La 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 delicuescentes alcalinos con un sabor salino .
Las piperazinas son una amplia clase de compuestos químicos , muchos de ellos con importantes propiedades farmacológicas, que contienen un grupo funcional central llamado 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 pimienta negra ( Piper nigrum ). [5] El infijo -az- añadido a "piperazina" se refiere al átomo de nitrógeno adicional, en comparación con la piperidina. Sin embargo, es importante señalar 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 al 10% de piperazina 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 propia piperazina puede sintetizarse haciendo reaccionar amoníaco alcohólico con 1,2-dicloroetano , por la acción del sodio y el etilenglicol sobre el clorhidrato de etilendiamina o por 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 la forma en que se prepara usualmente la piperazina para fines farmacéuticos o veterinarios son el citrato, 3C 4 H 10 N 2 .2C 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 ácido adípico ). [6]
La piperazina se forma como coproducto en la amoniación de 1,2-dicloroetano o etanolamina . Estas son las únicas rutas para obtener la sustancia química que se utilizan 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.
La piperazina fue comercializada por Bayer como un 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 parásitos , lo que permite que el cuerpo huésped expulse fácilmente al organismo invasor. Se cree que los efectos neuromusculares son causados por el 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 para los helmintos se debe a que los vertebrados usan GABA solo en el SNC , y el receptor GABA de los helmintos es de una isoforma diferente al 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 más comunes de la piperazina. A menudo, se hace referencia a estos medicamentos simplemente como "piperazina", lo que puede causar confusión entre los medicamentos antihelmínticos específicos, la clase completa 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 la BZP y la TFMPP, eran adulterantes extremadamente comunes en la escena de los clubes y las fiestas rave, 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 CO2 y H2S en asociación con metildietanolamina (MDEA).
Las mezclas de aminas que se activan con piperazina concentrada se utilizan ampliamente en la eliminación comercial de CO2 para la captura y almacenamiento de carbono (CCS) porque la piperazina permite una protección ventajosa contra la degradación térmica y oxidativa significativa en las 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 la PZ, a diferencia de otros metales, protege a la MDEA de la degradación oxidativa. [11] Esta mayor estabilidad de la mezcla de disolventes MDEA/PZ con respecto a la MDEA y otros disolventes de amina proporciona una mayor capacidad y requiere menos trabajo para capturar una cantidad determinada de CO2 .
La solubilidad de la piperazina es baja, por lo que a menudo se utiliza 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 CO2 , el calor de absorción y la capacidad del disolvente aumentan mediante la adición de piperazina a los disolventes de tratamiento de gas de amina , el más común de los cuales es MDEA debido a su alta tasa y eficiencia de capacidad inigualables. Por ejemplo, una mezcla de 5 m PZ/5 m MDEA produce una diferencia 11% mayor en la concentración de CO2 que 8 m PZ entre las corrientes de disolvente de amina pobre (absorbente de entrada) y rica (absorbente de salida), o en otras palabras, se elimina más CO2 de la corriente de gas agrio (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 basados en aminas se llevan a cabo a temperaturas de entre 45 °C y 55 °C, las capacidades de la piperazina se encuentran dentro de los límites y, por lo tanto, son las preferidas para la captura de carbono. La piperazina se puede regenerar térmicamente a través de una destilación flash de múltiples etapas y otros métodos después de usarse a temperaturas de operación 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 gas de amina. [13]
Las ventajas de utilizar piperazina concentrada (CPZ) como aditivo se han confirmado, por ejemplo, en tres plantas piloto en Australia operadas por CSIRO . Este programa se lanzó para explorar soluciones a los altos costos de captura de carbono posterior a la combustión, y los resultados fueron positivos. Al utilizar CPZ, que es más reactiva y térmicamente estable que las soluciones MEA estándar, se redujeron los costos de capital y compresión (energía) mediante reducciones de tamaño en las columnas de absorción y 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 CO2/equiv PZ) y bicarbamato de PZ en un rango operativo de 0,31-0,41 mol CO2 / equiv PZ, lo que mejora la tasa de CO2 total absorbido en condiciones operativas (consulte la Figura 1 a continuación). Debido a estas reacciones, hay una cantidad limitada de piperazina libre presente en el solvente, lo que da como resultado su baja volatilidad y tasas de precipitación como PZ-6H2O . [ 13]
Muchos fármacos conocidos en la actualidad contienen un anillo de piperazina como parte de su estructura molecular. Pueden utilizarse como fármacos antiparasitarios. [15] Otros ejemplos incluyen: [16]
Otros
La mayoría de estos agentes pueden clasificarse como fenilpiperazinas , bencilpiperazinas , difenilmetilpiperazinas (benzhidrilpiperazinas), piridinilpiperazinas , pirimidinilpiperazinas o tricíclicos (con el anillo de piperazina unido a la fracción heterocíclica a través de una cadena lateral ).
