Piperidina

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Piperidina
Nome IUPAC
Piperidina
Nomi alternativi
Azacicloesano
Esaidropiridina
Pentametilenammina
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolareC5H11N
Massa molecolare (u)85,15
Aspettoliquido incolore
Numero CAS110-89-4
Numero EINECS203-813-0
PubChem8082
SMILES
C1CCNCC1
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.)0,862
Indice di rifrazione1,453020
Costante di dissociazione acida a 298 K7,53 x 10–12
Solubilità in acquamiscibile
Temperatura di fusione−7 °C (266 K)
Temperatura di ebollizione106 °C (379 K)
Tensione di vapore (Pa) a 20 °C K3300
Proprietà termochimiche
ΔfH0 (kJ·mol−1)-86,4
S0m(J·K−1mol−1)210,0
C0p,m(J·K−1mol−1)179,9
ΔcombH0 (kJ·mol−1)3453
Indicazioni di sicurezza
Punto di fiamma4 °C (277 K)
Temperatura di autoignizione320 °C (593 K)
Simboli di rischio chimico
infiammabile tossicità acuta corrosivo
pericolo
Frasi H225 - 311+331 - 314
Consigli P210 - 261 - 280 - 305+351+338 [1]
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La piperidina, nome sistematico azacicloesano, è un composto organico di formula (CH2)5NH. È un'ammina eterociclica secondaria il cui scheletro è un anello a sei termini con cinque unità ponte metilene (-CH2-) e un atomo di azoto. È un liquido incolore, fumante, con un odore descritto come ammoniacale, pepato;[2] il nome deriva dal genere Piper, che è la parola latina per pepe.[3] La piperidina è molto usata come sintone e reagente chimico per la sintesi di vari composti organici, anche farmaceutici.

Produzione

La piperidina si produce industrialmente per idrogenazione della piridina, di solito con un catalizzatore di solfuro di molibdeno:[4]

La piperidina si può ottenere anche con l'idrogenazione della piridina condotta con sodio in etanolo.[5]

Presenza in natura della piperidina e di suoi derivati

La piperidina è stata ricavata dal pepe[6], dalla Psilocaulon absimile N.E.Br (Aizoaceae)[7] e dalla Petrosimonia monandra.[8]

L'anello della piperidina è presente in molti alcaloidi naturali, tra i quali:

  • la piperina, responsabile del gusto pepato del pepe nero (Piper nigrum), e che è all'origine del nome;
  • la solenopsina, un alcaloide velenoso presente nelle punture della formica di fuoco (Solenopsis invicta);[9]
  • l'anabasina, analogo della nicotina che si trova nell'albero del Tabacco Brasiliano (Nicotiana glauca);
  • la lobelina, alcaloide del Tabacco Indiano (Lobelia inflata);
  • la coniina, alcaloide tossico della cicuta (Conium maculatum), che fu usata per uccidere Socrate.[10]

Conformazione

Conformazione assiale
Conformazione equatoriale

La piperidina preferisce la conformazione a sedia, analogamente al cicloesano. A differenza del cicloesano, la piperidina possiede due diverse conformazioni a sedia: in una il legame N–H è in posizione assiale, e nell'altra in posizione equatoriale.

Dopo una lunga controversia nel periodo 1950–1970, si è trovato che la conformazione equatoriale è più stabile di 0,72 kcal/mol in fase gassosa.[11] In solventi non polari si è valutato un intervallo tra 0,2 e 0,6 kcal/mol, ma in solventi polari potrebbe essere più stabile il conformero assiale.[12]

I due conformeri si interconvertono rapidamente per inversione dell'azoto; la barriera energetica per questo processo è stimata in 6,1 kcal/mol, un valore sostanzialmente minore delle 10,4 kcal/mol necessarie per l'inversione dell'anello.[13] Nel caso della N-metilpiperidina la conformazione equatoriale è preferita per 3,16 kcal/mol,[11] un valore molto maggiore di quello del metilcicloesano, 1,74 kcal/mol.

Reazioni

La piperidina è una ammina secondaria molto usata. Insieme alla pirrolidina e alla morfolina è una delle ammine secondarie più usate per convertire aldeidi e chetoni che abbiano almeno un atomo di idrogeno in posizione alfa nelle corrispondenti enammine.[14] Le enammine derivate dalla piperidina si possono usare nell'alchilazione delle enammine di Stork; tali enammine alchilate possono poi essere facilmente riconvertite nei corrispondenti chetoni e aldeidi alchilati.[15]

La piperidina si può convertire nella sua clorammina C5H10NCl con ipoclorito di calcio. La clorammina risultante può eliminare facilmente una molecola di HCl formando l'immina endociclica (C5H9N).[16]

Usi

Oltre che come reagente per sintesi di composti, la piperidina è usata sia come solvente che come base. Lo stesso vale per alcuni derivati: la N-formilpiperidina (C5H10N−CH=O) è un solvente polare aprotico in grado di sciogliere idrocarburi meglio di altri solventi ammidici, e la 2,2,6,6-tetrametilpiperidina è una base con alto ingombro sterico, utile per la scarsissima nucleofilia e alta solubilità in solventi organici. Un'importante applicazione industriale della piperidina è nella sintesi di prodotti acceleranti per la vulcanizzazione della gomma.[4] La piperidina e i suoi derivati sono inoltre comunissimi sintoni nella sintesi di farmaci e prodotti della chimica fine. L'anello della piperidina si trova ad esempio nei farmaci paroxetina, risperidone, raloxifene, minoxidil, aloperidolo, petidina, e in tanti altri. La piperidina è anche comunemente impiegata in reazioni chimiche di degradazione, come nel sequenziamento del DNA per rompere specifici nucleotidi modificati. È usata anche come base per deproteggere amminoacidi FMOC nella sintesi dei peptidi in fase solida.

Note

  1. ^ Sigma Aldrich; rev. del 19.04.2013
  2. ^ (EN) F. J. Welcher, Organic analytical reagents, D. Van Nostrand, 1947, p. 149.
  3. ^ (EN) A. Senning, Elsevier's Dictionary of Chemoetymology, Amsterdam, Elsevier, 2006, ISBN 0-444-52239-5.
  4. ^ a b (EN) K. Eller, E. Henkes, R. Rossbacher, H. Höke, Amines, aliphatic, in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, 2002, DOI:10.1002/14356007.a02_001.
  5. ^ C. S. Marvel e W. A. Lazier, Benzoyl Piperidine., in Org. Synth., vol. 1, 1941, p. 99.
  6. ^ Spaeth e Englaender (1935). Ber., 68: 2218; cf. Pictet e Pictet (1927). Helv. Chim. Acta, 10: 593.
  7. ^ Rimington (1934). S. Afr. J. Sci., 31: 184.
  8. ^ Juraschewski e Stepanov (1939). J. Gen. Chem., U.R.S.S., 9: 1687.
  9. ^ J. L. Arbiser, T. Kau, M. Konar et. al., Solenopsin, the alkaloidal component of the fire ant (Solenopsis invicta), is a naturally occurring inhibitor of phosphatidylinositol-3-kinase signaling and angiogenesis., in Blood, vol. 109, n. 2, 2007, pp. 560-5, DOI:10.1182/blood-2006-06-029934.
  10. ^ (EN) T. A. Henry, The plant alkaloids, 4ª ed., The Blakiston Company, 1949.
  11. ^ a b L. Carballeira e I. Pérez-Juste, Influence of calculation level and effect of methylation on axial/equatorial equilibria in piperidines., in J. Comput. Chem., vol. 19, n. 8, 1998, pp. 961-976.
  12. ^ I. D. Blackburne, A. R. Katritzky, Y. Takeuchi, Conformation of piperidine and of derivatives with additional ring hetero atoms., in Acc. Chem. Res., vol. 8, n. 9, 1975, pp. 300–306, DOI:10.1021/ar50093a003.
  13. ^ F. A. L. Anet, I. Yavari, Nitrogen inversion in piperidine., in J. Am. Chem. Soc., vol. 99, n. 8, 1977, pp. 2794–2796, DOI:10.1021/ja00450a064.
  14. ^ V. V. Kane, M. Jones Jr, Spirotrideca-1,4-dien-3-one., in Org. Synth., vol. 7, 1990, p. 473.
  15. ^ (EN) M. B. Smith, J. March, March's advanced organic chemistry: reactions, mechanisms, and structure, 5ª ed., Wiley-Interscience, 2001, ISBN 0-471-58589-0.
  16. ^ G. P. Claxton, L. Allen, J. M. Grisar, 2,3,4,5-Tetrahydropyridine trimer., in Org. Synth., vol. 6, 1988, p. 968.

Voci correlate

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