Piperidina: sintesi, reazione, meccanismo

La piperidina è un eterociclo a sei termini in cui è presente un atomo di azoto e cinque atomi di carbonio avente formula C5H11N ed è quindi un’ammina secondaria.

piperidina
piperidina

E’ uno degli eterocicli più semplici e si trova in natura in molti alcaloidi. E’ presente in molti  prodotti farmaceutici  con una vasta gamma di attività biologiche. Gli eterocicli sono una classe di composti molto importante e costituiscono più della metà di tutte le sostanze chimiche organiche conosciute.

Le ammine eterocicliche, in particolare i derivati ​​della pirrolidina e della piperidina, hanno attirato notevole attenzione perché questi sono importanti motivi strutturali in un’ampia varietà di applicazioni tra cui prodotti farmaceutici, prodotti naturali e composti biologicamente attivi come  scopolamina, morfina, nicotina, igrina, e prociclidina.

Fu isolata per la prima volta dalla piperina, alcaloide che si trova nello strato superficiale dei frutti del pepe nero.

Proprietà della piperidina

La piperidina è un liquido limpido e incolore ed è miscibile in acqua e alcool; solubile in etere, acetone, benzene e cloroformio. È altamente infiammabile e incompatibile con forti agenti ossidanti, acidi forti, acidi organici, acqua.

La piperidina è una base più forte dell’ammoniaca e l’equilibrio:
C5H10NH + H2O ⇌ C5H10NH2+ + OH
è regolato da una Kb pari a 1.6 ∙ 10-3

Sintesi 

Può essere sintetizzata per idrogenazione della piridina in presenza di solfuro di molibdeno (IV) MoS2 che agisce da catalizzatore:

C5H5N + 3 H2 → C5H10NH

I metodi sintetici convenzionali per i derivati ​​della piperidina includono la sostituzione nucleofila,  amminazione riduttiva, ciclizzazione intramolecolare di ammine e alcheni, reazione di Diels-Alder e successiva riduzione  e reazione di ciclizzazione radicalica

Reazioni

La piperidina, grazie al doppietto elettronico solitario presente sull’azoto è un buon nucleofilo e reagisce, ad esempio, con lo ione nitrosonio NO+ per dare l’N-nitrosopiperidina sostanza cancerogena secondo la reazione:

C5H10NH + HNO2 → C5H10N-N=O + H2O

La piperidina viene largamente usata nella produzione clandestina ed illecita di fenciclidina (PCP) nota come “polvere d’angelo” sostanza con effetti allucinogeni che è vietata per la sua neurotossicità.

La reazione di un chetone come il cicloesanone con la piperidina in quantità equimolari dà luogo alla formazione di un’enammina. L’aggiunta di p-toluene anidro e bromuro di idrogeno dà luogo alla formazione di un addotto da cui può essere ottenuta la fenciclidina per reazione con un reattivo di Grignard

PCP

Meccanismo

Il meccanismo della condensazione di un’aldeide o di un chetone con la piperidina avviene in più stadi:

1° avviene la protonazione dell’ossigeno legato al gruppo carbonilico con conseguente attivazione dello stesso in quanto esso diviene più suscettibile all’attacco di un nucleofilo quale l’azoto dell’ammina secondaria.

2° avviene l’attacco dell’azoto al carbonio carbonilico con rottura del legame π del doppio legame carbonio-ossigeno. L’azoto formando un legame dativo con il carbonio carbonilico si carica positivamente

3° avviene la rimozione dell’idrogeno legato all’azoto che quindi diventa neutro con formazione di una carbinolammina

4° avviene la protonazione dell’ossigeno

5° viene interessato un idrogeno che si trova sul carbonio adiacente al carbonio legato ad –OH e a –NR2. Tale idrogeno è rimosso con conseguente formazione di un doppio legame C=N e fuoriuscita di una molecola di acqua.

sintesi-enammine

Le enammine agiscono da nucleofili come gli enolati e possono essere usate al loro posto in molte reazioni.

La piperidina può reagire con l’ipoclorito di calcio Ca(ClO)2 per dare la clorammina C5H10NCl per deidroalogenazione produce una immina ciclica.

Usi

È usata come catalizzatore nelle condensazioni aldoliche ed in particolare nei processi di ciclizzazione.

La piperidina è utilizzata nel sequenziamento del DNA ovvero per la determinazione dell’ordine dei diversi nucleotidi che costituiscono l’acido nucleico.

La piperidina e i suoi derivati hanno proprietà farmacologiche tra cui quelle analgesiche, e costituiscono i precursori di prodotti usati nell’agricoltura e nell’industria della gomma. I derivati della piperidina infatti sono utilizzati quali acceleratori nel processo di vulcanizzazione e presentano il vantaggio di essere facilmente dispersi nella mescola

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