咪唑

✍ dations ◷ 2025-06-27 10:08:39 #咪唑
咪唑(英语:Imidazole),即1,3-二氮唑,是一个五元杂环芳香性有机化合物,化学式C3H4N2。它也是一个生物碱。白色或浅黄色固体结晶,可溶于水、氯仿、醇、醚,具有酸性,也具有碱性。氢原子在两个氮原子之间移动,因此存在两个互变异构体。咪唑环结构在生物分子中广泛存在,例如组氨酸和对应的荷尔蒙组胺。很多药物也包含有咪唑环,例如硝基咪唑和咪唑类抗真菌药物。早在1840年代,多种咪唑的衍生物就已经被发现。1858年,Heinrich Debus首次合成了咪唑。他合成咪唑的方法是用乙二醛和甲醛在氨中进行反应,所以此法又称狄博斯法。 这一合成方法虽然效率很低,但目前仍用于合成C取代的咪唑,也是目前工业上合成咪唑的常用方法之一。在一个微波改性反应中1,2-二苯基乙二酮、苯甲醛和氨在冰醋酸中生成2,4,5-三苯基咪唑(又称洛粉碱)。咪唑为平面五元环状化合物,易溶于水(以无限比例)和其它极性溶剂。咪唑的两个氮原子间存在永久偶极,极性很强,偶极矩为3.61D,并且分子间存在氢键缔合,导致了咪唑具有反常高的沸点(256℃)。分子中存在一个6电子共轭大π键,故具有典型的芳香性。与氢以σ键相连的氮原子提供一对电子,环内其余四个原子各提供一个电子成键。1N上有氢的咪唑环中,氢原子可以在两个氮原子间迁移,存在两个互变异构体,C-4和C-5是等同的。这两个互变异构体无法分离,当有取代基时,常以“4(5)-取代咪唑”(如4(5)-甲基咪唑)来命名。咪唑具有两性,即同时表现出酸性与碱性。作为一种酸,咪唑的pKa是14.5,它的酸性比羧酸、酚类与酰亚胺弱,但稍微比醇强。可离解质子在N-1上。作为碱,咪唑的共轭酸的pKa(上文提到的为pKBH+以避免混淆)大约是7,使咪唑碱性比吡啶强约六十倍以上,可以和无机酸生成稳定且易溶于水的盐。体现碱性的原子为N-3。咪唑的一些共振结构如下所示:咪唑比其他1,3-二唑更容易发生亲电芳香取代反应,并且反应主要在C-4和C-5上进行。这是因为亲电试剂进攻C-2时,有特别不稳定的极限式,生成的中间体将正电荷分布在氮原子上。例如,咪唑与发烟硝酸/浓硫酸作用,可以很快生成产率很高的4(5)-硝基咪唑;而4,5-二甲基咪唑在剧烈条件下硝化,仍然不能发生反应。咪唑N-3上的电子云密度较大,所以烷基化反应一般都先在这个氮原子上发生。一烷基化的产物通过互变异构,又可以产生一个类似于吡啶中的氮原子,因此可以进一步反应,生成二烷基化的产物咪唑

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