El imidazol es un compuesto orgánico con la fórmula C 3 N 2 H 4 . Es un sólido blanco o incoloro que es soluble en agua, produciendo una solución levemente alcalina . En química, es un heterociclo aromático , clasificado como diazol , y tiene átomos de nitrógeno no adyacentes .
Nombres | |||
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Nombre IUPAC preferido 1 H- imidazol [1] | |||
Nombre IUPAC sistemático 1,3-diazaciclopenta-2,4-dieno | |||
Otros nombres 1,3-diazol glioxalina (arcaico) | |||
Identificadores | |||
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Modelo 3D ( JSmol ) | |||
CHEBI | |||
CHEMBL | |||
ChemSpider | |||
Tarjeta de información ECHA | 100.005.473 | ||
Número CE |
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KEGG | |||
PubChem CID | |||
Número RTECS |
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UNII | |||
Tablero CompTox ( EPA ) | |||
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Propiedades | |||
C 3 H 4 N 2 | |||
Masa molar | 68,077 g / mol | ||
Apariencia | Sólido blanco o amarillo pálido | ||
Densidad | 1,23 g / cm 3 , sólido | ||
Punto de fusion | 89 a 91 ° C (192 a 196 ° F; 362 a 364 K) | ||
Punto de ebullición | 256 ° C (493 ° F; 529 K) | ||
633 g / L | |||
Acidez (p K a ) | 6,95 (para el ácido conjugado ) [2] | ||
UV-vis (λ máx. ) | 206 nanómetro | ||
Estructura | |||
Monoclínico | |||
Anillo plano de 5 miembros | |||
3,61 D | |||
Peligros | |||
Principales peligros | Corrosivo | ||
Ficha de datos de seguridad | MSDS externa | ||
Declaraciones de peligro GHS | H302 , H314 , H360D | ||
Consejos de prudencia del SGA | P263 , P270 , P280 , P301 + 310 , P305 + 351 + 338 , P308 + 313 [3] | ||
punto de inflamabilidad | 146 ° C (295 ° F; 419 K) | ||
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |||
verificar ( ¿qué es ?) | |||
Referencias de Infobox | |||
Muchos productos naturales, especialmente los alcaloides , contienen el anillo imidazol. Estos imidazoles comparten el anillo 1,3-C 3 N 2 pero presentan sustituyentes variados. Este sistema de anillos está presente en importantes componentes biológicos, como la histidina y la hormona relacionada con la histamina . Muchos medicamentos contienen un anillo de imidazol, como ciertos medicamentos antimicóticos , la serie de antibióticos nitroimidazol y el sedante midazolam . [4] [5] [6] [7] [8]
Cuando se fusiona con un anillo de pirimidina , forma una purina , que es el heterociclo que contiene nitrógeno más común en la naturaleza. [9]
El nombre "imidazol" fue acuñado en 1887 por el químico alemán Arthur Rudolf Hantzsch (1857-1935). [10]
Estructura y propiedades
El imidazol es un anillo plano de 5 miembros. Existe en dos formas tautoméricas equivalentes , porque el hidrógeno puede unirse a uno u otro átomo de nitrógeno . El imidazol es un compuesto altamente polar, como lo demuestra su momento dipolar eléctrico de 3,67 D . [11] Es muy soluble en agua. El compuesto se clasifica como aromático debido a la presencia de un anillo plano que contiene 6 electrones π (un par de electrones del átomo de nitrógeno protonado y uno de cada uno de los cuatro átomos restantes del anillo). Algunas estructuras de resonancia del imidazol se muestran a continuación:
Anfoterismo
El imidazol es anfótero . Es decir, puede funcionar tanto como ácido como como base. Como ácido, el p K a del imidazol es 14,5, lo que lo hace menos ácido que los ácidos carboxílicos, fenoles e imidas, pero un poco más ácido que los alcoholes. El protón ácido es el que está unido al nitrógeno. La desprotonación produce el anión imidazolida, que es simétrico. Como base, el p K a del ácido conjugado (citado como p K BH + para evitar confusión entre los dos) es aproximadamente 7, lo que hace que el imidazol sea aproximadamente sesenta veces más básico que la piridina . El sitio básico es el nitrógeno con el par solitario (y no unido al hidrógeno). La protonación produce el catión imidazolio, que es simétrico.
Preparación
El químico alemán Heinrich Debus informó por primera vez sobre el imidazol en 1858 , aunque ya se habían descubierto varios derivados del imidazol ya en la década de 1840. Se demostró que el glioxal , el formaldehído y el amoníaco se condensan para formar imidazol (glioxalina, como se le llamó originalmente). [12] Esta síntesis, aunque produce rendimientos relativamente bajos, todavía se utiliza para generar imidazoles sustituidos con C.
En una modificación de microondas , los reactivos son bencilo , benzaldehído y amoníaco en ácido acético glacial , formando 2,4,5-trifenilimidazol ("lofina"). [13]
El imidazol se puede sintetizar mediante numerosos métodos además del método Debus . Muchas de estas síntesis también se pueden aplicar a imidazoles sustituidos variando los grupos funcionales de los reactivos. Estos métodos se clasifican comúnmente por el número de componentes que reaccionan.
Un componente
El enlace (1,5) o (3,4) se puede formar mediante la reacción de un imidato y un α-amino aldehído o α-amino acetal . El siguiente ejemplo se aplica al imidazol cuando R 1 = R 2 = hidrógeno.
Dos componentes
Los enlaces (1,2) y (2,3) se pueden formar tratando un 1,2-diamino alcano , a altas temperaturas, con un alcohol , aldehído o ácido carboxílico . Se requiere un catalizador deshidrogenante, como platino sobre alúmina .
Los enlaces (1, 2) y (3, 4) también se pueden formar a partir de α-aminocetonas N- sustituidas y formamida con calor. El producto será un imidazol 1,4-disustituido, pero aquí como R 1 = R 2 = hidrógeno, el imidazol en sí es el producto. El rendimiento de esta reacción es moderado, pero parece ser el método más eficaz para realizar la sustitución 1,4.
Tres componentes
Este método produce buenos rendimientos para imidazoles sustituidos. Una adaptación del método Debus, se llama síntesis de imidazol Debus-Radziszewski . Los materiales de partida son glioxal sustituido, aldehído, amina y amoniaco o una sal de amonio. [14]
Formación a partir de otros heterociclos
El imidazol se puede sintetizar mediante la fotólisis de 1-viniltetrazol . Esta reacción proporcionará rendimientos sustanciales sólo si el 1-viniltetrazol se elabora eficazmente a partir de un compuesto de organoestaño , tal como 2-tributilestaniltetrazol. La reacción, que se muestra a continuación, produce imidazol cuando R 1 = R 2 = R 3 = hidrógeno.
El imidazol también se puede formar en una reacción en fase de vapor. La reacción ocurre con formamida , etilendiamina e hidrógeno sobre platino sobre alúmina , y debe tener lugar entre 340 y 480 ° C. Esto forma un producto de imidazol muy puro.
- Reacción de Van Leusen [15]
La reacción de Van Leusen también se puede emplear para formar imidazoles a partir de TosMIC y una aldimina . La síntesis de imidazol de Van Leusen permite la preparación de imidazoles a partir de aldiminas por reacción con isocianuro de tosilmetilo (TosMIC). Posteriormente, la reacción se expandió a una síntesis de dos pasos en la que la aldimina se genera in situ: la reacción de tres componentes de Van Leusen (vL-3CR).
Importancia biológica y aplicaciones
El imidazol se incorpora a muchos compuestos biológicos importantes. El más generalizado es el aminoácido histidina , que tiene una cadena lateral de imidazol . La histidina está presente en muchas proteínas y enzimas y juega un papel vital en la estructura y funciones de unión de la hemoglobina . Los compuestos de histidina a base de imidazol juegan un papel muy importante en la amortiguación intracelular. [16] La histidina se puede descarboxilar a histamina , que también es un compuesto biológico común. La histamina puede causar urticaria (urticaria) cuando se produce durante una reacción alérgica . La relación entre la histidina y la histamina se muestra a continuación:
Una de las aplicaciones del imidazol es la purificación de proteínas marcadas con His en cromatografía de afinidad por metales inmovilizados (IMAC). El imidazol se usa para eluir proteínas marcadas unidas a iones de níquel unidos a la superficie de las perlas en la columna de cromatografía . Se pasa un exceso de imidazol a través de la columna, lo que desplaza la etiqueta His de la coordinación del níquel, liberando las proteínas etiquetadas con His.
El imidazol se ha convertido en una parte importante de muchos productos farmacéuticos. Los imidazoles sintéticos están presentes en muchos fungicidas y medicamentos antifúngicos , antiprotozoarios y antihipertensivos . El imidazol es parte de la molécula de teofilina , que se encuentra en las hojas de té y los granos de café, y que estimula el sistema nervioso central . Está presente en el medicamento contra el cáncer mercaptopurina , que combate la leucemia al interferir con las actividades del ADN .
Varios imidazoles sustituidos, incluido el clotrimazol , son inhibidores selectivos de la óxido nítrico sintasa , lo que los convierte en objetivos farmacológicos interesantes en la inflamación , las enfermedades neurodegenerativas y los tumores del sistema nervioso. [17] [18] Otras actividades biológicas del farmacóforo de imidazol se relacionan con la regulación a la baja de los flujos intracelulares de Ca 2+ y K + , y la interferencia con el inicio de la traducción. [19]
Derivados farmacéuticos
Los derivados de imidazol sustituidos son valiosos en el tratamiento de muchas infecciones fúngicas sistémicas . [20] Los imidazoles pertenecen a la clase de antifúngicos azoles , que incluye ketoconazol , miconazol y clotrimazol .
A modo de comparación, otro grupo de azoles son los triazoles, que incluyen fluconazol , itraconazol y voriconazol . La diferencia entre imidazoles y triazoles implica el mecanismo de inhibición de la enzima citocromo P450 . El N3 del compuesto de imidazol se une al átomo de hierro hemo del citocromo férrico P450, mientras que el N4 de los triazoles se une al grupo hemo. Se ha demostrado que los triazoles tienen una mayor especificidad por el citocromo P450 que los imidazoles, lo que los hace más potentes que los imidazoles. [21]
Algunos derivados de imidazol muestran efectos sobre insectos, por ejemplo, el nitrato de sulconazol exhibe un fuerte efecto anti-alimentación sobre las larvas del escarabajo australiano Anthrenocerus australis que digieren queratina , al igual que el nitrato de econazol con la polilla de la ropa Tineola bisselliella . [22]
Aplicaciones industriales
El imidazol en sí tiene pocas aplicaciones directas. En cambio, es un precursor de una variedad de agroquímicos, incluidos enilconazol , climbazol , clotrimazol , procloraz y bifonazol . [23]
Uso en investigación biológica
El imidazol es un tampón adecuado para pH 6,2-7,8, [24] . El imidazol puro esencialmente no tiene absorbancia en las frecuencias de onda relevantes para las proteínas (280 nm) [25] [26] , sin embargo, las purezas más bajas del imidazol pueden dar una absorbancia notable a 280 nm. El imidazol puede interferir con el ensayo de proteínas de Lowry . [27]
Sales de imidazol
Las sales de imidazol en las que el anillo de imidazol es el catión se conocen como sales de imidazolio (por ejemplo, cloruro o nitrato de imidazolio ). [28] Estas sales se forman a partir de la protonación o sustitución en nitrógeno de imidazol. Estas sales se han utilizado como líquidos iónicos y precursores de carbenos estables . También son bien conocidas las sales en las que un imidazol desprotonado es un anión ; estas sales se conocen como imidazolatos (por ejemplo, imidazolato de sodio, NaC 3 H 3 N 2 ).
Heterociclos relacionados
- Benzimidazol , un análogo con un anillo de benceno fusionado
- Dihidroimidazol o imidazolina, un análogo donde el doble enlace 4,5 está saturado
- Pirrol , un análogo con un solo átomo de nitrógeno en la posición 1
- Oxazol , un análogo con el átomo de nitrógeno en la posición 1 reemplazado por oxígeno.
- Tiazol , un análogo con el átomo de nitrógeno en la posición 1 reemplazado por azufre
- Pirazol , un análogo con dos átomos de nitrógeno adyacentes
- Triazoles , análogos con tres átomos de nitrógeno.
Seguridad
El imidazol tiene una baja toxicidad aguda según lo indicado por la DL 50 de 970 mg / kg (rata, oral). [23]
Ver también
- 1-metilimidazol
- 4-metilimidazol
Referencias
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