Wat is piperidine?
Piperidine, ook bekend onder andere namen zoals hexahydropyridine, pentamethyleneimine, azacyclohexaan, cyclopentimine, cypentil en hexazane, is een secundair cyclisch amine met de chemische formule C5H11N. Het is een kleurloze vloeistof met een sterke, onaangename geur die typisch is voor aminen.
Piperidine is vernoemd naar piperine, dat piperidine bevat als onderdeel van zijn moleculaire structuur als piperinezuurpiperidide. Piperine is de verbinding die verantwoordelijk is voor de smaak van peper.
Het komt in de natuur voor, met name in sommige alkaloïden (natuurlijke verbindingen met medicinale eigenschappen).
Inhoudsopgave
1. Fysieke eigenschappen van piperidine
Piperidine is een kleurloze vloeistof met een ammoniakgeur die hygroscopisch is en dampen in de lucht verspreidt. Het is zeer oplosbaar in water, lagere alcoholen en ketonen, ethers, alifatische en aromatische koolwaterstoffen, ethylacetaat en DMF. Piperidine vormt een azeotroop met water.
Tabel 1 vat enkele van de fysieke eigenschappen van piperidine samen.
| Eigenschap | Waarde |
|---|---|
| CAS-nummer | [110-89-4] |
| Moleculaire formule | C5H11N |
| Moleculaire massa | 85,15 g/mol |
| Smeltpunt | -10,5 °C |
| Kookpunt | 106,4 °C (bij 101,3 kPa) |
| Dichtheid | 0,8613 g/cm3 |
| Breukindex | 1,4532 |
| pKa | 11,1 |
| pKb bij 25 °C | 2,80 |
| Dampspanning bij 25 °C | 4,0 kPa |
| Damp Dichtheid | 3 |
| Verbrandingswarmte bij 25 °C | 3453,2 kJ/mol (vloeistof) |
| Vlampunt | 4 °C |
2. Chemische reacties van Piperidine
Piperidine reageert met ketonen om enamines te vormen. Het reageert bijvoorbeeld met cyclohexanon om 1-(cyclohex-1-en-1-yl)piperidine te produceren.
In tegenstelling tot open-keten amines reageert piperidine met aldehydes om aminals als intermediairs te geven. Als voorbeeld reageert het met aceetaldehyde om 1,1′-(ethaan-1,1-diyl)dipiperidine te vormen (1).
Piperidine ondergaat ook typische reacties van secundaire aminen, zoals zoutvorming met zuren, N-alkylering, amidenvorming en andere.
Piperidine reageert met alkylhaliden en zuuranhydriden om respectievelijk N-alkylpiperidinen en amiden te geven.
3. Productie van Piperidine
Piperidine wordt geproduceerd door pyridinehydrogenering met behulp van platina-, palladium- of Raney-nikkelkatalysatoren in vloeistoffasereacties. Volledige pyridineringverzadiging is haalbaar met behulp van nikkel-aluminiumlegering in alkalisch medium (0,5 M KOH) bij omgevingstemperatuur met opbrengsten van 51 tot 90%.
Pyridine geproduceerd uit destillatie van steenkoolteer is verontreinigd met zwavelverbindingen, die een proces in twee fasen nodig hebben. Eerst wordt de ruwe pyridine gehydroraffineerd met behulp van een sulfidische metaalkatalysator bij 280–310 °C; vervolgens wordt het gehydrogeneerd tot piperidine met behulp van een nikkel-aluminakatalysator bij 120–160 °C.
Piperidine kan ook worden geproduceerd door pyridine te behandelen met natriummetaal in ethanol; de dimerisatiereactie produceert echter 4,4′-bipyridine als bijproduct.
Piperidinesynthese is ook mogelijk via aminolyse van 1,5-pentaandiol of tetrahydrofurfurylalcohol onder hydrogeneringsomstandigheden met behulp van kobalt- of nikkelkatalysatoren. Bovendien levert hydrogenering van glutaraten, glutaarzuur of glutaraldehyde in aanwezigheid van overtollige ammoniak piperidine op.
4. Toepassingen van Piperidine
Piperidine wordt gebruikt als een precursor voor farmaceutische producten, agrochemicaliën, rubberadditieven, oppervlakteactieve stoffen en andere organische verbindingen. Vanwege de hoge reactiviteit wordt het vaak gebruikt als een tussenproduct voor farmaceutische producten en voor gewasbeschermingsmiddelen.
In de rubberindustrie wordt piperidine gebruikt om vulkanisatieversnellers te produceren zoals thiuramdisulfide (2); en het wordt gebruikt als een olie- of brandstofadditief.
Piperidine en piperidineacetaat worden gebruikt als katalysatoren in condensatiereacties zoals de Knoevenagel-reactie, aldolcondensaties en nitroparaffine-aldehydecondensaties. Piperidine heeft de voorkeur boven sterkere basen in aanwezigheid van onstabiele reactanten of producten.
Mepiquatdichloride (3), het dimethylquaternaire zout van piperidine, wordt gebruikt als plantengroeiregulator voor katoen. Piperidine wordt gebruikt om vaatverwijders te maken zoals dipyridamol (4) en minoxidil (5) en diuretica zoals etozoline (6). Het wordt ook gebruikt als oplosmiddel.
Piperidine en bepaalde piperidinezouten worden in de Verenigde Staten gereguleerd door de Drug Enforcement Agency.
5. Toxicologie van Piperidine
Piperidine veroorzaakt acute dermale toxiciteit, gekenmerkt door ernstige irritatie en brandwonden. Oculaire blootstelling resulteert in ernstige irritatie en mogelijke schade aan het hoornvlies. Inademing kan irritatie van de luchtwegen veroorzaken, wat zich manifesteert als hoesten en piepen.
Maag-darmstoornissen, waaronder misselijkheid, braken, speekselvloed en buikpijn, kunnen optreden na blootstelling aan piperidine. Bovendien kan piperidine neurologische symptomen veroorzaken zoals hoofdpijn, duizeligheid, spierzwakte, vermoeidheid, depressie en prikkelbaarheid.
Langetermijnstudies naar piperidine tonen geen bewijs van carcinogeniciteit in dierstudies. Gegevens over reproductietoxiciteit duiden op een potentieel voor schade aan de foetus. Langdurige blootstelling kan hepatotoxiciteit en nefrotoxiciteit veroorzaken.
Er zijn geen beroepsmatige blootstellingslimieten vastgesteld voor piperidine. Dit betekent echter niet dat deze stof niet schadelijk is. Houd er rekening mee dat piperidine via uw huid kan worden opgenomen, waardoor uw blootstelling toeneemt.
Piperidine is een gevaarlijke stof die strenge veiligheidsmaatregelen vereist. Om blootstelling en mogelijke schade te minimaliseren, implementeert u het volgende:
- Draag geschikte persoonlijke beschermingsmiddelen, waaronder handschoenen, oogbescherming en beschermende kleding.
- Zorg voor voldoende ventilatie op de werkplek.
- Zorg voor een goede persoonlijke hygiëne, waaronder frequent handen wassen.
- Zorg voor oogspoelstations en veiligheidsdouches.
- Bewaar piperidine op een koele, droge en goed geventileerde plaats, uit de buurt van onverenigbare stoffen.
- Gebruik de juiste verwerkingstechnieken om morsen en lekken te voorkomen.
- Heb een voorbereid plan voor het reageren op morsen.
- Gooi piperidine en besmet afval weg volgens de voorschriften.
- Geef personeel uitgebreide training over gevaren, behandeling en noodprocedures.
Referenties
- Amines, Aliphatic, Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a02_001.pub2
- Pyridine and Pyridine Derivatives. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/0471238961.1625180919031809.a01.pub2
- https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a22_399
- https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780123852359000059
- https://nj.gov/health/eoh/rtkweb/documents/fs/1543.pdf
- https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Piperidine
