Optimización de la reacción de Ugi mediante la síntesis en paralelo y manejo de líquidos automatizados
November 11th, 2008
La reacción de Ugi ha demostrado ser una manera conveniente de crear rápidamente diversas bibliotecas de compuestos. Se trata de la reacción de una amina, aldehído, un ácido carboxílico y un isonitrilo normalmente en metanol a temperatura ambiente. En este video, nosotros utilizamos un 48 ranura Mettler-Toledo MiniBlock equipados con tubos de filtración y un manejador de Mettler-Toledo MiniMapper líquido automatizado fue utilizado para entregar los reactivos y disolventes. Los parámetros de interés fueron la concentración, la composición del disolvente y el exceso de algunos de los reactivos.
La reacción IU implica la mezcla de cuatro componentes, un aldehído y una amina, un ácido carboxílico y un nitrilo ISO. Es una reacción conveniente para generar diversas bibliotecas y se ha utilizado en el pasado para sintetizar compuestos antipalúdicos. La reacción UGI particular que se demostrará aquí involucra la reacción del aldehído Ole Amin, la glicina B y el nitrilo iso T butilo.
Esta reacción produce un producto UI como precipitado cuando se ejecuta a una concentración molar de 0,5 en metanol. Hola, soy Jean Floyd Bradley. Mi laboratorio está ubicado en el departamento de química de la Universidad de Drexel.
Hola, soy el Dr. Bradley, estudiante de posgrado, jaja Meza. Hoy presentamos la optimización de una reacción yugi utilizando las tecnologías de minimapeador y minibloque de Mettler Toledo. En primer lugar, vamos a programar el mini mapeador para realizar el manejo de líquidos.
En segundo lugar, haremos el aislamiento del producto con filtración paralela. Y por último, haremos la caracterización mediante técnicas de IR y RMN. Así que comencemos.
El mini bloque es una herramienta fabricada por Metler Toledo que permite realizar reacciones en paralelo. Este mini bloque consiste en una matriz de tubos de seis por ocho con un filtro en la base. Estos tubos pueden manejar alrededor de 3,5 mililitros de solvente.
Una válvula en la parte inferior del mini bloque se mantendrá cerrada durante la adición de reactivos y luego se abrirá más tarde. Cuando esté listo para el paso de filtración, variará tres parámetros para esta reacción y observará el efecto en el rendimiento del producto aislado. Primero. El exceso de uno o dos reactivos variará en cada fila.
A continuación, el disolvente y la concentración se variarán entre filas. Al planificar experimentos, es útil utilizar una hoja de cálculo en línea compartida como Google Docs, que luego se puede copiar convenientemente en el software de mini mapeo. Esta configuración permite un cierto crowdsourcing del diseño experimental, donde personas de todo el mundo podrían planificar partes del experimento sin tener que saber cómo manejar el manipulador de líquidos.
El primer paso consiste en pesar los tubos vacíos con una precisión de 0,1 miligramos. A continuación, el mini bloque se sella, se cierra y se monta en la plataforma del manipulador de líquidos. En este experimento se utilizan cuatro botellas de reactivos y cuatro botellas de disolventes.
El manipulador de líquidos utiliza un brazo robótico equipado con una jeringa y puede entregar cualquier fuente a cualquier destino en el estante utilizando la bomba de jeringa. La configuración actual utiliza una jeringa de 10 mililitros que puede suministrar con precisión un mínimo de 100 microlitros. Para conservar los reactivos, agregue 100 o 120 microlitros de cada solución de reactivo preparada.
En el metanol a dos concentraciones molares, la reacción se lleva a cabo en cinco pasos. En primer lugar, se añade el disolvente a cada tubo. Así es como variará la concentración y la composición del solvente.
A continuación, se añade la solución inmunitaria a todos los tubos, seguida por el aldehído, el ácido y el nitrilo ISO al final. Esto tarda aproximadamente una hora en completarse. A continuación, se retira el minibloque del manipulador de líquidos.
Puede ver claramente que hay soluciones claras en cada tubo. Esto es importante porque desea asegurarse de que todos los reactivos sean solubles en todos los solventes. Por lo general, se tarda unos 30 minutos en formar el primer precipitado.
El mini bloque se monta en una coctelera y se deja mezclar durante la noche. Después de aproximadamente 16 horas, el mini bloque se retira del agitador y puede ver que la mayoría de los tubos tienen precipitado. El mini bloque ahora está montado en una base de recolección y la válvula se abre para todos los tubos del filtro a la vez.
Se aplica vacío y el precipitado queda atrapado en el filtro de cada tubo. A continuación, se cierra la válvula y se añade un mililitro de metanol a cada tubo. Con ayuda de una micropipeta, el mini bloque se coloca en el agitador durante 15 minutos.
Este paso de lavado se repite una vez más. Después del último lavado, la aspiradora se deja encendida durante 30 minutos. Luego, los tubos se transfieren a un desecado bajo alto vacío durante una hora.
Una vez que los tubos están secos, vuelven a pesar y la cantidad de precipitado se determina restando el peso vacío. Desafortunadamente, hay suficiente variabilidad en los tubos que cada uno debe pesarse vacío. Una muestra de cada sistema de solvente se analiza por RMN para garantizar que todos los productos sean puros, se agregan 700 microlitros de cloroformo reducido a un tubo de reacción para disolver el precipitado.
A continuación, la solución se transfiere a un tubo de RMN, una unidad Varian de 500 megahercios. El instrumento de RMN Innova se utiliza para obtener un espectro de RMN de protones. Una vez que se ha iniciado sesión en el instrumento, se inicia el software de RMN, se extrae el estándar de referencia en el instrumento y la muestra se coloca en el spinner y se inserta en el instrumento.
A continuación, la muestra se bloquea, se calza y se ajusta a los parámetros de espín de un protón. Se cargan las RMN y se obtiene un espectro como un archivo J Camp DX, que se puede ver en línea con un navegador estándar. Los espectros pueden alojarse en un servidor local o cargarse en ChemSpider, por lo que los investigadores que buscan esta molécula podrán utilizar los datos de inmediato.
Para analizar más a fondo la muestra, la espectroscopia IR se realiza utilizando un instrumento PerkinElmer FTIR Spectrum 1000. El software está conectado. La placa superior del A TR se retira, se limpia y se limpia con una toallita de jabón de etanol.
Se coloca una corredera de vidrio limpio en el A TR y se atornilla, y el medidor de fuerza se ajusta a unas 90 unidades. Después de recopilar un espectro de fondo, se obtiene el espectro de la muestra y se procesa para una corrección A TR. El espectro IR también se obtiene como un archivo J Camp DX para su visualización en línea.
La gran diferencia entre ejecutar una reacción y un matraz de fondo redondo y realizarla en paralelo es que permite al químico orgánico hacer nuevas preguntas y desafiar las suposiciones de una manera sistemática. Agregar el manejo automatizado de líquidos a la ecuación libera al químico para que dedique más tiempo a pensar en el proyecto a un alto nivel y menos en los detalles de cada ejecución experimental. Con suerte, este video te dará algunas ideas sobre tus propias reacciones.
Gracias por mirar.
Visión general
La reacción de Ugi es un método versátil para sintetizar diversas bibliotecas de compuestos mediante la combinación de una amina, aldehído, ácido carboxílico e isonitrilo. Este estudio demuestra la optimización de la reacción de Ugi utilizando tecnologías automatizadas de manejo de líquidos.
Componentes clave del estudio
Área de ciencia
- Química
- Síntesis orgánica
- Manejo automatizado de líquidos
Antecedentes
- La reacción de Ugi permite la generación rápida de bibliotecas de compuestos.
- Se ha utilizado previamente en la síntesis de compuestos antipalúdicos.
- Este estudio se centra en optimizar los parámetros de la reacción para obtener rendimientos mejorados.
- Los sistemas automatizados mejoran la eficiencia y reproducibilidad en experimentos químicos.
Propósito del estudio
- Optimizar la reacción de Ugi utilizando las tecnologías MiniMapper y MiniBlock de Mettler-Toledo.
- Evaluar los efectos de la variación de las concentraciones de reactivos y las composiciones de solventes.
- Demostrar los beneficios del manejo automatizado de líquidos en la síntesis orgánica.
Métodos utilizados
- Utilización de un MiniBlock de 48 ranuras de Mettler-Toledo para reacciones paralelas.
- Manejo automatizado de líquidos con el MiniMapper de Mettler-Toledo.
- Filtración y aislamiento de productos utilizando un sistema de vacío.
- Caracterización de productos mediante espectroscopía NMR e IR.
Principales resultados
- Síntesis exitosa de productos Ugi con rendimientos variables basados en el exceso de reactivos.
- Se observaron precipitados claros después de completar la reacción.
- La caracterización confirmó la pureza de los compuestos sintetizados.
- El manejo automatizado redujo el trabajo manual y aumentó el rendimiento experimental.
Conclusiones
- El estudio destaca la eficiencia de los sistemas automatizados en la optimización de reacciones químicas.
- La variación de los parámetros de reacción impacta significativamente el rendimiento del producto.
- El manejo automatizado de líquidos permite a los químicos centrarse en la planificación de proyectos de alto nivel.
Preguntas frecuentes
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.
