Das Piperidin ist eine organische Verbindung, die kondensierte Formel (CH 2 ) 5 NH ist. Es besteht aus einem cyclischen sekundären Amin, wobei die Aminogruppe NH Teil eines hexagonalen Rings ist, der aufgrund des Vorhandenseins des Stickstoffatoms heterocyclisch ist.
Piperidin ist die stickstoffhaltige Version von Cyclohexan. Beachten Sie zum Beispiel die Strukturformel von Piperidin im Bild unten: Sie ist der von Cyclohexan sehr ähnlich, mit dem einzigen Unterschied, dass eine der Methylengruppen, CH 2 , durch ein NH ersetzt wurde.
Strukturformel von Piperidin. Quelle: NEUROtiker / Public Domain
Der merkwürdige Name dieses Amins kommt vom lateinischen Wort "Piper", was Pfeffer bedeutet, da es in schwarzem Pfeffer zuerst gefunden und synthetisiert wurde. Tatsächlich wird das Aroma von Piperidin mit dem einer Mischung aus Pfeffer und Fisch verwechselt.
Sein hexagonaler und heterocyclischer Ring ist auch in vielen Alkaloiden und Arzneimitteln enthalten, weshalb Piperidin für die organische Synthese solcher Produkte verwendet wird. wie Morphin, Minoxidil und Resperidon.
Struktur
Molekülstruktur von Piperidin. Quelle: Benjah-bmm27 / Public Domain
Im oberen Bild haben wir die molekulare Struktur von Piperidin, dargestellt durch ein Modell von Kugeln und Balken. Die schwarzen Kugeln, die den Kohlenstoffatomen entsprechen, bilden das Gerüst, das ohne das Stickstoffatom, das der bläulichen Kugel, mit Cyclohexan identisch wäre.
Hier sehen Sie die fünf Methyleneinheiten CH 2 und die Anordnung ihrer Wasserstoffatome. Ebenso ist die sekundäre Aminogruppe NH deutlich zu beobachten, deren elektronegativer Stickstoff dem Molekül Polarität verleiht.
Daher hat Piperidin ein permanentes Dipolmoment, in dem sich die negative Ladungsdichte um NH konzentriert.
Da Piperidin ein Dipolmoment aufweist, sind seine intermolekularen Kräfte oder Wechselwirkungen überwiegend vom Dipol-Dipol-Typ.
Unter den Dipol-Dipol-Wechselwirkungen sind die Wasserstoffbrücken vorhanden, die durch die NH-NH-Gruppen benachbarter Piperidinmoleküle hergestellt werden. Infolgedessen verschmelzen die Piperidinmoleküle in einer Flüssigkeit, die bei einer Temperatur von 106 ° C siedet.
Konformationen
Der hexagonale Ring von Piperidin ist wie der von Cyclohexan nicht flach: Seine Wasserstoffatome wechseln sich in axialen Positionen (oben oder unten) und äquatorial (seitlich gerichtet) ab. Somit nimmt Piperidin verschiedene räumliche Konformationen an, wobei der Stuhl der wichtigste und stabilste ist.
Das vorherige Bild zeigt eines der vier möglichen Confomere, in denen sich das Wasserstoffatom der NH-Gruppe in äquatorialer Position befindet. Während das Elektronenpaar nicht vom Stickstoff geteilt wird, befinden sie sich in axialer Position (in diesem Fall nach oben).
Axiale Konformation von Piperidin. Das Wasserstoffatom in axialer Position erhöht die sterische Spannung am Ring, indem es zu nahe an den anderen axialen und benachbarten Wasserstoffatomen liegt. Quelle: Benjah-bmm27 / Public Domain
Nun ist ein weiterer Konformer dargestellt (oberes Bild), in dem sich diesmal das Wasserstoffatom der NH-Gruppe in axialer Position befindet (nach oben); und das Paar nicht gemeinsam genutzter Stickstoffelektronen in äquatorialer Position (links).
Insgesamt gibt es also vier Konformere: zwei mit dem Wasserstoff von NH in axialer und äquatorialer Position und zwei weitere, in denen die relativen Positionen des Elektronenelektronenpaars in Bezug auf den Stuhl variiert werden.
Die Konformere, in denen sich der Wasserstoff von NH in äquatorialer Position befindet, sind am stabilsten, da sie unter geringeren sterischen Spannungen leiden.
Synthese
Die ersten Synthesen von Piperidin gingen von Piperin aus, einem seiner natürlichen Derivate, das Teil des schwarzen Pfeffers ist und für einige der organoleptischen Eigenschaften dieses Gewürzs verantwortlich ist. Piperin reagiert mit Salpetersäure und setzt die heterocyclische Einheit frei, deren Struktur bereits überarbeitet wurde.
Im industriellen Maßstab ist jedoch die Synthese von Piperidin durch katalytische Hydrierung von Pyridin bevorzugt:
Hydrierung von Pyridin zu Piperidin. Quelle: Steffen 962 über Wikipedia.
Die Wasserstoffatome H 2 binden an den Pyridinring und brechen dessen aromatisches System, für das die Hilfe von Metallkatalysatoren benötigt wird.
Derivate
Piperin
Viel wichtiger als Piperidin selbst ist seine Struktureinheit, die in unzähligen Alkaloiden und Substanzen pflanzlichen Ursprungs erkennbar ist. Zum Beispiel ist unten die molekulare Struktur von Piperin:
Strukturformel von Piperin. Quelle: Neurotiker über Wikipedia.
Piperin hat eine stark konjugierte Struktur; Das heißt, es hat mehrere koordinierte Doppelbindungen, die elektromagnetische Strahlung absorbieren und auf die eine oder andere Weise zu einer ungiftigen Verbindung für den menschlichen Verzehr machen. Wenn nicht, wäre schwarzer Pfeffer giftig.
Coniína
Der heterocyclische und hexagonale Ring von Piperidin befindet sich auch in Conin, einem aus Hemlock extrahierten Neurotoxin, das für seinen unangenehmen Geruch verantwortlich ist und das auch zur Vergiftung von Sokrates verwendet wurde. Seine Struktur ist:
Strukturformel von Coniin. Quelle: NEUROtiker / Public Domain
Es ist zu beachten, dass sich Coniin durch die Anwesenheit eines Propylsubstituenten am Kohlenstoff neben der NH-Gruppe kaum von Piperidin unterscheidet.
So werden Derivate von Piperidin erhalten, indem die Wasserstoffatome des Rings oder der Wasserstoff der NH-Gruppe selbst durch andere Gruppen oder Molekülfragmente ersetzt werden.
Morphium
Strukturformel von Morphin. Quelle: NEUROtiker / Public Domain
Morphin ist ein weiteres natürliches Derivat von Piperidin. Diesmal ist der Piperidinring mit anderen Ringen verschmolzen und zeigt aus der Ebene in Richtung des Beobachters. Es wird identifiziert, weil es eine Bindung mit der CH 3 -Gruppe bildet .
Drogen
Piperidin und seine Derivate werden für das Design und die Synthese verschiedener Arten von Arzneimitteln verwendet. Daher sind sie synthetische Derivate von Piperidin. Drei von ihnen sind nachstehend zusammen mit ihren jeweiligen Strukturformeln aufgeführt:
Risperidon, ein atypisches Antipsychotikum, das zur Behandlung multipler psychischer Störungen verschrieben wird. Quelle: Fvasconcellos (Diskussion • Beiträge) / Public Domain
Minoxidil, ein Vasodilatator, der im Allgemeinen zur Behandlung von Alopezie verwendet wird. Quelle: Impfstoff / gemeinfrei
Icaridin oder Picaridin, ein Insektenschutzmittel, aus dem OFF-Repellentien bestehen. Quelle: Arrowsmaster / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
Verweise
- Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organische Chemie. (10 th Edition.). Wiley Plus.
- Carey F. (2008). Organische Chemie. (Sechste Ausgabe). Mc Graw Hill.
- Morrison und Boyd. (1987). Organische Chemie. (Fünfte Ausgabe). Addison-Wesley Iberoamericana.
- Wikipedia. (2020). Piperidin. Wiederhergestellt von: en.wikipedia.org
- Nationales Zentrum für Informationen zur Biotechnologie. (2020). Piperidin. PubChem Database., CID = 8082. Wiederhergestellt von: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Elsevier BV (2020). Piperidin. ScienceDirect. Wiederhergestellt von: sciencedirect.com
- Harold D. Banks. (1992). Piperidinsynthese. . Wiederhergestellt von: apps.dtic.mil