Пиперидин: строение и производные¶

Пиперидин — насыщенное гетероциклическое соединение ряда азотсодержащих циклов, шестичленный цикл с одним атомом азота и пятью атомами углерода. Брутто-формула C₅H₁₁N, молекулярная масса 85,15. При нормальных условиях — бесцветная жидкость с характерным аминным запахом, смешивающаяся с водой и большинством органических растворителей. Пиперидин относится к вторичным аминам и является ключевым структурным фрагментом множества природных алкалоидов и синтетических лекарственных средств.

¶Строение

Цикл пиперидина образован атомом азота и пятью метиленовыми группами. Азот несет атом водорода и неподеленную электронную пару, что определяет основные свойства соединения: pKb около 2,9, водный раствор имеет щелочную реакцию.

Молекула не является плоской. Цикл принимает конформацию кресла, аналогичную циклогексану, причем атом азота может занимать положение в вершине кресла. Атом водорода при азоте ориентирован либо аксиально, либо экваториально; эти формы быстро переходят друг в друга за счет инверсии азота. Подвижность конформаций и инверсия цикла объясняют отсутствие оптической изомерии у незамещенного пиперидина.

Заместители в кольце могут располагаться в положениях 2, 3 и 4 (нумерация начинается от азота). Для производных характерна стереохимия: аксиальное и экваториальное расположение групп существенно влияет на реакционную способность и биологическую активность.

¶Химические свойства

Как вторичный амин, пиперидин проявляет основные и нуклеофильные свойства:

• образует соли с минеральными и органическими кислотами (гидрохлорид, ацетат);
• алкилируется и ацилируется по атому азота с образованием N-замещенных производных;
• вступает в реакции с альдегидами и кетонами, образуя енамины — важные интермедиаты органического синтеза;
• реагирует с сероуглеродом и изотиоцианатами, давая дитиокарбаматы.

Атом азота устойчив к окислению, тогда как кольцо может расщепляться при действии сильных окислителей.

¶Получение

Основной промышленный метод — гидрирование пиридина над никелевыми, кобальтовыми или палладиевыми катализаторами при повышенных температуре и давлении. Лабораторные способы включают восстановление глутаронитрила, циклизацию 1,5-диаминов и восстановительное аминирование. Пиперидин доступен как крупнотоннажный продукт основного органического синтеза.

¶Производные и применение

Пиперидиновый фрагмент входит в состав многих фармакологически активных соединений:

Пиперидин также служит катализатором в реакциях Кневенагеля, Михаэля и альдольной конденсации, ускорителем вулканизации каучуков и ингибитором коррозии. В аналитической химии его используют для приготовления буферных растворов.

¶Алкалоиды пиперидинового ряда

Многие природные алкалоиды содержат пиперидиновое ядро: кониин (из болиголова), пиперин (из черного перца), никотин (в комбинации с пирролидиновым циклом), лобелин, ареколин. Биосинтез этих соединений в растениях обычно идет через лизин или его производные.

¶Безопасность

Пиперидин — горючая жидкость (температура вспышки около 16 °C), токсичен при вдыхании и проглатывании, вызывает ожоги кожи и слизистых. Работа с ним требует вытяжной вентиляции и средств индивидуальной защиты. При хранении необходимо исключать контакт с кислотами и окислителями.