تفاعلات الألكلة

الألكلة عملية كيميائية ترتبط من خلالها مجموعة ألكيل بجزيء ركيزة عضوي عن طريق الجمع أو الاستبدال. مجموعة الألكيل هي جزيء ألكان يفتقد ذرة هيدروجين. على سبيل المثال ، مجموعات الميثيل هي أبسط الألكيلات وتنتج عن إزالة ذرة الهيدروجين من الميثان. تحل مجموعات الألكيل محل الجزيئات أو تضيف إليها ، مثل الكربوكاتيون أو الكربوانيونات أو الجذور أو الكاربينات. قد ترتبط مجموعات الألكيل بعدد من الذرات بما في ذلك ذرات الكربون والنيتروجين والأكسجين في جزيئات الركيزة. عادة ما تكون عوامل الألكلة هي الأوليفين والكحولات وهاليدات الكبريتات والعديد من المركبات المحتوية على النيتروجين التي تعزز الألكلة عن طريق تمكين مجموعات الألكيل من الارتباط بشكل انتقائي بالجزيئات. في كثير من الأحيان ، تتطلب الألكلة محفزا. محفزات الألكلة الشائعة هي الأحماض ، مثل HF أو H₂SO₄. في بعض العمليات ، يتم استخدام الزيوليت أو أحماض لويس كمحفزات ألكلة.

الألكلة هي عملية إضافة مجموعات الألكيل إلى جزيء الركيزة ولها أهمية في مجموعة متنوعة من التطبيقات:

• في الكيمياء العضوية ، تفاعلات الألكلة شائعة. أحد تفاعلات الألكلة المستخدمة بشكل متكرر هو فريدل كرافتس. في هذا التفاعل، يكون وجود عامل حفاز لحمض لويس، مثل AlCl₃، وهاليد الألكيل، ومركب الأريل بنية حلقة أروماتية بديلة.
  
• في تصنيع البنزين ، يتم استخدام الألكلة لإنتاج منتج عالي الأوكتان عن طريق تحويل الأيزوبارافينات والألكينات منخفضة الوزن الجزيئي إلى ألكيلات.
  
• في التطبيقات الطبية ، تتمثل فئة علاج السرطان في ألكلة العوامل المضادة للأورام ، حيث يتم ميثيل الحمض النووي ، مما يتسبب في تلف الخلايا السرطانية وتثبيط النمو.  

في صناعة البترول ، وحدات الألكلة هي أوعية تفاعل كيميائي كبيرة والتكنولوجيا المرتبطة بها. تنتج عملية الألكلة الألكيلات من البروبيلين والبيوتيلين والأيزوبوتان (أي الألكلة الأوليفينات لتشكيل هيدروكربونات متفرعة السلسلة أطول). الألكيلات عبارة عن خليط من الهيدروكربونات عالية الأوكتان التي يتم مزجها في البنزين لتحسين الأداء وقابلية القيادة. تأتي المواد الخام الغازية للتفاعل من عملية تكرير النفط (أي يتم إعادة تدوير الغازات). في وحدة الألكلة، تضغط الغازات المتفاعلة وتسييل وتخلط مع عامل حفاز حمضي، وهو إما HF أو H₂SO₄. في عملية ألكلة مختلفة، يستخدم الزيوليت الصلب كعامل حفاز. الغرض من العامل الحفاز هو تحقيق الألكلة عند كل من درجات الحرارة والضغوط المنخفضة ، واعتمادا على العامل الحفاز المستخدم ، يتم ضبط نسبة المواد المتفاعلة. ترسل نواتج التفاعل إلى وعاء فصل؛ حيث يستقر العامل الحفاز الحمضي السائل في القاع، ويسحب، ويعاد تدويره مرة أخرى إلى مفاعل الألكلة. بعد معالجتها بمادة كاوية لتحييد الحمض المتبقي ، يتم تمرير الطبقة العليا من الهيدروكربون إلى مجزأ لفصل مكونات المنتج المختلفة التي تشمل البروبان والبيوتان والألكيلات. 

تعتبر ظروف تشغيل وحدة الألكلة ، بما في ذلك درجة الحرارة والضغط والتحريك ونسبة البيوتان / الأوليفين أمرا بالغ الأهمية. بالإضافة إلى ذلك ، يؤثر نوع الأوليفين الموجود في المادة الخام (البروبيلين ، البيوتين ، i-butylene ، البنتين) على جودة الأوكتان لمنتج الألكيلات (RON / MON). 

قد تكون تفاعلات الألكلة إما محبة للنواة أو محبة للكهربية ، وتحدث عن طريق الجمع أو الاستبدال. ستشكل الألكلة بسهولة روابط كربونية بين ذرات النيتروجين والفوسفور والأكسجين والكبريت في المركبات العضوية.

بعض الأمثلة:

• ألكلة الألدهيد أو الكيتون لتشكيل روابط C-C (تفاعل Grignard)
• تفاعل اقتران ألكيل هاليد وفلزي عضوي لتكوين رابطة C-C (تفاعل Wurtz)
• ألكلة الحلقات العطرية عبر هاليد الألكيل (تفاعل ألكلة فريدل كرافتس)
• ألكلة هاليدات الألكيل (تفاعل اقتران سوزوكي المتقاطع)
• تكون الأحماض استرات عن طريق التفاعل مع مركبات الديازو
• تشكل الكحولات إثيرات مع مركبات ديازو أو هاليدات ألكيل
• تتشكل الإيثرات عن طريق تفاعل ألكوكسيد مع ألكيل هاليد
• ألكلة دورات النيتروجين غير المتجانسة مع هاليد الألكيل
• ألكلة الأمينات الأولية لتشكيل كاتيون الأمونيوم الرباعي
• ألكلة الثيول إلى ثيوثير
• ألكلة الفوسفين إلى أملاح الفوسفونيوم
• أمينوألكيل الكيتون لتشكيل بيتا أمينوكيتون (قاعدة مانيتش)
• ألكلة الفثاليميد مع هاليدات الألكيل لتشكيل الأمينات الأولية (تخليق غابرييل)

تعتمد صناعة البترول على تفاعلات الألكلة كنقاط انطلاق للمنتجات الاستهلاكية الحديثة. أحد منتجات تكرير النفط الخام هو البنزين ، الذي يتم تحضيره عن طريق "التكسير". في درجات الحرارة العالية ، يتم تبخير الزيت للحصول على غاز الانحلال الحراري الخام ، والذي يتم استخراج البنزين منه وفصله عن المركبات الأخرى. يتحول البنزين إلى كومين عن طريق الألكلة مع البروبيلين ، وإلى إيثيل بنزين عن طريق الألكلة مع الإيثيلين. الكومين وإيثيل بنزين هي المواد الكيميائية الأولية لإنتاج مجموعة واسعة من البوليمرات التجارية ، والطلاء ، والمواد اللاصقة ، والراتنجات ، إلخ.

الألكلة هي تفاعل مهم لإنتاج الوقود من البترول. تنتج عملية الألكلة الألكيلات من البروبيلين والبيوتيلين والأيزوبوتان (أي الألكلة الأوليفينات لتشكيل هيدروكربونات متفرعة السلسلة أطول). تأتي المواد الخام الغازية لتفاعل الألكلة من عملية تكرير النفط (أي يتم إعادة تدوير الغازات). الألكيلات نفسها عبارة عن خليط من الهيدروكربونات عالية الأوكتان المخلوطة بالبنزين لتحسين الأداء وقابلية القيادة. 

يحتوي الحمض النووي (DNA) على أربع قواعد أولية. يمكن أن يحدث ألكلة ميثيل الأدينين والجوانين في ذرة النيتروجين ، والجوانين في ذرة الأكسجين ، بسهولة مع المواد الكيميائية الألكلة ، مثل ميثيل نيتروزامين وثنائي ميثيل سلفات. إذا لم يتم تصحيح هذه الأخطاء عن طريق عمليات إصلاح الحمض النووي ، فقد تتبع ذلك طفرة خلوية. في الطب ، يتم استخدام ألكلة الحمض النووي لميزة في علاج السرطان. تؤثر المواد الكيميائية الألكلة على تضاعف الحمض النووي (DNA)، ومن ثم يمكن أن تتسبب في موت الخلايا. هذا التأثير واضح بشكل خاص في الخلايا سريعة الانقسام ، كما هو موجود في السرطان.

هناك عدد من المواد الكيميائية الألكلة المستخدمة في العلاج الكيميائي ، بما في ذلك خردل النيتروجين ، النيتروزوريا ، سلفونات الألكيل ، التريازينات والإيثيلينيمين. تم استخدام العلاجات الكيميائية بالألكلة لسنوات ويمكن أن تكون فعالة للعديد من أنواع السرطانات. ومع ذلك ، نظرا لتأثر جميع الخلايا ، يمكن أن تكون الآثار الجانبية شديدة. الهدف من استخدام هذه العوامل الورمية القديمة الألكلة هو معايرة الجرعة بعناية للتأكد من أن الخلايا السرطانية هي الأكثر تأثرا ، مع تقليل الضرر الذي يلحق بالخلايا غير السرطانية.  

في هذه الندوة عبر الإنترنت عند الطلب ، يناقش كيفن ستون كيف تستفيد شركة Merck and Co.، Inc. من أدوات بصمات الأصابع العملية في تطوير تفاعل الألكلة. التحول الكيميائي النهائي في تخليق دورافيرين (دواء NNRTI مخصص لعلاج فيروس نقص المناعة البشرية) هو تفاعل ألكلة مع متغيرات العملية الرئيسية والتفاعلات التي أنتجت تاريخيا حساسيات عالية في أداء التفاعل. الآن ، تميز أدوات التجريب عالية الإنتاجية وأدوات PAT كثيفة البيانات هذا التفاعل وتحسنه لتحسين الأداء. يتم إنتاج مجموعات البيانات الكبيرة من أجل:

• قياس حركية التفاعل
• بناء النماذج
• تحديد معلمات التشغيل المثالية لتقليل توليد الشوائب وتقلب العملية

تشتمل الألكلة في الكيمياء العضوية على العديد من فئات التفاعل والآليات وظروف التفاعل ، مما يتطلب أن تكون معلمات التحكم في المفاعل والقدرة على التحليل متعددة الاستخدامات بنفس القدر. عائد التفاعل والانتقائية هي دالة للركيزة وكاشف الألكلة ومتغيرات التفاعل. هذا المزيج من المتطلبات يجعل الحاجة إلى التحليل في الموقع والتحكم الدقيق في المتغيرات هدفا مهما في تحسين تفاعلات الألكلة.

يعد الفهم الشامل للحركية والديناميكا الحرارية وتأثير متغيرات التفاعل على الألكلة ضروريا لتطوير التفاعل وتوسيع نطاقه وسلامته وتحقيق مواصفات المنتج النهائي:

• تلعب المفاعلات الكيميائيةومسعرات التفاعل أدوارا مهمة في ضمان فهم طاقة التفاعل جيدا ونمذجة تأثير المتغيرات على أداء التفاعل بشكل كاف.
• يعد مطيافFTIR و Raman في الموقع مفيدا لتتبع ورصد أنواع التفاعل الرئيسية ، مما يوفر معلومات حركية وميكانيكية.
• عندما يكون تحليل عينات التفاعل في وضع عدم الاتصال مطلوبا ، يسمح EasySampler بإزالة العينات المؤتمتة بالكامل في الموقع.

توفر هذه التقنيات الثلاث في الموقع المستخدمة جنبا إلى جنب مع المفاعلات الآلية للكيميائي فهما شاملا لكيفية ارتباط ظروف التفاعل والمتغيرات بأداء التفاعل العام.

إبيفانوف ، إم ، فوث ، بي جيه ، جو ، إف ، باريون ، سي ، كناني ، إس إس ، هيغمان ، سي إس ، هاين ، جي إي ، وساميس ، جي إم (2018). وعاء واحد 1،1-ثنائي هيدروفلورو ألكيلة الأمينات باستخدام فلوريد الكبريتيل. مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية ، 140 (48) ، 16464-16468.

أبلغ المؤلفون عن طريقة جديدة لثنائي هيدروفلوروألكيل مجموعة واسعة من الأمينات الأولية والثانوية ، بالإضافة إلى بعض كحوليات ثنائي هيدروفلورو فلورو الخطية الأطول مثل خماسي فلورو بروبانول وسباعي فلورو بوتانول. لتحقيق ذلك ، يستخدمون مادة كيميائية شائعة ، فلوريد الكبريتيل (SO₂F₂) ويفقئون الغاز من خلال محلول يحتوي على الأمين ، 1،1-ثنائي هيدروفلورو كحول ، وثنائي أيزوبروبيل إيثيل أمين. نتج عن هذا التفاعل أحادي الوعاء غلة 40-80٪ من الأمينات 1،1-dihydrofluoroalkylated وتبين أنه مفضل فيما يتعلق بعوامل الألكلة الفلورية الأخرى.  

تم استخدام ReactIR لتتبع تفاعل ثلاثي فلورو إيثيل سلفات مع المورفولين لتكوين منتج الأمين المفلور إيثيل. كانت هذه هي المرة الأولى التي يستخدم فيها الفلوروسلفات كعامل ألكلة أمين. أيضا ، استخدم المؤلفون ReactIR لفهم الحركية المشاركة في تفاعل SO₂F₂ مع المورفولين لتشكيل فلوروسلفاميد. أظهر ReactIR أن تفاعل SO₂F₂ بواسطة ثلاثي فلورو إيثانول أسرع من ألكيلة المورفولين ، وهذا يتيح تراكم فلورو إيثيل فلوروسلفات في الموقع.

تانغ ، إي ، تشاو ، واي ، لي ، دبليو ، وانغ ، دبليو ، تشانغ ، إم ، وداي ، إكس (2016). ألكلة فريدل-كرافتس بين الجزيئية المحفزة بالسيلينيوم مع الألكينات البسيطة. Org. Lett. ، 18 (5) ، 912-915.

باستخدام N-phenylselenophthalimide (NPSP) لتوفير السيلينيوم ، وثلاثي ميثيل سيليل ثلاثي فلورو ميثان سلفونات (TMSOTf) كمحفز ، أبلغ المؤلفون عن تطوير طريقة جديدة لألكلة الفلور والكربون. التوليف تشكيل الرابطة C-C لديه انتقائية عالية وانتقائية diastereologicalivity. ينتج التفاعل ألكينات 1،1-diarylreplace تحتوي على هيدروكربونات شيرالية مع جزء أريل في ذرة الكربون الستيروجيني ، عند استخدام كاشف السيلينيوم chiral.

تم استخدام تقنية ReactIR للمساعدة في دعم آلية مقترحة للتفاعل. أظهرت تجارب الأشعة تحت الحمراء في الموقع وجود شريط 1067 ^cm-1 تم تخصيصه للمنتج الثانوي phthalimide ، ونطاق 1033 ^cm-1 تم تعيينه إلى O-Si لوسيط إينول إيثر السيليل. تقترح الآلية المقترحة أن TMSOTf ينشط NPSP لتشكيل وسيط أيون episelenonium من الألكينات.

• أثافال ، إس في ، سيمون ، إيه ، هوك ، كيه إن ، والدنمارك ، إس إي (2020). إزالة الغموض عن السلوك التحفيزي الذاتي غير المتماثل لتفاعل Soai من خلال الدراسات الهيكلية والميكانيكية والحسابية. كيمياء الطبيعة ، 12 (4) ، 412-423. https://doi.org/10.1038/s41557-020-0421-8
• Bream، R.N.، Hulcoop، D.G.، Gooding، S.J.، Watson، SA & Blore، C. (2012).  تطوير بديل انتقائي لألكلة فريدل الحرفية: ظروف تشغيل آمنة من خلال الفهم الميكانيكي.  Org. Process Res. Dev. 16 ، 12 ، 2043-2050. https://doi.org/10.1021/op300257z
• كايل ، إس ، ألجير ، إيه إم ، برنارد ، سي ، كوريل ، تي إل وآخرون (2019). تطوير عملية مصنع ل Omecamtiv Mecarbil ، وهو منشط ميوسين جديد للقلب. Org. Process Res. Dev., 23, 8, 1558–1567. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.9b00200
• دو ، ف. ، تشو ، كيو ، صن ، دبليو ، وآخرون (2020). مثبطات EZH2 القائمة على 5-هيدروكسي إندول مجمعة عبر التكثيف المحفز TCCA وتفاعلات نينيتزيسكو. جزيئات 2020 ، 25 (9) ، 2059 ؛  https://doi.org/10.3390/molecules25092059
• إبيفانوف ، إم ، فوث ، بي جيه ، جو ، إف ، باريون ، سي ، كناني ، إس إس ، هيغمان ، سي إس ، هاين ، جي إي ، وساميس ، جي إم (2018). وعاء واحد 1،1-ثنائي هيدروفلورو ألكيلة الأمينات باستخدام فلوريد الكبريتيل. مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية ، 140 (48) ، 16464-16468. https://doi.org/10.1021/jacs.8b11309
• جراوك ، ر. ، شيبر ، ر. ، ربيع ، ج. ، شوش ، ر. ، بينتروب ، الولايات المتحدة ، باور ، م. ، وبروكنر ، أ. (2020). تأثير المنشطات Al على الهيكل والأداء التحفيزي لمحفزات الكروم في قلة الإيثيلين المتجانسة - دراسة متعددة التقنيات في الموقع / التشغيل. كيم كاتكيم ، 12 (4) ، 964. https://doi.org/10.1002/cctc.202000068
• كاريوفيليس ، إس كيه ، شيلدز ، بي جيه ، تيكلي سميث ، إم إيه ، زاكوتو ، إم جي ، ودويل ، إيه جي (2020). مثيلة النيكل / الأكسدة الضوئية المحفزة لكلوريد الأريل (غير المتجانس) باستخدام ثلاثي ميثيل أورثوفورمات كمصدر جذري للميثيل. مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية ، 142 (16) ، 7683-7689. https://doi.org/10.1021/jacs.0c02805
• ماجيا ، ب. (2019). ألكلة فريدل كرافتس من نوع فريدل كرافتس الانتقائية المجسمة من نوع هاليرانيوم والثيرانيوم والسيلينيريوم إلى تدوير البولين. التوليف المتقدم والحفز ، 361،15، 3453-3489. https://doi.org/10.1002/adsc.201900028.
• نيمتزاك ، م. ، سوبيتش ، ل. وجرزانكا ، م. (2020).  السوائل الأيونية القائمة على اليودوسلفورون والميثيل التي تحتوي على كاتيون ألكيل بيتاينات كمكونات نشطة جديدة ذات تأثير بيئي منخفض وفعالية ممتازة. مجلة الكيمياء الزراعية والغذائية ، 68 ، 47 ، 13661-13671. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.0c05850
• بارادا ، سي إم ، يانغ ، بي ، كامبل ، سي جي وستوري ، آر إف (2020). توليف وتوصيف وبلمرة ضوئية لماكرومرات البولي إيزوبيوتيلين الوظيفية (ميث) الناتجة عن انقسام / ألكلة مطاط البوتيل.  مجلة علوم البوليمرات ، 1-16. DOI: 10.1002/pol.20200524
• سوجياما ، إم ، أكياما ، إم ، نيشياما ، ك. ، أوكازوي ، تي ونوزاكي ، ك. (2020). تخليق كربونات الديالكيل المفلورة من ثاني أكسيد الكربون كمصدر للكربونيل
• كيمسوسكيم ، 13 ، 1775. https://doi.org/10.1002/cssc.202000090
• Turguła، A.، Stęsik، K.، Materna، K.، Klejdysz، T. et al. (2020). الجيل الثالث من السوائل الأيونية مع N-alkylated 1،4-diazabicyclo [2.2.2] كاتيونات أوكتان وأنيونات بيلارجونات.تقدم RSC ، 10 ، 8653-8663. دوى: 10.1039 / D0RA00766H
• ويرنيك ، إم ، بوشلاور ، بي ، شمويلتسر ، سي ، دالينجر ، دي آند كابي ، سي أو (2019). تصميم وتحسين سلسلة مفاعلات خزان التقليب المستمر لإنتاج ثنائي الميثان القائم على الغشاء: تخليق α الكلوروكيتونات. Org. Process Res. Dev. 23، 1359-1368. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.9b00115
• وو ، جي ، ليو ، واي ، ليو ، جي ، هو ، آر آند جاو ، جي (2021). دور العطريات في ألكلة الإيزوبوتان للسوائل الأيونية الكلوروألومينات: رؤى من التفاعل العطري الأيوني . مجلة الحفز ، 396 ، 54-64