Piperidinu je organická sloučenina, která je kondenzována vzorec (CH 2) 5, NH. Skládá se z cyklického sekundárního aminu, kde aminoskupina, NH, je součástí hexagonálního kruhu, který je heterocyklický, v důsledku přítomnosti atomu dusíku.
Piperidin je dusíkatá verze cyklohexanu. Všimněte si například na obrázku níže strukturním vzorcem piperidinu: je velmi podobný tomu z cyklohexanu, pouze s tím rozdílem, že jedna z methylenových skupin, CH 2, byl nahrazen NH.
Strukturální vzorec piperidinu. Zdroj: NEUROtiker / Public Domain
Zvědavé jméno tohoto aminu pochází z latinského slova „piper“, což znamená pepř, protože v černém pepři byl poprvé nalezen a syntetizován. Ve skutečnosti je aroma piperidinu mylně považováno za směs pepře a ryb.
Její hexagonální a heterocyklický kruh je také přítomen v mnoha alkaloidech a léčivech, takže se piperidin používá pro organickou syntézu takových produktů; jako je morfin, minoxidil a resperidon.
Struktura
Molekulární struktura piperidinu. Zdroj: Benjah-bmm27 / Public domain
Na horním obrázku máme molekulární strukturu piperidinu, reprezentovanou modelem sfér a tyčí. Černé koule, odpovídající atomům uhlíku, tvoří kostru, která by byla stejná jako cyklohexan, pokud by to nebylo pro atom dusíku, namodralé koule.
Zde je vidět pět methylenové jednotky, CH 2, a způsob jejich atomů vodíku jsou uspořádány. Podobně je jasně pozorována sekundární aminoskupina, NH, jejíž elektronegativní dusík poskytuje molekulu polaritu.
Proto má piperidin permanentní dipólový moment, ve kterém je záporná hustota náboje koncentrována kolem NH.
Protože piperidin má dipólový moment, jsou jeho intermolekulární síly nebo interakce převážně typu dipól-dipól.
Mezi dipol-dipolovými interakcemi jsou přítomny vodíkové vazby vytvořené NH-NH skupinami sousedních piperidinových molekul. Výsledkem je, že se piperidinové molekuly sloučí do kapaliny, která má teplotu varu 106 ° C.
Konformace
Hexagonální kruh piperidinu, stejně jako cyklohexan, není plochý: jeho atomy vodíku se střídají v axiálních (nad nebo pod) a rovníkových (orientovaných bočních) polohách. Piperidin tedy přijímá různé prostorové konformace, přičemž židle je nejdůležitější a nejstabilnější.
Předchozí obrázek ukazuje jeden ze čtyř možných konfomerů, ve kterých je atom vodíku skupiny NH umístěn v rovníkové poloze; zatímco pár elektronů nesdílených s dusíkem, jsou umístěny v axiální poloze (v tomto případě směrem nahoru).
Axiální konformace piperidinu. Atom vodíku v axiální poloze zvyšuje sterické napětí na kruhu tím, že je příliš blízko k ostatním axiálním a sousedním vodíkům. Zdroj: Benjah-bmm27 / Public domain
Nyní je zobrazen další konformer (horní obrázek), ve kterém je tentokrát atom vodíku NH skupiny v axiální poloze (nahoru); a pár nesdílených elektronů dusíku v rovníkové poloze (vlevo).
Celkem tedy existují čtyři konforméry: dva s vodíkem NH v axiálních a rovníkových polohách a další dva, ve kterých se mění relativní polohy páru elektronů dusíku vzhledem k židli.
Konforméry, ve kterých je vodík NH v rovníkové poloze, jsou nejstabilnější díky skutečnosti, že trpí nižším stérickým napětím.
Syntéza
První syntéza piperidinu probíhala z piperinu, jednoho z jeho přírodních derivátů, který je součástí černého pepře a je zodpovědný za několik organoleptických vlastností tohoto koření. Piperin reaguje s kyselinou dusičnou a uvolňuje heterocyklickou jednotku, jejíž struktura již byla revidována.
V průmyslovém měřítku je však výhodná syntéza piperidinu katalytickou hydrogenací pyridinu:
Hydrogenace pyridinu za získání piperidinu. Zdroj: Steffen 962 přes Wikipedia.
Vodíků, H 2, se váží na pyridinovém kruhu, uvolňuje svůj aromatický systém, který je potřeba za pomoci kovových katalyzátorů.
Deriváty
Piperine
Mnohem důležitější než samotný piperidin je jeho strukturální jednotka, rozpoznatelná v nesčetných alkaloidech a látkách rostlinného původu. Například níže je molekulární struktura piperinu:
Strukturální vzorec piperinu. Zdroj: Neurotiker přes Wikipedia.
Piperin má vysoce konjugovanou strukturu; to znamená, že má několik koordinovaných dvojných vazeb, které absorbují elektromagnetické záření, a to tak či onak dělá z netoxické sloučeniny pro lidskou spotřebu. Pokud ne, černý pepř by byl jedovatý.
Coniína
Heterocyklický a hexagonální kruh piperidinu se také nachází v kuželu, neurotoxinu extrahovaném z hemlocku, který je zodpovědný za jeho nepříjemný zápach a který byl také použit k otravě Sokrates. Jeho struktura je:
Strukturální vzorec coniin. Zdroj: NEUROtiker / Public Domain
Všimněte si, že coniin je těžko odlišný od piperidinu přítomností propylového substituentu na uhlíku sousedícím s NH skupinou.
Deriváty piperidinu se tedy získají substitucí vodíku kruhu nebo vodíku samotné skupiny NH jinými skupinami nebo molekulárními fragmenty.
Morfium
Strukturální vzorec morfinu. Zdroj: NEUROtiker / Public Domain
Morfin je další z přírodních derivátů piperidinu. Tentokrát je piperidinový kruh fúzován s dalšími kruhy a směřuje ven z roviny ve směru pozorovatele. To je identifikován, protože tvoří vazbu s CH 3 skupinu.
Drogy
Piperidin a jeho deriváty se používají pro návrh a syntézu různých typů léčiv. Proto jsou syntetickými deriváty piperidinu. Tři z nich jsou uvedeny níže spolu s příslušnými strukturními vzorci:
Risperidon, atypická antipsychotika předepsaná pro léčbu mnohočetných duševních poruch. Zdroj: Fvasconcellos (talk • přispívá) / Public domain
Minoxidil, vasodilatátor, se obvykle používá k léčbě alopecie. Zdroj: Vakcinační / public domain
Ikaridin nebo picaridin, repelent proti hmyzu, který tvoří složení odpuzujících látek OFF. Zdroj: Arrowsmaster / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
Reference
- Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organická chemie. (10 th edition.). Wiley Plus.
- Carey F. (2008). Organická chemie. (Šesté vydání). Mc Graw Hill.
- Morrison a Boyd. (1987). Organická chemie. (Páté vydání). Addison-Wesley Iberoamericana.
- Wikipedia. (2020). Piperidin. Obnoveno z: en.wikipedia.org
- Národní centrum pro biotechnologické informace. (2020). Piperidin. PubChem Database., CID = 8082. Obnoveno z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Elsevier BV (2020). Piperidin. ScienceDirect. Obnoveno z: sciposedirect.com
- Harold D. Banks. (1992). Syntéza piperidinu.. Obnoveno z: apps.dtic.mil