Was ist Imidazol?
Imidazol ist eine heterocyclische Verbindung mit zwei Stickstoffatomen.
Andere Bezeichnungen sind 1H-Imidazol, Glyoxalin und 1,3-Diazol. Imidazol ist auch ein Oberbegriff für eine Gruppe von Verbindungen mit Substituenten am Stickstoff oder Kohlenstoff, die den Imidazolring bilden.
Anwendungen von Imidazolen
Imidazole werden in großem Umfang industriell als chemische Rohstoffe, agrochemische Rohstoffe und Pharmazeutika verwendet. Insbesondere werden sie häufig als Dichtungs- und Klebemittel für Halbleiter verwendet, da ihre hervorragenden Eigenschaften in Bereichen um elektronische Substrate herum, in denen Hitzebeständigkeit erforderlich ist, nachgewiesen werden.
Auch in verschiedenen anderen industriellen Bereichen finden sie breite Anwendung, z. B. als Härtungsmittel und Beschleuniger für Epoxidharze, Schaumkatalysatoren für Urethan, Korrosionsschutzmittel, Vulkanisationsbeschleuniger für Gummi, Farben, Klebstoffe, Baumaterialien und Sportartikel. Als Basiskatalysator, Aushärtemittel oder Beschleuniger zeichnen sie sich durch ihre hervorragende Lagerstabilität aus, so dass sie bereits bei Zugabe relativ geringer Mengen aushärten.
In pharmazeutischen Anwendungen werden Imidazole in Antimykotika eingesetzt, während Imidazole mit Substituenten am Imidazolring auch in vielen Arzneimitteln verwendet werden, darunter Mittel gegen Geschwüre, Bluthochdruck und Asthma. Darüber hinaus haben sich Imidazolium-Salze, die Imidazolium-Kationen enthalten, d. h. quartäre Amine, die durch Alkyladdition an den Stickstoff des Imidazols gebildet werden, zu ionischen Flüssigkeiten und neutralisierenden Salzen mit Schmelzpunkten nahe der Raumtemperatur entwickelt, die als umweltfreundliche Lösungsmittel Aufmerksamkeit erregen.
Eigenschaften von Imidazolen
Imidazol ist ein weißer bis blassgelber, flockiger Feststoff mit der Summenformel C3H4N2 und dem Molekulargewicht 68,08. Es hat einen Schmelzpunkt von 88-92 °C, einen Siedepunkt von 256 °C, einen Flammpunkt von 145 °C und ist sublimierbar. Es ist gut löslich in hochpolaren Lösungsmitteln, leicht löslich in Wasser, Methanol und Ethanol, löslich in Pyridin und Chloroform, unlöslich in weniger polaren Ethern und Benzol und fast unlöslich in Hexan.
Es bildet mit vielen Übergangsmetallionen Komplexe und wirkt als ausgezeichneter Ligand, ist widerstandsfähig gegen thermische Zersetzung und relativ stabil gegenüber Oxidations- und Reduktionsmitteln. Es weist eine starke Aromatizität auf und ist anfällig für Substitutionsreaktionen mit Wasserstoffatomen.
Imidazole behalten ihre symmetrische Struktur bei, indem sie eine Resonanzkonformation einnehmen, selbst wenn das Proton an Position 1 entfernt oder der Stickstoff an Position 3 protoniert wird. Dadurch kann die Ladung ohne Verlust der Aromatizität verteilt werden.
Arten von Imidazolen
Es gibt viele verschiedene Derivate mit an den Imidazolring gebundenen Substituenten, die als Imidazole bezeichnet werden. Die Substituenten sind an den Stickstoff in Position 1 und an die Kohlenstoffe in den Positionen 2, 4 und 5 gebunden und es können Derivate mit verschiedenen Substituenten synthetisiert werden. Der Stickstoff an Position 3 kann ebenfalls durch nukleophile Substitution substituiert werden, ist jedoch kationisiert.
Typische Imidazole sind 2-Methylimidazol, 2-Ethyl-4-Methylimidazol und 2-Phenylimidazol, wobei die vorangestellte Zahl angibt, an welchen Teil des Rings der Substituent gebunden ist. Acylierte Imidazole sind empfindlich gegenüber nukleophilen Reaktionen und werden für die Synthese von Carbonsäurederivaten verwendet.
Imidazole werden auch häufig als Base und Katalysator beim Schutz von Hydroxylgruppen als Silylether durch die Einwirkung von Silylchloriden verwendet. Darüber hinaus sind Carbonyldiimidazole (CDI) als Carbonylierungsmittel und Kondensationsmittel für Amide nützlich.
Weitere Informationen zu Imidazolen
Methoden zur Herstellung von Imidazolen
Imidazole können durch die Reaktion von Glyoxal mit Aldehyden und Ammoniak oder durch Synthese aus Ethylendiamin und Nitrilen hergestellt werden:
1. Synthese aus Glyoxal
Die Art des als Ausgangsstoff verwendeten Aldehyds oder Amins bestimmt den Substituenten an den Positionen 1 und 2:
OHC-CHO + R1-NH2 + R2CHO → R1R2C3H2N2 + 3H2O
2. Synthese aus Ethylendiamin
Der Substituent an den Positionen 1 und 2 wird durch den Substituenten des Nitrils bestimmt:
H2N-CH2CH2-NH2 + RCN → R2C3H4N2 + NH3 → R2C3H2N2 + H2