En ny enkel metod för fettlöslig (logP) mätning med 19F NMR spektroskopi
Summary
En ny och enkel variant av shake-kolven metoden utvecklades för korrekt fettlöslig mätning av fluorerade föreningar av 19F NMR spektroskopi.
Abstract
Fluorination har blivit ett effektivt verktyg för att optimera fysikalisk-kemiska egenskaper av bioaktiva föreningar. En av applikationerna av fluor introduktion är att modulera fettlöslig av föreningen. I vår grupp är vi intresserade av studien av effekterna av fluorination på fettlöslig av alifatiska fluorohydrins och fluorerade kolhydrater. Dessa är inte UV-aktiva, vilket resulterar i en utmanande fettlöslig beslutsamhet. Här presenterar vi en enkel metod för mätning av fettlöslig av fluorerade föreningar av 19F NMR spektroskopi. Denna metod kräver ingen UV-aktivitet. Korrekt lösningens massa, lösningsmedel och alikvotens volym måste också inte mätas. Med den här metoden mätte vi lipophilicities av ett stort antal fluorerade alkanols och kolhydrater.
Introduction
Fettlöslig är en viktig fysikalisk-kemisk parameter av drogen molekyler som påverkar egenskaperna av läkemedelskandidater i många aspekter, inklusive drog löslighet, biotillgänglighet och toxicitet1. Fettlöslig mäts som förhållandet mellan sammansatta koncentrationerna logaritm (logP) efter partitioneringen mellan n-oktanol och vatten. Optimal fettlöslig spänner har föreslagits utifrån statistiska uppgifter av oralt administrerade läkemedel, varav Lipinskis ”regeln om 5” är den mest kända exempel2,3. Faktiskt, styra fettlöslig har visat sig vara nödvändig för att förbättra utsikterna till läkemedelskandidater. Öka drogen affinitet av förhöjda fettlöslig har identifierats som en av de största problemen i drug discovery projekt under de senaste decennierna, vilket leder till ökad attrition priser3. Det har därför föreslagits att lyckad läkemedelsutveckling är förknippad med att hålla den molekylära fettlöslig läkemedel kandidater inom optimala gränser under den affinity optimering processen3,4. Härvid har nya begrepp (såsom lipofila effektivitet index) varit introducerade5,6.
Det är således av stor vikt att noggrant mäta fettlöslig under läkemedelsutvecklingsprocessen. Dessutom tillgången på enkla metoder för fettlöslig mätning är efterfrågan som grundläggande forskning syftar till att identifiera lösningar för loggaP modulering. Många etablerade metoder för närvarande tillgänglig för fettlöslig bestämning1. Den ‘shake-standardkolv (SF)’ metod7och dess variationer är vanligen anställda att mäta logP värden direkt, som i de flesta fall beror på UV-Vis-spektroskopi för kvantifiering. Den största nackdelen med denna klassiska SF-metod är dess arbetsintensiva karaktär. Dessutom kan bildandet av emulsioner förekomma, speciellt för starkt lipofila föreningar8,9. Flera metoder har utvecklats för att kringgå sådana frågor, som med hjälp av injektion Flödesanalys, dialys slangar, etc. 9,10. Dock är ingen av dessa metoder okomplicerat eller enkelt tillämpliga i icke-specialiserade laboratorier.
Det finns också många indirekta metoder tillgängliga för användning såsom kapillärelektroforetiska metoder12,13, mass-spektrometri-baserade metoder14, RP-HPLC-baserade kromatografiska metoder, Potentiometrisk titrering11, etc. Dessa är indirekta metoder, som logP värden erhålls genom kalibreringskurvor. Bland dessa metoder, har RP-HPLC-metoden använts i stor utsträckning eftersom det är användarvänligt och tidsbesparande. Ändå dess riktighet beror på den utbildning som används för att göra upp kalibreringskurvan, och den uppskattade fettlöslig beror på partition system används13,15.
Det finns ett antal 1H NMR-baserade metoder rapporteras i litteraturen för fettlöslig bestämning. Mo et al. utvecklat en metod för logP mätning med 1H NMR utan deutererade lösningsmedel. Vatten och oktanol, som partitionen lösningsmedel, användes som referenser för kvantifiering av Lösningens koncentration i varje fas16. Herth och medarbetare rapporterade också en strategi, genom vilken partition experimentet inträffade direkt i ett NMR tube, där NMR data av botten D2O vattenskiktet samlades in före och efter extraktion med 1-oktanol, att få distribution koefficienten17. Dessutom utnyttjade Soulsby et al. 1H NMR som ett analysverktyg, att bestämma amplituden av signaler med hjälp av komplett minskning till amplitud-frekvens tabell programvara. Förhållandet av amplituderna i båda lagren som ledde till den uppmätta partition koefficient18. Dessa metoder är relativt enkel att använda men kräver ofta kalibrering av selektiv pulser och effektnivåer eller användning av formad lutning pulser att säkerställa lämpliga lösningsmedel dämpning och signalera selektivitet.
Beräknade logP (täppaP) värden för föreningar kan också erhållas. Här finns flera beräkningsmetoder och inköpt programvara. Sådana täppaP -värden används ofta i läkemedelsindustrin när du utvärderar ett stort antal läkemedelsmolekyler. Stora fel från täppaP -värden är dock inte ovanligt19,20.
Kraven i UV-aktivitet för koncentration analys och upprättande av kalibreringskurvor för logP beräkning hämmar forskningsframsteg på detta område. Detta gäller särskilt för icke-UV-aktiva alifatiska föreningar. Fluorerade alifatiska beståndsdelarna har på senare år blivit allt mer attraktivt för läkemedelsdesign, och deras inflytande på övergripande fettlöslig av föreningen är ett forskningsområde i vår grupp21. Dessutom är 19F en mycket känslig NMR-aktiva kärna, att göra 19F NMR ett användbart verktyg för att analysera fluorerade föreningar. Den har också en större Kemisk förskjutning räckvidd jämfört med 1H. Därför är det värt att utveckla en enkel metod för logP bestämning av icke-UV-aktiva fluorerade föreningar genom 19F NMR spektroskopi. Därför är det övergripande målet för denna metod att uppnå bekvämt fettlöslig bestämning av fluorerade föreningar.
Den viktigaste principen i våra 19F NMR-baserad metod är att lägga en fluorerade referens sammansatta partitionen experiment (figur 1)21. Sammansatta X och referens förening (ref) delas mellan vatten och n– oktanol. Efter equilibrating, en alikvot från varje fas tas i ett NMR-tube och 19F NMR experiment körs på båda NMR prover. Intensiteten av fluor topparna är proportionell mot sammansatta koncentration (C) och antalet fluoratomer (n) föreningar. Mellan förening X och ref, kan integrerad nyckeltal erhållas för båda faserna. Förhållandet i n– oktanol lager definieras som ρoktoch ρaq för vatten lager (ekv. 1). Förhållandet mellan ρ värden lika med förhållandet mellan partition koefficienter (P) i förening X och ref (ekv 2). Detta leder till den sista ekvationen (ekv. 4) för logP mätning av sammansatta X. Därför, för att fastställa loggenP värdet av en okänd förening X, endast integration nyckeltal (ρokt och ρaq) i båda lagren är behövs mätas genom 19F NMR.
Protocol
Representative Results
Discussion
Protokollet beskrivs i uppsatsen är en enkel metod för logP mätning av fluorerade föreningar. Denna metod är tillämplig på fluorerade föreningar med en logP värde från -3 till 3. För mer hydrofil (logP < -3) eller lipofila föreningar (logP > 3), denna metod kan fortfarande användas men kräver mycket längre tid till NMR-experiment som utökade antalet transienter behövs för att få en bra signal-brus-förhållande. Detta är därför en begränsning i metoden. Det finns…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denna forskning finansieras som en del av EPSRC beviljar EP/K016938/1 och EP/P019943/1 (ZW, HRF) och av en EPSRC/AstraZeneca fall konvertering utmärkelse (BFJ). University of Southampton är tackade för ytterligare support. EPSRC är ytterligare tackade för en core kapacitet bevilja EP/K039466/1.
Materials
| NMR (400 MHz) with Bruker 5 mm SEF probe | Bruker | n/a | AVIIIHD400 |
| NMR (400 MHz) with Bruker 5 mm SMART probe | Bruker | n/a | |
| DrySyn Snowstorm reactor | Asynt | ADS13-S | |
| recirculating chiller | Asynt | n/a | model:Grant-LTC2 |
| magnetic stirplate | Asynt | ADS-HP-NT | |
| ACD/NMR processor software | ACD/Labs | n/a | ACD/NMR processor academic edition or ACD/Spectrus processor 2015 |
References
- Arnott, J. A., Planey, S. L. The influence of lipophilicity in drug discovery and design. Expert Opinion on Drug Discovery. 7 (10), 863-875 (2012).
- Lipinski, C. A., Lombardo, F., Dominy, B. W., Feeney, P. J. Experimental and computational approaches to estimate solubility and permeability in drug discovery and development settings. Advanced Drug Delivery Reviews. 23 (1), 3-25 (1997).
- Leeson, P. D., Springthorpe, B. The influence of drug-like concepts on decision-making in medicinal chemistry. Nature Reviews Drug Discovery. 6, 881 (2007).
- Perola, E. An Analysis of the Binding Efficiencies of Drugs and Their Leads in Successful Drug Discovery Programs. Journal of Medicinal Chemistry. 53 (7), 2986-2997 (2010).
- Tarcsay, A., Nyiri, K., Keseru, G. M. Impact of Lipophilic Efficiency on Compound Quality. Journal of Medicinal Chemistry. 55 (3), 1252-1260 (2012).
- Tarcsay, &. #. 1. 9. 3. ;., Keserű, G. M. Contributions of Molecular Properties to Drug Promiscuity. Journal of Medicinal Chemistry. 56 (5), 1789-1795 (2013).
- . . OECD Guidelines for Testing of Chemicals. , (1992).
- Tsang, S. C., Yu, C. H., Gao, X., Tam, K. Y. Preparation of nanomagnetic absorbent for partition coefficient measurement. International Journal of Pharmaceutics. 327 (1), 139-144 (2006).
- Andersson, J. T., Schräder, W. A Method for Measuring 1-Octanol−Water Partition Coefficients. Analytical Chemistry. 71 (16), 3610-3614 (1999).
- Danielsson, L. -. G., Yu-Hui, Z. Mechanized determination of n-octanol/water partition constants using liquid-liquid segmented flow extraction. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 12 (12), 1475-1481 (1994).
- Scherrer, R. A., Donovan, S. F. Automated Potentiometric Titrations in KCl/Water-Saturated Octanol: Method for Quantifying Factors Influencing Ion-Pair Partitioning. Analytical Chemistry. 81 (7), 2768-2778 (2009).
- Poole, S. K., Poole, C. F. Separation methods for estimating octanol-water partition coefficients. Journal of Chromatography B. 797 (1), 3-19 (2003).
- Ishihama, Y., Oda, Y., Uchikawa, K., Asakawa, N. Evaluation of Solute Hydrophobicity by Microemulsion Electrokinetic Chromatography. Analytical Chemistry. 67 (9), 1588-1595 (1995).
- Jorabchi, K., Smith, L. M. Single Droplet Separations and Surface Partition Coefficient Measurements Using Laser Ablation Mass Spectrometry. Analytical Chemistry. 81 (23), 9682-9688 (2009).
- Kaliszan, R. Quantitative structure-retention relationships. Analytical Chemistry. 64 (11), 619A-631A (1992).
- Mo, H., Balko, K. M., Colby, D. A. A practical deuterium-free NMR method for the rapid determination of 1-octanol/water partition coefficients of pharmaceutical agents. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 20 (22), 6712-6715 (2010).
- Stéen, E. J. L., et al. Development of a simple proton nuclear magnetic resonance-based procedure to estimate the approximate distribution coefficient at physiological pH (logD7.4): Evaluation and comparison to existing practices. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 27 (2), 319-322 (2017).
- Soulsby, D., Chica, J. A. M. Determination of partition coefficients using 1H NMR spectroscopy and time domain complete reduction to amplitude-frequency table (CRAFT) analysis. Magnetic Resonance in Chemistry. 55 (8), 724-729 (2017).
- Tetko, I. V., Poda, G. I., Ostermann, C., Mannhold, R. Accurate In Silico log Predictions: One Can’t Embrace the Unembraceable. QSAR & Combinatorial Science. 28 (8), 845-849 (2009).
- Waring, M. J. Lipophilicity in drug discovery. Expert Opinion on Drug Discovery. 5 (3), 235-248 (2010).
- Linclau, B., et al. Investigating the Influence of (Deoxy)fluorination on the Lipophilicity of Non-UV-Active Fluorinated Alkanols and Carbohydrates by a New log P Determination Method. Angewandte Chemie International Edition. 55 (2), 674-678 (2016).
- Derome, A. E. . Modern NMR Techniques for Chemistry Research. , (1997).
- Claridge, T. . High-Resolution NMR Techniques in Organic Chemistry. , (1999).
- Zhang, F. -. F., et al. Quantitative analysis of sitagliptin using the 19F-NMR method: a universal technique for fluorinated compound detection. Analyst. 140 (1), 280-286 (2015).
- Muller, N. When is a trifluoromethyl group more lipophilic than a methyl group? partition coefficients and selected chemical shifts of aliphatic alcohols and trifluoroalcohols. Journal of Pharmaceutical Sciences. 75 (10), 987-991 (1986).
- Hansch, C., Leo, A. . Substituent constants for correlation analysis in chemistry and biology. , (1979).
- Dillingham, E. O., Mast, R. W., Bass, G. E., Autian, J. Toxicity of Methyl- and Halogen-Substituted Alcohols in Tissue Culture Relative to Structure-Activity Models and Acute Toxicity in Mice. Journal of Pharmaceutical Sciences. 62 (1), 22-30 (1973).
- Leo, A., Hansch, C., Elkins, D. Partition coefficients and their uses. Chemical Reviews. 71 (6), 525-616 (1971).
- Fujita, T., Iwasa, J., Hansch, C. A New Substituent Constant, π, Derived from Partition Coefficients. Journal of the American Chemical Society. 86 (23), 5175-5180 (1964).
- Zhong-Xing, J., Xin, L., Eun-Kee, J., Bruce, Y. Y. Symmetry-Guided Design and Fluorous Synthesis of a Stable and Rapidly Excreted Imaging Tracer for 19F MRI. Angewandte Chemie International Edition. 48 (26), 4755-4758 (2009).
