卯木反应的优化使用平行合成和自动化液体处理
2008年11月11日
卯木的反应已被证明是一种方便的方式快速创建不同化合物库。它涉及胺的反应，醛，羧酸和腈在甲醇中，在室温下通常。在这段视频中，我们利用配备过滤管和一个梅特勒 - 托利多MiniMapper自动化液体处理程序是用来提供的试剂和溶剂48槽梅特勒 - 托利多MiniBlock。感兴趣的参数的浓度，溶剂组成和试剂的一些多余的。
UI 反应涉及四种组分的混合，醛和胺、羧酸和 ISO 丁腈。这是一种产生多种文库的便捷反应，过去曾用于合成抗疟疾化合物。这里将演示的特定 UGI 反应涉及 Ole Amin 醛、B 甘氨酸和 T 丁基异腈的反应。
当在甲醇中以 0.5 mol 浓度运行时，该反应会产生 UI 产物作为沉淀物。大家好，我是 Jean Floyd Bradley。我的实验室位于德雷塞尔大学化学系。
嗨，我是 Dr.Bradley 的研究生，哈哈 Meza。今天，我们介绍了使用梅特勒托利多的 Mini Mapper 和 Mini Block 技术优化 Yugi 反应。首先，我们将对 Mini Mapper 进行编程以进行液体处理。
其次，我们将通过平行过滤对产品进行分离。最后，我们将使用 IR 和 NMR 技术进行表征。那么让我们开始吧。
迷你模块是 Metler Toledo 制造的工具，使您能够并行进行反应。这个迷你模块由一个 6 x 8 的试管阵列组成，底部有一个过滤器。这些管可以处理约 3.5 mL 的溶剂。
在添加试剂期间，迷你模块底部的阀门将保持关闭状态，然后打开。当您准备好进行过滤步骤时，您将改变该反应的三个参数，并查看对分离产物产量的影响。第一。每行中 1 或 2 种试剂的过量量将有所不同。
然后，溶剂和浓度将在行之间变化。在规划实验时，使用像 Google Docs 这样的共享在线电子表格很有用，然后可以方便地将其复制到迷你绘图软件中。这种设置允许对实验设计进行一些众包，来自世界各地的人们可以规划实验的各个部分，而无需知道如何运行液体处理器。
第一步涉及称量空管，准确度为 0.1 毫克。然后密封、关闭迷你模块并安装到液体处理器甲板上。本实验使用了四个试剂瓶和四个溶剂瓶。
液体处理器使用配备注射器的机械臂，可以使用注射泵将任何来源输送到机架上的任何目的地。目前的设置使用 10 毫升注射器，可以准确输送至少 100 微升。为了节省试剂，请添加 100 或 120 μL 制备的每种试剂溶液。
在两摩尔浓度的甲醇中，反应分五个步骤进行。首先，将溶剂添加到每个试管中。这就是您将如何改变浓度和溶剂成分。
然后将免疫溶液添加到所有试管中，最后加入醛、酸和 ISO 丁腈。这大约需要 1 小时才能完成。然后从液体处理器中取出迷你模块。
您可以清楚地看到，每个试管中都有明确的解决方案。这很重要，因为您要确保所有试剂都可溶于所有溶剂。通常需要大约 30 分钟才能形成第一个沉淀。
将迷你模块安装在摇床上并混合过夜。大约 16 小时后，从摇床中取出小块，您可以看到大部分试管都有沉淀。现在，将迷你模块安装在收集底座上，并立即为所有过滤管打开阀门。
施加真空，沉淀物被捕获在每根管子的过滤器上。然后关闭阀门，向每根试管中加入 1 毫升甲醇。使用微量移液器，将小模块放在摇床上 15 分钟。
再次重复此洗涤步骤。最后一次洗涤后，真空保持 30 分钟。然后将试管转移到高真空下的干燥物中 1 小时。
试管干燥后，再次称重，通过减去空重来确定沉淀物的量。不幸的是，试管的可变性足够大，因此必须称量每个试管的空试管。通过 NMR 分析来自每个溶剂系统的样品，以确保所有产品都是纯的，将 700 微升降额氯仿添加到反应管中以溶解沉淀物。
然后将溶液转移到 NMR 管中，即 500 兆赫兹的 Varian Unity。Innova NMR 仪器用于获得质子 NMR 波谱。登录仪器后，启动 NMR 软件，弹出仪器中的参考标准，将样品放入旋转器中并插入仪器。
然后对样品进行锁定、填充并设置为质子的自旋参数。加载 NMR，然后以 J Camp DX 文件的形式获得波谱，可以使用标准浏览器在线查看。谱图可以托管在本地服务器上或上传到 ChemSpider，因此寻找这种分子的研究人员将能够立即使用这些数据。
为了进一步分析样品，使用 PerkinElmer FTIR Spectrum 1000 仪器进行红外光谱分析。软件已登录。取下 A TR 的顶板，用乙醇肥皂湿巾擦拭和清洁。
将干净的载玻片放在 A TR 上并拧紧，测力计调整到约 90 个单位。收集背景光谱后，获得样品光谱并进行处理以进行 A TR 校正。IR 光谱也以 J Camp DX 文件的形式获得，以供在线查看。
运行反应和圆底培养瓶与并行执行反应之间的最大区别在于，它允许有机化学家以系统的方式提出新问题并挑战假设。将自动化液体处理添加到方程式中，使化学家可以花更多时间在高层次上思考项目，而不是花在每次实验运行的细节上。希望这个视频能给你一些关于你自己的反应的想法。
感谢观看。
概览
Ugi反应是一种通过结合胺、醛、羧酸和异腈来合成多样化化合物库的多功能方法。本研究展示了使用自动化液体处理技术优化Ugi反应的过程。
关键研究组成部分
科学领域
- 化学
- 有机合成
- 自动化液体处理
背景
- Ugi反应允许快速生成化合物库。
- 它之前已经被用于抗疟疾化合物的合成。
- 本研究侧重于优化反应参数以提高产率。
- 自动化系统提高了化学实验的效率和重复性。
研究目的
- 使用梅特勒-托利多的MiniMapper和MiniBlock技术优化Ugi反应。
- 评估不同试剂浓度和溶剂组成的影响。
- 展示自动化液体处理在有机合成中的优势。
使用的方法
- 利用48孔梅特勒-托利多MiniBlock进行并行反应。
- 使用梅特勒-托利多MiniMapper进行自动化液体处理。
- 使用真空系统进行产品的过滤和分离。
- 通过NMR和IR光谱对产品进行表征。
主要结果
- 成功合成了Ugi产品，产率因试剂过量而异。
- 反应完成后观察到明显的沉淀。
- 表征结果确认了合成化合物的纯度。
- 自动化处理减少了手动劳动并增加了实验吞吐量。
结论
- 研究突显了自动化系统在优化化学反应中的效率。
- 反应参数的变化显著影响产品产率。
- 自动化液体处理使化学家能够专注于更高层次的项目规划。
常见问题
Executive Industry Relevance
Optimizing multi-component reactions through parallel synthesis and automated liquid handling enables rapid exploration of chemical space for lead identification. This approach enhances predictive confidence in early discovery by systematically evaluating reagent ratios, solvent effects, and concentration variables. The resulting data supports informed go/no-go decisions in compound library generation and de-risks downstream synthesis efforts.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of reaction conditions to identify optimal conditions for library synthesis, supporting hypothesis testing in medicinal chemistry.
- Operational Value: Facilitates rapid screening of reagent excess and solvent combinations to maximize yield and reproducibility.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative yield data across 48 parallel conditions, enabling statistical analysis of subtle interaction effects.
- Operational Value: Standardizes product isolation via parallel filtration and washing, improving reproducibility across replicates.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Confirms product purity and identity through NMR and IR characterization, ensuring reliable material for downstream evaluation.
- Operational Value: Provides a scalable platform for generating compound libraries that can be used in phenotypic screening or target-based assays.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into early discovery workflows by enabling rapid, reproducible synthesis of diverse compounds for screening campaigns.
- Discovery Biology: Supports lead identification by generating diverse chemical libraries through optimized multi-component reactions.
- Screening: Delivers assay-ready compounds with consistent purity and yield, enabling reliable structure-activity relationship studies.
- Analytics: Provides quantitative yield measurements and spectroscopic data to compare reaction conditions and guide optimization.
- Translational Research: Ensures continuity from discovery to preclinical by producing well-characterized compounds suitable for biological testing.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for parallel synthesis that can be adapted to other multi-component reactions in medicinal chemistry programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in reaction optimization through systematic variation of parameters and replicate testing.
- Operational Value: Enhances throughput and reduces manual labor via automated liquid handling and parallel processing.
- Strategic Value: Improves resource efficiency by minimizing reagent consumption and accelerating cycle times for library synthesis.
- Portfolio Impact: Enables data-driven prioritization of synthetic routes based on yield, reproducibility, and scalability.
Implementation Considerations
- Requires expertise in organic synthesis and automated liquid handling systems.
- Needs instrumentation capable of precise reagent dispensing and parallel processing (e.g., robotic liquid handler with syringe pump).
- Demands standardization of protocols across teams to ensure consistent execution of reagent addition, mixing, filtration, and washing steps.
- Involves adaptation considerations when transferring the protocol to different solvent systems or reagent combinations beyond those tested.
- Includes practical limitations such as the need for individual tube weighing to account for variability and the dependence on precipitate formation for isolation.
