Hyperactive Magnetically Separable Nano-sized MgFe2O4 Catalyst for the Synthesis of Several Five- and Six-Membered Heterocycles

Abstract

З використанням чистого нітрату заліза та карбонату магнію методом горіння синтезовано наночастки фериту MgFe2O4. Виявлено, що магніто-сепарабельний MgFe2O4 є гіперактивним каталізатором для синтезу широ- кого спектру біологічно активних п'яти та шестичленних гетероциклічних компонентів за умов дефлегмації. Встанов- лено, що вихід сполук є високим, а час реакції найменшим у порівнянні з літературними даними. Сильний електронний натяг Fe3+ відповідає за гіперактивність каталізатора, що було доведено заміщенням Fe3+ іншими тривалентними йонами металів. Показано, що заміна Mg2+ негативно впливає на каталітичну активність. За допомогою розробленої методики синтезовано ряд заміщених моно/біспіримідинів, піримідин-2- ол, піримiдин-2-тіол, піразоли та ізоксазоли внаслідок конденсації монохалконів/1,4-бісхалконів з різними біс- нуклеофілами у присутності гетерогенних магнітних наночастинок MgFe2O4 як каталізатора. Структуру синтезованих сполук визначено за допомогою спектроскопії Фур‘є, 1H, 13С та мас-спектроскопії. Каталізатор можна легко видалити з реакційної суміші за допомогою простого зовнішнього магніту. Показано можливість відновлення та повторного використання наночастинок фериту без помітної зміни в активності навіть після п'яти циклів. Проведено аналіз наночастинок за допомогою рентгено-дифракційного аналізу, трансмісійної електронної та ІЧ-спектроскопії.

MgFe2O4 nanoparticle ferrites were synthesized by combustion technique using pure ferric nitrate and magnesium carbonate. The magnetically separable MgFe2O4 MNP’s were found to be hyper active catalyst for the synthesis of a wide range of biologically active five and six-membered heterocyclic moieties at refluxing conditions. Reaction times are lowest in comparison to all reported in literature with excellent yields. Strong electron pull of Fe3+ is responsible for its hyper activity, which has been substantiated by substitution of Fe3+ by other trivalent metal ions. Mg2+ has a unique role because replacement of Mg2+ has poor catalytic activity. The developed protocol has been efficiently utilized for the synthesis of a series of substituted mono/bis pyrimidines, pyrimidin-2-ol, pyrimidin-2-thiol, pyrazoles and isoxazoles by condensing monochalcones/1,4-bischalcones with various bis-nucleophiles in the presence of catalytic amount of heterogenous magnetic MgFe2O4 nanoparticles. The structure of these synthesized compounds was determined by FTIR, 1H, 13C and mass spectra. The catalyst can be removed easily from reaction mixture by using a simple external magnet. Nanoparticles of ferrite were recovered and reused with no appreciable change in the activity even after the five runs. Nanoparticles are characterized by XRD, TEMand IR spectroscopy.