De imidazoolring is de bouwsteen van veel biologisch belangrijke verbindingen, zoals histidine en het verwante histamine. Imidazool kan als base en als zwak zuur optreden in reacties. Imidazool kan in twee tautomere vormen voorkomen door verschuiving van het waterstofatoom van het ene stikstofatoom naar het andere. Dit is in principe een snel evenwicht zonder echte voorkeur voor een van de stikstofatomen, maar eventuele substituenten kunnen een van beide tautomeren bevoordelen. In de structuur van veel geneesmiddelen kan de imidazoolring herkend worden, bijvoorbeeld in antischimmelmiddelen (econazol, miconazol en sulconazol).[1][2][3][4][5]
Geschiedenis
De eerste beschreven synthese van imidazool zelf werd uitgevoerd door Heinrich Debus in 1858,[6] maar verschillende derivaten van imidazool zijn al in de jaren '40 van de 19e eeuw beschreven. Uit het mengsel van glyoxaal en formaldehyde in ammoniak verkreeg Debus imidazool. Hoewel de opbrengst van deze synthese vrij laag is, wordt hij ook vandaag nog toegepast voor de bereiding van C-gesubstitueerde imidazolen:
Naast de methode van Debus bestaan er nog vele andere syntheseroutes naar deze verbinding.[2] De syntheses zijn meestal toepasbaar op een hele klasse van verbindingen, waardoor gesubstitueerde imidazolen bereid kunnen worden door de juiste uitgangsstoffen te kiezen. In literatuuroverzichten worden de verschillende methoden vaak gerangschikt naar hoeveel en welke bindingen gevormd worden tijdens het sluiten van de imidazoolring.
Vorming van één binding
De reactie van een imidaat met een α-aminoaldehyde of α-aminoacetaal leidt tot vorming van een acyclische amidine, dat vervolgens cycliseert tot het gesubstitueerd imidazool.
Imidazool bestaat uit een vlakke ring met 5 atomen. De verbinding is oplosbaar in water en andere polaire oplosmiddelen. De verbinding beschikt over een aromatisch systeem, waarbij de beide stikstofatomen een verschillende rol spelen. Het vrij elektronenpaar op het ene stikstofatoom neemt deel aan het aromatisch systeem, dat op het andere stikstofatoom niet. Een aantal resonantiestructuren zijn hieronder weergegeven:
Resonantie bij imidazool
Imidazool is een base en een zeer goed nucleofiel. Het reageert via het aromatisch stikstofatoom met alkylerende en acylerende reagentia. De meeste van de optredende reacties verstoren de aromaticiteit in de ring niet. Imidazolen reageren doorgaans slecht met nucleofielen.
Biologische aspecten en toepassingen
Imidazool komt als bouwsteen voor in een groot aantal biologisch belangrijke verbindingen. De belangrijkste is het aminozuurhistidine. Histidine wordt ingebouwd in een groot aantal proteïnen, vaak in het reactieve centrum van enzymen en het speelt een belangrijke rol in de structurele integriteit van hemoglobine. Histidine kan gedecarboxyleerd worden tot histamine, eveneens een imidazoolhoudende biologisch actieve verbinding:
Decarboxylering van histidine tot histamine
Histamine is een van de componenten in het toxine dat netelroos veroorzaakt. Netelroos is eigenlijk een allergische reactie.
Een van de toepassingen van imidazool is de zuivering van histidine-gelabelde proteïnen in immobilised metal affinity chromatografie (IMAC). Imidazool wordt gebruikt om de histidine-gelabelde proteïnen die aan nikkelionen (die op hun beurt vastzitten aan het dragermateriaal van de kolom) gekoppeld zijn te verdrijven van de metaalionen. Een overmaat imidazool wordt over de kolom geleid, waarbij imidazool de plaats van de histidine inneemt. Imidazool treedt dus op als een complexerend reagens; het proteïne komt daardoor vrij.
Imidazool wordt toegepast om corrosie te bestrijden bij sommige overgangsmetalen, zoals koper. Bescherming van koper tegen corrosie is belangrijk, vooral in vochtige omgevingen. Corrosie heeft immers een negatief effect op het geleidingsvermogen van koper.
Veel technische en industriële verbindingen bevatten imidazoolringen. Bij het thermisch stabiele polybenzimidazool (PBI) is een imidazoolring gefuseerd met een benzeenring tot benzimidazool. De verbinding wordt als vlamvertrager gebruikt. Daarnaast zijn er toepassingen in de fotografie en de elektronica.
Zouten van imidazool
Structuurformule van een imidazolium-ion.
Zouten waarbij de imidazool-ring deel uitmaakt van het kation worden imidazoliumzouten genoemd. Een voorbeeld is imidazoliumchloride. De zouten worden gevormd door protonering van de stikstofatomen of door alkylering ervan. Imidazoliumzouten worden gebruikt als ionische vloeistoffen en als uitgangsstof voor stabiele carbenen.
↑Microwave-Mediated Synthesis of Lophine: Developing a Mechanism To Explain a Product Crouch, R. David; Howard, Jessica L.; Zile, Jennifer L.; Barker, Kathryn H. J. Chem. Educ. 2006 83 1658
