Imidazol
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ogólne informacje | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wzór sumaryczny |
C3H4N2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Masa molowa |
68,08 g/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wygląd |
białe lub żółte kryształy o zapachu aminowym | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Identyfikacja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Numer CAS |
288-32-4 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| PubChem | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DrugBank | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Podobne związki | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Podobne związki | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Pochodne biologicznie czynne |
puryna,histamina,histydyna,metronidazol,pilokarpina,tinidazol,ornidazol,mykonazol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą stanu standardowego(25 °C, 1000 hPa) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Imidazol–heterocykliczny związek chemicznyo charakterzearomatycznym.Tautomerem1H-imidazolu jest niearomatyczny 2H-imidazol (oba są 1,3-diazolami), ametamerem– aromatycznypirazol(1,2-diazol).
Substancje zawierające w swojej strukturze pierścień imidazolowy są rozpowszechnione w przyrodzie, wiele z nich ma istotne funkcje biologiczne. Przykładami mogą byćhistydynaczyhistamina.Ugrupowanie imidazolowe obecne jest walkaloidachimidazolowych oraz w wielulekacho charakterze przeciwgrzybicznym, np.nitroimidazolu.
Budowa cząsteczki
[edytuj|edytuj kod]Imidazol tworzy pięcioczłonowy, płaski pierścień o charakterze aromatycznym (posiada sekstetelektronówπ i spełniaregułę Hückla)[8][9].Ponieważ jeden z atomówwodorujest labilny i może być położony na jednym z dwóch atomówazotu,imidazol może występować w dwóch równoważnych formachtautomerycznych.Z powodu znacznegomomentu dipolowegozwiązek ten jest wysocepolarny,dlatego też cechuje się dobrą rozpuszczalnością w wodzie i innych rozpuszczalnikach polarnych.
- Struktury rezonansoweimidazolu
Występowanie
[edytuj|edytuj kod]Wiele naturalnych związków biologicznie czynnych zawiera ugrupowanie imidazolowe. Jednym z najistotniejszych jest histydyna, będąca aminokwasem białkowym. Bardzo wieleenzymówzawiera reszty histydynowe w swoichcentrach aktywnych.Aminokwas ten może ulecdekarboksylacjidohistaminy,będącej jedną z tzw.amin biogennych:
- Schemat dekarboksylacji histydyny do histaminy
Związek ten odpowiedzialny jest za występowanie wielu objawów odpowiedzialergicznychoraz pełni rolęneurotransmiteraw układzie nerwowym.
Otrzymywanie
[edytuj|edytuj kod]Imidazol został po raz pierwszy otrzymany przezHeinricha Debusaw 1858 roku, jednakże wiele pochodnych tego związku było znanych już w latach 40. XIX wieku. Synteza imidazolu została przeprowadzona przy użyciuglioksaluiformaldehyduw środowiskuamoniaku[10]:
- Synteza imidazolu metodą Debusa (R1,R2,R3= H)
Metoda ta, mimo stosunkowo niskiej wydajności, nadal znajduje zastosowanie do otrzymywaniaC-podstawionych imidazoli.
Obecnie istnieje wiele modyfikacji tej metody. W jednej z nich reagentami sądibenzoil,formaldehyd oraz amoniak, rozpuszczalnikiem lodowatykwas octowy,a proces jest wspomaganymikrofalowo.Produktem tej reakcji jest 2,4,5-trifenyloimidazol[11].
Otrzymywanie pochodnych imidazolu
[edytuj|edytuj kod]Istnieje wiele metod pozwalających na syntezę układu imidazolowego. Wiele z nich pozwala na wprowadzenie do pierścienia różnychgrup funkcyjnych.Syntezy te mogą zostać sklasyfikowane na podstawie ilości tworzonych wiązań, koniecznych do utworzenia układu heterocyklicznego. Przykładowo synteza Debusa wymaga uformowania wiązań (1,2), (3,4) oraz (1,5) przez co zaliczana jest do grupy syntez poprzez 3 wiązania. Poniżej zostaną przedstawione wybrane metody syntezy układu imidazolowego oraz jego pochodnych funkcjonalnych.
Tworzenie jednego wiązania
[edytuj|edytuj kod]Wiązania (1,5) oraz (3,4) mogą zostać utworzone w wyniku reakcjiimiduz α-aminoaldehydem lub α-aminoacetalem w wyniku czego ma miejscecyklizacjaprowadząca do utworzenia pierścienia imidazolowego:
Tworzenie dwóch wiązań
[edytuj|edytuj kod]Wiązania (1,2) oraz (2,3) mogą zostać łatwo utworzone poprzez reakcję 1,2-diaminoalkanu zalkoholem,aldehydemlubkwasem karboksylowymw wysokiej temperaturze. Proces wymaga użyciakatalizatoratakiego jaktlenek glinulubplatyna,który służy dodehydrogenacjipowstałego produktu kondensacji.
Wiązania (1,2) i (3,4) mogą zostać utworzone przez ogrzewanie N-podstawionych α-aminoketonów zformamidem.Pomimo relatywnie niskiej wydajności metoda ta jest dogodna do syntezy 1,4-dipodstawionych pochodnych imidazolu.
Tworzenie czterech wiązań
[edytuj|edytuj kod]Obecnie jest to główna metoda syntezy, charakteryzuje się ona wysoką wydajnością także w przypadku otrzymywania pochodnych imidazolu. Zasadniczo stanowi ona adaptację metody nazywanejsyntezy Debusa-Radziszewskiego.Wyjściowym materiałem są podstawiony glioksal, aldehyd, amina oraz amoniak lub sól amoniowa[12].
Inne drogi syntezy
[edytuj|edytuj kod]Możliwe jest otrzymanie imidazolu poprzezfotolizępochodnychtetrazolu.Proces daje dobrą wydajność jedynie wtedy, gdy 1-winylotetrazol jest efektywnie generowany zezwiązków cynoorganicznychtakich jak 2-tributylostannylotetrazol.
Innym przykładem syntezy układu imidazolowego jest reakcja w fazie gazowej. Zachodzi ona w zakresie temperatur pomiędzy 340 a 480 °C, substratami są formamid,etylenodiaminaoraz wodór. Reakcja wymaga użycia katalizatorów metalicznych i prowadzi do uzyskania bardzo czystego produktu.
Możliwe jest również otrzymywanie arylowych pochodnych imidazolu poprzez wykorzystanie związków dikarbonylowych:
Właściwości
[edytuj|edytuj kod]Imidazol wykazuje własnościamfoteryczne,tj. może być zarównodonoremprotonów (kwasowagrupa>N−H), jak iakceptoremprotonów (zasadowagrupa=N−). Imidazol jest bardzo słabym kwasem, jego pKawynosi 14,5, co czyni go kwasem słabszym odkwasów karboksylowych,fenoliorazimidów,jednakże mocniejszym odalkoholi.pKBH+
imidazolu wynosi 7, co oznacza, że jest on stosunkowo słabą zasadą, znacznie słabszą od amin alifatycznych (pKBH+
ok. 10–11), jednak ok. 100-krotnie silniejszą odpirydynyiamin aromatycznych(pKBH+
ok. 5).
Zastosowanie
[edytuj|edytuj kod]Zarówno sam imidazol, jak i związki zawierające układ imidazolowy znalazły wiele zastosowań. Jednym z zastosowań imidazolu jest oczyszczaniebiałekmodyfikowanych genetycznie.Jeżeli białko takie posiada na jednym z końców sekwencję złożona z kilku powtórzonychhistydynto może ono zostać oczyszczone za pomocąchromatografii powinowactwana złożu zawierającym kationyniklowe.Roztwór imidazolu jest wykorzystywany do wypłukiwania związanych białek (jest to możliwe z uwagi na to, żekompleksytworzone z niklem przez cząsteczki imidazolu są stabilniejsze niż te tworzone przez peptyd polihistydynowy).
Zastosowania przemysłowe
[edytuj|edytuj kod]Wiele pochodnych imidazolu ma zastosowanie w przemyśle i technice. Termostabilnetworzywo sztuczne,polibenzoimidazol zbudowane jest z polimerycznych łańcuchów, zawierających reszty imidazolowe połączone z pierścieniamibenzenu.Wiele związków stosowanych w elektronice oraz przemyśle fotograficznym także zawiera pierścień imidazolowy. Sam imidazol jest często stosowany jakoinhibitorprocesówkorozjiwielumetali przejściowychtakich jakmiedź.
Zastosowania medyczne
[edytuj|edytuj kod]Ugrupowanie imidazolowe wchodzi w skład wielu leków. Syntetyczne pochodne imidazolu zawarte są w wielufungicydach,stosowanych w leczeniu poważnychgrzybic[13]oraz lekach skierowanych przeciw pierwotniakom oraznadciśnieniu tętniczemu.Pierścień imidazolu jest obecny w cząsteczceteofiliny,będącejalkaloidemstymulującymośrodkowy układ nerwowy.Ponadto pierścień ten występuje wmerkaptopuryniestosowanej w leczeniu niektórych typówbiałaczek.
Przypisy
[edytuj|edytuj kod]- ↑abcdefHaynes 2016 ↓,s.3-318.
- ↑abcImidazole,[w:]GESTIS-Stoffdatenbank[online],Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung,ZVG: 27150[dostęp 2017-01-04](niem.•ang.).
- ↑Haynes 2016 ↓,s.5-93.
- ↑Haynes 2016 ↓,s.5-154.
- ↑Haynes 2016 ↓,s.9-63.
- ↑abImidazol (nr 56750)– karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Polski. [dostęp 2017-01-04].(przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
- ↑Imidazol (nr 56750)(ang.)– karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2017-01-04].(przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
- ↑JonathanClaydeni inni,Organic Chemistry,Oxford University Press, 2001, s. 203,ISBN978-0-19-850346-0(ang.).
- ↑Francis A.Carey,Robert M.Giuliano,Organic Chemistry,wyd. 8, McGraw-Hill, 2009, s. 446,ISBN978-0-07-340261-1.
- ↑Heinrich Debus.Ueber die Einwirkung des Ammoniaks auf Glyoxal.„Annalen der Chemie und Pharmacie”.107 (2), s. 199–208, 1858.DOI:10.1002/jlac.18581070209.
- ↑R. David Crouch, Jessica L. Howard, Jennifer L. Zile, Kathryn H. Barker.Microwave-Mediated Synthesis of Lophine: Developing a Mechanism To Explain a Product.„Journal of Chemical Education”.83 (11), s. 1658, 2006.DOI:10.1021/ed083p1658.
- ↑A.J. Arduengo, F.P. Gentry, P.K. Taverkere, H.E. Simmons:Patent US 6177575: Process for Manufacture of Imidazoles.2001.
- ↑Leon Shargel:Comprehensive Pharmacy Review.Wyd. 6. s. 930.
Bibliografia
[edytuj|edytuj kod]- CRC Handbook of Chemistry and Physics,William M.Haynes(red.), wyd. 97, Boca Raton: CRC Press, 2016,ISBN978-1-4987-5429-3(ang.).
- M.R. Grimmett: Imidazoles and their Benzo Derivatives (iii) Synthesis and Applications. W:Comprehensive Heterocyclic Chemistry.A.R. Katritzky, C.W. Rees (red.). T. 5: Five-membered Rings with Two or More Nitrogen Atoms. Elsevier, 1984.DOI:10.1016/B978-008096519-2.00076-X.ISBN978-0-08-096519-2.