Пиперазин ( / p aɪ ˈ p ɛr ə z iː n / ) — органическое соединение , состоящее из шестичленного кольца, содержащего два атома азота в противоположных положениях в кольце. [3] Пиперазин существует в виде небольших щелочных расплывающихся кристаллов с соленым вкусом.
Пиперазины представляют собой широкий класс химических соединений , многие из которых обладают важными фармакологическими свойствами и содержат основную функциональную группу пиперазина . [4]
Первоначально пиперазины были названы из-за их химического сходства с пиперидином , частью структуры пиперина в растении черного перца ( Piper nigrum ). [5] Инфикс -az-, добавленный к «пиперазин», относится к дополнительному атому азота по сравнению с пиперидином. Однако важно отметить, что пиперазины не получены из растений рода Piper .
Пиперазин легко растворим в воде и этиленгликоле , но нерастворим в диэтиловом эфире . Это слабое основание с двумя pK b 5,35 и 9,73 при 25 °C; pH 10% водного раствора пиперазина составляет 10,8–11,8. Пиперазин легко поглощает воду и углекислый газ из воздуха. Хотя многие производные пиперазина встречаются в природе, сам пиперазин можно синтезировать путем реакции спиртового аммиака с 1,2-дихлорэтаном , действием натрия и этиленгликоля на гидрохлорид этилендиамина или восстановлением пиразина натрием в этаноле .
Форма, в которой пиперазин обычно доступен в промышленности, — это гексагидрат C4H10N2.6H2O , который плавится при температуре 44 °C и кипит при температуре 125–130 ° C. [6]
Две распространённые соли, в форме которых пиперазин обычно готовят для фармацевтических или ветеринарных целей, — это цитрат, 3C 4 H 10 N 2 .2C 6 H 8 O 7 (т.е. содержащий 3 молекулы пиперазина на 2 молекулы лимонной кислоты ), и адипат, C 4 H 10 N 2 .C 6 H 10 O 4 (содержащий по 1 молекуле пиперазина и адипиновой кислоты ). [6]
Пиперазин образуется как побочный продукт при аммиачном действии 1,2-дихлорэтана или этаноламина . Это единственные пути получения химического вещества, используемого в коммерческих целях. [7] Пиперазин отделяется от потока продукта, который содержит этилендиамин , диэтилентриамин , аминоэтилпиперазин и другие родственные линейные и циклические химикаты этого типа.
Пиперазин был представлен на рынке компанией Bayer в качестве антигельминтного средства в начале 20-го века и был представлен в печатной рекламе наряду с другими популярными в то время продуктами Bayer, включая героин . [8] Фактически, большое количество соединений пиперазина обладают антигельминтным действием. Их способ действия, как правило, заключается в параличе паразитов , что позволяет организму хозяина легко изгнать инвазивный организм. Считается, что нервно-мышечные эффекты вызваны блокированием ацетилхолина в мионевральном соединении. Это действие опосредовано его агонистическим действием на ингибирующий рецептор ГАМК (γ-аминомасляная кислота) . Его селективность в отношении гельминтов объясняется тем, что позвоночные используют ГАМК только в ЦНС , а рецептор ГАМК гельминтов имеет другую изоформу, чем у позвоночных. [9]
Пиперазина гидрат , пиперазина адипат и пиперазина цитрат (используются для лечения аскаридоза и энтеробиоза [10] ) являются наиболее распространенными антигельминтными пиперазиновыми соединениями. Эти препараты часто называют просто «пиперазин», что может вызвать путаницу между конкретными антигельминтными препаратами, всем классом соединений, содержащих пиперазин, и самим соединением.
Диэтилкарбамазин , производное пиперазина, используется для лечения некоторых видов филяриатоза .
Пиперазины также используются в производстве пластмасс, смол, пестицидов, тормозной жидкости и других промышленных материалов. Пиперазины, особенно BZP и TFMPP, были чрезвычайно распространенными примесями в клубах и рейв-сценах, часто выдаваемыми за MDMA , хотя они не имеют много общего в своих эффектах.
Пиперазин также является жидкостью, используемой для очистки от CO2 и H2S совместно с метилдиэтаноламином (МДЭА).
Смеси аминов, активированные концентрированным пиперазином, широко используются в коммерческом удалении CO2 для улавливания и хранения углерода (CCS), поскольку пиперазин выгодно обеспечивает защиту от значительной термической и окислительной деградации в типичных условиях угольных дымовых газов . Скорости термической деградации для метилдиэтаноламина (MDEA) и пиперазина (PZ) незначительны, и PZ, в отличие от других металлов, защищает MDEA от окислительной деградации. [11] Эта повышенная стабильность смеси растворителей MDEA/PZ по сравнению с MDEA и другими аминными растворителями обеспечивает большую емкость и требует меньше работы для улавливания заданного количества CO2 .
Растворимость пиперазина низкая, поэтому его часто используют в относительно небольших количествах в качестве дополнения к другому аминному растворителю. Одно или несколько преимуществ производительности пиперазина часто ставятся под угрозу на практике из-за его низкой концентрации; тем не менее, скорость абсорбции CO2 , теплота абсорбции и емкость растворителя увеличиваются за счет добавления пиперазина к растворителям для обработки амина , наиболее распространенным из которых является MDEA из-за его непревзойденной высокой скорости и эффективности емкости. Например, смесь 5 м PZ/5 м MDEA дает на 11% большую разницу в концентрации CO2, чем 8 м PZ между тощим (входной абсорбент) и богатым (выходной абсорбент) потоками аминного растворителя, или, другими словами, больше CO2 удаляется из потока кислого (дымового) газа на единицу массы растворителя и почти на 100% большую разницу в концентрации, чем 7 м MEA . [12]
Учитывая, что типичные процессы абсорбции на основе амина протекают при температурах от 45 °C до 55 °C, возможности пиперазина находятся в пределах и, таким образом, благоприятны для улавливания углерода. Пиперазин может быть термически регенерирован посредством многоступенчатой флэш-дистилляции и других методов после использования при рабочих температурах до 150 °C и рециркулирован обратно в процесс абсорбции, обеспечивая более высокую общую энергетическую производительность в процессах очистки газа амином. [13]
Преимущества использования концентрированного пиперазина (CPZ) в качестве добавки были подтверждены, например, тремя пилотными установками в Австралии, которые эксплуатируются CSIRO . Эта программа была запущена для изучения средств для устранения высоких затрат на улавливание углерода после сжигания, и результаты были положительными. При использовании CPZ, который более реактивен и термически стабилен, чем стандартные растворы MEA, капитальные и компрессионные (энергетические) затраты были снижены за счет уменьшения размеров абсорбционных колонн и регенерации растворителя при более высоких температурах. [14]
Аминогруппы пиперазина легко реагируют с диоксидом углерода, образуя карбамат PZ в диапазоне низких нагрузок (моль CO 2 /экв PZ) и бикарбамат PZ в рабочем диапазоне 0,31-0,41 моль CO 2 /экв PZ, увеличивая скорость общего поглощения CO 2 в рабочих условиях (см. рисунок 1 ниже). Из-за этих реакций в растворителе присутствует ограниченное количество свободного пиперазина, что приводит к его низкой летучести и скорости осаждения в виде PZ-6H 2 O. [13]
Многие известные в настоящее время препараты содержат пиперазиновое кольцо как часть своей молекулярной структуры. Они могут использоваться как противопаразитарные препараты. [15] Другие примеры включают: [16]
Антисеротонинергические средства
Другие
Большинство из этих агентов можно классифицировать как фенилпиперазины , бензилпиперазины , дифенилметилпиперазины (бензгидрилпиперазины), пиридинилпиперазины , пиримидинилпиперазины или трициклические соединения (с пиперазиновым кольцом , присоединенным к гетероциклическому фрагменту через боковую цепь ).
