Piperidina
La piperidina es un compuesto orgánico de fórmula molecular C5H11N, cuya estructura química corresponde a una amina heterocíclica saturada de seis miembros. Fue descrita por vez primera en 1850 por el químico escocés Thomas Anderson y luego, de forma independiente, por el francés Auguste Cahours en 1852, quien le dio nombre. El término «piperidina» proviene de la palabra Piper, género de plantas magnoliopsidas que incluye a la pimienta.
A temperatura ambiente, la piperidina es un líquido fumante incoloro o de color amarillo pálido. Desprende un característico olor a amoníaco, pimienta o pescado, definido también como nauseabundo. Su sabor ha sido descrito como «a pimienta ardiente». Tiene su punto de ebullición a 105 ºC y su punto de fusión a -11 ºC. Menos denso que el agua (ρ = 0,862 g/cm³), es soluble en etanol, éter, acetona, benceno y cloroformo. Su solubilidad en agua —cifra estimada— es de 250 g/L. El valor del logaritmo de su coeficiente de reparto, logP = 0,84, indica una solubilidad mayor en disolventes apolares que en disolventes polares. Su vapor es tres veces más denso que el aire.
La piperidina es una base débil (pKa = 11,28). Por ello, neutraliza ácidos en reacciones exotérmicas formando sales y agua. Al combinarse con agentes reductores fuertes como hidruros, puede generar hidrógeno gaseoso.
La piperidina adopta diversas conformaciones espaciales, en concreto una conformación de silla similar a la que presenta el ciclohexano. Pero a diferencia de este, la piperidina tiene dos conformaciones de silla distinguibles: una con el enlace N–H en posición axial, y la otra en posición ecuatorial. Tras cierta controversia a mediados del siglo XX, se concluyó que la conformación ecuatorial es más estable (por 0,72 kcal/mol) en fase gaseosa. Dicha conformación parece también ser la más estable en disoluciones de piperidina en solventes apolares, si bien en solventes polares la conformación preferida puede ser la contraria.
Los dos confórmeros se interconvierten rápidamente a través de la denominada inversión del nitrógeno (oscilación del átomo de nitrógeno de uno al otro lado del plano formado por los grupos a los que está unido); la energía libre estimada para este proceso es de 6,1 kcal/mol, sustancialmente más baja que los 10,4 kcal/mol necesarios para la inversión del anillo (oscilación más global que si bien conserva la forma del anillo, hace cambiar las posiciones espaciales entre átomos). En el caso de la 1-metilpiperidina, la conformación ecuatorial es la preferida por 3,16 kcal/mol, energía mucho mayor que en el caso del metilciclohexano (1,74 kcal/mol).
La piperidina ha sido obtenida a partir de la pimienta negra, de las variedades naturales Psilocaulon absimile N.E.Br (Aizoaceae) y Petrosimonia monandra.
Asimismo, la estructura de la piperidina está presente en numerosos alcaloides naturales como la piperina —que da a la pimienta negra su sabor picante—, la toxina de las hormigas coloradas Solenopsis invicta, el análogo de la nicotina conocido como anabasina —del arbusto Nicotiana glauca—, la lobelina de Lobelia inflata o el alcaloide tóxico cicutina procedente del género de plantas Conium.
A nivel industrial, la piperidina es producida por hidrogenación de la piridina, normalmente catalizada por disulfuro de molibdeno:
La piridina también puede ser reducida a piperidina por sodio en etanol en una reducción de Birch modificada, o utilizando como catalizador nanopartículas de rutenio sobre óxido de magnesio.
Otra vía de síntesis consiste en una deshidrogenación de 5-amino-1-pentanol utilizando complejos de osmio y rutenio como catalizadores. También se puede obtener piperidina a partir de la ciclación de cadaverina a 180 ºC en presencia de un catalizador de rutenio en difenil éter.
La piperidina se emplea como disolvente y como base. Lo mismo sucede con algunos de sus derivados, como la N-formilpiperidina, disolvente aprótico con mayor solubilidad para hidrocarburos que otros disolventes del grupo de las amidas, y la 2,2,6,6-tetrametilpiperidina, base muy útil debido a su baja nucleofilia y alta solubilidad en disolventes orgánicos.
Otra importante aplicación industrial de la piperidina es en la producción de dipiperidinil ditiuram tetrasulfuro, utilizado como acelerador en la vulcanización del caucho.
La piperidina y sus derivados son muy empleados en la síntesis de productos farmacéuticos. La estructura de la piperidina se encuentra en compuestos como paroxetina, risperidona, metilfenidato, raloxifeno, minoxidil, tioridazina, haloperidol, droperidol, mesoridazina, petidina, melperona, los agentes psicoquímicos Ditran-B (JB-329), N-metil-3-piperidil benzilato (JB-336) y muchos otros.
La piperidina, como amina secundaria, se emplea para convertir cetonas en enaminas, o como base en la condensación de Knoevenagel. Las enaminas así elaboradas pueden usarse en reacciones de alquilación de enaminas de Stork. Asimismo, la piperidina es ampliamente utilizada en reacciones químicas de degradación, como la secuenciación de ADN y la posterior escisión de algunos nucleótidos específicamente modificados.
Por otra parte, esta cicloamina aparece, como sustancia precursora, en la Tabla II de la Convención de las Naciones Unidas Contra el Tráfico Ilícito de Drogas Narcóticas y Sustancias Psicotrópicas, debido a su uso en los años 70 en la industria clandestina de la fenciclidina (compuesto también conocido como «polvo de ángel»).
La piperidina es un compuesto inflamable que al arder desprende óxidos de nitrógeno tóxicos. Su punto de inflamabilidad es 3 ºC. Las mezclas del vapor de esta amina con el aire son explosivas a temperatura ambiente. Es un fuerte irritante que puede provocar daños permanentes después de una exposición corta incluso en pequeñas cantidades. Su ingestión puede implicar cambios tanto reversibles e irreversibles. Dosis de 30-60 mg/kg pueden ocasionar síntomas en el organismo humano.