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테트라졸

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1. 개요

테트라졸은 4개의 질소 원자를 가진 5원자 헤테로고리 화합물이다. 테트라졸은 이중 결합 위치에 따라 1''H''-, 2''H''-, 5''H''-테트라졸의 세 가지 이성질체가 존재하며, 1''H''-테트라졸과 2''H''-테트라졸은 호변이성질체 관계에 있다. 테트라졸은 의약품, 폭발물, 올리고뉴클레오타이드 합성 등 다양한 분야에서 활용되며, 특히 카르복실산의 생체등배전자체로 사용되어 로사르탄과 같은 의약품의 구성 성분으로 쓰인다.

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테트라졸 - [화학 물질]에 관한 문서
기본 정보
1H-테트라졸 2D 넘버링
1H-테트라졸 2D 넘버링
1H-테트라졸 3D
1H-테트라졸 3D
화학식CH₂N₄
몰 질량70.05 g/mol
밀도1.477 g/mL
녹는점157 ~ 158 °C
끓는점220 ± 23 °C
pKa4.90
식별자
CAS 등록번호288-94-8
UNIID34J7PAT68
PubChem CID67519
ChemSpider ID60842
ChEBI33193
InChI1/CH2N4/c1-2-4-5-3-1/h1H,(H,2,3,4,5)
InChIKeyKJUGUADJHNHALS-UHFFFAOYAI
SMILES[nH]1nnnc1

2. 구조와 결합

테트라졸은 탄소 원자 하나와 질소 원자 넷으로 구성된 5원자 고리 화합물이다. 이중 결합 위치에 따라 1''H''-, 2''H''-, 5''H''-테트라졸의 세 가지 이성질체가 존재한다.

1''H''-테트라졸의 1번 질소 원자에 결합된 양성자는 pKa = 8.2 (다이메틸 설폭시드 중)[26]로, 카르복실산과 비슷한 정도의 산성을 나타낸다. 이 때문에 카르복실산의 등가체로 사용되는 경우가 있다.

테트라졸의 인 유사체인 1''H''-테트라포스포올은 1번 위치의 인의 더 피라미드형 기하학적 구조를 갖는 등 동일한 전자적 성질을 갖지 않는다. 대신 방향족은 음이온 테트라포스폴라이드이다.[8]

2. 1. 호변이성질체

이중 결합의 위치가 다른 테트라졸의 3가지 이성질체(1''H''-테트라졸, 2''H''-테트라졸, 5''H''-테트라졸)가 존재한다. 1''H''-테트라졸과 2''H''-테트라졸은 서로 호변이성질체 관계이며, 고체 상태에서는 평형이 1''H''-테트라졸 쪽에 존재한다.[29][30][31] 기체 상태에서는 2''H''-테트라졸 쪽이 우세하다.[30][32][33] 1''H''-테트라졸과 2''H''-테트라졸은 6개의 π전자를 가지고 있는 방향족 화합물로 간주될 수 있는 반면, 5''H''-이성질체는 비방향족 화합물이다.

1''H''-테트라졸(왼쪽)과 2''H''-테트라졸(가운데) 방향족 이성질체의 호변이성질화와 비방향족 5''H''-테트라졸(오른쪽) 비교


테트라졸에 부착된 강력한 유도적으로 전자 끌기 작용기는 아지도이민 형태의 호변이성질체 고리 열림 평형을 안정화시킬 수 있다.[9]

3. 합성

1''H''-테트라졸은 무수 아지드산과 사이안화 수소압력 하에서 반응시켜 처음 제조되었다.[34] 시안화 수소와 아지화 수소를 가압 조건에서 반응시키거나, 나이트릴과 아지 화합물의 [3+2] 고리 부가 반응으로도 테트라졸 유도체를 합성할 수 있다.

3. 1. 테트라졸 유도체 합성

1''H''-테트라졸은 무수 하이드라조산과 사이안화 수소압력 하에서 반응시켜 처음 제조하였다.[34] 아이오딘 또는 실리카 지지 황산수소나트륨과 같은 불균일 촉매 존재 하에서 아자이드화 나트륨으로 유기 나이트릴을 처리하면 5-치환된 1''H''-테트라졸의 유리한 합성이 가능하다. 또 다른 방법은 5-아미노테트라졸의 탈아미노화이며, 이는 상업적으로 얻거나 아미노구아니딘으로부터 차례로 제조할 수 있다.[34][35]

1''H''-테트라졸의 합성


2-아릴-''2H''-테트라졸은 아릴 다이아조늄과 트라이메틸실릴다이아조메테인 간의 [3+2] 고리화 첨가 반응으로 합성된다.[36]

4. 용도

테트라졸은 카복실기와 비슷한 pKa 값을 가지며 생리학적 pH에서 탈양성자화되기 때문에 카복실기의 생체등배전자체로 작용할 수 있어 다양한 분야에서 활용된다.

의약품 분야에서는 안지오텐신 II 수용체 차단제인 로사르탄과 칸데사르탄 등에 사용되며, MTT 분석에서 살아있는 세포의 세포 호흡 활성을 정량화하는 데 사용되는 다이메틸 티아졸릴 다이페닐 테트라졸륨 브로마이드(MTT)도 잘 알려진 테트라졸 화합물이다. VT-1161 및 VT-1129와 같이 잠재적인 항진균제로 연구되는 테트라졸도 있다.[38][39]

일부 고에너지 테트라졸 유도체트라이나이트로톨루엔(TNT)를 대체하는 고성능 폭발물이나 고체 로켓 추진제로 사용하기 위해 연구되었으며,[40][41] 아지도테트라졸레이트가 그 예시이다. 5-아미노테트라졸과 같이 자동차 에어백의 가스발생장치에 사용되는 경우도 있다. 테트라졸 기반 에너지 물질은 물과 질소 가스 같은 무독성 반응 생성물을 만들고,[42] 높은 연소율과 안정성을 갖는다는 장점이 있다.[43]

올리고뉴클레오타이드 합성에서 1''H''-테트라졸 및 5-(벤질싸이오)-1''H''-테트라졸(BTT)은 결합 반응의 산성 활성화제로 널리 사용된다.[44]

4. 1. 의약품

테트라졸은 여러 가지 제약제로 사용된다. 테트라졸은 pKa 값이 비슷하고 생리학적 pH에서 탈양성자화되기 때문에 카복실기의 생체등배전자체(bioisostere)로 작용할 수 있다. 로사르탄 및 칸데사르탄과 같은 안지오텐신 II 수용체 차단제는 테트라졸을 포함하는 경우가 많다.[37]

로사르탄


칸데사르탄


잘 알려진 테트라졸 화합물로는 다이메틸 티아졸릴 다이페닐 테트라졸륨 브로마이드(MTT)가 있다. 이 테트라졸은 MTT 분석에서 살아있는 세포 배양의 세포 호흡 활성을 정량화하는 데 사용되지만, 이 과정에서 일반적으로 세포가 죽게 된다. 일부 테트라졸은 DNA 분석에도 사용될 수 있다.[13] 연구에 따르면 VT-1161 및 VT-1129는 사람의 효소가 아닌 균류의 효소 기능을 방해하기 때문에 잠재적인 강력한 항진균제로 작용할 수 있다.[38][39]

4. 2. 생화학

테트라졸은 여러 제약 물질로 사용된다. 테트라졸은 카복실기와 비슷한 pKa 값을 가지고 생리적 pH에서 탈양성자화되기 때문에 카복실기의 생체등배전자체(bioisostere)로 작용할 수 있다. 안지오텐신 II 수용체 차단제인 로사르탄 및 칸데사르탄과 같은 약물이 여기에 해당한다.[37]

잘 알려진 테트라졸로는 다이메틸 티아졸릴 다이페닐 테트라졸륨 브로마이드(MTT)가 있다. 이 테트라졸은 MTT 분석에서 살아있는 세포 배양세포 호흡 활성을 정량화하는 데 사용되지만, 일반적으로 이 과정에서 세포를 죽인다. 일부 테트라졸은 DNA 분석에도 사용될 수 있다.[13] VT-1161 및 VT-1129는 곰팡이 효소 기능은 방해하지만 인간 효소는 방해하지 않아 강력한 항진균제 후보 물질이라는 연구 결과가 있다.[14][15]

4. 3. 폭발물 및 추진제

고에너지를 가진 일부 테트라졸 유도체트라이나이트로톨루엔(TNT)을 대체하고 고성능 고체 로켓 추진제 제형에 사용하기 위한 고성능 폭발물로 조사되었다.[40][41] 여기에는 질소 염기인 아지도테트라졸레이트가 포함된다.

5-아미노테트라졸과 같은 다른 테트라졸은 폭발성 또는 연소 특성으로 인해 자동차 에어백의 가스발생장치 구성 요소로 사용되기도 한다. 테트라졸 기반의 에너지 물질은 물, 질소 가스와 같은 고온의 무독성 반응 생성물을 생성하고,[42] 높은 연소율과 상대적인 안정성을 가지는데,[43] 이는 모두 바람직한 특성이다. 테트라졸의 비편재화 에너지는 209kJ/mol이다.

4. 4. 올리고뉴클레오타이드 합성

1''H''-테트라졸 및 5-(벤질싸이오)-1''H''-테트라졸(BTT)은 올리고뉴클레오타이드 합성에서 결합 반응의 산성 활성화제로 널리 사용된다.[44]

5. 관련 헤테로 고리 화합물


  • 트라이아졸 – 질소 원자가 3개인 유사체이다.
  • 펜타졸 – 질소 원자가 5개인 유사체이다. (엄밀히 말하면 헤테로고리가 아닌 무기 호모고리이다.)
  • 옥사테트라졸
  • 티아테트라졸

참조

[1] 논문 The Reaction of Nitriles with Hydrazoic Acid: Synthesis of Monosubstituted Tetrazoles
[2] 논문 Calculation of aqueous dissociation constants of 1,2,4-triazole and tetrazole: A comparison of solvation models
[3] 논문 α-1H-1,2,3,4-Tetrazole http://scripts.iucr.[...] 1997-05-15
[4] 논문 Tautomerism and Thermal Decomposition of Tetrazole: High-Level ab Initio Study https://doi.org/10.1[...] 2011-03-10
[5] 논문
[6] 논문 Tautomeric equilibrium and hydrogen shifts of tetrazole in the gas phase and in solution https://doi.org/10.1[...] 1993-03-01
[7] 논문 Application of mass spectrometry to the study of prototropic equilibria in 5-substituted tetrazoles in the gas phase; experimental evidence and theoretical considerations https://pubs.rsc.org[...] 1983-01-01
[8] 간행물 Science of Synthesis Thieme
[9] 뉴스 Possible cause for 5-trichloromethyltetrazole explosion 1983-04-25
[10] 논문 An Improved Procedure for the Deamination of 5-Aminotetrazole https://doi.org/10.1[...] 1954-01-01
[11] 논문 Syntheses of Heterocyclic Compounds from Aminoguanidine https://onlinelibrar[...] 1963
[12] 논문 Synthesis of 2-aryl-2H-tetrazoles via a regioselective [3+2] cycloaddition reaction 2016-04-06
[13] 논문 Studies on the role of tetrazole in the activation of phosphoramidites 1989-02-11
[14] 논문 The Clinical Candidate VT-1161 Is a Highly Potent Inhibitor of Candida albicans CYP51 but Fails To Bind the Human Enzyme 2014-12
[15] 논문 The Investigational Fungal Cyp51 Inhibitor VT-1129 Demonstrates Potent Activity against Cryptococcus neoformans and Cryptococcus gattii 2016-04
[16] 웹사이트 Greener explosives show promise http://www.rsc.org/c[...] Chemistry World 2008-10-02
[17] 논문 New Energetic Materials featuring Tetrazoles and Nitramines – Synthesis, Characterization and Properties 2010-04
[18] 서적 Energetic Tetrazole N -oxides
[19] 논문 Decomposition of Aminotetrazole Based Energetic Materials under High Heating Rate Conditions 2012
[20] 논문 Coupling activators for the oligonucleotide synthesis via phosphoramidite approach 2013-05-06
[21] 논문 Communications: The Formation of Nitrile Imines in the Thermal Breakdown of 2,5-Disubstituted Tetrazoles 1959-06
[22] 논문 Nitrile Imines: From Matrix Characterization to Stable Compounds 1994-03-17
[23] 논문 1,3-Dipolar Cycloadditions. Past and Future 1963-10
[24] 논문 The Reaction of Nitriles with Hydrazoic Acid: Synthesis of Monosubstituted Tetrazoles
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[26] 웹사이트 Bordwell pKa Table http://www.chem.wisc[...]
[27] 논문 The Reaction of Nitriles with Hydrazoic Acid: Synthesis of Monosubstituted Tetrazoles
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[39] 논문 The Investigational Fungal Cyp51 Inhibitor VT-1129 Demonstrates Potent Activity against Cryptococcus neoformans and Cryptococcus gattii 2016-04
[40] 웹인용 Greener explosives show promise http://www.rsc.org/c[...] Chemistry World 2008-10-02
[41] 논문 New Energetic Materials featuring Tetrazoles and Nitramines – Synthesis, Characterization and Properties 2010-04
[42] 서적 Energetic Tetrazole N -oxides
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[44] 논문 Coupling activators for the oligonucleotide synthesis via phosphoramidite approach 2013-05-06



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