Alquilación

La C-alquilación es un proceso para la formación de enlaces carbono-carbono. El ejemplo más importante de esto se da en las unidades de alquilación de las plantas petroquímicas, que convierten alquenos de bajo peso molecular en componentes de gasolina de alto octanaje . Las especies ricas en electrones, como los fenoles, también se alquilan comúnmente para producir una variedad de productos; ejemplos incluyen alquilbencenos lineales utilizados en la producción de surfactantes como LAS , o fenoles butilados como BHT , que se utilizan como antioxidantes . Esto se puede lograr utilizando catalizadores ácidos como Amberlyst , o ácidos de Lewis como el aluminio. ^{[ 4 ]} A escala de laboratorio, la reacción de Friedel-Crafts utiliza haluros de alquilo , ya que estos suelen ser más fáciles de manejar que sus alquenos correspondientes, que tienden a ser gases. La reacción es catalizada por tricloruro de aluminio . Este enfoque rara vez se utiliza industrialmente porque los haluros de alquilo son más caros que los alquenos.

La N-alquilación, la P-alquilación y la S-alquilación son procesos importantes para la formación de enlaces carbono-nitrógeno, carbono-fósforo y carbono-azufre,

Las aminas se alquilan fácilmente. La velocidad de alquilación sigue el orden amina terciaria < amina secundaria < amina primaria. Los agentes alquilantes típicos son los haluros de alquilo. La industria suele recurrir a métodos de química verde que implican la alquilación de aminas con alcoholes, cuyo subproducto es agua. La hidroaminación es otro método verde para la N-alquilación.

En la reacción de Menshutkin , una amina terciaria se convierte en una sal de amonio cuaternario mediante la reacción con un haluro de alquilo . Reacciones similares ocurren cuando las fosfinas terciarias se tratan con haluros de alquilo, obteniéndose como productos sales de fosfonio.

Los tioles se alquilan fácilmente para dar tioéteres mediante la reacción tiol-eno . ^{[ 5 ]} La reacción se lleva a cabo típicamente en presencia de una base o utilizando la base conjugada del tiol. Los tioéteres sufren alquilación para dar iones sulfonio .

Los alcoholes se alquilan para dar éteres :

${\displaystyle {\ce {R-OH + R'-X -> ROR'}}}$

Cuando el agente alquilante es un haluro de alquilo, la conversión se denomina síntesis de éter de Williamson . Los alcoholes también son buenos agentes alquilantes en presencia de catalizadores ácidos adecuados. Por ejemplo, la mayoría de las metilaminas se preparan mediante la alquilación de amoníaco con metanol. La alquilación de fenoles es particularmente sencilla, ya que está sujeta a menos reacciones competitivas. ^{[ 6 ]}

${\displaystyle {\ce {Ph-O- + Me2-SO4 -> Ph-O-Me + Me-SO4-}}}$

(con Na ⁺ como ion espectador )

La alquilación más compleja de alcoholes y fenoles implica la etoxilación . El óxido de etileno es el grupo alquilante en esta reacción.

En el proceso denominado adición oxidativa , los metales de baja valencia suelen reaccionar con agentes alquilantes para dar alquilos metálicos. Esta reacción es una etapa del proceso Cativa para la síntesis de ácido acético a partir de yoduro de metilo . Muchas reacciones de acoplamiento cruzado también se producen mediante adición oxidativa.

Los agentes alquilantes electrófilos liberan el equivalente a un catión alquilo . Los haluros de alquilo son agentes alquilantes típicos. El tetrafluoroborato de trimetiloxonio y el tetrafluoroborato de trietiloxonio son electrófilos particularmente fuertes debido a su marcada carga positiva y a un grupo saliente inerte ( éter dimetílico o dietílico ). El sulfato de dimetilo presenta una electrofilicidad intermedia.

El diazometano es un agente metilante popular en el laboratorio, pero es demasiado peligroso (gas explosivo con alta toxicidad aguda) para emplearlo a escala industrial sin precauciones especiales. ^{[ 8 ]} El uso de diazometano se ha reducido significativamente con la introducción del reactivo trimetilsilildiazometano, más seguro y equivalente . ^{[ 9 ]}

Los agentes alquilantes solubles y electrófilos suelen ser tóxicos y carcinogénicos debido a su tendencia a alquilar el ADN. Este mecanismo de toxicidad es relevante para la función de los fármacos anticancerígenos en forma de agentes antineoplásicos alquilantes . Algunas armas químicas, como el gas mostaza (sulfuro de dicloroetilo), funcionan como agentes alquilantes. El ADN alquilado no se enrolla ni se desenrolla correctamente, o bien no puede ser procesado por las enzimas decodificadoras de información. Sin ADN funcional, la célula deja de funcionar, lo que provoca su muerte. Por lo tanto, estos agentes alquilantes son citotóxicos .

La alquilación electrofílica utiliza ácidos de Lewis y ácidos de Brønsted , a veces ambos. Clásicamente, se emplean ácidos de Lewis, por ejemplo, tricloruro de aluminio , cuando se utilizan haluros de alquilo. Los ácidos de Brønsted se utilizan cuando se alquilan olefinas. Los catalizadores típicos son las zeolitas, es decir, catalizadores ácidos sólidos, y el ácido sulfúrico. El ácido silicotúngstico se utiliza para fabricar acetato de etilo mediante la alquilación del ácido acético con etileno : ^{[ 10 ]}

${\displaystyle {\ce {C2H4 + CH3CO2H -> CH3CO2C2H5}}}$