Протонирование

21.1.1.1.1. Протонирование

Имидазол, тиазол и алкилоксазолы (но не сам оксазол) образуют стабильные кристаллические соли с сильными кислотами за счёт протонирования атома азота N₍₃₎, известные как соли имидазолия, тиазолия и оксазолия соответственно.

Имидазол — гораздо более сильное основание (pK_a 7,l), чем тиазол (pK_a 2,5), оксазол (pK_a 0,8) и даже пиридин (рК_a 5,2). Это обусловлено амидиноподобным резонансом, который позволяет обоим атомам азота на равных участвовать в делокализации заряда. Относительно низкую основность оксазола можно объяснить сочетанием индуктивного влияния электроотрицательного кислорода со слабым мезомерным электронодонорным действием. 1,3-Азолы устойчивы в горячих растворах сильных кислот.

Водородные связи имидазолов

Имидазол подобно воде представляет собой как хороший донор, так и хороший акцептор водородных связей, причём иминный атом азота — донор электронной пары, а N-водород, будучи в значительной степени кислым (разд. 21.4.1.), — акцептор.

Это свойство имидазола играет центральную роль в деятельности некоторых ферментов, содержащих имидазольное кольцо гистидина, например пищеварительного фермента химотрипсина, который отвечает за гидролиз амидных связей пептидов в тонкой кишке: фермент переносит «протон» из одного положения в другое, что обеспечивается амбидентным характером имидазольногоядра. На приведённой ниже схеме показано, каким образом гетероцикл позволяет протону «двигаться взад и вперёд» из одного положения в другое через гетероцикл.

Таутомерия имидазолов

Незамещённым по кольцевым атомам азота имидазолам свойственны таутомерные превращения, которые становятся очевидными в случае несимметрично замещённых производных, таких, как, например, показанный ниже метилими-дазол. Эта индивидуальная особенность химии имидазола означает, что назвать это соединение просто «4-метилимидазол» было бы ошибочным, так как его молекула находится в таутомерном равновесии с 5-метилимидазолом и практически неразделима с ним. Все подобные таутомерные пары неразделимы, поэтому условились называть их, например, 4(5)-метилимвдазол. В некоторых парах один из таутомеров преобладает: например, 4(5)-нитроимидазол существует преимущественно в виде 4-нитротаутомера в соотношении 400:1.

Глава 21

• 21. 1,3-азолы — имидазолы, тиазолы и оксазолы: реакции и методы синтеза
• 21.1. Реакции с электрофильными реагентами
• 21.1.1. Присоединение по атому азота
• 21.1.1.1.1. Протонирование
• 21.1.1.2. Алкилирование по атому азота
• 21.1.1.3. Ацилирование по атому азота
• 21.1.2. Замещение по атому углерода
• 21.1.2.1. Протонирование
• 21.1.2.2. Нитрование
• 21.1.2.3. Сульфирование
• 21.1.2.4. Галогенирование
• 21.1.2.5. Ацилирование
• 21.1.2.6. Реакции с альдегидами
• 21.1.2.7. Реакции с иминиевыми солями
• 21.2. Реакции с окислителями
• 21.3. Реакции с нуклеофильными реагентами
• 21.3.1. Реакции с раскрытием цикла
• 21.3.2. Реакции замещения атома галогена
• 21.4. Реакции с основаниями
• 21.4.1. Депротонирование группы NH
• 21.4.2. Депротонирование СН
• 21.5. Реакции N-металлированных имидазолов
• 21.6. Реакции C-металлированных 1,3-азолов
• 21.6.1. Литийорганические производные
• 21.6.2. Реакции, катализируемые палладием
• 21.7. Реакции со свободными радикалами
• 21.8. Реакции с восстановителями
• 21.9. Электроциклические реакции
• 21.10. Алкил-1,3-азолы
• 21.11. Четвертичные соли 1,3-азолов
• 21.12. Гидрокси- и амино-1,3-азолы
• 21.13. N-оксиды 1,3-азолов
• 21.14. Синтезы 1,3-азолов
• 21.14.1. Синтез кольца
• 21.14.1.1. Из α-галогенокарбонильных соединений (или их эквивалентов) и трёхатомного фрагмента, поставляющего два гетероатома и атом C₍₂₎ кольца
• 21.14.1.2. Циклодегидратацией α-ациламинокарбонильных соединений
• 21.14.1.3. Из изонитрилов
• 21.14.1.4. Оксазолы из α-диазокарбонильных соединений
• 21.14.1.5. Дегидрированием
• 21.14.2. Примеры некоторых важных синтезов с участием 1,3-азолов
• 21.14.2.1. 4(5)-Фторгистамин
• 21.14.2.2. Пиридоксин
• 21.14.2.3. Тиамин
• 21.14.2.4. Тиено[2,3-d]имидазол
• 21.14.2.5. Гроссуларин-2

Дополнительно:

• Предисловие
• Введение
• Используемые сокращения