L'imidazole
L'imidazole est un composé aromatique hétérocyclique, avec deux tautomères (1H + 3H), de formule C3H4N2. L'imidazole est le constituant important de composés biochimiques comme l'histidine et son hormone, l'histamine. De nombreux médicaments contiennent l'anneau imidazolique, tels que les antifongiques et le nitroimidazole.
L'imidazole :
L'échantillon d'imidazole (à droite) accompagne différentes représentations structurelles (2D et 3D) du composé imidazolique.
Généralités
L'imidazole est parfois décrit comme un alcaloïde. Le nom imidazole fait également référence au groupe de composés dans lequel un cycle imidazole fait partie de la molécule. La substance se présente sous la forme d'un solide cristallin blanc à brun clair avec une odeur douce agréable, qui est bien soluble dans l'eau et divers solvants organiques polaires.
L'anneau imidazole est l'élément constitutif de nombreux composés biologiquement importants, tels que l'histidine et l'histamine associée. L'imidazole peut agir comme une base et comme un acide faible dans les réactions. L'imidazole peut se présenter sous deux formes de tautomères en déplaçant l'atome d'hydrogène d'un atome d'azote à un autre. Il s'agit essentiellement d'un équilibre rapide sans réelle préférence pour aucun des atomes d'azote, mais tous les substituants peuvent favoriser l'un ou l'autre des tautomères. Dans la structure de nombreux médicaments, l'anneau imidazole peut être reconnu, par exemple dans les agents antifongiques (éconazole, miconazole et sulconazole).
Synthèse
La première synthèse décrite de l'imidazole lui-même a été réalisée par Heinrich Debus en 1858, mais plusieurs dérivés de l'imidazole ont été décrits dès les années 40 du 19ème siècle. À partir du mélange de glyoxal et de formaldéhyde dans l'ammoniac, Debus a obtenu l'imidazole. Bien que le rendement de cette synthèse soit assez faible, il est encore utilisé aujourd'hui pour la préparation d'imidazoles substitués en C. Dans la variante qui utilise des micro-ondes, le benzil, le formaldéhyde et l'ammoniac réagissent dans l'acide acétique glacial pour former le 2,4,5-triphényllimidazole.
En plus de la méthode de Debus, il existe de nombreuses autres voies de synthèse vers cette connexion. Les synthèses sont généralement applicables à toute une classe de composés, ce qui permet de préparer des imidazoles substitués en choisissant les bonnes substances de départ. Dans les revues de littérature, les différentes méthodes sont souvent organisées en fonction du nombre et des liaisons formées lors de la fermeture de l'anneau imidazole.
La réaction d'un imidate avec un α-aminoaldéhyde ou α-aminoacétal conduit à la formation d'une amidine acyclique, qui se cyclise ensuite en imidazole substitué.
L'imidazole peut être formé par photolyse à partir du tétraazole 1-vinylique. Par cette voie, l'imidazole ne peut être préparé efficacement que si le tétraazole vinylique est facile à synthétiser. Des composés organostanniques tels que le 2-tributylstannyltétraazole sont utilisés.
L'imidazole peut également se développer en phase gazeuse. La réaction intervient lorsqu'un mélange de formamide, d'éthylènediamine et d'hydrogène gazeux est passé sur le platine sur l'aluminium à une température comprise entre 340 et 480 °C. L'imidazole très pur se forme.
Structure et propriétés
L'imidazole est constitué d'un anneau plat de 5 atomes. Le composé est soluble dans l'eau et d'autres solvants polaires. Le composé a un système aromatique, dans lequel les deux atomes d'azote jouent un rôle différent. La paire d'électrons libres sur un atome d'azote participe au système aromatique, ce qui n'est pas le cas sur l'autre atome d'azote.
L'imidazole est une base et un très bon nucléophile. Il réagit via l'atome d'azote aromatique avec des réactifs alkylants et aylants. La plupart des réactions qui surviennent ne perturbent pas l'aromaticité de l'anneau. Les imidazoles répondent généralement mal avec les nucléophiles.
Applications
L'imidazole est un élément constitutif d'un grand nombre de composés biologiquement importants. Le plus important est l'acide aminé histidine. L'histidine est intégrée dans un grand nombre de protéines, souvent dans le centre réactif des enzymes, et elle joue un rôle important dans l'intégrité structurelle de l'hémoglobine. L'histidine peut être décarboxylée en histamine, également un composé biologiquement actif contenant de l'imidazole. L'histamine est l'un des composants de la toxine qui cause l'urticaire. L'urticaire est en fait une réaction allergique.
L'une des applications de l'imidazole est la purification de protéines marquées à l'histidine dans la chromatographie d'affinité des métaux immobilisés (IMAC). L'imidazole est utilisé pour expulser les protéines marquées à l'histidine attachées aux ions nickel (qui à leur tour sont attachés au matériau porteur de la colonne) des ions métalliques. Un excès d'imidazole est guidé sur la colonne, l'imidazole prenant la place de l'histidine. L'imidazole agit ainsi comme un réactif complexant. La protéine est donc libérée.
L'imidazole est un élément constitutif important de nombreux médicaments. Les applications sont dans le domaine des fongicides et des agents antifongiques (y compris le kétoconazole et le sulconazole), des antiprotozoaires et des médicaments antihypertenseurs. L'imidazole est un élément constitutif de la théophylline, que l'on trouve dans les feuilles de thé et les grains de café, entre autres choses. C'est un stimulateur pour le système nerveux central. L'imidazole est un composant de l'agent anticytostatique mercaptopurine, qui peut être utilisé dans la lutte contre la leucémie en interférant avec l'activité de l'ADN.
Dans l'industrie, l'imidazole est utilisé pour lutter contre la corrosion dans certains métaux de transition, comme le cuivre. La protection du cuivre contre la corrosion est importante, en particulier dans les environnements humides. Après tout, la corrosion a un effet négatif sur la conductivité du cuivre.
De nombreux composés techniques et industriels contiennent des anneaux d'imidazole. Dans le polybenzimidazole thermiquement stable (PBI), un cycle imidazole est fusionné avec un cycle benzénique pour former du benzimidazole. Le composé est utilisé comme retardateur de flamme. En outre, il existe des applications dans la photographie et l'électronique.
Sels d'imidazole (imidazolium)
Les sels dans lesquels l'anneau imidazole fait partie du cation sont appelés sels d'imidazolium. Un exemple est le chlorure d'imidazolium. Les sels sont formés par protonation des atomes d'azote ou par leur alkylation. Les sels d'imidazolium sont utilisés comme liquides ioniques et comme substance de départ pour les carbènes stables.
Les sels dans lesquels l'anneau imidazole forme l'anion sont également possibles. Ces sels sont connus sous le nom de sels d'imidazolide (tels que l'idolide de sodium). Ils sont formés par déprotonation avec une base très forte, comme le cyclopentadiényle sodique.
Aminoimidazole
Le 5-aminoimidazole ribonucléotide (AIR) est un intermédiaire dans la formation des purines, de la vitamine thiamine et de l'inosine monophosphate (IMP). L'aminoimidazole est un intermédiaire dans la voie de l'adénine, et est synthétisé à partir de la 5′-phosphorylformylformylglycinamidine par l'AIR synthtétase. AIR est aussi un précurseur de la 4-amino-2-méthyl-5-hydroxyméthylpyrimidine (HMP), premier intermédiaire de la biosynthèse des pyrimidines (précurseur de la thiamine monophosphate, ThMP), et par la suite de la thiamine pyrophosphate (TPP).
Le 5-aminoimidazole-4-carboxamide ribonucléotide (AICAR) est un intermédiaire dans la génération d'inosine monophosphate (IMP). AICAR est un analogue de l'adénosine monophosphate (abrégé en AMP) capable de stimuler l'activité de la protéine kinase activée par l'AMP (AMPK). AICAR a été utilisé cliniquement pour traiter et protéger contre les lésions ischémiques. Le médicament a été initialement utilisé dans les années 1980 comme méthode pour préserver le flux sanguin vers le coeur pendant la chirurgie. Actuellement, le médicament s'est également avéré être un traitement potentiel du diabète, augmentant l'activité métabolique des tissus et modifiant la composition physique des muscles. Il est parfois utilisé comme produit dopant en activant l'enzyme AMPK dans les muscles, et donc interdit par l'Agence mondiale antidopage.
Benzimidazole
Le benzimidazole est un composé aromatique hétérocyclique de formule C7H6N2. La substance se présente sous forme de cristaux blancs, qui sont pratiquement insolubles dans l'eau. Structurellement, il consiste en une fusion d'un cycle benzénique et d'un cycle imidazole. Les benzimidazoles sont des composants biochimiques importants : par exemple, le N-ribosyl-diméthylbenzimidazole sert de ligand axial pour le cobalt dans la vitamine B12.
Le benzimidazole est disponible dans le commerce, mais peut également être préparé in situ. La méthode de synthèse la plus couramment utilisée est la réaction de condensation de l'o-phénylènediamine et de l'acide formique ou un ortho-ester de l'acide formique (tel que le méthylorthoformiate).
Le benzimidazole a de nombreux dérivés, qui sont utilisés comme médicament, entre autres choses. Les exemples sont l'oméprazole, le flubendazole, la dompéridone et l'albendazole. En outre, le benzimidazole est utilisé comme anthelminthique, fongicide, dans les colorants et dans les plastiques (polybenzimidazole).
Imidazolidinedione
L'imidazolidinedione (C13H15N3O3) est trouvée dans la phénylhydantoïne (hydantoïne) sous la forme imidazolidine-2,4-dione (C5H8N2O2).
La 1,3-bis(4-bromophényl)-5-phényl-2,4-imidazolidinedione est un dérivé de l'imidazolidine-2,4-dione qui est un agoniste inverse efficace et sélectif du récepteur cannabinoïde CB. Des dérivés d'imidazolidinedione sont utilisés en tant qu'inhibiteurs de métalloprotéinase.
Méthylimidazole
Le 4-méthylimidazole (4-MEI est l'un des produits de dégradation du colorant caramel IV, utilisé dans les boissons gazeuses au Cola, énergétique et est également présent dans les pesticides et les colorants au caramel. Sa grande concentration dans le corps peut entraîner l'émergence de cancers du poumon, d'oesophage et de leucémie.
Le 4-méthylimidazole (4-MEI) est une substance prétendument cancérigène formée par l'utilisation d'ammoniac ou de sulfites dans la production de colorants caramel de types III et IV. Cependant, des études scientifiques n'ont pas encore prouvé la relation entre le 4-MEI et le cancer chez l'homme. Une seule étude du gouvernement américain a évalué les effets du 4-MEI sur les animaux. De grandes quantités de 4-MEI y ont été appliquées chez les rats et les rats pendant une longue période de deux ans. Il a été constaté que seuls les rats avaient une augmentation de l'incidence des tumeurs, et les rats non.
Maintenant, l'organisme de surveillance de la santé des États-Unis, la FDA, évalue la question soulevée par le CSPI. Cependant, le porte-parole de l'entité, Douglas Karas, a réfléchi : "Il est important de comprendre qu'une personne aurait besoin de consommer des milliers de canettes de soda par jour pour atteindre le nombre de doses équivalentes à celles administrées dans l'étude qui a montré une relation avec le cancer chez les rats de laboratoire".
Le 2-méthylimidazole peut se trouver dans les aliments en tant que résidu des opérations de transformation dans le cadre de la réaction de Maillard de réduction des sucres avec des composés aminés. Le 2-méthylimidazole peut être produit par condensation du glyoxal, de l'ammoniac et de l'acétaldéhyde dans une synthèse de Radziszewski. Sa nitration donne le dérivé 5-nitro. Le 2-méthylimidazole est un solide blanc inflammable, hautement inflammable, avec une odeur caractéristique qui est facilement soluble dans l'eau. Sa solution aqueuse réagit alcalinement.
Le 2-méthylimidazole est utilisé comme matière première pour la production d'antibiotiques nitroimidazole et d'autres composés utiles dans la lutte contre les infections bactériennes et parasitaires anaérobies. Il sert de ligand en chimie de coordination et est également utilisé comme durcisseur ou accélérateur de réaction pour la résine époxy, ainsi que comme aide pour les colorants textiles. En outre, il sert de catalyseur pour le repliement de protéines fluorescentes de plus en plus colorées. En outre, il est utilisé comme intermédiaire pour les ingrédients pharmaceutiques actifs tels que le Métronidazole, le dimétridazole et l'ondansétron. Le 2-méthylimidazole est également utilisé comme liant pour la synthèse de cadres d'imidazolate zéolitique (ZIF) (par exemple ZIF-8). Dans les structures d'échafaudage résultantes, la forme déprotonée (2-méthylimidazolate, 2-mIm) est incorporée, dans laquelle les deux atomes d'azote sont coordonnés aux centres métalliques correspondants.
Nitroimidazole
En pharmacologie, les nitroimidazoles sont un groupe de substances utilisées pour traiter les infections par des bactéries ou des protozoaires et dont la caractéristique principale est un imidazole substitué par un groupe nitro. L'imidazole est un composé organique hétérocyclique à cinq membres avec deux atomes d'azote.
Médicalement significatifs sont surtout les dérivés du 5-nitroimidazole ("5-nitromidazole"). Le représentant le plus important est le métronidazole. Les nouvelles substances actives délamanide et prétomanide, qui sont également attribuables aux nitroimidazoles, sont utilisées dans le traitement de la tuberculose.
Le développement des nitroimidazoles était basé sur l'azomycine (2-nitroimidazole), isolée d'une espèce de Streptomyces en 1953, qui s'est avérée très efficace contre les trichomonades, mais n'a pas pu être utilisée cliniquement en raison de sa toxicité.
Le premier et le plus important représentant des nitroimidazoles, le métronidazole, a été breveté par Rhône-Poulenc en 1960. Les variantes plus récentes telles que le tinidazole (Simplotan, Sorquetan) et le nimorazole (Esclama) n'ont pas été en mesure de s'établir de manière permanente sur le marché allemand. Au début du 21ème siècle, deux nouveaux dérivés du nitroimidazole ont été développés, le délamanide et le prétomanide, qui peuvent être utilisés contre les agents pathogènes de la tuberculose multirésistants.
Le spectre d'action comprend les bactéries anaérobies obligatoires (à l'exception des actinomycètes) et certains protozoaires (Entamoeba histolytica, Trichomonas vaginalis, Giardia lamblia). Les bactéries anaérobies aérobies et facultatives (par exemple les bactéries propioniques) sont résistantes.
Les 2- et 5-nitroimidazoles sont indiqués pour le traitement d'infections telles que la trichomonase, la colpite amine, la giardiase, la dysenterie amibienne, l'abcès hépatique de l'amibe et diverses autres infections anaérobies (y compris Clostridium difficile). Le schéma thérapeutique (dose unique ou administration multiple) dépend de la maladie sous-jacente. Les risques possibles d'une utilisation à long terme n'ont pas été étudiés. Le benznidazole est utilisé en médecine humaine dans le traitement de la phase aiguë de la maladie de Chagas. Les ingrédients actifs sont administrés par voie orale.
En médecine vétérinaire, le dimétridazole, le ronidazole et le carnidazole sont approuvés en Allemagne pour le traitement de la trichomonose chez les pigeons voyageurs, mais peuvent également être utilisés chez les petits animaux et les animaux de compagnie. Son utilisation chez les animaux producteurs d'aliments est interdite.
Le délamanide et le prétomanide sont utilisés en médecine humaine, toujours en association avec d'autres médicaments antituberculose, pour le traitement oral de la tuberculose multirésistante lorsqu'il n'existe pas d'autres options de traitement. Le délamanide et le prétomanide sont des promédicaments.
En rapport avec "imidazole"
Un composé aromatique est une molécule chimique à odeur caractéristique et dont les atomes forment au moins un cercle, un composé cyclique.
Une histamine est une monoamine biogène résultant de la décarboxylation de l'histidine par une histidine décarboxylase.
Une histidine His ou H est l'un des 22 acides aminés constitutifs des protéines de la matière vivante.
En chimie, un tautomère est une substance isomère l'une avec l'autre qui, de plus, peut rapidement se fondre l'une dans l'autre par déplacement d'un atome...