Synthesis and Characterization of Nitro- and Fluoro-Substituted Triazolobenzodiazepines for use as Standards in Forensic Analysis

Abstract

Denne masteroppgaven omhandler syntese av nitro- og fluorsubstituerte triazolobenzodiazepiner (TBZD). Et økt forbruk av nye og uregistrerte TBZD på det ulovlige dopingmarkedet gjør det utfordrende for rettsmedisinske laboratorier å kvantifisere og identifisere disse forbindelsene i biologiske prøver. Derfor vil rene standarder være fordelaktig i deres arbeid.

Totalt ni TBZDer med høy HPLC renhet (96-99 %) har blitt syntetisert. Disse ni kan deles inn i 1-metyl-TBZDer og hovedmetabolitten -hydroksy-TBZDer. Den totale syntesen består av fire trinn fra kommersielt tilgjengelige aminobenzofenoner. De tre første trinnene er identiske for dannelse av begge typer TBZDs, mens forskjellige hydrizidreagenser gir de to ulike sluttproduktene. I tillegg har Fludiazepam, det N-metylerte derivatet av nøkkelmellomprodukt Desalkylflurazepam blitt fremstilt. Alle målsubstansene har blitt karakterisert med NMR, HRMS, IR og smeltepunkt.

Dannelsen av acetamider fra aminobenzopfenoner med kloroacetylklorid var effektiv med korte reaksjonstider (3 timer), og rene produkter med høyt utbytte (81-100 %). Den påfølgende reaksjonen, dannelse av 1,4-benzodiazepiner med hexametylentetramin (HMTA), viste seg å være sterkt avhengig av substituentene. De ikke-nitrosubstituerte derivatene ga rene produkter i relativt høye utbytter (61-82 %) sammenlignet med de nitrosubstituerte forbindelsene (13-42 %) som også hadde lavere renhetsgrad. De lave utbyttene og urenhetene skyldes dannelsen av biprodukter som gjorde produktisoleringen utfordrende. Et av biproduktene ble isolert og viste seg å være quianazolin derivatet.

Både organiske Lawessons reagens (LR) og uorganiske P2S5 har blitt undersøkt som tionerigsmidler for å omdanne 1,4-benzodiazepiner til tioamider. Til tross for at LR ifølge litteraturen er fremhevet som det fremtredende valget, reagerte P2S5 raskere og ingen merkant forskjell i utbytte (39-67 %) mellom reagensene ble observert. Den siste reaksjonen ble utført med kommersielt tilgjengelige hydrazidreagenser for å fremstille målsubstansene. Denne reaksjonen var effektiv og ingen påvirkning av substituentene ble observert. Råproduktet fra denne reaksjonen ble enkelt renset med flashkolonnekromatografi som resulterte i TBZDer med høy renhet. Utbyttet på sistnevnte reaksjon varierte fra 49-84 %.

This master thesis studies the synthesis of nitro- and fluoro-substituted triazolobenzodiazepines (TBZD). Increased consumption of unregistered TBZDs on the recreational drug market makes it challenging for forensic laboratories to quantify and detect the presence of these compounds in biological samples. Hence, pure standards will be beneficial for their work.

In total, nine TBZD with high HPLC purity (96-99%) have been synthesized. The prepared TBZDs can be divided into 1-methyl TBZDs and the primary metabolite -hydroxy TBZDs. The total synthesis consists of four steps from commercially available amino benzophenones. The first three steps are identical for the formation of both TBZDs, whereas different hydrazide reagents give different final products. In addition, Fludiazepam, the N-methylated derivative of key intermediate Desalkylflurazepam has been prepared. All target compounds have been characterized with NMR, HRMS, IR and, melting point.

The formation of acetamides from amino benzophenones with chloroacetyl chloride was effective with short reaction times (3h), and gave decent yields (81-100 %) with high NMR purity. The second reaction, the formation of 1,4-benzodiazepines assisted by hexamethylenetetramine (HMTA), depended heavily on the substituents. The non-nitro-substituted derivatives gave pure products in higher yields (61-82 %) than the nitro-substituted compounds (13-42 %), which also had a lower degree of purity. The lower yield and purity, due to the formation of by-products made the product isolation challenging. One of the by-products was successfully isolated and turned out to be the quianazoline derivative.

Organic Lawesson’s reagent (LR) and inorganic P2S5 have been investigated as thionating agents to convert 1,4-benzodiazepines to thioamides. Even though LR, according to literature is highlighted as the superior choice, P2S5 reacted faster and no significant difference in yield (39-67 %) between the reagents was observed. The last reaction was performed with commercially available hydrazide reagents to prepare the target TBZDs. This reaction was sufficent and no influence of substituents was observed. The crude product from this reaction was easily purified by flash column chromatography resulting in high purity TBZDs. The yield of the latter reaction ranged from 49-84.