Imidazol

S Wikipedije, slobodne enciklopedije
Jump to navigation Jump to search
Gnome-edit-clear.svg Ovaj članak zahtijeva čišćenje.
Molimo Vas da pomognete u poboljšavanju članka pišući ili ispravljajući ga u enciklopedijskom stilu.
Preferences-system.svg Ovom članku potrebna je jezička standardizacija, preuređivanje ili reorganizacija.
Pogledajte kako poboljšati članak, kliknite na link uredi i doradite članak vodeći računa o standardima Wikipedije.
Imidazol
Strukturna formula

Skeletna struktura
Općenito
Hemijski spoj Imidazol
Druga imena 1,3-diazol
glioksalin (arhajski)
1,3-diazaciklopenta-2,4-dien
IUPAC ime: 1H-Imidazol
Molekularna formula = C3H4N2
CAS registarski broj 288-32-4
SMILES c1cnc[nH]1
InChI 1/C3H4N2/c1-2-5-3-4-1/h1-3H,(H,4,5)
Kratki opis Bijeli ili blijedo žuta čvrsta tvar
Osobine1
Molarna masa 68.077 g/mol
Agregatno stanje Čvrsto
Gustoća 1.23 g/cm3, čvrst
Tačka topljenja 89 do 91
Tačka ključanja 256
Rastvorljivost Rastvorljiv
pKa = 14,5 (za imidazol) i 7, 05 (konjugatna kiselina) [1]
Dipolni moment 3,61 D
Rizičnost
NFPA 704
NFPA 704.svg
0
3
 
 
1 Gdje god je moguće korištene su SI jedinice. Ako nije drugačije naznačeno, dati podaci vrijede pri standardnim uslovima.

Imidazol je organski spoj sa formulom C3N2H4. To je bijela ili bezbojna čvrtsta tvar, koja je rastvorljiva u vodi, stvarajući blago alkalni rastvor. U hemiji, to je aromatski heterociklični spoj , klasificiran kao diazol, koji ima nesusjedne dušikove atome.

Mnogi prirodni proizvodi, posebno alkaloidi, sadrže imidazolski prsten. Ovi imidazoli sadrže prsten 1,3-C3N2, ali im svojstva variraju, zavisno od supstituenta. Ovaj prstenski sistem je prisutan u važnim biološkim gradivnim blokovima, kao što su histidin i srodni hormon histamin. Mnogi lijekovi sadrže imidazolski prsten, kao što su neki antigljivični preparati, nitroimidazolski niz antibiotika i sedativ midazolam.[2][3][4][5][6] Kada je spojen na pirimidinski prsten, formira purin, koji se najčešće javlja kao dušični heterociklični spoj spoj u prirodi.[7]

Struktura i svojstva[uredi | uredi izvor]

Imidazol je planarni 5-člani prsten. Postoji u dva ekvivalentna tautomerna oblika, jer pozitivni naboj može se nalaziti na bilo kojem od dva dušikova atoma. Imidazol je visoko polarni spoj, kao što se vidi po njegovom electričnom dipolnom momentu od 3,67 D.[8] Vrlo je topiv u vodi. Ovaj spoj je klasificiran kao aromatični zbog prisustva seksteta od π-elektrona, koji se sastoji od par elektrona iz protoniziraniH atoma dušika i jednog iz svakog od preostalih četiri atoma u prstenu. Neki rezonancne strukture imidazola su prikazane ispod:

Resonance-imidazole.svg

Amfoterizam[uredi | uredi izvor]

Imidazol je amfoteran, što znači da može djelovati i kao kiselina i kao baza. Kao kiselina, pKa mui je 14,5, stvarajući manje kiselosti nego karboksilne kiseline, fenoli i imidi, ali nešto više nego alkoholi. Proton kiselosti nalazi se na N-1. Kao baze, pKa konjugatne kiseline (pKBH+da bi se izbjegla konfuzija između dvije) je oko 7, što čini imidazol oko šezdeset puta baznijim od piridina. Bazno mjesto je N3. Protonacija daje imidazoliumski kation, koji je simetričan.

Dobijanje[uredi | uredi izvor]

Imidazol je prvi put prikazan u 1858. godini, iako su njegovi različiti derivati otkriveno još tokom 1840-tih. Njegova sinteza, kao što je prikazano u nastavku, koristi se gliokzalom i formaldehidom koji daju amonijak za formiranje imidazola (ili glioksaline, kako je prvobitno nazvan).[9] Ova sinteza daje relativno mali prinos, ali se još primjenjuje za stvaranje imidazola sa zamijenjenim C.

Imidazole from glyoxal aldehyde ammonia.svg

U jednoj mikrotalasnoj modifikaciji, reaktanti su benzil, benzaldehid i amonijak u glacijalnoj sirćetnoj kiselini, formirajući 2,4,5-triphenilimidazol (lofin).[10] Imidazol može biti sintetiziran brojnim metodima osim Debus metoda. Mnoge od ovih sinteza mogu se primijeniti, različitim zamjenama imidazola i njegovih derivata variranjem funkcijske grupe reaktanata. Ovi metodi su obično kategorizirani na osnovu broja veza koje čine imidazolski prsten. Naprimjer, Debusov način formiranja (1,2), (3,4), i (1,5) veza u imidazolu, koristi svaki reagens kao fragment prstena i na taj način ovaj metod bi billa sinteza putem formiranja trostruke veze.

Formiranje jedne veze
Veza (1,5) ili (3,4) može se formirati reakcijom imidata i α-aminoaldehida ili α-aminoacetata, rezultirajući u ciklizaciji amidina u imidazol. Primjer koji slijedi primjenjuje se za imidazolm kada je R = R1 = vodik.
Formiranje dvije veze
Veze (1,2) i (2,3) formiraju se tretiranjem 1,2-diaminoalkana, na visokkim temperaturama, alkoholom, aldehidom ili karboksilnom kiselinom. Pritom je potreban katalizator, kao što je platina naaluminij-oksidu.
Formiranje of two bonds
Veze (1,2) and (3,4) mogu se također obrazovati od N-supstituiraniih α-aminoketona i formamida, uz zagrijavanje. Produkt je 1,4-disupstituirani imidazol, ali ovdje R = R1 = vodik, imidazola sama je proizvod. Prinos ove reakcije je umjeren, ali izgleda da je najefikasniji način izrade supstitucija na 1,4
Formiranje tri veze
Formiranje četiri veze

Ovo je opći metod koji je u stanju da postigne dobre prinose za sstituciju Imidazola. U suštini, to je adaptacija Debusovog metoda zvanog Debus-Radziszewski sinteza imidazola. Polazni materijali su supstituirani gliokzal, aldehid, amin i amonijak ili amonijeva so.[11]

Arduengo imidazoli
Formiranje ostalih heterocikličnih veza

Imidazol može se sintetizirati u fotolizi 1 viniltetrazola. Ta reakcija će dati značajne prinosa samo ako je 1-viniltetrazol napravljen učinkovito iz organokositrenog spoja, kao što je 2-tributilstaniltetrazol. Reakcija, niže prikazana, proizvodi imidazol kada R = R1 = R2 = vodik.

Imidazole synthesis from vinyltetrazole.svg
Imidazol se može dobiti u reakciji isparavanja. Reakcija se događa s formamidom, etilendiaminom i vodikom, preko platine na lauminiju, š to se mora odvijati između 340 i 480 °C. Ovako se dobija veoma čist imidazolski proizvod.
Van Leusenova reakcija
Za dobijanja imidazola također SE može primijeniti Van Leusenova reakcija, polazeći od TosMIC i aldimina.

Biološki značaj i primjena[uredi | uredi izvor]

Imidazol je uključen u mnoge važne biološke molekule. Najviše je sveprisutne aminokiseline histidin, koja ima imidazolski bočni lanac. Histidin je prisutan u mnogim proteinima i enzimima i ima vitalnu ulogu u strukturi i funkciji vezanja hemoglobina. Spojevi na bazi imidazola imaju vrlo važnu ulogu u unutgarćelijskim buferskim reakcijama.[12] Histidin može biti dekrboksiliran u histamin, koji je ujedno i opći biološki spoj. To može dovesti do urtikarija (koprivnjača), kada se histamin proizvodi u n alergijskim reakcijama. Odnosi između histidin i histamina su prikazane ispod:

Histidine decarboxylase.svg

Jedna od primjena imidazola je u prečišćavanje histidinom označenih proteina i afinitetnom hromatografijom imobiliziranih metala (IMAC). Imidazol se koristi za eluiranje označenih proteini vezanih za niklene ione vezane za površinu kapljice u hromatoglafskoj koloni. Višak imidazola, koji je prošao kroz kolonu, potiskuje obilježeni histidin iz koordinacije nikla, oslobađajući njime obilježene proteine. Imidazol je postao važan dio mnogih farmaceutskih proizvoda. Sintetički imidazoli su prisutni u mnogim fungicidima i antigljivičnim, antiprotozoanskim i antihipertenzivnim lijekovima. Imidazol je dio molekula teofilina, nađenog u čaju i kahvi u zrnu, koji stimulira centralni nervni sistem. Prisutan je u antitumorskom lijeku merkaptopurinu protiv leukemije, tako što ometa aktivnosti DNK.[13]<

Jedan broj supstituiranih Imidazola, uključujući i hlotrimazol, su selektivni inhibitori sinteze dušik-oksida, što ih čini zanimljivi ciljevima lijekova u upalama, neurodegenerativnim bolestima i tumorima nervnog sistrema.[14][15] Ostale biološke activnosti imidazolskih farmakofora vezave su podregulaciju tokova unutarćelijskog Ca2+ iK+ i interferencijom sa inicijacijom translacije.[16]

Farmaceutske izvedenice[uredi | uredi izvor]

Supstituirani derivati imidazola su vrijedni u liječenju mnogih sistemskih gljivičnih infekcija.[17] Imidazoli pripadaju klasi dušičnih antimikotika, što uključuje ketokonazol, mikonazol i klotrimazol.

Za usporedbu, još jedna grupa azola su riazoli, koji uključuju flukonazol, itrakonazol i vorikonazol. Razlika između Imidazoli i triazola je u mehanizmu inhibicije P450 enzima. N3 imidazolski spojevi vežu se za hemski atom željeza u citohromu P450, a N4 triazoli se vežu za hem grupu. Triazoli su pokazali da imaju veću specifičnost za P450 nego imidazoli, po čemu su potentniji nego imidazoli.[18]

Neke izvedenice imidazola pokazuju efekte na insektima; naprimjer sulkonazol nitrat pokazuje snažan anti-hranidbeni efekt na varenje keratina kod larvi australijske bube koja napada tepihe (Anthrenocerus australis), kao što to čini ekonazol-nitrat sa uobičajreni moljac koji napada odjeću (Tineola bisselliella).[19]

Industrijska primjena[uredi | uredi izvor]

Imidazol Se opsežno koristi kao inhibitor ZA određene tranzicijske metale, kao što je korozija bakra. Sprečavanje korozije bakra je važno, posebno u vodenom sistemima, gdje se provodljivost bakra smanjuje zbog korozije.

Mnogi spojevi industrijskog i tehnološkog značaja sadrže derivate imidazola. Termostabiln polibenzimidazol (PBI) sadrži imidazola spojen na benzenski prsten i povezano sa benzenom, a ponaša se kao sredstvo za gašenje vatre. Imidazoli se mogu naći u raznim spojevima koji se koriste za fotofrafiranju i elektrotehnici.

Soli imidazola[uredi | uredi izvor]

Jednostavni kation imidazola

Soli imidazola gdje je imidazolski prsten u kationu su poznati kao imidazolijske soli (naprimjer, imidazolij hlorid). Ove soli se formiraju iz protonaciju ili supstituciju na dušiku imidazola. Koriste se kao ionske tečnosti i prekursori u stabilnim karbenima. Soli gdje je deprotonirani imidazol anion su također poznate, kao imidazolati (naprimjer, natrij-imidazolat, NaC3H3N2).

Srodni heterociklični spojevi[uredi | uredi izvor]

Također pogledajte[uredi | uredi izvor]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Walba, H.; Isensee, R. W. (1961). "Acidity constants of some arylimidazoles and their cations". J. Org. Chem 26 (8): 2789–2791. doi:10.1021/jo01066a039. 
  2. ^ Karitzky, A. R.; Rees (1984). Comprehensive Heterocyclic Chemistry 5. str. 469–498. 
  3. ^ Grimmett, M. Ross (1997). Imidazole and Benzimidazole Synthesis. Academic Press. 
  4. ^ Brown, E. G. (1998). Ring Nitrogen and Key Biomolecules. Kluwer Academic Press. 
  5. ^ Pozharskii, A. F. (1997). Heterocycles in Life and Society. John Wiley & Sons. 
  6. ^ Gilchrist, T. L. (1985). Heterocyclic Chemistry. Bath Press. ISBN 0-582-01421-2. 
  7. ^ Rosemeyer, H. (2004). "The Chemodiversity of Purine as a Constituent of Natural Products". Chemistry & Biodiversity 1 (3): 361. doi:10.1002/cbdv.200490033. 
  8. ^ Christen, Dines; Griffiths, John H.; Sheridan, John (1981). "The Microwave Spectrum of Imidazole; Complete Structure and the Electron Distribution from Nuclear Quadrupole Coupling Tensors and Dipole Moment Orientation". Zeitschrift für Naturforschung A 36 (12): 1378–1385. Bibcode:1981ZNatA..36.1378C. doi:10.1515/zna-1981-1220. 
  9. ^ Debus, Heinrich (1858). "Ueber die Einwirkung des Ammoniaks auf Glyoxal" [On the reaction of ammonia upon glyoxal]. Annalen der Chemie und Pharmacie 107 (2): 199–208. doi:10.1002/jlac.18581070209. 
  10. ^ Crouch, R. David; Howard, Jessica L.; Zile, Jennifer L.; Barker, Kathryn H. (2006). "Microwave-Mediated Synthesis of Lophine: Developing a Mechanism To Explain a Product". J. Chem. Educ. 83 (11): 1658. doi:10.1021/ed083p1658. 
  11. ^ US patent reference|number=6,177,575|year=2001|m=01|d=23|author=Arduengo, A. J.|title=Process for Manufacture of Imidazoles.
  12. ^ Hochachka, P. W.; Somero, G. N. (2002). Biochemical Adaptation: Mechanisms and Process in Physiological Evolution. New York: Oxford University Press. 
  13. ^ Alberts B. et al. (2002). Molecular Biology of the Cell, 4th Ed. Garland Science. ISBN 0-8153-4072-9. 
  14. ^ Castaño, T.; Encinas, A.; Pérez, C.; Castro, A.; Campillo, N. E.; Gil, C. (2008). "Design, synthesis, and evaluation of potential inhibitors of nitric oxide synthase". Bioorg. Med. Chem. 16 (11): 6193–6206. PMID 18477512. doi:10.1016/j.bmc.2008.04.036. 
  15. ^ Bogle, R. G.; Whitley, G. S.; Soo, S. C.; Johnstone, A. P.; Vallance, P. (1994). "Effect of anti-fungal imidazoles on mRNA levels and enzyme activity of inducible nitric oxide synthase". Br. J. Pharmacol. 111 (4): 1257–1261. PMC 1910171. PMID 7518297. doi:10.1111/j.1476-5381.1994.tb14881.x. 
  16. ^ Khalid, M. H.; Tokunaga, Y.; Caputy, A. J.; Walters, E. (2005). "Inhibition of tumor growth and prolonged survival of rats with intracranial gliomas following administration of clotrimazole". J. Neurosurg. 103 (1): 79–86. PMID 16121977. doi:10.3171/jns.2005.103.1.0079. 
  17. ^ Leon Shargel. Comprehensive Pharmacy Review (6th iz.). str. 930. 
  18. ^ Riviere and Papich. Veterinary Pharmacology and Therapeutics (9th iz.). str. 1019–1020. 
  19. ^ Sunderland, M. R.; Cruickshank, R. H.; Leighs, S. J. (2014). "The efficacy of antifungal azole and antiprotozoal compounds in protection of wool from keratin-digesting insect larvae". Textile Res. J. 84 (9): 924–931. doi:10.1177/0040517513515312.