Ovaj mehanizam toksičnosti je također odgovoran za sposobnost nekih alkilirajućih agensa za upotrebu kao lijekova protiv raka u obliku alkilirajućeg antineoplastičnog agensa, ali i kao hemijskog agensa, kao što je iperit . Alkilirana DNK, se ne namotava ili odmotava pravilno ili ne može biti obrađena pomoću enzima za dekodiranje genetičkih informacija. To rezultira u citotoksičnosti, sa efektima inhibicije rasta ćelija, pokretanja programirane smrti ćelije ili apoptoza. |Međutim, također se aktiviraju i mutacije, uključujući i kancerogene, što objašnjava veću učestalost raka nakon izlaganja.

Alkoholi i fenoli mogu biti alkalirani, dajući alkil etre:

${\displaystyle \mathrm {R{-}OH\ +\ R'{-}X\ \longrightarrow \ R{-}O{-}R'\ +\ H{-}X} }$

Proizvedena kislina HX se neutralizira bazama ili, alternativno, alkohol se prvo deprotonizira i daje alkokside ili fenokside. Naprimjer, dimetil sulfat alkilira sonatrijevu so fenola, kada nastaje anisol, metil eter fenola. Dimetil sulfat se is dealkilizirato natrij metilsulfatom.

${\displaystyle \mathrm {Ph{-}O^{-}\ +\ Me_{2}{-}SO_{4}\ \longrightarrow \ Ph{-}O{-}Me\ +\ Me{-}SO_{4}^{-}} }$ (sa Na⁺ kao posmatračkim ionom)

Nasuprot tome, alkilacija amina predstavlja problem koji je da alkiliranje jednog amina obavlja više nukleofila. Stoga, kada je elektrofilni alkilirajući agens – primarni amin, prvenstveno će alkilirati sve do kvartarnog amonijevog kationa.

${\displaystyle \mathrm {R{-}NH_{2}\ +\ R{-}NH{-}R'\ \longrightarrow \ R{-}N(R')_{2}\ \longrightarrow \ R{-}N(R')_{3}^{+}} }$ (alkilirajući agens je izostavljen zbog jasnoće)

Ako kvarterni ammonij nije željeni proizvod, neophodno je više zaobilaznih pravaca kao što je redukcijska aminacija.

Karbenski alkilirajući agensi

Karbeni su izuzetno reaktivni i poznato je da napadaju čak neaktivirane C-H veze. Karbeni može biti generirani eliminacijom diazo grupa. Za razliku od elektrofilnih ili nukleofilnih alkilirajućih agensa, karbeni su neutralni i ubacuju se u veze, a ne odbacuju napuštajuće grupe. Metal može formirati karbenski ekvivalent zvani prelazni metal karbenaski kompleks.

Metilacija u biologiji

Glavni članak: Metilacija

Najčešći oblik alkilacije je metilacija, koja je povezana sa transferom metil grupe. Metilacija se razlikuje od alkilacije po tome što joj je specifičan transfer jednog ugljika, dok se alkilacija može odnositi na prijenos dugolančanih ugljikovih grupa. Metilacije u prirodi se obično odvijaju pomoću enzima, izvedenica vitamina B<sub12, gdje metil grupa nosi kobalt. U metanogenezi, koenzim M je metil prema tetrahidrometanopterinu.

Elektrofilni spojevi mogu u organizmu alkilirati različite nukleofile. Toksičnost, karcinogenost i, paradoksalno, primjeri su i sposobnost ćelija ubica raka različitih alkilirajućih agensa DNK.

Demetilacija je obrnut proces od metilacije.

Reference

1. March Jerry; (1985). Advanced Organic Chemistry reactions, mechanisms and structure (3rd ed.). New York: John Wiley & Sons, inc. ISBN 0-471-85472-7
2. Stefanidakis, G.; Gwyn, J.E. (1993). "Alkylation". u John J. McKetta (ured.). Chemical Processing Handbook. CRC Press. str. 80–138. ISBN 0-8247-8701-3.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
3. Voet D., Voet J. G. Biochemistry, 3rd Ed.[publisher= Wiley. ISBN 978-0-471-19350-0.
4. Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Eds. (2005). Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB) Sarajevo. ISBN 9958-9344-1-8.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)

Također pogledajte

• Hidrodealkilacija
• Transalkilacija
• Fridel-Kraftsove reakcije

Vanjski linkovi

• Pravljenje polikarbonatna
• Alkylating agents na US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)