Piperidin: Eigenschaften, Reaktionen, Herstellung und Verwendung

Piperidine structure

Was ist Piperidin?

Piperidin, auch bekannt unter anderen Namen wie Hexahydropyridin, Pentamethylenimin, Azacyclohexan, Cyclopentimin, Cypentil und Hexazan, ist ein sekundäres zyklisches Amin mit der chemischen Formel C5H11N. Es ist eine farblose Flüssigkeit mit einem starken, unangenehmen Geruch, der typisch für Amine ist.

Piperidin ist nach Piperin benannt, das Piperidin als Teil seiner Molekülstruktur als Piperinsäurepiperidid ​​enthält. Piperin ist die Verbindung, die für den Geschmack von Pfeffer verantwortlich ist.

Es kommt in der Natur vor, insbesondere in einigen Alkaloiden (natürlichen Verbindungen mit medizinischen Eigenschaften).

Inhaltsverzeichnis

1. Physikalische Eigenschaften von Piperidin

Piperidin ist eine farblose Flüssigkeit mit Ammoniakgeruch, die hygroskopisch ist und in der Luft Dämpfe bildet. Es ist sehr gut löslich in Wasser, niederen Alkoholen und Ketonen, Ethern, aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen, Ethylacetat und DMF. Piperidin bildet mit Wasser ein Azeotrop.

Tabelle 1 fasst einige der physikalischen Eigenschaften von Piperidin zusammen.

Tabelle 1: Physikalische Eigenschaften von Piperidin
Eigenschaft Wert
CAS-Nummer [110-89-4]
Molekularformel C5H11N
Molekularmasse 85,15 g/mol
Schmelzpunkt -10,5 °C
Siedepunkt 106,4 °C (bei 101,3 kPa)
Dichte 0,8613 g/cm3
Brechungsindex 1,4532
pKa 11,1
pKb bei 25 °C 2,80
Dampfdruck bei 25 °C 4,0 kPa
Dampf Dichte 3
Verbrennungswärme bei 25 °C 3453,2 kJ/mol (flüssig)
Flammpunkt 4 °C

2. Chemische Reaktionen von Piperidin

Piperidin reagiert mit Ketonen zu Enaminen. Beispielsweise reagiert es mit Cyclohexanon zu 1-(Cyclohex-1-en-1-yl)piperidin.

reaction of Piperidine with cyclohexanone to form enamine

Im Gegensatz zu offenkettigen Aminen reagiert Piperidin mit Aldehyden, wobei Aminale als Zwischenprodukte entstehen. So reagiert es beispielsweise mit Acetaldehyd zu 1,1′-(Ethan-1,1-diyl)dipiperidin (1).

reaction of piperidine with acetaldehyde

Piperidin unterliegt auch typischen Reaktionen sekundärer Amine, wie Salzbildung mit Säuren, N-Alkylierung, Amidbildung und andere.

Piperidin reagiert mit Alkylhalogeniden und Säureanhydriden zu N-Alkylpiperidinen bzw. Amiden.

Piperidine reacts with alkyl halides to form N-alkylpiperidines
Reaction of Piperidine with acid anhydrides

3. Herstellung von Piperidin

Piperidin wird durch Pyridinhydrierung unter Verwendung von Platin-, Palladium- oder Raney-Nickel-Katalysatoren in Flüssigphasenreaktionen hergestellt. Eine vollständige Sättigung des Pyridinrings ist unter Verwendung einer Nickel-Aluminium-Legierung in alkalischem Medium (0,5 M KOH) bei Raumtemperatur mit Ausbeuten von 51 bis 90 % erreichbar.

production of Piperidine by hydrogenation of pyridine

Pyridin, das durch Destillation von Kohlenteer gewonnen wird, ist mit Schwefelverbindungen verunreinigt und muss in einem zweistufigen Verfahren hergestellt werden. Zunächst wird das Rohpyridin mithilfe eines sulfidischen Metallkatalysators bei 280–310 °C hydroraffiniert; anschließend wird es mithilfe eines Nickel-Aluminiumoxid-Katalysators bei 120–160 °C zu Piperidin hydriert.

Piperidin kann auch durch Behandlung von Pyridin mit Natriummetall in Ethanol hergestellt werden; bei der Dimerisierungsreaktion entsteht jedoch 4,4′-Bipyridin als Nebenprodukt.

Reaction of pyridine with sodium metal in ethanol to produce piperidine

Die Piperidinsynthese ist auch durch Aminolyse von 1,5-Pentandiol oder Tetrahydrofurfurylalkohol unter Hydrierungsbedingungen mit Kobalt- oder Nickelkatalysatoren möglich. Darüber hinaus ergibt die Hydrierung von Glutaraten, Glutarsäure oder Glutaraldehyd in Gegenwart von überschüssigem Ammoniak Piperidin.

4. Verwendung von Piperidin

Piperidin wird als Vorläufer für Arzneimittel, Agrochemikalien, Gummizusätze, Tenside und andere organische Verbindungen verwendet. Aufgrund seiner hohen Reaktivität wird es häufig als Zwischenprodukt für Arzneimittel und Pflanzenschutzmittel verwendet.

Uses of piperidine

In der Gummiindustrie wird Piperidin zur Herstellung von Vulkanisationsbeschleunigern wie Thiuramdisulfid (2) eingesetzt und als Öl- oder Kraftstoffzusatz verwendet.

Piperidin und Piperidinacetat werden als Katalysatoren in Kondensationsreaktionen wie der Knoevenagel-Reaktion, Aldolkondensationen und Nitroparaffin-Aldehyd-Kondensationen verwendet. In Gegenwart instabiler Reaktanten oder Produkte wird Piperidin stärkeren Basen vorgezogen.

Mepiquatdichlorid (3), das Dimethylquartärsalz von Piperidin, wird als Pflanzenwachstumsregulator für Baumwolle verwendet. Piperidin wird zur Herstellung von Vasodilatatoren wie Dipyridamol (4) und Minoxidil (5) und Diuretika wie Etozolin (6) verwendet. Es wird auch als Lösungsmittel verwendet.

Piperidin und bestimmte Piperidinsalze werden in den Vereinigten Staaten von der Drug Enforcement Agency reguliert.

5. Toxikologie von Piperidin

Piperidin verursacht akute dermale Toxizität, die durch schwere Reizungen und Verbrennungen gekennzeichnet ist. Augenexposition führt zu schweren Reizungen und möglichen Hornhautschäden. Einatmen kann zu Reizungen der Atemwege führen, die sich in Husten und Keuchen äußern.

Nach Kontakt mit Piperidin können Magen-Darm-Störungen auftreten, darunter Übelkeit, Erbrechen, Speichelfluss und Bauchschmerzen. Darüber hinaus kann Piperidin neurologische Symptome wie Kopfschmerzen, Schwindel, Muskelschwäche, Müdigkeit, Depression und Reizbarkeit verursachen.

Langzeitstudien zu Piperidin zeigen in Tierversuchen keine Hinweise auf Karzinogenität. Daten zur Reproduktionstoxizität weisen auf ein Potenzial für fetale Schäden hin. Langzeitexposition kann Lebertoxizität und Nephrotoxizität hervorrufen.

Für Piperidin wurden keine Grenzwerte für die Exposition am Arbeitsplatz festgelegt. Dies bedeutet jedoch nicht, dass diese Substanz nicht schädlich ist. Beachten Sie, dass Piperidin durch die Haut aufgenommen werden kann, wodurch Ihre Belastung steigt.

Piperidin ist ein gefährlicher Stoff, der strenge Sicherheitsmaßnahmen erfordert. Um die Belastung und mögliche Schäden zu minimieren, setzen Sie Folgendes um:

  • Tragen Sie geeignete persönliche Schutzausrüstung, einschließlich Handschuhe, Augenschutz und Schutzkleidung.
  • Sorgen Sie für ausreichende Belüftung in Arbeitsbereichen.
  • Halten Sie gute persönliche Hygiene ein, einschließlich häufigem Händewaschen.
  • Stellen Sie Augenspülstationen und Sicherheitsduschen bereit.
  • Lagern Sie Piperidin an einem kühlen, trockenen und gut belüfteten Ort, fern von unverträglichen Substanzen.
  • Verwenden Sie geeignete Handhabungstechniken, um Verschütten und Leckagen zu verhindern.
  • Halten Sie einen vorbereiteten Plan zur Reaktion auf Verschüttungen bereit.
  • Entsorgen Sie Piperidin und kontaminierten Abfall gemäß den Vorschriften.
  • Stellen Sie dem Personal umfassende Schulungen zu Gefahren, Handhabung und Notfallmaßnahmen zur Verfügung.

Referenzen

  1. Amines, Aliphatic, Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a02_001.pub2
  2. Pyridine and Pyridine Derivatives. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/0471238961.1625180919031809.a01.pub2
  3. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a22_399
  4. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780123852359000059
  5. https://nj.gov/health/eoh/rtkweb/documents/fs/1543.pdf
  6. https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Piperidine
Chemcess
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Ich bin leidenschaftlicher organischer Chemiker und lerne ständig etwas über verschiedene Prozesse der industriellen Chemie und chemische Produkte. Ich stelle sicher, dass alle Informationen auf dieser Website korrekt sind und sorgfältig auf wissenschaftliche Artikel verweisen.