Un agente alchilante è qualsiasi sostanza chimica che aggiungerà un gruppo alchilico a un’altra molecola nella reazione chimica nota come alchilazione. Un gruppo alchilico è fondamentalmente una catena di unità CH2 di qualsiasi lunghezza ricoperte da un atomo di idrogeno terminale, quindi una reazione di alchilazione è semplicemente l’aggiunta di una catena alchilica a un’altra molecola. Il gruppo alchilico più semplice è chiamato gruppo metilico, -CH3, e l’alchilazione con un gruppo metilico è nota come metilazione.
Le reazioni di alchilazione sono una parte importante della sintesi organica e gli agenti alchilanti sono ampiamente utilizzati nella creazione di medicinali e specialità chimiche industriali. Qualsiasi agente alchilante è un potenziale pericolo, tuttavia, perché sono abbastanza in grado di alchilare il DNA o altre sostanze chimiche nel corpo umano, cambiando così la loro natura e sconvolgendo la biochimica di una persona. Gli agenti alchilanti sono potenti agenti cancerogeni e devono essere maneggiati con cura.
La tendenza di un agente alchilante a modificare le sostanze biochimiche è utilizzata nella classe dei farmaci antitumorali noti come agenti antineoplastici alchilanti. In questi farmaci, viene utilizzato un agente alchilante per aggiungere un gruppo alchilico al DNA delle cellule e quindi renderlo incapace di riprodursi. Poiché le cellule tumorali crescono più velocemente delle cellule normali, muoiono più rapidamente, riducendo il numero di cellule cancerose. Sfortunatamente, l’agente alchilante antineoplastico non discrimina tra le cellule sane e quelle cancerose e alchila il DNA di tutte le cellule indiscriminatamente. Le cellule a crescita rapida, come nel tratto gastrointestinale, nel midollo osseo e nelle ovaie, sono particolarmente colpite e probabilmente saranno danneggiate, dando a questi farmaci effetti collaterali significativi e spiacevoli.
Chimicamente, si può considerare che un agente alchilante abbia due parti: il gruppo alchilico stesso e un sostituente noto come gruppo uscente, che partirà durante la reazione di alchilazione e lascerà uno ione alchilico attivo o radicale. Il gruppo uscente potrebbe prendere un elettrone dalla porzione alchilica, creando un gruppo alchilico con carica positiva o carbocatione alchilico. I gruppi alchilici caricati positivamente sono elettrofili, nel senso che sono attratti da cariche negative o atomi ricchi di elettroni sulla molecola bersaglio.
Al contrario, il gruppo uscente potrebbe donare un elettrone alla porzione alchilica, producendo una specie alchilica con carica negativa, o carbanione. I gruppi alchilici con carica negativa sono nucleofili o attratti da cariche positive e atomi poveri di elettroni sul substrato.
La natura dell’agente alchilante consente quindi una certa quantità di controllo proprio su dove una molecola bersaglio può essere alchilata. Gruppi alchilici elettrofili o caricati positivamente sono forniti da composti quali il dialchilsolfato e gli alogenuri alchilici. Gli ioni alchilici nucleofili o caricati negativamente risultano quando vengono utilizzati alchili metallici e organometallici.
Una terza possibilità è l’alchilazione radicalica, in cui il gruppo alchilico attivo ha il suo normale complemento di elettroni, ma uno di essi è spaiato e disponibile per il legame chimico. L’alchilazione con radicali liberi è ampiamente utilizzata nell’industria. A causa della sua non specificità, non viene spesso utilizzato nelle sintesi progettate.