La pipéridine est un composé organique de formule condensée (CH 2) 5 NH. Il se compose d'une amine secondaire cyclique, où le groupe amino, NH, fait partie d'un cycle hexagonal, qui est hétérocyclique, en raison de la présence de l'atome d'azote.
La pipéridine est la version azotée du cyclohexane. Par exemple, notez dans l'image ci-dessous la formule développée de la pipéridine: elle est très similaire à celle du cyclohexane, à la seule différence que l'un des groupes méthylène, CH 2, a été remplacé par un NH.
Formule développée de la pipéridine. Source: NEUROtiker / Domaine public
Le nom curieux de cette amine vient du mot latin «piper», qui signifie poivre, car c'est dans le poivre noir qu'elle a été trouvée et synthétisée pour la première fois. En fait, l'arôme de la pipéridine est confondu avec celui d'un mélange de poivre et de poisson.
Son cycle hexagonal et hétérocyclique est également présent dans de nombreux alcaloïdes et médicaments, de sorte que la pipéridine est utilisée pour la synthèse organique de ces produits; comme la morphine, le minoxidil et la respéridone.
Structure
Structure moléculaire de la pipéridine. Source: Benjah-bmm27 / Domaine public
Dans l'image du haut, nous avons la structure moléculaire de la pipéridine, représentée par un modèle de sphères et de barres. Les sphères noires, correspondant aux atomes de carbone, constituent le squelette qui serait le même que le cyclohexane s'il n'y avait eu l'atome d'azote, celui de la sphère bleuâtre.
Ici, vous pouvez voir les cinq unités méthylène, CH 2, et la façon dont leurs atomes d'hydrogène sont disposés. De même, le groupe amino secondaire, NH, est clairement observé, dont l'azote électronégatif fournit la polarité à la molécule.
Par conséquent, la pipéridine a un moment dipolaire permanent, dans lequel la densité de charge négative est concentrée autour de NH.
La pipéridine ayant un moment dipolaire, ses forces ou interactions intermoléculaires sont majoritairement de type dipôle-dipôle.
Parmi les interactions dipôle-dipôle, les liaisons hydrogène établies par les groupements NH-NH des molécules de pipéridine voisines sont présentes. En conséquence, les molécules de pipéridine fusionnent dans un liquide qui bout à une température de 106 ° C.
Les conformations
Le cycle hexagonal de la pipéridine, comme celui du cyclohexane, n'est pas plat: ses atomes d'hydrogène alternent en positions axiale (au-dessus ou en dessous) et équatoriale (dirigée latéralement). Ainsi, la pipéridine adopte diverses conformations spatiales, la chaise étant la plus importante et la plus stable.
L'image précédente montre l'un des quatre confomères possibles dans lequel l'atome d'hydrogène du groupe NH est situé en position équatoriale; alors que la paire d'électrons non partagée de l'azote, ils sont situés en position axiale (vers le haut, dans ce cas).
Conformation axiale de la pipéridine. L'atome d'hydrogène en position axiale augmente la tension stérique sur l'anneau en étant trop proche des autres hydrogènes axiaux et adjacents. Source: Benjah-bmm27 / Domaine public
Maintenant un autre conformère est montré (image du haut), dans lequel cette fois l'atome d'hydrogène du groupe NH est en position axiale (vers le haut); et la paire d'électrons d'azote non partagés, en position équatoriale (à gauche).
Il y a donc au total quatre conformères: deux avec l'hydrogène de NH en positions axiale et équatoriale, et deux autres dans lesquels les positions relatives de la paire d'électrons d'azote par rapport à la chaise varient.
Les conformères dans lesquels l'hydrogène de NH est en position équatoriale sont les plus stables, du fait qu'ils souffrent de tensions stériques plus faibles.
Synthèse
Les premières synthèses de pipéridine procédaient à partir de la pipérine, l'un de ses dérivés naturels qui fait partie du poivre noir et est responsable de plusieurs des propriétés organoleptiques de cet assaisonnement. La pipérine réagit avec l'acide nitrique, libérant l'unité hétérocyclique dont la structure a déjà été revue.
Cependant, à l'échelle industrielle, la synthèse de pipéridine par hydrogénation catalytique de pyridine est préférée:
Hydrogénation de la pyridine pour obtenir la pipéridine. Source: Steffen 962 via Wikipedia.
Les hydrogènes, H 2, se lient au cycle pyridine, brisant son système aromatique, pour lequel l'aide de catalyseurs métalliques est nécessaire.
Dérivés
Pipérine
Bien plus importante que la pipéridine elle-même est son unité structurelle, reconnaissable à d'innombrables alcaloïdes et substances d'origine végétale. Par exemple, ci-dessous est la structure moléculaire de la pipérine:
Formule développée de la pipérine. Source: Neurotiker via Wikipedia.
La pipérine a une structure hautement conjuguée; c'est-à-dire qu'il a plusieurs doubles liaisons coordonnées qui absorbent le rayonnement électromagnétique et qui, d'une manière ou d'une autre, en font un composé non toxique pour la consommation humaine. Sinon, le poivre noir serait toxique.
Coniína
Le cycle hétérocyclique et hexagonal de la pipéridine se retrouve également dans la conine, une neurotoxine extraite de la pruche, responsable de son odeur désagréable, et qui était également utilisée pour empoisonner Socrate. Sa structure est:
Formule structurelle de coniin. Source: NEUROtiker / Domaine public
Notez que la coniine n'est guère différente de la pipéridine par la présence d'un substituant propyle sur le carbone adjacent au groupe NH.
Ainsi, les dérivés de la pipéridine sont obtenus en substituant les hydrogènes du cycle, ou l'hydrogène du groupement NH lui-même, par d'autres groupements ou fragments moléculaires.
Morphine
Formule structurelle de la morphine. Source: NEUROtiker / Domaine public
La morphine est un autre des dérivés naturels de la pipéridine. Cette fois, l'anneau pipéridine est fusionné avec d'autres anneaux, et pointe hors du plan, en direction de l'observateur. Il est identifié car il forme un lien avec le groupe CH 3.
Drogues
La pipéridine et ses dérivés sont utilisés pour la conception et la synthèse de différents types de médicaments. Par conséquent, ce sont des dérivés synthétiques de la pipéridine. Trois d'entre eux sont énumérés ci-dessous avec leurs formules structurelles respectives:
Rispéridone, un antipsychotique atypique prescrit pour le traitement de multiples troubles mentaux. Source: Fvasconcellos (talk • contribs) / Domaine public
Minoxidil, un vasodilatateur généralement utilisé pour traiter l'alopécie. Source: Vaccinationiste / Domaine public
Icaridin ou picaridin, un insectifuge qui compose la formulation des répulsifs OFF. Source: Arrowsmaster / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
Références
- Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Chimie organique. (10 e édition.). Wiley Plus.
- Carey F. (2008). Chimie organique. (Sixième édition). Mc Graw Hill.
- Morrison et Boyd. (1987). Chimie organique. (Cinquième édition). Addison-Wesley Iberoamericana.
- Wikipédia. (2020). Pipéridine. Récupéré de: en.wikipedia.org
- Centre national d'information sur la biotechnologie. (2020). Pipéridine. Base de données PubChem., CID = 8082. Récupéré de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Elsevier BV (2020). Pipéridine. ScienceDirect. Récupéré de: sciencedirect.com
- Harold D. Banks. (1992). Synthèse de pipéridine.. Récupéré de: apps.dtic.mil