咪唑

发现

早在1840年代，多种咪唑的衍生物就已经被发现。1858年，Heinrich Debus首次合成了咪唑。他合成咪唑的方法是用乙二醛和甲醛在氨中进行反应，所以此法又称狄博斯法。 这一合成方法虽然效率很低，但目前仍用于合成C取代的咪唑，也是目前工业上合成咪唑的常用方法之一。
在一个微波改性反应中1,2-二苯基乙二酮、苯甲醛和氨在冰醋酸中生成2,4,5-三苯基咪唑（又称洛粉碱）。

结构与性质

咪唑为平面五元环状化合物，易溶于水（以无限比例）和其它极性溶剂。咪唑的两个氮原子间存在永久偶极，极性很强，偶极矩为3.61D，并且分子间存在氢键缔合，导致了咪唑具有反常高的沸点（256℃）。分子中存在一个6电子共轭大π键，故具有典型的芳香性。与氢以σ键相连的氮原子提供一对电子，环内其余四个原子各提供一个电子成键。
1N上有氢的咪唑环中，氢原子可以在两个氮原子间迁移，存在两个互变异构体，C-4和C-5是等同的。这两个互变异构体无法分离，当有取代基时，常以“4(5)-取代咪唑”（如4(5)-甲基咪唑）来命名。

两性化合物

咪唑具有两性，即同时表现出酸性与碱性。作为一种酸，咪唑的pKₐ是14.5，它的酸性比羧酸、酚类与酰亚胺弱，但稍微比醇强。可离解质子在N-1上。作为碱，咪唑的共轭酸的pKₐ（上文提到的为pKBH⁺以避免混淆）大约是7，使咪唑碱性比吡啶强约六十倍以上，可以和无机酸生成稳定且易溶于水的盐。体现碱性的原子为N-3。
咪唑的一些共振结构如下所示：

反应

咪唑比其他1,3-二唑更容易发生亲电芳香取代反应，并且反应主要在C-4和C-5上进行。这是因为亲电试剂进攻C-2时，有特别不稳定的极限式，生成的中间体将正电荷分布在氮原子上。例如，咪唑与发烟硝酸/浓硫酸作用，可以很快生成产率很高的4(5)-硝基咪唑；而4,5-二甲基咪唑在剧烈条件下硝化，仍然不能发生反应。
咪唑N-3上的电子云密度较大，所以烷基化反应一般都先在这个氮原子上发生。一烷基化的产物通过互变异构，又可以产生一个类似于吡啶中的氮原子，因此可以进一步反应，生成二烷基化的产物咪唑𬭩盐。
咪唑的酰基化反应一般也在N-3上发生，但由于酰基是吸电子基，故反应能控制在一元酰基化阶段，产物是N-酰基咪唑。
咪唑的活泼氢可以分解格氏试剂，生成咪唑的N-镁盐，经异构化后得到C-2取代的咪唑。后者用碘甲烷处理，可以生成1,2-二甲基咪唑。
咪唑可与亲双烯体发生加成，先生成3-𬭩盐两性离子，然后与另一分子亲双烯体亲核加成，生成C-2环化的产物。例如1-甲基-2-乙基咪唑与两分子丁炔二酸二甲酯反应后，得到8a-乙基-1-甲基-1,8a-二氢咪唑并[1,2-a]吡啶-5,6,7,8-四羧酸四甲酯。

咪唑盐

咪唑环上的氮原子被质子化或取代时可以形成咪唑𬭩盐（如氯化咪唑）。这些盐是咪唑离子液体和很多稳定卡宾的前体。
咪唑也可形成阴离子与金属成盐，如咪唑钠、咪唑钾，以及不溶性的咪唑银盐。咪唑钾可由咪唑与氢氧化钾反应得到，它与卤代烃反应，生成N-烷基咪唑，后者在加热时可以异构化生成2-烷基咪唑。

生物学意义和应用

在许多重要的生物分子中含有咪唑官能团。最常见的是含有咪唑侧链的组氨酸。组氨酸出现在许多蛋白质和酶中，也是血红蛋白的重要结构组成，对其配位能力具有重要意义。蛋白质中的His残基可以扮演酸碱两性基团，因此常是酶中发生酸碱催化机理的部分（如碳酸酐酶）。组氨酸可发生脱羧生成组胺，这也是一种常见的生物分子，具有降低血压，收缩子宫等功能。细胞释放的组胺常是导致荨麻疹的原因之一。组氨酸生成组胺的反应如下所示：
咪唑一个用途是在金属螯合亲和层析(IMAC)中用于His标签蛋白的纯化。标签蛋白与层析柱表面珠孔内的镍离子介质发生结合，过量的咪唑通过层析柱，将与镍配位的标签蛋白洗脱下来，得到高纯度的目标蛋白。
咪唑是许多药品的重要组成部分。许多杀菌剂和抗真菌、抗原虫和抗高血压的药物中含有合成咪唑。咪唑是茶叶和咖啡豆中含有的茶碱分子的组成部分，具有刺激中枢神经系统的作用。通过干扰DNA的活动抑制白血病的抗癌药物巯嘌呤中也含有咪唑。

工业应用

工业上咪唑被广泛用作某些过渡金属（如铜）的缓蚀剂。
许多工业上的重要化合物含有咪唑衍生物。耐高温的聚苯并咪唑材料（PBI）含有苯并咪唑（咪唑与苯环稠合）和另一个苯环相连的结构，PBI可用作阻燃剂。咪唑的各种化合物也常见于摄影和电子产品中。