Các piperidin là một hợp chất hữu cơ được ngưng tụ công thức (CH 2 ) 5 NH. Nó bao gồm một amin bậc hai mạch vòng, trong đó nhóm amin, NH, là một phần của vòng lục giác, là dị vòng, do sự hiện diện của nguyên tử nitơ.
Piperidine là phiên bản nitơ của cyclohexan. Ví dụ, hãy lưu ý trong hình ảnh bên dưới công thức cấu tạo của piperidin: nó rất giống với công thức của xyclohexan, với điểm khác biệt duy nhất là một trong các nhóm metylen, CH 2 , đã được thay thế bằng NH.
Công thức cấu tạo của piperidin. Nguồn: NEUROtiker / Public domain
Cái tên gây tò mò của amin này bắt nguồn từ từ 'piper' trong tiếng Latinh, có nghĩa là hạt tiêu, vì nó có trong hạt tiêu đen lần đầu tiên được tìm thấy và tổng hợp. Trên thực tế, mùi thơm của piperidine bị nhầm với mùi hỗn hợp của tiêu và cá.
Vòng lục giác và vòng dị vòng của nó cũng có trong nhiều ancaloit và thuốc, vì vậy piperidin được sử dụng để tổng hợp hữu cơ các sản phẩm đó; chẳng hạn như morphine, minoxidil và resperidone.
Kết cấu
Cấu trúc phân tử của piperidin. Nguồn: Benjah-bmm27 / Public domain
Trong hình trên, chúng ta có cấu trúc phân tử của piperidine, được biểu diễn bằng mô hình các hình cầu và thanh. Các quả cầu màu đen, tương ứng với các nguyên tử cacbon, tạo nên bộ xương giống như xyclohexan nếu nó không phải là nguyên tử nitơ, của quả cầu hơi xanh.
Ở đây bạn có thể thấy năm đơn vị metylen, CH 2 , và cách sắp xếp các nguyên tử hydro của chúng. Tương tự như vậy, nhóm amin thứ cấp, NH, được quan sát rõ ràng, mà nitơ mang độ âm điện cung cấp độ phân cực cho phân tử.
Do đó, piperidin có mômen lưỡng cực vĩnh viễn, trong đó mật độ điện tích âm tập trung xung quanh NH.
Vì piperidin có momen lưỡng cực nên lực hoặc tương tác giữa các phân tử của nó chủ yếu thuộc loại lưỡng cực-lưỡng cực.
Trong số các tương tác lưỡng cực-lưỡng cực, các liên kết hydro được thiết lập bởi các nhóm NH-NH của các phân tử piperidin lân cận có mặt. Kết quả là, các phân tử piperidin kết hợp với nhau trong một chất lỏng sôi ở nhiệt độ 106ºC.
Sự phù hợp
Vòng lục giác của piperidin, giống như của xyclohexan, không phẳng: các nguyên tử hydro của nó xen kẽ ở các vị trí trục (trên hoặc dưới) và xích đạo (hướng sang một bên). Do đó, piperidine áp dụng nhiều quy cách không gian khác nhau, chiếc ghế là quan trọng và ổn định nhất.
Hình trước cho thấy một trong bốn dạng đồng phân có thể có, trong đó nguyên tử hydro của nhóm NH nằm ở vị trí xích đạo; trong khi các cặp electron không chia sẻ với nitơ, chúng nằm ở vị trí trục (trong trường hợp này là hướng lên).
Cấu trúc trục của piperidin. Nguyên tử hydro ở vị trí dọc trục làm tăng sức căng dây dẫn trên vòng do quá gần với các hydro nguyên tử bên cạnh và trục khác. Nguồn: Benjah-bmm27 / Public domain
Bây giờ, một đồng dạng khác được hiển thị (hình trên), trong đó lần này nguyên tử hydro của nhóm NH ở vị trí dọc trục (hướng lên); và cặp electron không dùng chung của nitơ, ở vị trí xích đạo (bên trái).
Vì vậy, tổng cộng có bốn cấu hình: hai cấu tử với hydro của NH ở vị trí trục và xích đạo, và hai cấu tử khác trong đó vị trí tương đối của cặp electron nitơ đối với ghế là khác nhau.
Các cấu tử trong đó hydro của NH ở vị trí xích đạo là ổn định nhất, do thực tế là chúng chịu sức căng của steric thấp hơn.
Tổng hợp
Quá trình tổng hợp đầu tiên của piperidine được tiến hành từ piperine, một trong những dẫn xuất tự nhiên của nó là một phần của hạt tiêu đen và chịu trách nhiệm cho một số đặc tính cảm quan của loại gia vị này. Piperine phản ứng với axit nitric, giải phóng đơn vị dị vòng có cấu trúc đã được sửa đổi.
Tuy nhiên, ở quy mô công nghiệp, việc tổng hợp piperidin bằng xúc tác hydro hóa pyridin được ưu tiên:
Hydro hóa pyridin để thu được piperidin. Nguồn: Steffen 962 qua Wikipedia.
Các hydro, H 2 , liên kết với vòng pyridin, phá vỡ hệ thống thơm của nó, do đó cần sự trợ giúp của chất xúc tác kim loại.
Các dẫn xuất
Piperine
Quan trọng hơn nhiều so với bản thân piperidine là đơn vị cấu trúc của nó, có thể nhận biết được trong vô số alkaloid và các chất có nguồn gốc thực vật. Ví dụ, dưới đây là cấu trúc phân tử của piperine:
Công thức cấu tạo của piperin. Nguồn: Neurotiker qua Wikipedia.
Piperine có cấu trúc liên hợp cao; nghĩa là, nó có một số liên kết đôi phối hợp hấp thụ bức xạ điện từ, và bằng cách này hay cách khác, làm cho nó trở thành một hợp chất không độc hại cho con người. Nếu không, hạt tiêu đen sẽ rất độc.
Coniína
Vòng dị vòng và lục giác của piperidine cũng được tìm thấy trong conin, một chất độc thần kinh chiết xuất từ cây huyết dụ, gây ra mùi khó chịu của nó, và cũng được sử dụng để đầu độc Socrates. Cấu trúc của nó là:
Công thức cấu tạo của coniin. Nguồn: NEUROtiker / Public domain
Lưu ý rằng coniin hầu như không khác piperidin bởi sự hiện diện của nhóm thế propyl trên cacbon tiếp giáp với nhóm NH.
Do đó, các dẫn xuất của piperidin thu được bằng cách thay thế các hydro của vòng, hoặc hydro của chính nhóm NH bằng các nhóm khác hoặc các đoạn phân tử.
Morphine
Công thức cấu tạo của morphin. Nguồn: NEUROtiker / Public domain
Morphine là một trong những dẫn xuất tự nhiên của piperidine. Lần này vòng piperidin được hợp nhất với các vòng khác, và hướng ra ngoài mặt phẳng theo hướng của người quan sát. Nó được xác định vì nó tạo thành liên kết với nhóm CH 3 .
Thuốc
Piperidine và các dẫn xuất của nó được sử dụng để thiết kế và tổng hợp các loại thuốc khác nhau. Do đó, chúng là các dẫn xuất tổng hợp của piperidin. Ba trong số chúng được liệt kê bên dưới cùng với công thức cấu tạo tương ứng:
Risperidone, một loại thuốc chống loạn thần không điển hình được kê đơn để điều trị nhiều chứng rối loạn tâm thần. Nguồn: Fvasconcellos (talk • contribs) / Miền công cộng
Minoxidil, một loại thuốc giãn mạch thường được sử dụng để đối phó với chứng rụng tóc. Nguồn: Vaccinacian / Public domain
Icaridin hoặc picaridin, một loại thuốc chống côn trùng tạo nên công thức của thuốc xua đuổi TẮT. Nguồn: Arrowsmaster / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
Người giới thiệu
- Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Hóa học hữu cơ. ( Tái bản lần thứ 10. ). Wiley Plus.
- Carey F. (2008). Hóa học hữu cơ. (Tái bản lần thứ sáu). Đồi Mc Graw.
- Morrison và Boyd. (Năm 1987). Hóa học hữu cơ. (Phiên bản thứ năm). Addison-Wesley Iberoamericana.
- Wikipedia. (Năm 2020). Piperidine. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
- Trung tâm Thông tin Công nghệ Sinh học Quốc gia. (Năm 2020). Piperidine. Cơ sở dữ liệu PubChem., CID = 8082. Được khôi phục từ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Elsevier BV (năm 2020). Piperidine. ScienceDirect. Phục hồi từ: sciricalirect.com
- Harold D. Ngân hàng. (1992). Tổng hợp Piperidine. . Đã khôi phục từ: apps.dtic.mil