Piperazina ( / p aɪ ˈ p ɛr ə z iː n / ) es un compuesto orgánico que consta de un anillo de seis miembros que contiene dos átomos de nitrógeno en posiciones opuestas en el anillo. [3] La piperazina existe como pequeños cristales alcalinos delicuescentes con sabor salino .
Las piperazinas son una clase amplia de compuestos químicos , muchos de ellos con importantes propiedades farmacológicas, que contienen un grupo funcional central de piperazina . [4]
Las piperazinas recibieron originalmente su nombre debido a su similitud química con la piperidina , parte de la estructura de la piperina en la planta de la pimienta negra ( Piper nigrum ). [5] El infijo -az- agregado a "piperazina" se refiere al átomo de nitrógeno adicional, en comparación con la piperidina. Es importante señalar, sin embargo, que las piperazinas no se derivan de plantas del género Piper .
La piperazina es fácilmente soluble en agua y etilenglicol , pero insoluble en éter dietílico . Es una base débil con dos pK b de 5,35 y 9,73 a 25 °C.; el pH de una solución acuosa de piperazina al 10% es de 10,8 a 11,8. La piperazina absorbe fácilmente agua y dióxido de carbono del aire. Aunque muchos derivados de la piperazina se producen de forma natural, la piperazina en sí se puede sintetizar haciendo reaccionar amoníaco alcohólico con 1,2-dicloroetano , mediante la acción del sodio y el etilenglicol sobre el clorhidrato de etilendiamina , o mediante la reducción de la pirazina con sodio en etanol .
Una forma en la que la piperazina está comúnmente disponible industrialmente es como hexahidrato , C 4 H 10 N 2 . 6H 2 O, que se funde a 44 °C y hierve a 125-130 °C. [6]
Dos sales comunes en las que normalmente se prepara la piperazina para fines farmacéuticos o veterinarios son el citrato, 3C 4 H 10 N 2,2 C 6 H 8 O 7 (es decir, que contiene 3 moléculas de piperazina por 2 moléculas de ácido cítrico ), y el adipato, C 4 H 10 N 2 .C 6 H 10 O 4 (que contiene 1 molécula de piperazina y 1 molécula de ácido adípico ). [6]
La piperazina se forma como coproducto en la amonación de 1,2-dicloroetano o etanolamina . Estas son las únicas rutas hacia el producto químico utilizado comercialmente. [7] La piperazina se separa de la corriente de producto, que contiene etilendiamina , dietilentriamina , aminoetilpiperazina y otras sustancias químicas lineales y cíclicas relacionadas de este tipo.
Bayer comercializó la piperazina como antihelmíntico a principios del siglo XX y apareció en anuncios impresos junto con otros productos populares de Bayer en ese momento, incluida la heroína . [8] De hecho, una gran cantidad de compuestos de piperazina tienen una acción antihelmíntica. Su modo de acción es generalmente paralizando a los parásitos , lo que permite al organismo huésped expulsar fácilmente al organismo invasor. Se cree que los efectos neuromusculares se deben al bloqueo de la acetilcolina en la unión mioneural. Esta acción está mediada por sus efectos agonistas sobre el receptor inhibidor GABA (ácido γ-aminobutírico) . Su selectividad por los helmintos se debe a que los vertebrados utilizan GABA sólo en el SNC , y el receptor GABA de los helmintos es de una isoforma diferente a la de los vertebrados. [9]
El hidrato de piperazina , el adipato de piperazina y el citrato de piperazina (utilizados para tratar la ascariasis y la enterobiasis [10] ) son los compuestos antihelmínticos de piperazina más comunes. Estos medicamentos a menudo se denominan simplemente "piperazina", lo que puede causar confusión entre los medicamentos antihelmínticos específicos, toda la clase de compuestos que contienen piperazina y el compuesto en sí.
La dietilcarbamazina , un derivado de la piperazina, se utiliza para tratar algunos tipos de filariasis .
Las piperazinas también se utilizan en la fabricación de plásticos, resinas, pesticidas, líquido de frenos y otros materiales industriales. Las piperazinas, especialmente BZP y TFMPP , eran adulterantes extremadamente comunes en la escena de discotecas y raves, y a menudo se hacían pasar por MDMA , aunque no comparten muchas similitudes en sus efectos.
La piperazina también es un fluido utilizado para la depuración de CO 2 y H 2 S en asociación con metil dietanolamina (MDEA).
Las mezclas de aminas que se activan con piperazina concentrada se usan ampliamente en la eliminación comercial de CO2 para la captura y almacenamiento de carbono (CCS) porque la piperazina permite ventajosamente la protección contra una degradación térmica y oxidativa significativa en condiciones típicas de los gases de combustión del carbón . Las tasas de degradación térmica de la metil dietanolamina (MDEA) y la piperazina (PZ) son insignificantes y el PZ, a diferencia de otros metales, protege a la MDEA de la degradación oxidativa. [11] Esta mayor estabilidad de la mezcla de solventes MDEA/PZ sobre MDEA y otros solventes de amina proporciona una mayor capacidad y requiere menos trabajo para capturar una cantidad determinada de CO 2 .
La solubilidad de la piperazina es baja, por lo que a menudo se usa en cantidades relativamente pequeñas para complementar otro disolvente de amina. Una o más de las ventajas de rendimiento de la piperazina a menudo se ven comprometidas en la práctica debido a su baja concentración; no obstante, la tasa de absorción de CO 2 , el calor de absorción y la capacidad del solvente aumentan mediante la adición de piperazina a los solventes para el tratamiento de gases de amina , el más común de los cuales es la MDEA debido a su incomparable alta tasa y eficiencia de capacidad. Por ejemplo, una mezcla de 5 m PZ/5 m MDEA produce una diferencia un 11 % mayor en la concentración de CO 2 que 8 m PZ entre las corrientes de disolvente de amina pobre (absorbente de entrada) y rica (absorbente de salida), o en otras palabras, más CO. 2 se elimina de la corriente de gas amargo (de combustión) por unidad de masa de disolvente, y una diferencia de concentración casi 100 % mayor que 7 m MEA . [12]
Dado que los procesos típicos de absorción a base de aminas se realizan a temperaturas de 45 °C a 55 °C, las capacidades de la piperazina están dentro de los límites y, por lo tanto, se ven favorecidas por la captura de carbono. La piperazina se puede regenerar térmicamente mediante destilación instantánea de múltiples etapas y otros métodos después de usarse en temperaturas de funcionamiento de hasta 150 °C y reciclarse nuevamente en el proceso de absorción, lo que proporciona un mayor rendimiento energético general en los procesos de tratamiento de gases de amina. [13]
Las ventajas del uso de piperazina concentrada (CPZ) como aditivo se han confirmado, por ejemplo, a través de tres plantas piloto en Australia operadas por CSIRO . Este programa se lanzó para explorar soluciones a los altos costos de la captura de carbono poscombustión y los resultados fueron positivos. Al utilizar CPZ, que es más reactivo y térmicamente estable que las soluciones MEA estándar, los costos de capital y de compresión (energía) se redujeron mediante reducciones de tamaño en las columnas absorbentes y la regeneración de solventes a temperaturas más altas. [14]
Los grupos amina de la piperazina reaccionan fácilmente con el dióxido de carbono para producir carbamato de PZ en un rango de carga baja (mol CO 2 /equiv PZ) y bicarbamato de PZ en un rango operativo de 0,31-0,41 mol CO 2 /equiv PZ, mejorando la tasa de absorción general. CO 2 absorbido en condiciones de funcionamiento (consulte la Figura 1 a continuación). Debido a estas reacciones, hay una cantidad limitada de piperazina libre presente en el disolvente, lo que da como resultado su baja volatilidad y tasas de precipitación como PZ-6H 2 O. [13]
Muchos fármacos actualmente destacados contienen un anillo de piperazina como parte de su estructura molecular. Pueden usarse como medicamentos antiparasitarios. [15] Otros ejemplos incluyen: [16]
Otros
La mayoría de estos agentes se pueden clasificar como fenilpiperazinas , bencilpiperazinas , difenilmetilpiperazinas (bencidrilpiperazinas), piridinilpiperazinas , pirimidinilpiperazinas o tricíclicos (con el anillo de piperazina unido al resto heterocíclico mediante una cadena lateral ).
