عملية الألكلة (Alkylation)

الألكلة هي تفاعل كيميائي يتضمن نقل مجموعة ألكيل من جزيء إلى آخر. يمكن أن يتم نقل هذه المجموعة في عدة أشكال، مثل كربوكاتيون الألكيل، أو جذور حرة، أو كاربانين، أو كاربين (أو ما يعادلها). تُعرف المواد التي تُحدث هذا التفاعل باسم عوامل الألكلة، بينما تُسمى العملية العكسية التي يتم فيها إزالة مجموعة الألكيل بـ إزالة الألكلة (Dealkylation).

تصنيف عوامل الألكلة

يتم تصنيف عوامل الألكلة عادةً بناءً على طبيعتها، سواء كانت محبة للنواة (Nucleophilic) أو محبة للإلكترونات (Electrophilic). وتختلف تطبيقات هذه العملية بشكل كبير حسب المجال:

• تكرير النفط: تشير الألكلة إلى تفاعل الإيزوبوتان مع الأوليفينات لإنتاج مكونات عالية الجودة لخلط البنزين.
• الطب: تُستخدم ألكلة الحمض النووي (DNA) في العلاج الكيميائي لتدمير الحمض النووي للخلايا السرطانية باستخدام أدوية تسمى العوامل المضادة للأورام المألكلة.

عوامل الألكلة المحبة للنواة (Nucleophilic Alkylating Agents)

تقوم هذه العوامل بتوصيل ما يعادل أنيون الألكيل (كاربانين). يهاجم "أنيون الألكيل" الإلكتروفيل، مما يؤدي إلى تكوين رابطة تساهمية جديدة بين مجموعة الألكيل والإلكتروفيل. من الأمثلة الشائعة استخدام المركبات العضوية المعدنية مثل كواشف غرينيار (عضوية المغنيسيوم)، وكواشف الليثيوم العضوية، والنحاس العضوي، والصوديوم العضوي.

يمكن لهذه المركبات أن تضاف إلى ذرة كربون فقيرة بالإلكترونات، كما هو الحال في مجموعة الكربونيل. كما يمكن لعوامل الألكلة المحبة للنواة إزاحة بدائل الهاليد على ذرة الكربون من خلال آلية SN2. وباستخدام محفز، يمكنها أيضاً ألكلة هاليدات الألكيل والأريل، كما هو موضح في تفاعلات سوزوكي.

الألكلة بواسطة الإلكتروفيلات الكربونية

ألكلة الكربون (C-alkylation)

ألكلة الكربون هي عملية لتكوين روابط كربون-كربون. ويحدث أكبر مثال على ذلك في وحدات الألكلة في مصانع البتروكيماويات، حيث يتم تحويل الألكينات ذات الوزن الجزيئي المنخفض إلى مكونات بنزين عالية الأوكتان. كما يتم ألكلة الأنواع الغنية بالإلكترونات مثل الفينولات لإنتاج مواد متنوعة، مثل الألكيل بنزين الخطي (LAS) المستخدم في المنظفات، أو الفينولات المبيوتلة مثل BHT المستخدم كمضاد للأكسدة.

ألكلة النيتروجين، الفوسفور، والكبريت (N-, P-, S- alkylation)

تعد هذه العمليات ضرورية لتكوين روابط كربون-نيتروجين، كربون-فوسفور، وكربون-كبريت. يتم ألكلة الأمينات بسهولة، وتتبع سرعة التفاعل الترتيب التالي: الأمين الثالثي < الأمين الثانوي < الأمين الأولي. وتعتمد الصناعة غالباً على طرق الكيمياء الخضراء التي تتضمن ألكلة الأمينات باستخدام الكحوليات، حيث يكون الناتج الثانوي هو الماء.

ألكلة الأكسجين (O-alkylation)

تتفاعل الكحوليات لتعطي إيثرات، وهو ما يظهر في المعادلة التالية:

عندما يكون عامل الألكلة هو هاليد الألكيل، يُسمى هذا التحويل "تخليق إيثر ويليامسون". كما أن الكحوليات عوامل ألكلة جيدة في وجود محفزات حمضية مناسبة. وتعتبر ألكلة الفينولات عملية مباشرة للغاية نظراً لقلة التفاعلات المتنافسة.

الإضافة التأكسدية للمعادن

في عملية تسمى الإضافة التأكسدية، تتفاعل المعادن ذات التكافؤ المنخفض غالباً مع عوامل الألكلة لإنتاج ألكيلات معدنية. يعد هذا التفاعل خطوة أساسية في عملية "كاتيفا" (Cativa process) لتخليق حمض الأسيتيك من يوديد الميثيل، كما تمر العديد من تفاعلات الاقتران التقاطعي عبر الإضافة التأكسدية.