имидазол
| |||
| |||
| |||
| Имена | |||
|---|---|---|---|
| Предпочтительное название ИЮПАК
1 H -Имидазол [ 1 ] | |||
| Другие имена
1,3-диазол
Глиоксалин (архаичный) | |||
| Идентификаторы | |||
3D model ( JSmol )
|
|||
| 103853 | |||
| КЭБ | |||
| ХЭМБЛ | |||
| ХимическийПаук | |||
| Лекарственный Банк | |||
| Информационная карта ECHA | 100.005.473 | ||
| Номер ЕС |
| ||
| 1417 | |||
| КЕГГ | |||
ПабХим CID
|
|||
| номер РТЭКС |
| ||
| НЕКОТОРЫЙ | |||
| Число | 3263 | ||
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|||
| Характеристики | |||
| C3H4NC3H4N2 | |||
| Молярная масса | 68.077 g/mol | ||
| Появление | Белое или бледно-желтое твердое вещество | ||
| Плотность | 1,23 г/см 3 , твердый | ||
| Температура плавления | От 89 до 91 ° C (от 192 до 196 ° F; от 362 до 364 К) | ||
| Точка кипения | 256 ° С (493 ° F; 529 К) | ||
| 633 г/л | |||
| Кислотность ( pKa ) | 6,95 (для сопряженной кислоты ) [ 2 ] | ||
| УФ-видимое излучение (λ макс .) | 206 нм | ||
| Структура | |||
| Моноклиника | |||
| Плоское 5-членное кольцо | |||
| 3,61 Д | |||
| Опасности | |||
| Безопасность и гигиена труда (OHS/OSH): | |||
Основные опасности
|
Коррозионный | ||
| СГС Маркировка : [ 4 ] | |||
  
| |||
| Опасность | |||
| Х302 , Х314 , Х360Д | |||
| П263 , П270 , П280 , П301+П310 , П305+П351+П338 , П308+П313 [ 3 ] | |||
| точка возгорания | 146 ° С (295 ° F; 419 К) | ||
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
| |||
Имидазол (ImH) представляет собой органическое соединение формулы C 3 N 2 H 4 . Это белое или бесцветное твердое вещество, растворимое в воде с образованием слабощелочного раствора . В химии это ароматический гетероцикл , классифицируемый как диазол , имеющий несмежные атомы азота в метазамещении .
Многие натуральные продукты, особенно алкалоиды , содержат имидазольное кольцо. Эти имидазолы имеют общее кольцо 1,3-C 3 N 2 , но имеют различные заместители. Эта кольцевая система присутствует в важных биологических строительных блоках, таких как гистидин и родственный ему гормон гистамин . Многие лекарства содержат имидазольное кольцо, например, некоторые противогрибковые препараты , нитроимидазолового ряда антибиотики и седативный мидазолам . [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]
При слиянии с пиримидиновым кольцом он образует пурин , который является наиболее широко встречающимся в природе азотсодержащим гетероциклом . [ 10 ]
Название «имидазол» было придумано в 1887 году немецким химиком Артуром Рудольфом Ханчем (1857–1935). [ 11 ]
Структура и свойства
[ редактировать ]Имидазол представляет собой плоское 5-членное кольцо, существующее в двух эквивалентных таутомерных формах, поскольку водород может быть связан с тем или иным атомом азота . является высокополярным соединением, о чем свидетельствует его электрический дипольный момент 3,67 Д. Имидазол [ 12 ] и хорошо растворяется в воде. Соединение отнесено к ароматическим из-за наличия плоского кольца, содержащего 6 π-электронов (пара электронов от протонированного атома азота и по одному от каждого из остальных четырех атомов кольца). Некоторые резонансные структуры имидазола показаны ниже:
Амфотеризм
[ редактировать ]Имидазол амфотерен , то есть может действовать как кислота, так и как основание. В качестве кислоты pKa имидазола составляет 14,5, что делает его менее кислым, чем карбоновые кислоты, фенолы и имиды, но немного более кислым, чем спирты. Кислотный протон – это тот, который связан с азотом. Депротонирование дает имидазолид-анион, который является симметричным. В качестве основания p K a сопряженной кислоты (обозначаемой как p K BH + во избежание путаницы между ними) составляет примерно 7, что делает имидазол примерно в шестьдесят раз более основным, чем пиридин . Основным сайтом является азот с неподеленной парой (не связанный с водородом). Протонирование дает катион имидазолия, который является симметричным.
Подготовка
[ редактировать ]Об имидазоле впервые сообщил в 1858 году немецкий химик Генрих Дебус , хотя различные производные имидазола были открыты еще в 1840-х годах. Было показано, что глиоксаль , формальдегид и аммиак конденсируются с образованием имидазола (глиоксалина, как он первоначально назывался). [ 13 ] Этот синтез, хотя и дает относительно низкие выходы, все еще используется для получения С -замещенных имидазолов.
В одной микроволновой модификации реагентами являются бензил , бензальдегид и аммиак в ледяной уксусной кислоте , образуя 2,4,5-трифенилимидазол (« лофин »). [ 14 ]
Имидазол можно синтезировать множеством методов, помимо метода Дебуса . Многие из этих синтезов также можно применять к различным замещенным имидазолам и производным имидазола путем изменения функциональных групп в реагентах. Эти методы обычно классифицируются по тому, какие и сколько связей образуются для образования имидазольных колец. Например, метод Дебуса образует связи (1,2), (3,4) и (1,5) в имидазоле, используя каждый реагент как фрагмент кольца, и, таким образом, этот метод будет представлять собой метод с тремя связями. -образующий синтез. Ниже представлена небольшая выборка этих методов.
Образование одной облигации
[ редактировать ]Связь (1,5) или (3,4) может быть образована реакцией имидата и α-аминоальдегида или α- аминоацеталя . Приведенный ниже пример применим к имидазолу, когда R 1 = R 2 = водород.
Образование двух облигаций
[ редактировать ]Связи (1,2) и (2,3) могут быть образованы обработкой 1,2-диаминоалкана при высоких температурах спиртом , альдегидом или карбоновой кислотой . катализатор дегидрирования, например платина на оксиде алюминия Требуется .
Formation of two bonds
Связи (1,2) и (3,4) также могут образовываться из N -замещенных α-аминокетонов и формамида при нагревании. Продуктом будет 1,4-дизамещенный имидазол, но здесь, поскольку R 1 = R 2 = водород, продуктом является сам имидазол. Выход этой реакции умеренный, но, по-видимому, это наиболее эффективный метод замещения 1,4.
Formation of three bonds
Образование четырех облигаций
[ редактировать ]Это общий метод, который дает хорошие выходы замещенных имидазолов. По сути, это адаптация метода Дебуса, называемого синтезом имидазола Дебуса-Радзишевского . Исходными веществами являются замещенные глиоксаль, альдегид, амин и аммиак или соль аммония. [ 15 ]
Arduengo imidazoles
Образование из других гетероциклов
[ редактировать ]Имидазол можно синтезировать фотолизом 1 винилтетразола - . Эта реакция даст существенные выходы только в том случае, если 1-винилтетразол эффективно получают из оловоорганического соединения , такого как 2-трибутилстаннилтетразол. Реакция, показанная ниже, дает имидазол, когда R 1 = R 2 = R 3 = водород.
Имидазол также может быть получен в парофазной реакции. Реакция происходит с формамидом , этилендиамином и водородом над платиной на оксиде алюминия , и она должна проходить при температуре от 340 до 480 ° C. При этом образуется очень чистый имидазольный продукт.
- Реакция Ван Лейзена [ 16 ]
Реакцию Ван Лейзена также можно использовать для образования имидазолов, исходя из TosMIC и альдимина . Синтез имидазола Ван Лейзена позволяет получать имидазолы из альдиминов реакцией с тозилметилизоцианидом (TosMIC). Позже реакция была расширена до двухстадийного синтеза, в котором альдимин образуется на месте: трехкомпонентная реакция Ван Лейзена (vL-3CR).
Биологическое значение и применение
[ редактировать ]Имидазол входит в состав многих важных биологических соединений. Наиболее распространенной является аминокислота гистидин , имеющая имидазольную боковую цепь . Гистидин присутствует во многих белках и ферментах , например, путем связывания кофакторов металлов, как это видно в гемоглобине .
Гистидиновые соединения на основе имидазола играют очень важную роль во внутриклеточной буферизации. [ 17 ] Гистидин может декарбоксилироваться до гистамина . Гистамин может вызвать крапивницу (крапивницу), если он вырабатывается во время аллергической реакции.
Заместители имидазола встречаются во многих фармацевтических препаратах. Синтетические имидазолы присутствуют во многих фунгицидах , а также противогрибковых , противопротозойных и антигипертензивных препаратах. Имидазол является частью молекулы теофиллина , содержащейся в чайных листьях и кофейных зернах, которая стимулирует центральную нервную систему . Он присутствует в противораковом препарате меркаптопурине , который борется с лейкемией, вмешиваясь в активность ДНК .
Ряд замещенных имидазолов, включая клотримазол , являются селективными ингибиторами синтазы оксида азота , что делает их интересными лекарственными мишенями при воспалениях , нейродегенеративных заболеваниях и опухолях нервной системы. [ 18 ] [ 19 ] имидазола Другая биологическая активность фармакофора связана с подавлением внутриклеточного кальция. 2+ и К + потоки и вмешательство в инициацию трансляции. [ 20 ]
Фармацевтические производные
[ редактировать ]Замещенные производные имидазола ценны при лечении многих системных грибковых инфекций . [ 21 ] Имидазолы относятся к классу азольных противогрибковых средств , в который входят кетоконазол , миконазол и клотримазол .
Для сравнения, другая группа азолов — это триазолы, в которую входят флуконазол , итраконазол и вориконазол . Разница между имидазолами и триазолами заключается в механизме ингибирования фермента цитохрома P450 . N3 имидазольного соединения связывается с атомом железа гема цитохрома P450 трехвалентного железа, тогда как N4 триазолов связывается с гемовой группой. Было показано, что триазолы обладают более высокой специфичностью к цитохрому P450, чем имидазолы, что делает их более эффективными, чем имидазолы. [ 22 ]
Некоторые производные имидазола оказывают воздействие на насекомых, например, нитрат сульконазола оказывает сильное противопитательное действие на переваривающих кератин личинок австралийского коврового жука Anthrenocerus australis , как и нитрат эконазола на обыкновенную платяную моль Tineola bisselliella . [ 23 ]
Промышленное применение
[ редактировать ]Сам имидазол имеет мало прямых применений. Вместо этого он является предшественником различных агрохимикатов, включая энилконазол , климбазол , клотримазол , прохлораз и бифоназол . [ 24 ]
Координационная химия
[ редактировать ]Имидазол и его производные обладают высоким сродством к катионам металлов. Одним из применений имидазола является очистка меченных His, белков, с помощью аффинной хроматографии с иммобилизованными металлами (IMAC). Имидазол используется для элюирования меченых белков, связанных с никеля ионами , прикрепленными к поверхности шариков в хроматографической колонке. Через колонку пропускают избыток имидазола, который вытесняет His-метку из координации никеля, освобождая His-меченные белки.
Использование в биологических исследованиях
[ редактировать ]Имидазол является подходящим буфером для pH от 6,2 до 7,8. [ 25 ] Чистый имидазол по существу не имеет поглощения на длинах волн, связанных с белком (280 нм). [ 26 ] [ 27 ] однако имидазол более низкой чистоты может давать заметное поглощение при 280 нм. Имидазол может влиять на анализ белка Лоури . [ 28 ]
Имидазол часто используется при очистке белков, когда рекомбинантные белки с полигистидиновыми метками иммобилизуются на никелевых смолах и элюируются имидазолом в высокой концентрации.
Соли имидазола
[ редактировать ]
Соли имидазола, в которых имидазольное кольцо представляет собой катион, известны как соли имидазолия (например, хлорид или нитрат имидазолия ). [ 29 ] Эти соли образуются в результате протонирования или замещения азота имидазола. Эти соли использовались в качестве ионных жидкостей и предшественников стабильных карбенов . соли, в которых депротонированный имидазол является анионом ; Также хорошо известны эти соли известны как имидазолаты (например, имидазолат натрия, NaC 3 H 3 N 2 ).
Родственные гетероциклы
[ редактировать ]- Бензимидазол , аналог с конденсированным бензольным кольцом.
- Дигидроимидазол или имидазолин, аналог, в котором 4,5- двойная связь насыщена.
- Пиррол , аналог только с одним азота атомом в положении 1.
- Оксазол , аналог, в котором атом азота в положении 1 заменен кислородом.
- Тиазол , аналог с атомом азота в положении 1, замененным на серу.
- Пиразол , аналог с двумя соседними азота . атомами
- Триазолы , аналоги с тремя атомами азота
Безопасность
[ редактировать ]Имидазол обладает низкой острой токсичностью, о чем свидетельствует LD 50 , равная 970 мг/кг (Крысы, перорально). [ 24 ]
См. также
[ редактировать ]- 1-метилимидазол
- 4-метилимидазол
- Имидазолин (дигидроимидазол)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Фронт материи». Номенклатура органической химии: Рекомендации ИЮПАК и предпочтительные названия 2013 (Синяя книга) . Кембридж: Королевское химическое общество . 2014. с. 140. дои : 10.1039/9781849733069-FP001 . ISBN 978-0-85404-182-4 .
- ^ Вальба, Х.; Изензее, RW (1961). «Константы кислотности некоторых арилимидазолов и их катионов». Дж. Орг. Хим . 26 (8): 2789–2791. дои : 10.1021/jo01066a039 .
- ^ «Имидазол» . Молекула.com . Группа Молекула. Архивировано из оригинала 19 октября 2018 г. Проверено 19 октября 2018 г.
- ^ «Имидазол» . pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Архивировано из оригинала 10 мая 2023 года . Проверено 17 февраля 2024 г.
- ^ Карицки, Арканзас ; Рис, КВР; Скривен, EFV (1984). Комплексная гетероциклическая химия . Том. 5. С. 469–498. ISBN 978-0-08-042072-1 .
- ^ Гриметт, М. Росс (1997). Синтез имидазола и бензимидазола . Академическая пресса. ISBN 978-0-08-053445-9 .
- ^ Браун, Э.Г. (1998). Кольцевой азот и ключевые биомолекулы . Клювер Академик Пресс. ISBN 978-94-011-4906-8 .
- ^ Пожарский, А.Ф.; и др. (1997). Гетероциклы в жизни и обществе . Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0-471-96033-1 .
- ^ Гилкрист, ТЛ (1985). Гетероциклическая химия . Банный пресс. ISBN 978-0-582-01421-3 .
- ^ Розмейер, Х. (2004). «Хеморазнообразие пурина как компонента натуральных продуктов». Химия и биоразнообразие . 1 (3): 361–401. дои : 10.1002/cbdv.200490033 . ПМИД 17191854 . S2CID 12416667 .
- ^ Ханч, А. и Вебер, Дж. Х. (1887) «Ueber Verbindungen des Thiazols (Pyridins der Thiophenreihe)». Архивировано 30 мая 2020 г. в Wayback Machine (О соединениях тиазола (пиридины тиофенового ряда), Berichte der deutschen chemischen). Гезельшафт , 20 : 3118–3132, см. стр. 3119. См. также: Ханч, А. (1888) «Allegemeine Bemerkungen über Azole». Архивировано 30 мая 2020 г. в Wayback Machine (Общие наблюдения об азолах), Annalen der Chemie , 249 : 1– 6. Ханч предложил реформу номенклатуры азольных соединений, включая предложение (NH)N называть гетероциклическое кольцо C 3 H 3 «имидазолом» (см. стр. 2 и 4).
- ^ Кристен, Дайнс; Гриффитс, Джон Х.; Шеридан, Джон (1981). «Микроволновой спектр имидазола; полная структура и распределение электронов от тензоров ядерной квадрупольной связи и ориентации дипольного момента» . Zeitschrift für Naturforschung A. 36 (12): 1378–1385. Бибкод : 1981ЗНатА..36.1378С . дои : 10.1515/zna-1981-1220 . S2CID 3522351 .
- ^ Дебус, Генрих (1858). «О реакции аммиака с глиоксалем» . Анналы химии и фармации . 107 (2): 199–208. дои : 10.1002/jlac.18581070209 . Архивировано из оригинала 30 мая 2020 г. Проверено 1 октября 2016 г. Из стр. 205: «Очищенное вещество представляет собой щавелевую соль основания, которое я назову глиоксалином». (Очищенное вещество представляет собой щавелевую соль основания, которое я обозначим как «глиоксалин».)
- ^ Крауч, Р. Дэвид; Ховард, Джессика Л.; Зиле, Дженнифер Л.; Баркер, Кэтрин Х. (2006). «Синтез лофина с помощью микроволновой печи: разработка механизма объяснения продукта». Дж. Хим. Образование . 83 (11): 1658. Бибкод : 2006JChEd..83.1658C . дои : 10.1021/ed083p1658 .
- ^ Патент США № 6,177,575 , Ардуенго, А.Дж. , «Способ производства имидазолов», выдан 23 января 2001 г.
- ^ Ван Леузен, Альберт М.; Вильдеман, Юрьен; Олдензиэль, Отто Х. (1977). «Химия сульфонилметилизоцианидов. 12. Индуцированное основанием циклоприсоединение сульфонилметилизоцианидов к двойным связям углерода, азота. Синтез 1,5-дизамещенных и 1,4,5-тризамещенных имидазолов из альдиминов и имидоилхлоридов». Журнал органической химии . 42 (7): 1153–1159. Бибкод : 1977JOrgC..42.1153A . дои : 10.1021/jo00427a012 .
- ^ Хочачка, П.В.; Сомеро, Дж.Н. (2002). Биохимическая адаптация: механизмы и процессы физиологической эволюции . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета.
- ^ Кастаньо, Т.; Энсинас, А.; Перес, К.; Кастро, А.; Кампильо, Невада; Гил, К. (2008). «Разработка, синтез и оценка потенциальных ингибиторов синтазы оксида азота» (PDF) . Биоорг. Мед. хим. (Представлена рукопись). 16 (11): 6193–6206. дои : 10.1016/j.bmc.2008.04.036 . hdl : 10261/87090 . ПМИД 18477512 . Архивировано (PDF) из оригинала 6 марта 2023 г. Проверено 24 июля 2018 г.
- ^ Богл, Р.Г.; Уитли, Г.С.; Су, Южная Каролина; Джонстон, AP; Валланс, П. (1994). «Влияние противогрибковых имидазолов на уровни мРНК и активность фермента индуцибельной синтазы оксида азота» . Бр. Дж. Фармакол . 111 (4): 1257–1261. дои : 10.1111/j.1476-5381.1994.tb14881.x . ПМК 1910171 . ПМИД 7518297 .
- ^ Халид, Миннесота; Токунага, Ю.; Капьюти, Эй Джей; Уолтерс, Э. (2005). «Ингибирование роста опухоли и пролонгированная выживаемость крыс с внутричерепными глиомами после введения клотримазола». Дж. Нейрохирургия . 103 (1): 79–86. дои : 10.3171/jns.2005.103.1.0079 . ПМИД 16121977 .
- ^ Леон Шаргель (2007). Комплексный обзор аптек (6-е изд.). Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. п. 930. ИСБН 9780781765619 .
- ^ Дэвис, Дженнифер Л.; Папич, Марк Г.; Хейт, Марк К. (2009). «Глава 39: Противогрибковые и противовирусные препараты» . В Ривьере, Джим Э.; Папич, Марк Г. (ред.). Ветеринарная фармакология и терапия (9-е изд.). Уайли-Блэквелл. стр. 1019–1020. ISBN 978-0-8138-2061-3 .
- ^ Сандерленд, MR; Круикшанк, Р.Х.; Лис, SJ (2014). «Эффективность противогрибковых азолов и антипротозойных соединений в защите шерсти от личинок насекомых, переваривающих кератин». Текстильный Рес. Дж . 84 (9): 924–931. дои : 10.1177/0040517513515312 . S2CID 135799368 .
- ^ Jump up to: а б Эбель К., Келер Х., Гамер А.О. и Джек Р. (2002). «Имидазол и производные». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a13_661 . ISBN 978-3527306732 .
{{cite encyclopedia}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Доусон, RMC (1986). Данные для биохимических исследований . Оксфорд: Кларендон Пресс. п. 325. ИСБН 978-0-19-855299-4 . OCLC 11865673 .
- ^ «1Н-Имидазол» . Архивировано из оригинала 25 апреля 2021 года . Проверено 13 мая 2021 г.
- ^ «Оптимизация очистки белков, меченных гистидином» . Архивировано из оригинала 13 мая 2021 года . Проверено 13 мая 2021 г.
- ^ Молина, Ф; Руэда, А; Боске-Сендра, Ж.М.; Мегиас, Л. (1996). «Определение белков в присутствии имидазольных буферов». Журнал фармацевтического и биомедицинского анализа . 14 (3). Эльзевир Б.В.: 273–280. дои : 10.1016/0731-7085(95)01615-5 . ISSN 0731-7085 . ПМИД 8851751 .
- ^ Золфигол, Мохаммад А.; Хазаи, Ардешир; Мусави-Заре, Ахмад Р.; Заре, Абдолкарим; Крюгер, Хендрик Г.; Асгари, Жила; Хакызаде, Вахид; Казем-Ростами, Масуд (6 апреля 2012 г.). «Разработка ионной жидкости нитрата имидазолия 3-метил-1-сульфоновой кислоты в качестве реагента для нитрования ароматических соединений путем генерации NO2 in situ в кислых средах». Журнал органической химии . 77 (7): 3640–3645. дои : 10.1021/jo300137w . ISSN 0022-3263 . ПМИД 22409592 .