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磷酸铁(III)作为合成1,5-苯二氮卓类化合物的高效和可重复使用的催化剂

*通信:

Farahnaz KB伊斯兰阿扎德大学卡拉伊分校化学系，伊朗卡拉伊，电子邮件: (电子邮件保护)

摘要

磷酸铁(III)是制备1,5-苯二氮平类化合物的有效催化剂，收率高。此法适用于邻苯二胺与环酮或非环酮的反应。本方法的显著特点是工艺和催化剂成本较低，而且反应完成后催化剂易于回收，可重复使用而不影响其活性。

关键字

1、5-benzodiazepines;o-phenylenediamines;酮;磷酸铁(III)

简介

铁是地球上数量最多、最环保的金属之一。在过去的几十年里，几个小组报告了各种铁金属催化的有机转化[1］．近年来，有机反应中的铁催化剂因其价格低廉、环境友好而受到广泛关注。其中磷酸铁(III)是影响1,2,4,5-四芳基咪唑一锅合成等多种有机转化的强Lewis酸[2]，通过hantzsch四组分合成多氢喹啉衍生物[3.]，一锅三组分合成2,4,5-三芳基咪唑[4]和l -脯氨酸催化合成功能化不对称二氢- 1h -茚[1,2-b]吡啶[5］．此外，1,5-苯二氮卓类是一类重要的杂环化合物，具有广泛的治疗和药理特性。它们被广泛用作抗惊厥、抗焦虑、镇痛、镇静、抗抑郁和催眠药物[6］．由于苯二氮卓类化合物的广泛应用，有几种合成苯二氮卓类化合物的方法被报道为邻苯二胺(OPDAs)与酮反应[7]， enones [8]或β-卤代酮[9]，使用离子液体[10]，在微波照射下[11), SbCl_3.状态”₂O_3.［12), HClO₄［13]、醋酸[14]、聚磷酸或SiO₂［15), TiCl₄［16), Yb(传递)_3.［17), H₁₄【午睡₅W_30.O₁₁₀] [18]和Fe(ClO₄）_3.［19］．其中一些方法受到限制，如反应条件艰苦，试剂昂贵，低收率，反应时间相对较长，并形成副产物。因此，引入一种简单、环保和经济可行的1,5-苯二氮平类化合物的合成新方法仍然是至关重要的。本文以FePO4为催化剂，在温和的反应条件下，以各种邻苯二胺(OPDAs)与酮的缩合反应合成1,5-苯二氮平类化合物，收率从高到高方案1．据我们所知，这是FePO应用的第一份报告₄作为合成1,5-苯二氮卓类衍生物的多相催化剂。

结果与讨论

为了考察磷酸铁(III)在1,5-苯二氮卓类衍生物合成中的催化活性，初步以OPDA (1.0 mmol)与苯乙酮(2.0 mmol)的反应为实验条件，对反应进行了优化模型在回流条件下，以不同催化量的催化剂存在乙醇作为绿色溶剂进行反应。结果表明，10 mol%的催化剂能有效地催化模型反应收率高，反应时间短表1．在没有催化剂的情况下，反应是不成功的(条目1)。催化剂用量的增加既没有提高反应时间，也没有提高收率。

表1:合成2-甲基-2,4-二苯基-2,3-二氢- 1h -苯并[b][1,4]二氮杂平催化剂用量的优化。

考察了溶剂和温度在反应中的作用。如表2结果表明，与无溶剂条件相比，乙醇是制备目标产物的最佳溶剂，且反应时间相对较短。选择乙醇是公认的绿色溶剂，因为它是从农业饲料中生产出来的。在无溶剂条件下低分别得到了产物的产率。

表2:2-甲基-2,4-二苯基-2,3-二氢- 1h -苯并[b][1,4]二氮杂平合成溶剂类型的优化。

经过对反应条件的优化协议在温和的反应条件下，将不同种类的酮与OPDAs反应生成相应的苯二氮平类化合物，收率从高到优。如表3、线性酮、环酮和芳香族酮与1,2-苯二胺衍生物反应得到各种苯二氮卓类化合物。

表3:使用磷酸铁合成1,5-苯二氮杂卓(ΙΙΙ)。

1,5-苯二氮平类化合物的形成机制已在(方案2)．第一个事件是在FePO存在的情况下，OPDA I和两摩尔酮II之间的缩合反应形成二亚胺III₄．II的氧原子通过孤对电子吸附在催化剂的表面酸位上，I的氨基攻击II的羰基生成化合物III。然后，分子内亚胺-烯胺互变异构化-环化中间体IV和质子抽象V促进生成产物VI。

研究了复合催化剂的重复使用性能模型的反应。FePO的一个重要特性₄催化剂从反应混合物中分离容易可靠。催化剂的多相性质使其易于回收，只需简单的过滤，用乙醇洗涤，并在50ºC干燥，为回收实验提供了机会。

分离出的催化剂在上述反应中重复使用了四次，其催化活性没有显著损失表4．

表4:NICE和ESO使用的证据之间的差异结果的一个例子，以支持他们对疗效和指导的不同观点。

实验

用磷酸铁(III)合成苯二氮卓类衍生物的一般程序

OPDA (1.0 mmol)，酮(2.0 mmol)和FePO的混合物₄(10 mol%)在5.0 mL乙醇中，在回流条件下按适当时间搅拌表3．反应完成后，如薄层色谱(乙酸乙酯/正己烷，3/1)所示，过滤掉催化剂，蒸发反应溶液，用乙醇重结晶纯化残渣，得到纯化合物。

物理和光谱数据

2-甲基-2,4-二苯基-2,3-二氢- 1h -1,5-苯二氮卓(条目1):黄水晶;收率(94%，乙醇);Mp(ºc): 150-152;IR (KBr, cm^－1): 3406 (NH)， 3057 (C - h)， 1613 (C=N)， 1475(芳香族C=C)， 1215 (C - N)， 1141, 755。¹H核磁共振(300mhz, CDCl_3.): δ 1.80 (s, 3H)， 2.85 (br d, J=12.9 Hz, 2H, CH₂), 3.66 (br、1 h, NH), 6.84 - -7.92 ppm (m, 14 h, ArH)。

2,2,4-三甲基-2,3-二氢-8-甲基- 1h -1,5-苯二氮平(条目2):黄色固体;收率(92%，乙醇);Mp(ºc): 122-125;IR (KBr, cm^－1): 3387 (NH)， 1618 (C=N)， 1513(芳香族C=C)， 1215 (C - N)。¹H核磁共振(300mhz, CDCl_3.): δ 1.20 (s, 6H， -CH_3.)， 1.35 (s, 3H， -CH_3.)， 2.30-2.32 (m, 5H， -CH_3., ch₂), 3.31 (br、1 h, nh), 6.51 (s, 1 h, ArH), 6.79 (d J = 7.4, 1 h, ArH), 7.0 (d J = 8.7, 1 h, ArH) ppm。

2-甲基- 2,4 -二苯基-2,3-二氢-8-硝基- 1h -1,5-苯二氮平(条目3):暗黄色固体;收率(90%，乙醇);Mp(ºc): 137-140;IR (KBr, cm^－1): 3435 (NH)， 1640 (C=N)， 1471(芳烃C=C)， 1248 (C - N)， 1091, 951, 880。¹H核磁共振(300mhz, CDCl_3.):δ1.80(年代,3 h), 3.05 - -3.15 (d J = 12.6赫兹,1 h), 3.35 (d J = 12.6赫兹,1 h), 4.40 (br、1 h), 6.80 - -7.95 ppm (m, 13 h)。

2,4-二乙基-2-甲基-2,3-二氢- 1h -1,5-苯二氮平(条目4):黄色;收率(94%，乙醇);Mp(ºc): 134-136;IR (KBr, cm^－1): 3407 (NH)， 3056(芳香C - h)， 2968(脂肪族C - h)， 1614 (C=N)， 1475(芳香C=C)， 1216 (C - N)。¹H核磁共振(300mhz, CDCl_3.): δ 0.82 (t, 3H， -CH_3.)， 1.31 (m, 6H， -CH_3., ch_3.)， 1.72 (q, 2H， -CH₂)， 2.21 (m, 2H， -CH₂)， 2.60 (q, 2H， -CH₂), 3.32 (br、1 h, nh), 6.55 - -7.31 ppm (m, 4 h, ArH)。

10-螺环己烷-2,3,4,10,11,11a-六氢- 1h -二苯并[1,5]二氮平(条目5):淡黄色;收率(91%，乙醇);Mp(ºc): 136-137;IR (KBr, cm^－1): 3421 (NH)， 2931(C - h)， 1617 (C=N)， 1477(芳香C=C)， 1138 (C - N)， 814。¹H核磁共振(300mhz, CDCl_3.):δ1.23 - -1.66 (m, 18 h), 2.81(年代,1 h), 4.09 (br、1 h), 7.07 - -7.75 ppm (m, 4 h, ArH)。

10-螺环戊烷-1,2,3,9,10,10a-六氢- 1h -二苯并[b]-环戊烷[e][1,4]-二氮平(条目6):黄色固体;收率(95%，乙醇);Mp(ºc): 135-137;IR (KBr, cm^－1): 3394 (NH)， 2953(脂肪族C - h)， 1640 (C=N)， 1479(芳烃C=C)， 1050 (C - N)。¹H核磁共振(300mhz, CDCl_3.):δ1.31 - -1.92 (m, 12 h), 2.30 - -2.61 (m, 3 h), 4.54 (br、1 h), 6.60 - -7.39 ppm (m, 4 h)。

2,2,4-三甲基-2,3-二氢- 1h -1,5-苯二氮平(条目7):淡黄色固体;收率(91%，乙醇);Mp(ºc): 131-134;IR (KBr, cm^－1): 3407 (NH)， 2968(脂肪族C - h)， 1614 (C=N)， 1477(芳香C=C)。¹H核磁共振(300mhz, CDCl_3.): δ 1.30 (s, 6H， -CH_3.)， 2.20 (s, 2H， -CH₂)， 2.40 (s, 3H， -CH_3.), 3.23 (br、1 h, nh), 6.70 - -7.21 ppm (m, 4 h, ArH)。

2-甲基-2,4-二苯基-2,3-二氢-8-甲基- 1h -1,5-苯二氮平(条目8):黄色固体;收率(92%，乙醇);Mp(ºc): 97-99;IR (KBr, cm^－1): 3413 (NH)， 2972(脂肪族C - h)， 1593 (C=N)， 1445(芳香C=C)， 1210 (C - N)。¹H核磁共振(300mhz, CDCl_3.): 1.80(年代,3 h), 2.41(年代,3 h), 3.00 (d J = 13赫兹1 h), 3.15 (d J = 13赫兹1 h), 3.50 (br、1 h, NH), 6.70 - -7.69 ppm (m, 13 h)。

结论

综上所述，本文证明了磷酸铁(III)在制备1,5-苯二氮卓类化合物中作为一种高效的固体酸催化剂。该方法工艺成本低，催化剂可用，操作简单，反应条件温和，多功能性强，催化剂可循环利用，是对现有方法的有效贡献。

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