A piperidina é um composto orgânico que tem a fórmula condensada (CH 2) 5 NH. É constituída por uma amina secundária cíclica, onde o grupo amino, NH, faz parte de um anel hexagonal, que é heterocíclico, devido à presença do átomo de nitrogênio.
A piperidina é a versão nitrogenada do ciclohexano. Por exemplo, observe a fórmula estrutural da piperidina na imagem abaixo: é muito semelhante à do ciclohexano, com a única diferença de que um dos grupos metileno, CH 2, foi substituído por um NH.
Fórmula estrutural da piperidina. Fonte: NEUROtiker / domínio público
O nome curioso desta amina vem da palavra latina 'piper', que significa pimenta, pois foi na pimenta-do-reino que foi encontrada e sintetizada pela primeira vez. Na verdade, o aroma da piperidina é confundido com o de uma mistura de pimenta e peixe.
Seu anel hexagonal e heterocíclico também está presente em muitos alcalóides e fármacos, portanto a piperidina é utilizada para a síntese orgânica desses produtos; tais como morfina, minoxidil e resperidona.
Estrutura
Estrutura molecular da piperidina. Fonte: Benjah-bmm27 / domínio público
Na imagem superior temos a estrutura molecular da piperidina, representada por um modelo de esferas e barras. As esferas pretas, correspondentes aos átomos de carbono, formam o esqueleto que seria o mesmo do cicloexano se não fosse o átomo de nitrogênio, o da esfera azulada.
Aqui você pode ver as cinco unidades de metileno, CH 2, e a forma como seus átomos de hidrogênio estão dispostos. Da mesma forma, o grupo amino secundário, NH, é claramente observado, cujo nitrogênio eletronegativo fornece polaridade à molécula.
Portanto, a piperidina tem um momento de dipolo permanente, no qual a densidade de carga negativa está concentrada em torno de NH.
Como a piperidina tem momento de dipolo, suas forças ou interações intermoleculares são predominantemente do tipo dipolo-dipolo.
Dentre as interações dipolo-dipolo, estão presentes as ligações de hidrogênio estabelecidas pelos grupos NH-NH de moléculas de piperidina vizinhas. Como resultado, as moléculas de piperidina coalescem em um líquido que ferve a uma temperatura de 106ºC.
Conformações
O anel hexagonal da piperidina, como o do ciclohexano, não é plano: seus átomos de hidrogênio se alternam em posições axiais (acima ou abaixo) e equatoriais (direcionadas para os lados). Assim, a piperidina adota várias conformações espaciais, sendo a cadeira a mais importante e estável.
A imagem anterior mostra um dos quatro possíveis confômeros em que o átomo de hidrogênio do grupo NH está localizado na posição equatorial; enquanto o par de elétrons não compartilhados do nitrogênio, eles se localizam em posição axial (para cima, neste caso).
Conformação axial de piperidina. O átomo de hidrogênio na posição axial aumenta a tensão estérica no anel por estar muito próximo dos outros hidrogênios axiais e adjacentes. Fonte: Benjah-bmm27 / domínio público
Agora outro conformador é mostrado (imagem superior), no qual desta vez o átomo de hidrogênio do grupo NH está em uma posição axial (para cima); e o par de elétrons não compartilhados do nitrogênio, na posição equatorial (à esquerda).
Portanto, no total, existem quatro conformadores: dois com o hidrogênio de NH nas posições axial e equatorial, e outros dois nos quais as posições relativas do par de elétrons de nitrogênio em relação à cadeira são variadas.
Os conformadores em que o hidrogênio do NH está na posição equatorial são os mais estáveis, devido ao fato de sofrerem tensões estéricas mais baixas.
Síntese
As primeiras sínteses da piperidina partiram da piperina, um de seus derivados naturais que faz parte da pimenta-do-reino e é responsável por várias propriedades organolépticas desse tempero. A piperina reage com o ácido nítrico, liberando a unidade heterocíclica cuja estrutura já foi revisada.
No entanto, em escalas industriais, a síntese de piperidina por hidrogenação catalítica de piridina é preferida:
Hidrogenação de piridina para obtenção de piperidina. Fonte: Steffen 962 via Wikipedia.
Os hidrogênios, H 2, se ligam ao anel da piridina, rompendo seu sistema aromático, para o qual é necessária a ajuda de catalisadores metálicos.
Derivados
Piperina
Muito mais importante do que a própria piperidina é a sua unidade estrutural, reconhecível em inúmeros alcalóides e substâncias de origem vegetal. Por exemplo, abaixo está a estrutura molecular da piperina:
Fórmula estrutural da piperina. Fonte: Neurotiker via Wikipedia.
A piperina possui uma estrutura altamente conjugada; ou seja, possui várias ligações duplas coordenadas que absorvem a radiação eletromagnética e que, de uma forma ou de outra, o tornam um composto atóxico para o consumo humano. Do contrário, a pimenta-do-reino seria venenosa.
Coniína
O anel heterocíclico e hexagonal da piperidina também é encontrado na conina, neurotoxina extraída da cicuta, responsável por seu odor desagradável e que também era usada para envenenar Sócrates. Sua estrutura é:
Fórmula estrutural da conina. Fonte: NEUROtiker / domínio público
Observe que a conina dificilmente difere da piperidina pela presença de um substituinte propil no carbono adjacente ao grupo NH.
Assim, os derivados da piperidina são obtidos substituindo os hidrogênios do anel, ou o hidrogênio do próprio grupo NH, por outros grupos ou fragmentos moleculares.
Morfina
Fórmula estrutural da morfina. Fonte: NEUROtiker / domínio público
A morfina é outro dos derivados naturais da piperidina. Desta vez, o anel piperidina se funde com outros anéis e aponta para fora do plano, na direção do observador. É identificado porque forma um vínculo com o grupo CH 3.
Drogas
A piperidina e seus derivados são usados para o desenho e síntese de diferentes tipos de drogas. Portanto, são derivados sintéticos da piperidina. Três deles estão listados abaixo, juntamente com suas respectivas fórmulas estruturais:
Risperidona, um antipsicótico atípico prescrito para o tratamento de múltiplos transtornos mentais. Fonte: Fvasconcellos (talk • contribs) / Domínio público
Minoxidil, um vasodilatador geralmente usado para tratar a alopecia. Fonte: vacinador / domínio público
Icaridina ou picaridina, repelente de insetos que compõe a formulação dos repelentes OFF. Fonte: Arrowsmaster / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
Referências
- Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Química orgânica. (10 th Edition.). Wiley Plus.
- Carey F. (2008). Quimica Organica. (Sexta edição). Mc Graw Hill.
- Morrison e Boyd. (1987). Quimica Organica. (Quinta edição). Addison-Wesley Iberoamericana.
- Wikipedia. (2020). Piperidina. Recuperado de: en.wikipedia.org
- Centro Nacional de Informações sobre Biotecnologia. (2020). Piperidina. Banco de dados PubChem., CID = 8082. Recuperado de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Elsevier BV (2020). Piperidina. ScienceDirect. Recuperado de: sciencedirect.com
- Harold D. Banks. (1992). Piperidina Synthesis.. Recuperado de: apps.dtic.mil