Имидазол и его производные

Система имидазола — одна из важных гетероциклических систем; производные имидазола имеют важное биологическое значение (аминокислота гистидин и продукт ее декарбоксилирования — гистамин).

Получение Пожалуй, наиболее общим способом синтеза производных имидазола является нагревание формамида с а-галогенкетонами или а-гидроксикетонами (реакция Бредерека):

Другие способы синтеза моноциклических имидазолов имеют менее общий характер. В то же время для синтеза конденсированных производных имидазола хорошим общим методом является взаимодействие ароматических орто- диаминов с карбоновыми кислотами или альдегидами:

В частности, при взаимодействии о-фенилендиамина с муравьиной кислотой образуется незамещенный бензимидазол (833, R=Z=H).

Свойства.

1. Кислотноосновные свойства. А. Прежде всего, стоит отметить высокую основность имидазола по сравнению не только с пирролом, но и с пиразолом. Это объясняется повышенной устойчивостью продукта его протонирования — бензимидазолиевого катиона; заряд в нем полностью делокализован между двумя атомами азота:

Основность имидазола имеет важное биологическое значение: имидазольный фрагмент гистидинового звена в ферментах — наилучший акцептор протонов в ферментативных реакциях (в ферментах есть и много более основные фрагменты, например, аргининовый, но они в физиологических условиях полностью протонированы и потому сродством к протону уже не обладают).

Б. Кислотность имидазола несколько выше, чем пиррола (примерно на три порядка): он достаточно легко депротонируется сильными основаниями по группе NH.

2. Электрофильное замещение в имидазоле протекает легко, но не всегда приводит к однозначным результатам; оно может проходить как по атому азота, так и по атому углерода. В отличие от пиррола нитрование и сульфирование имидазола можно проводить в кислых средах; при этом нитруется или сульфируется не сам имидазол, а имидазолиевый катион; он, естественно, вступает в эти реакции с трудом, при этом заместитель ориентируется в положение 4:

При взаимодействии имидазола с бромом без катализатора реагирует непротонированный имидазол; происходит замещение при всех атомах углерода, и образуется 2,4.5-трибромимидазол.

Алкилирование и ацилирование идет по атому азота; особенно важно ацилирование:

1 -Ацилимидазолы (834) — прекрасные ацилирующие реагенты, сравнимые с хлорангидридами или ангидридами карбоновых кислот. Хотя формально 1- ацилимидазолы можно отнести к амидам, их взаимодействие с нуклеофилами (спиртами, аминами) идет очень легко, т.к. неподеленная пара атома N¹ делокализована по имидазольному циклу и не пассивирует карбонильную группу, а имидазольный фрагмент — прекрасная уходящая группа (т.к отщепляется в виде устойчивой ароматической системы). Ацилирование соединениями (834) в ряде случаев предпочтительнее использования хлорангидридов, т.к. при этом не выделяется НС 1.