imidazol. À esquerda, a estrutura de ressonância; à direita, uma das formas tautoméricas
O imidazol é um composto orgânico com fórmula molecular (CH)2N(NH)CH. Trata-se de um composto aromático heterocíclico, classificado como diazole.
Quando fundido com um anel pirimidina, origina purina, que é o composto heterocíclico com azoto mais ocorrente na natureza.
Muitos compostos naturais, em especial os alcalóides, contêm anéis imidazol. Estes imidazóis partilham o anel 1,3-C3N2, mas variam nos seus substituintes. Este sistema heterocíclico encontra-se presente em muitos compostos-chave na Biologia, como a histidina. Muitos fármacos contêm o anel imidazol, como certos antifúngicos, a série de antibióticos contendo nitroimidazol e o sedativo midazolam.
O imidazol, C3H4N2, é um sólido branco ligeiramente amarelado, com um odor característico. É corrosivo e combustível, libertando gases nocivos. É explosivo, quando disperso no ar em partículas de pó muito finas. Tem um ponto de fusão de 88-92ºC e um ponto de ebulição de 256ºC. É solúvel em água (63,3 g / 100 mL, a 20ºC), originando uma solução ligeiramente alcalina (pKa = 14,5; para o caso do ácido conjugado: pKa = 7,05) e tem uma densidade relativa de 1,03. Apresenta um pico de absorvância aos 280 nm.
O imidazol é um composto cíclico planar pentagonal. Existe em duas formas tautoméricas equivalentes, dado que a sua carga positiva pode ser alocada em qualquer um dos dois átomos de azoto. Trata-se de um composto altamente polar (dipolo de 3,61D). É classificado como aromático devido à presença de um sexteto de electrões π, consistindo em um par de electrões do azoto protonado e outro por cada um dos restantes átomos do anel. Eis algumas estruturas de ressonância do imidazol:
O imidazol é amfotérico, ou seja, pode funcionar como ácido ou como base. Como ácido, o pKa do imidazol é 14,5, fazendo dele um ácido mais fraco que os ácidos carboxílicos, fenóis e imidas, mas ligeiramente mais ácido que os álcoois. O protão acídico localiza-se no N1. Como base, o pKa do ácido conjugado é aproximadamente 7, fazendo do imidazol uma base cerca de 60 vezes mais básica que a piridina. O local básico é o N3. A protonação origina o catião imidazólio, que é simétrico.
O imidazol foi identificado pela primeira vez em 1858, embora alguns derivados deste composto já tivessem sido descobertos desde 1840. A sua síntese, demonstrada mais abaixo, baseia-se na reação de glioxal e formaldeído em amoníaco. Embora apresente um rendimento baixo, esta síntese ainda é usada para criar imidazóis C-substituídos.
O imidazol pode ser sintetizado de diversos métodos, para além do método de Debus. Muitos destes métodos também podem ser aplicados na síntese de diferentes derivados do imidazol, através da variação nos grupos funcionais dos reagentes. Estes métodos são frequentemente categorizados pela forma e pelo número de ligações formadas para produzir o imidazol. Por exemplo, o método de Debus forma as ligações (1,2), (3,4) e (1,5), usando cada reagente como fragmento do anel e, por isso, este método seria uma síntese de 3 ligações.
A reação de Van Leusen pode também ser empregue para formar imidazóis a partir de TosMIC e uma aldimina.
O imidazol é incorporado em muitas moléculas com papel biológico relevante. O mais conhecido é um aminoácido histidina, que possui um anel imidazol com cadeia lateral. A histidina encontra-se presente em muitas proteínas e desempenha um papel vital na estrutura e nas funções biológicas de algumas proteínas, nomeadamente a hemoglobina. Compostos com imidazol derivados da histidina participam de forma importante na tamponação do meio intracelular. A histidina pode sofrer descarboxilação e originar histamina, que também tem elevada relevância biológica, nomeadamente na resposta alérgica.
O imidazol é usado na purificação de proteínas com caudas de Histidina (His-tags) nas cromatografias de afinidade a metais. O imidazol é usado para eluir proteínas que se encontram ligadas aos iões de níquel da coluna. Um excesso de imidazol é passado através da coluna, o que interfere com as ligações da cauda de histidina aos catiões níquel, libertando as proteínas.
O imidazol é também muito utilizado na indústria farmacêutica. Imidazóis sintéticos estão presentes em muitos fungicidas e em medicamentos antifúngicos, antiprotozoários e anti-hipertensivos. O imidazol é um grupo funcional da teofilina, uma molécula encontrada nas folhas do chá e nos grãos de café, que estimula o sistema nervoso central. Está presente na mercaptopurina, um medicamento antitumural usado no combate à leucemia.
Existem também alguns imidazóis substituídos, inclusive o clotrimazole, que são inibidores selectivos da óxido nítrico sintase, o que os torna drogas interessantes no tratamento de inflamação, doenças neurodegenerativas e tumores do sistema nervoso.
Os derivados substituídos do imidazol são bastante valiosos no tratamento de muitas infecções fúngicas sistémicas, nomeadamente o fluconazole, itraconazole e o voriconazole. A diferença entre os imidazóis e os triazóis envolve o mecanismo de inibição do citocromo P450. O N3 do imidazol liga-se ao átomo de ferro do grupo heme do citocromo P450, enquanto que o N4 dos triazóis se liga ao grupo heme. Os triazóis têm-se mostrado ter uma maior especificidade para o citocromo P450 do que os imidazóis, daí serem mais potentes.
Alguns derivados do imidazol apresentam efeitos em insectos.
O imidazol tem sido também muito usado como inibidor da corrosão de determinados metais de transição, como o cobre.
Muitos compostos de importância industrial e tecnológica contêm derivados de imidazol. O polímero polibenzidimidazol (PBI) contém imidazol fundido com um anel de benzeno e ligados por benzenos e funciona como retardador do fogo. O imidazol pode ainda ser encontrado em diversos componentes usados em fotografia e na electrónica.
Os sais de imidazol, onde o anel de imidazol é um catião, são conhecidos como sais de imidazólio (e.g. cloreto de imidazólio). Estes sais são formados através da protonação ou substituição nos átomos de azoto do anel. Têm sido extensivamente usados como líquidos iónicos e percursores de carbenos estáveis. Sais onde um imidazol se encontra desprotonado (sendo por isso um anião) também são conhecidos e denominam-se por imidazolatos (e.g. imidazolato de sódio, NaC3H3N2).