Azole: Imidazol, Pyrazol, Triazole und Tetrazole
Imidazol, Pyrazol, Triazole und Tetrazol unterscheiden sich in Zahl und Stellung ihrer Ring-Stickstoffatome, und daraus folgen Basizität, Acidität und Tautomerie.
Das Wichtigste in Kürze
- Ein Azol ist ein aromatischer Fünfring mit mindestens zwei Heteroatomen, darunter Stickstoff; Imidazol trägt seine N in 1,3-, Pyrazol in 1,2-Stellung.
- Imidazol ist ein cyclisches Amidin (\(\ce{N=C-N}\) an einem C), ebenso Purin; Folsäure enthält dagegen eine Guanidin-Partialstruktur.
- Imidazol wird mit einem Äquivalent Säure am pyridinartigen N-3 protoniert; eine zweite Ringprotonierung tritt nicht auf.
- Histamin zeigt 1,3-Tautomerie am Imidazolring; seine primäre Aminogruppe ist basischer als N-3.
- Pyrazolone wie Metamizol und Pyrazolidin-3,5-dione wie Phenylbutazon erkennt man an der N-N-Bindung.
- Das Tetrazol-NH von Valsartan ist acide und protoniert \(\ce{CH3MgI}\); Benzotriazol entsteht durch Diazotierung von o-Phenylendiamin.
Dieses Kapitel ist für Supporter
Relaxed ins Stex ist ein kleines, unabhängiges Projekt. Mit einem Zugang unterstützt du uns und schaltest das ganze 1. Staatsexamen frei. ❤️
Bitte bestätige zuerst deine E-Mail-Adresse
Wir haben dir einen Link geschickt. Erst mit bestätigter E-Mail-Adresse kannst du einen Zugang freischalten und nutzen.
Worum es geht
Azole sind Fünfring-Heteroaromaten mit mehreren Stickstoffatomen. Sie stecken in Antimykotika wie Clotrimazol, im Gewebshormon Histamin und in Sartanen wie Valsartan. Wer die Stellung der N-Atome lesen kann, erkennt diese Ringe in jeder Arzneistoffformel.
Azole
Ein Azol ist ein aromatischer Fünfring mit mindestens zwei Heteroatomen, von denen mindestens eines Stickstoff ist. Hier geht es um die reinen Stickstoff-Azole. Jedes besitzt genau ein pyrrolartiges NH, das sein freies Elektronenpaar ins aromatische Sextett einbringt. Die übrigen N-Atome sind pyridinartig und tragen ihr Elektronenpaar in der Ringebene. Die Grundlagen dazu stehen bei den Heteroaromaten.
Der Name verrät die Stellung. Bei zwei N-Atomen in 1,3-Stellung liegt Imidazol vor, bei 1,2-Stellung Pyrazol. Mit drei N-Atomen folgen die Triazole, mit vier das Tetrazol.
Imidazol: Struktur
Imidazol ist ein aromatischer Fünfring mit N-1 als NH und N-3 als pyridinartigem N. Im Ring liegen eine C=N- und eine C=C-Doppelbindung. Clotrimazol ist ein N-substituiertes Imidazol, denn der Ring trägt seinen Rest am N-1 und ist nicht benzoanelliert wie ein Benzimidazol.
Hydriert man den Ring, verschwindet die Aromatizität. 2-Imidazolin (4,5-Dihydro-1H-imidazol) behält die C=N-Bindung zwischen den beiden N. Imidazolidin ist vollständig gesättigt und trägt zwei NH-Gruppen in 1,3-Stellung. Zum Erkennen zählst du die Ring-Doppelbindungen: zwei, eine oder keine.
Ein Amidin ist die Einheit \(\ce{N=C-N}\), bei der beide N am selben C sitzen; liegt sie im Ring, spricht man vom cyclischen Amidin. Ein Guanidin trägt drei N am selben C.
Imidazol ist ein cyclisches Amidin. Darauf beruht seine im Vergleich zu Pyrrol höhere Basizität, denn das protonierte Amidin verteilt die Ladung über zwei N. Auch Purin enthält diese Einheit. Pyrrol und Indol fehlt das zweite N. Im Pyrazol sind beide N direkt gebunden, und Piperazin hat seine N in 1,4-Stellung ohne C=N.
Ein Guanidin-Element findet sich in der Folsäure: Im Pteridin trägt C-2 neben zwei Ring-N die Aminogruppe. Imidazol erreicht diese Stufe nicht. Phenytoin ist als Hydantoin ein cyclisches Ureid und enthält weder Guanidin noch Imin. Mehr zu offenkettigen Vertretern bei Guanidinen und Amidinen.
Imidazol: Reaktivität und Tautomerie
Imidazol ist amphoter. Das NH an N-1 ist schwach acide, N-3 ist basisch. Ein Äquivalent Mineralsäure protoniert N-3, also den pyridinartigen Stickstoff:
\[\ce{C3H4N2 + H+ -> C3H5N2+}\]
Im Imidazolium-Ion verteilt sich die positive Ladung über beide N-Atome. Ein zweites Proton am Ring kommt deshalb nicht hinzu. Wie stark Imidazol im Vergleich basisch ist, zeigt die Seite zur Basizität der N-Heterocyclen.
Als Nucleophil reagiert Imidazol am N und am C. Weil das NH Wasserstoffbrücken bildet, siedet Imidazol höher als N-Methylimidazol, dem dieser Donor fehlt.
Im Imidazolring kann das NH-Proton zwischen den beiden N wandern. Diese 1,3-Tautomerie zeigt Histamin. Man erkennt es am Imidazolring mit einer Aminoethyl-Kette \(\ce{-CH2CH2NH2}\) an C-4. Hängt dort zusätzlich eine COOH-Gruppe, liegt Histidin vor. Die primäre Aminogruppe der Seitenkette ist stärker basisch als N-3.
Pyrazol
Pyrazol ist ein aromatischer Fünfring mit zwei benachbarten N-Atomen, eines davon als NH. Unter vielen N-Heterocyclen findest du es an der direkten N-N-Bindung im Fünfring. Darum fehlt ihm die Amidin-Einheit.
Dieselbe N-N-Bindung tragen die Pyrazolone wie Phenazon und Metamizol sowie das Pyrazolidin-3,5-dion Phenylbutazon. Mit Imidazol oder einem Pyrimidin-Sechsring hat dieser Ring nichts zu tun. Fluorchinolone dagegen bauen auf einem 4-Chinolon-Gerüst auf und enthalten kein Pyrazolon.
Triazole und Tetrazole
Triazole sind aromatische Fünfringe mit drei N-Atomen und zwei C-Atomen. Es gibt 1,2,3- und 1,2,4-Triazol. Weil das NH wandern kann, bildet 1,2,3-Triazol Tautomere wie 1H- und 2H-1,2,3-Triazol. Die Endung „-ol“ bezeichnet hier den Heteroaromaten und keine OH-Gruppe.
Midazolam enthält keinen Triazolring. An sein Benzodiazepin-Gerüst ist ein Imidazolring ankondensiert.
Tetrazol besitzt vier N und nur ein C. Sein NH ist deutlich acide, etwa so stark wie eine Carbonsäure. Deshalb ersetzt der Ring in Sartanen die COOH-Gruppe. Das Tetrazol-NH von Valsartan protoniert eine Grignard-Verbindung wie \(\ce{CH3MgI}\) unter Methanbildung:
\[\ce{R-CN4H + CH3MgI -> R-CN4MgI + CH4 ^}\]
Benzotriazol ist ein benzoanelliertes 1,2,3-Triazol. Es entsteht durch Diazotierung von o-Phenylendiamin: Eine Aminogruppe wird zum Diazonium-Ion, die zweite schließt den Ring. Ein einfaches Benzendiazoniumsalz liefert diesen Ring nicht.
\[\ce{C6H4(NH2)2 + HNO2 -> C6H5N3 + 2 H2O}\]
Wie man solche Ringe gezielt aufbaut, zeigen die Fünfring-Synthesen.
Quiz
Aussage 1
Gibt man zu Imidazol ein Äquivalent Salzsäure, wird bevorzugt der NH-Stickstoff N-1 protoniert.
Protoniert wird der pyridinartige N-3, dessen Elektronenpaar nicht am aromatischen Sextett beteiligt ist.
Aussage 2
Midazolam enthält einen an das Benzodiazepin-Gerüst ankondensierten Triazolring.
Bei Midazolam ist ein Imidazolring ankondensiert, kein Triazolring.
Aussage 3
Phenylbutazon enthält im Fünfring zwei direkt miteinander verbundene Stickstoffatome.
Als Pyrazolidin-3,5-dion gehört Phenylbutazon zur Pyrazol-Familie mit N-N-Bindung.
Aussage 4
1,2,3-Triazol besitzt zwei Kohlenstoffatome im Ring und kann durch Wanderung des NH-Protons Tautomere bilden.
Neben drei N stehen zwei C im Ring; 1H- und 2H-1,2,3-Triazol sind Tautomere.
Fehler entdeckt oder eine Idee? Wir verbessern die Inhalte laufend. Melde es uns gerne über dieses Formular ❤️
Teile der Inhalte wurden mithilfe von KI-Systemen erstellt und werden fortlaufend redaktionell geprüft. Trotz Sorgfalt können Fehler enthalten sein. Wichtige Informationen bitte anhand offizieller Quellen prüfen. Relaxed ins Stex ist ein unabhängiges Angebot und steht in keiner Kooperation mit dem IMPP. Das Angebot ist weder vom IMPP autorisiert noch mit diesem verbunden.