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イミダゾール（ImH）は、化学式（CH）2NHCHNで表される有機化合物です。白色または無色の固体で、水に溶け、弱アルカリ性の溶液を生成します。ヘテロ環化合物、特にジアゾールに分類されます。
多くの天然物、特にアルカロイドはイミダゾール環を含んでいます。これらのイミダゾールは1,3-C 3 N 2環を共有していますが、置換基は様々です。この環系は、ヒスチジンや関連ホルモンであるヒスタミンなどの重要な生物学的構成要素に存在します。多くの医薬品は、特定の抗真菌薬、ニトロイミダゾール系抗生物質、鎮静剤ミダゾラムなど、イミダゾール環を含んでいます。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]
ピリミジン環と融合すると、プリンが形成され、これは自然界で最も広く存在する窒素含有複素環である。[ 10 ]
「イミダゾール」という名称は、1887年にドイツの化学者アルトゥール・ルドルフ・ハンツシュ（1857-1935）によって造語された。[ 11 ]
イミダゾールは平面状の5員環であり、水素がどちらかの窒素原子に結合できるため、2つの等価な互変異性体として存在します。イミダゾールは、電気双極子モーメントが3.67 Dであることからもわかるように、非常に極性の高い化合物であり、水に非常に溶けやすいです。この化合物は、 6つのπ電子（プロトン化された窒素原子からの電子対と、環の残りの4つの原子からの電子）を含む平面状の環が存在するため、芳香族化合物に分類されます。イミダゾールの共鳴構造の一部を以下に示します。
イミダゾールは両性物質であり、酸としても塩基としても機能します。酸として、イミダゾールのp Kaは14.5 であり、カルボン酸、フェノール、イミドよりも酸性度は低いですが、アルコールよりはわずかに酸性度が高いです。酸性プロトンは窒素に結合しているプロトンです。脱プロトン化により、対称なイミダゾリド陰イオンが生成されます。塩基として、共役酸のp Ka （両者の混同を避けるために p K BH + と表記）は約 7 であり、イミダゾールはピリジンよりも約 60 倍塩基性です。塩基性部位は、孤立電子対を持つ窒素（水素に結合していない）です。プロトン化により、対称なイミダゾリウム陽イオンが生成されます。
イミダゾールは、1858年にドイツの化学者ハインリヒ・デブスによって初めて報告されましたが、1840年代にはすでに様々なイミダゾール誘導体が発見されていました。グリオキサール、ホルムアルデヒド、アンモニアが縮合してイミダゾール（当初はグリオキサリンと名付けられていました）を生成することが示されました。 [ 13 ]この合成法は収率は比較的低いものの、C置換イミダゾールを生成するために今でも使用されています。
あるマイクロ波を用いた改良法では、反応物は氷酢酸中のベンジル、ベンズアルデヒド、アンモニアであり、2,4,5-トリフェニルイミダゾール（「ロフィン」）を生成する。[ 14 ]
イミダゾールは、デブス法以外にも数多くの方法で合成できます。これらの合成法の多くは、反応物の官能基を変えることで、様々な置換イミダゾールやイミダゾール誘導体にも適用できます。これらの方法は、イミダゾール環を形成するためにどの結合がいくつ形成されるかによって分類されるのが一般的です。例えば、デブス法では、各反応物を環の断片として使用し、イミダゾールの(1,2)、(3,4)、(1,5)結合を形成するため、この方法は3つの結合を形成する合成法となります。以下に、これらの方法のごく一部を示します。
(1,5)結合または(3,4)結合は、イミデートとα-アミノアルデヒドまたはα-アミノアセタール の反応によって形成される。以下の例は、R 1 = R 2 = 水素の場合のイミダゾールに適用される。
（1,2）結合および（2,3）結合は、1,2-ジアミノアルカンを高温でアルコール、アルデヒド、またはカルボン酸と反応させることによって形成できる。この反応には、アルミナ担持白金などの脱水素触媒が必要である。
（1,2）結合および（3,4）結合は、 N置換α-アミノケトンとホルムアミドを加熱することによっても形成できる。生成物は1,4-二置換イミダゾールとなるが、ここではR1 = R2 = 水素であるため、イミダゾール自体が生成物となる。この反応の収率は中程度であるが、1,4置換を行う最も効果的な方法であると思われる。
これは置換イミダゾールを高収率で得られる一般的な方法です。本質的には、デブス法の改良版であるデブス・ラジシェフスキー・イミダゾール合成法です。出発原料は、置換グリオキサール、アルデヒド、アミン、アンモニアまたはアンモニウム塩です。[ 15 ]
イミダゾールは、 1-ビニルテトラゾールの光分解によって合成できる。この反応は、1-ビニルテトラゾールが2-トリブチルスタンニルテトラゾールなどの有機スズ化合物から効率的に合成された場合にのみ、十分な収率が得られる。以下に示す反応では、R 1 = R 2 = R 3 = 水素の場合にイミダゾールが生成される。
イミダゾールは気相反応によっても生成できる。この反応は、アルミナ担持白金触媒上でホルムアミド、エチレンジアミン、水素を用いて行われ、340～480℃の温度範囲で行う必要がある。これにより、非常に純度の高いイミダゾールが得られる。
ファン・ルーゼン反応は、 TosMICとアルジミンからイミダゾールを生成するためにも使用できます。[ 16 ]ファン・ルーゼン・イミダゾール合成では、トシルメチルイソシアニド（TosMIC）との反応により、アルジミンからイミダゾールを調製できます。この反応は後に、アルジミンがその場で生成される2段階合成、すなわちファン・ルーゼン3成分反応（vL-3CR）に拡張されました。
イミダゾリン-5-オン誘導体は、オキサゾリジン-5-オンからアミド化とそれに続く脱水によって合成できます。この反応では、オキサゾリジン-5-オンを、乾燥ピリジン、氷酢酸＋酢酸ナトリウム、または氷酢酸＋赤レンガ粉末などのさまざまな触媒の存在下で、アニリン、スルホンアミドなどの第一級アミンと縮合させて、イミダゾリン-5-オン誘導体を得ます。
イミダゾールは多くの重要な生体化合物に組み込まれています。最も広く用いられているのはアミノ酸のヒスチジンで、これはイミダゾール側鎖を持っています。ヒスチジンは多くのタンパク質や酵素に存在し、例えばヘモグロビンに見られるように金属補因子と結合しています。
イミダゾール系ヒスチジン化合物は細胞内緩衝作用において重要な役割を果たしている。[ 17 ]ヒスチジンは脱炭酸されてヒスタミンになる。ヒスタミンはアレルギー反応時に生成されると蕁麻疹を引き起こすことがある。
イミダゾール置換基は、抗がん剤メルカプトプリンなど、多くの医薬品に見られます。イミダゾール基は、多くの殺菌剤、抗真菌剤、抗原虫剤、降圧剤にも含まれています。イミダゾールは、茶葉やコーヒー豆に含まれるテオフィリン分子の一部であり、中枢神経系を刺激します。
クロトリマゾールを含む多くの置換イミダゾールは、一酸化窒素合成酵素の選択的阻害剤である。[ 18 ] [ 19 ]イミダゾール薬理活性部位の他の生物学的活性は、細胞内Ca2 +およびK +フラックスのダウンレギュレーション、および翻訳開始の阻害に関連している。[ 20 ]
置換イミダゾール誘導体は、多くの全身性真菌感染症の治療に有用である。[ 21 ]イミダゾールは、ケトコナゾール、ミコナゾール、クロトリマゾールを含むアゾール系抗真菌薬のクラスに属する。
比較のために、アゾール類の別のグループとして、フルコナゾール、イトラコナゾール、ボリコナゾールを含むトリアゾール類がある。イミダゾール類とトリアゾール類の違いは、チトクロムP450酵素の阻害メカニズムにある。イミダゾール化合物のN3はフェリチトクロムP450のヘム鉄原子に結合するが、トリアゾール類のN4はヘム基に結合する。トリアゾール類はイミダゾール類よりもチトクロムP450に対する特異性が高いことが示されており、そのためイミダゾール類よりも強力である。[ 22 ]
イミダゾール誘導体の中には昆虫に作用するものがあり、例えばスルコナゾール硝酸塩はケラチンを消化するオーストラリアカーペットビートルの幼虫Anthrenocerus australisに対して強い摂食阻害効果を示し、エコナゾール硝酸塩は一般的なイガTineola bisselliellaに対して同様の効果を示す。[ 23 ]
イミダゾール自体には直接的な用途はほとんどありません。むしろ、エニルコナゾール、クリムバゾール、クロトリマゾール、プロクロラズ、ビホナゾールなど、さまざまな農薬の前駆体です。[ 24 ]
リサイクルのために様々なポリエステルやポリウレタンプラスチック材料を解重合する触媒として有用である可能性がある。[ 25 ]
イミダゾールとその誘導体は、金属カチオンに対して高い親和性を持つ。イミダゾールの用途の一つとして、固定化金属アフィニティークロマトグラフィー（IMAC）におけるHisタグ付きタンパク質の精製が挙げられる。イミダゾールは、クロマトグラフィーカラム内のビーズ表面に付着したニッケルイオンに結合したタグ付きタンパク質を溶出するために用いられる。過剰量のイミダゾールをカラムに通すことで、Hisタグがニッケルとの配位結合から解離し、Hisタグ付きタンパク質が遊離する。
イミダゾールはpH 6.2～7.8に適した緩衝液である。[ 26 ]純粋なイミダゾールはタンパク質に関連する波長（280 nm）ではほとんど吸光度を示さないが、[ 27 ] [ 28 ]純度の低いイミダゾールは280 nmで顕著な吸光度を示すことがある。イミダゾールはローリータンパク質アッセイ に干渉する可能性がある。[ 29 ]
イミダゾールはタンパク質精製によく用いられ、ポリヒスチジンタグを持つ組換えタンパク質をニッケル樹脂に固定化し、高濃度のイミダゾールで溶出させる。
イミダゾール環がカチオンであるイミダゾールの塩は、イミダゾリウム塩（例えば、塩化イミダゾリウムまたは硝酸イミダゾリウム）として知られています。[ 30 ]これらの塩は、イミダゾールの窒素原子のプロトン化または置換によって形成されます。これらの塩は、イオン液体および安定なカルベンの前駆体として使用されてきました。脱プロトン化されたイミダゾールがアニオンである塩もよく知られています。これらの塩は、イミダゾレート（例えば、イミダゾレートナトリウム、NaC 3 H 3 N 2 ）として知られています。
イミダゾールは、 LD50が970 mg/kg（ラット、経口）であることから、急性毒性が低いことが示されています。 [ 24 ]
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