Пиперидина представляет собой органическое соединение , которое конденсируют формулу (CH 2 ) 5 NH. Он состоит из циклического вторичного амина, где аминогруппа NH является частью гексагонального кольца, которое является гетероциклическим из-за присутствия атома азота.
Пиперидин - азотистая версия циклогексана. Например, обратите внимание на структурную формулу пиперидина на изображении ниже: она очень похожа на формулу циклогексана с той лишь разницей, что одна из метиленовых групп, CH 2 , заменена на NH.
Структурная формула пиперидина. Источник: NEUROtiker / Общественное достояние
Любопытное название этого амина происходит от латинского слова piper, что означает перец, так как именно в черном перце он был впервые обнаружен и синтезирован. На самом деле аромат пиперидина ошибочно принимают за аромат смеси перца и рыбы.
Его гексагональное и гетероциклическое кольцо также присутствует во многих алкалоидах и лекарствах, поэтому пиперидин используется для органического синтеза таких продуктов; такие как морфин, миноксидил и респеридон.
Структура
Молекулярная структура пиперидина. Источник: Benjah-bmm27 / Public domain
На верхнем изображении представлена молекулярная структура пиперидина, представленная моделью сфер и столбиков. Черные сферы, соответствующие атомам углерода, составляют скелет, который был бы таким же, как циклогексан, если бы не атом азота, а именно голубоватая сфера.
Здесь вы можете увидеть пять метиленовых звеньев, CH 2 , и то, как расположены их атомы водорода. Точно так же отчетливо наблюдается вторичная аминогруппа NH, электроотрицательный азот которой обеспечивает полярность молекуле.
Следовательно, пиперидин имеет постоянный дипольный момент, в котором плотность отрицательного заряда сосредоточена вокруг NH.
Поскольку пиперидин имеет дипольный момент, его межмолекулярные силы или взаимодействия преимущественно диполь-дипольного типа.
Среди диполь-дипольных взаимодействий присутствуют водородные связи, установленные группами NH-NH соседних молекул пиперидина. В результате молекулы пиперидина объединяются в жидкости, которая кипит при температуре 106 ° C.
Конформации
Гексагональное кольцо пиперидина, как и циклогексана, не является плоским: его атомы водорода чередуются в аксиальном (вверху или внизу) и экваториальном (направленном вбок) положениях. Таким образом, пиперидин принимает различные пространственные формы, причем стул является наиболее важным и стабильным.
На предыдущем изображении показан один из четырех возможных кономеров, в которых атом водорода группы NH расположен в экваториальном положении; тогда как пара электронов, не являющихся общими для азота, они расположены в аксиальном положении (в данном случае вверх).
Осевая конформация пиперидина. Атом водорода в осевом положении увеличивает стерическое натяжение кольца, будучи слишком близко к другим осевым и соседним атомам водорода. Источник: Benjah-bmm27 / Public domain
Теперь показан другой конформер (верхнее изображение), в котором на этот раз атом водорода группы NH находится в аксиальном положении (вверх); и пара необщих электронов азота в экваториальном положении (слева).
Таким образом, всего имеется четыре конформера: два с водородом NH в аксиальном и экваториальном положениях и еще два, в которых взаимное расположение пары электронов азота по отношению к креслу меняется.
Конформеры, в которых водород NH находится в экваториальном положении, являются наиболее стабильными из-за того, что они страдают от более низких стерических напряжений.
Синтез
Первые синтезы пиперидина произошли из пиперина, одного из его природных производных, который входит в состав черного перца и отвечает за некоторые органолептические свойства этой приправы. Пиперин реагирует с азотной кислотой, высвобождая гетероциклическое звено, структура которого уже изменена.
Однако в промышленных масштабах предпочтительно синтез пиперидина каталитическим гидрированием пиридина:
Гидрирование пиридина с получением пиперидина. Источник: Steffen 962 через Википедию.
Водород, H 2 , связывается с пиридиновым кольцом, разрушая его ароматическую систему, для чего требуется помощь металлических катализаторов.
производные
Пиперин
Гораздо более важным, чем сам пиперидин, является его структурная единица, которую можно обнаружить в бесчисленных алкалоидах и веществах растительного происхождения. Например, ниже представлена молекулярная структура пиперина:
Структурная формула пиперина. Источник: Neurotiker через Википедию.
Пиперин имеет сильно сопряженную структуру; то есть у него есть несколько скоординированных двойных связей, которые поглощают электромагнитное излучение, и которые так или иначе делают его нетоксичным соединением для потребления человеком. В противном случае черный перец был бы ядовитым.
Coniína
Гетероциклическое и гексагональное кольцо пиперидина также содержится в конине, нейротоксине, выделенном из болиголова, который отвечает за его неприятный запах и который также использовался для отравления Сократа. Его структура:
Структурная формула кониина. Источник: NEUROtiker / Общественное достояние
Обратите внимание, что конин практически не отличается от пиперидина наличием пропильного заместителя на атоме углерода, примыкающем к группе NH.
Таким образом, производные пиперидина получают замещением атомов водорода кольца или водорода самой группы NH другими группами или молекулярными фрагментами.
Морфий
Структурная формула морфина. Источник: NEUROtiker / Общественное достояние
Морфин - еще одно из природных производных пиперидина. На этот раз пиперидиновое кольцо сливается с другими кольцами и направлено из плоскости в сторону наблюдателя. Он идентифицируется, потому что он образует связь с группой CH 3 .
наркотики
Пиперидин и его производные используются для создания и синтеза различных типов лекарств. Следовательно, они являются синтетическими производными пиперидина. Три из них перечислены ниже вместе с соответствующими структурными формулами:
Рисперидон, атипичный антипсихотик, назначаемый для лечения множественных психических расстройств. Источник: Fvasconcellos (обсуждение • вклад) / Общественное достояние
Миноксидил, сосудорасширяющее средство, обычно используемое для лечения алопеции. Источник: Вакциналист / Общественное достояние
Икаридин или пикаридин, репеллент от насекомых, входящий в состав репеллентов OFF. Источник: Arrowsmaster / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
Ссылки
- Грэм Соломонс Т.В., Крейг Б. Фрайл. (2011). Органическая химия. (10- е изд.). Wiley Plus.
- Кэри Ф. (2008). Органическая химия. (Издание шестое). Мак Гроу Хилл.
- Моррисон и Бойд. (1987). Органическая химия. (Издание пятое). Аддисон-Уэсли Ибероамерикана.
- Wikipedia. (2020). Пиперидин. Получено с: en.wikipedia.org
- Национальный центр биотехнологической информации. (2020). Пиперидин. База данных PubChem., CID = 8082. Получено с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Elsevier BV (2020). Пиперидин. ScienceDirect. Получено с: sciencedirect.com
- Гарольд Д. Бэнкс. (1992). Синтез пиперидина. . Получено с: apps.dtic.mil