Optimización de la reacción de Ugi mediante la síntesis en paralelo y manejo de líquidos automatizados
11 de noviembre de 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 UI implica la mezcla de cuatro componentes: un aldehído y una amina, un ácido carboxílico y un isonitrilo ISO. Es una reacción conveniente para generar bibliotecas diversas y se ha utilizado en el pasado para sintetizar compuestos antimaláricos. La reacción UGI particular que se demostrará aquí implica la reacción del aldehído Ole Amin, la glicina B y el isonitrilo de T butilo.
Esta reacción produce un producto UI como precipitado cuando se lleva a cabo a una concentración de 0,5 M en metanol. Hola, soy Jean Floyd Bradley. Mi laboratorio está ubicado en el departamento de química de la Universidad Drexel.
Hola, soy el estudiante de posgrado del Dr. Bradley, haha Meza. Hoy presentamos la optimización de una reacción yugi utilizando las tecnologías mini mapper y mini block de Mettler Toledo. Primero, debemos programar el mini mapper para realizar el manejo de líquidos.
En segundo lugar, realizaremos el aislamiento del producto mediante filtración paralela. Y finalmente, llevaremos a cabo la caracterización utilizando técnicas de IR y NMR. Comencemos, pues.
El bloque mini es una herramienta fabricada por Metler Toledo que permite realizar reacciones en paralelo. Este bloque mini consta de una matriz de seis por ocho tubos con un filtro en la base. Estos tubos pueden contener aproximadamente 3,5 mililitros de disolvente.
Una válvula en la parte inferior del bloque mini se mantendrá cerrada durante la adición de los reactivos y luego se abrirá más adelante. Cuando esté listo para la etapa de filtración, variará tres parámetros para esta reacción y observará el efecto sobre el rendimiento del producto aislado. Primero, el exceso de uno o dos reactivos se variará a lo largo de cada fila.
Luego, el disolvente y la concentración variarán entre filas. Al planificar experimentos, es útil utilizar una hoja de cálculo en línea compartida, como Google Docs, que luego puede copiarse cómodamente al software mini mapper. Esta configuración permite una especie de colaboración colectiva en el diseño experimental, en la que personas de todo el mundo podrían planificar partes del experimento sin necesidad de saber cómo operar el dispensador de líquidos.
El primer paso consiste en pesar los tubos vacíos con una precisión de 0,1 miligramos. Luego, el bloque miniatura se sella, cierra y monta en la plataforma del manipulador de líquidos. En este experimento se utilizan cuatro botellas de reactivo y cuatro botellas de disolvente.
El manipulador de líquidos utiliza un brazo robótico equipado con una jeringa y puede transferir cualquier fuente a cualquier destino en el soporte mediante la bomba de jeringa. La configuración actual emplea una jeringa de 10 mililitros que puede dispensar con precisión un mínimo de 100 microlitros. Para conservar los reactivos, añada ya sea 100 o 120 microlitros de cada solución de reactivo preparada.
En metanol a una concentración de dos M, la reacción se lleva a cabo en cinco pasos. Primero, se añade el disolvente a cada tubo. Así es como se variará la concentración y la composición del disolvente.
Luego se añade la solución inmune a todos los tubos, seguida por el aldehído, el ácido y, por último, el nitrilo ISO. Esto tarda aproximadamente una hora en completarse. A continuación, se retira el bloque pequeño del manipulador de líquidos.
Puede observarse claramente que hay soluciones transparentes en cada tubo. Esto es importante porque debe asegurarse de que todos los reactivos sean solubles en todos los disolventes. Por lo general, se necesitan unos 30 minutos para que se forme el primer precipitado.
El bloque pequeño se monta en un agitador y se deja mezclar durante la noche. Después de aproximadamente 16 horas, se retira el bloque pequeño del agitador y se puede observar que la mayoría de los tubos tienen precipitado. Ahora, el bloque pequeño se monta en una base de recolección y se abre la válvula de todos los tubos de filtro simultáneamente.
Se aplica vacío y el precipitado se retiene en el filtro de cada tubo. Luego se cierra la válvula y se añade un mililitro de metanol a cada tubo. Utilizando una pipeta micrométrica, el mini bloque se coloca en el agitador durante 15 minutos.
Este paso de lavado se repite una vez más. Después del último lavado, se deja el vacío durante 30 minutos. Luego, los tubos se transfieren a un desecador bajo alto vacío durante una hora.
Después de que los tubos están secos, se pesan nuevamente y la cantidad de precipitado se determina restando el peso vacío. Desafortunadamente, existe suficiente variabilidad entre los tubos como para que cada uno deba pesarse vacío. Se analiza una muestra de cada sistema de disolvente mediante RMN para asegurar que todos los productos sean puros; se añaden 700 microlitros de cloroformo desacetilado a un tubo de reacción para disolver el precipitado.
A continuación, la solución se transfiere a un tubo de RMN, un equipo NMR Varian Unity de 500 megahercios. Se utiliza un instrumento Innova NMR para obtener un espectro de RMN de protones. Una vez que se ha iniciado sesión en el equipo, se inicia el software de RMN, se expulsa el estándar de referencia del instrumento, se coloca la muestra en el portamuestras y se inserta en el equipo.
A continuación, la muestra se bloquea, se ajusta el shim y se establecen los parámetros de giro para un protón. Se cargan las RMN y luego se obtiene un espectro en formato J Camp DX, que puede visualizarse en línea con un navegador estándar. Los espectros pueden alojarse en un servidor local o cargarse en ChemSpider, de modo que los investigadores que busquen esta molécula puedan utilizar los datos inmediatamente.
Para analizar más a fondo la muestra, se realiza espectroscopía IR utilizando un instrumento PerkinElmer FTIR Spectrum 1000. Se inicia sesión en el software. Se retira, se limpia y se frota la placa superior del A TR con una toallita de papel impregnada con jabón de etanol.
Se coloca un portaobjetos de vidrio limpio sobre el A TR y se atornilla, y se ajusta el medidor de fuerza a aproximadamente 90 unidades. Después de recopilar un espectro de fondo, se obtiene el espectro de la muestra y se procesa para una corrección de A TR. El espectro IR también se obtiene como un archivo J Camp DX para visualización en línea.
La gran diferencia entre realizar una reacción en un matraz de fondo redondo y llevarla a cabo en paralelo es que permite al químico orgánico formular nuevas preguntas y cuestionar supuestos de manera sistemática. Incorporar la manipulación automática de líquidos en este proceso libera al químico para dedicar más tiempo a pensar en el proyecto a un nivel general y menos en los detalles de cada ejecución experimental. Esperamos que este video les dé algunas ideas sobre sus propias reacciones.
Gracias por ver.
Descripción general
La reacción de Ugi es un método versátil para sintetizar bibliotecas diversas de compuestos mediante la combinación de una amina, un aldehído, un ácido carboxílico y una isonitrila. Este estudio demuestra la optimización de la reacción de Ugi utilizando tecnologías automatizadas de manipulación de líquidos.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Química
- Síntesis orgánica
- Manejo automático de líquidos
Antecedentes
- La reacción de Ugi permite la generación rápida de bibliotecas de compuestos.
- Se ha utilizado previamente en la síntesis de compuestos anti-maláricos.
- Este estudio se centra en la optimización de los parámetros de la reacción para mejorar los rendimientos.
- Los sistemas automatizados aumentan la eficiencia y la reproducibilidad en los experimentos químicos.
Objetivo del estudio
- Optimizar la reacción de Ugi utilizando las tecnologías MiniMapper y MiniBlock de Mettler-Toledo.
- Evaluar los efectos de la variación en las concentraciones de reactivos y en la composición de los disolventes.
- Mostrar los beneficios del manejo automatizado de líquidos en la síntesis orgánica.
Métodos Utilizados
- Utilización de un bloque miniatura de 48 posiciones de Mettler-Toledo para reacciones en paralelo.
- Manejo automatizado de líquidos con el MiniMapper de Mettler-Toledo.
- Filtración y aislamiento de productos mediante un sistema de vacío.
- Caracterización de productos mediante espectroscopía NMR e IR.
Resultados principales
- Síntesis exitosa de productos Ugi con rendimientos variables según el exceso de reactivos.
- Se observaron precipitados claros tras la finalización de la reacción.
- La caracterización confirmó la pureza de los compuestos sintetizados.
- El manejo automatizado redujo la manipulación manual y aumentó el rendimiento experimental.
Conclusiones
- El estudio destaca la eficiencia de los sistemas automatizados para optimizar las reacciones químicas.
- La variación de los parámetros de reacción afecta significativamente el rendimiento del producto.
- La manipulación automática de líquidos permite a los químicos centrarse en la planificación de proyectos de mayor nivel.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
La optimización de reacciones multicomponente mediante síntesis paralela y manipulación automatizada de líquidos permite una exploración rápida del espacio químico para la identificación de compuestos líderes. Este enfoque mejora la confianza predictiva en las primeras etapas del descubrimiento al evaluar sistemáticamente las relaciones entre reactivos, los efectos del disolvente y las variables de concentración. Los datos resultantes respaldan decisiones informadas de avance o interrupción en la generación de bibliotecas de compuestos y reducen los riesgos asociados a los esfuerzos de síntesis posteriores.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Permite investigar las condiciones de reacción para identificar las condiciones óptimas para la síntesis de bibliotecas, apoyando la comprobación de hipótesis en química medicinal.
- Valor operativo: Facilita la evaluación rápida de excesos de reactivo y combinaciones de disolventes para maximizar el rendimiento y la reproducibilidad.
Desarrollo de Pruebas y Cribado
- Valor científico: Genera datos cuantitativos de rendimiento en 48 condiciones paralelas, lo que permite el análisis estadístico de efectos de interacción sutiles.
- Valor operativo: Estandariza el aislamiento del producto mediante filtración y lavado en paralelo, mejorando la reproducibilidad entre réplicas.
Investigación Traductacional y Preclínica
- Valor científico: Confirma la pureza y la identidad del producto mediante la caracterización por RMN e IR, asegurando un material confiable para la evaluación posterior.
- Valor operativo: Proporciona una plataforma escalable para generar bibliotecas de compuestos que pueden utilizarse en cribados fenotípicos o ensayos basados en dianas.
Integración de la Línea de Procesamiento y Flujo de Trabajo
El método se integra en los flujos de trabajo de descubrimiento temprano al permitir la síntesis rápida y reproducible de compuestos diversos para campañas de cribado.
- Biología del Descubrimiento: Apoya la identificación de compuestos activos mediante la generación de bibliotecas químicas diversas a través de reacciones multicomponente optimizadas.
- Tamización: Proporciona compuestos listos para ensayos con pureza y rendimiento consistentes, posibilitando estudios fiables de relaciones estructura-actividad.
- Análisis: Ofrece mediciones cuantitativas del rendimiento y datos espectroscópicos para comparar condiciones de reacción y orientar la optimización.
- Investigación Traductiva: Garantiza la continuidad desde el descubrimiento hasta la etapa preclínica al producir compuestos bien caracterizados y adecuados para pruebas biológicas.
- Reutilización Empresarial: Establece una plataforma reutilizable para síntesis paralela que puede adaptarse a otras reacciones multicomponente en programas de química medicinal.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva en la optimización de reacciones mediante la variación sistemática de parámetros y pruebas replicadas.
- Valor operativo: Mejora el rendimiento y reduce el trabajo manual mediante el manejo automático de líquidos y el procesamiento paralelo.
- Valor estratégico: Mejora la eficiencia de los recursos al minimizar el consumo de reactivos y acelerar los tiempos de ciclo para la síntesis de bibliotecas.
- Impacto en la cartera: Permite la priorización basada en datos de rutas sintéticas según el rendimiento, la reproducibilidad y la escalabilidad.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en síntesis orgánica y sistemas automatizados de manipulación de líquidos.
- Necesita instrumentación capaz de dispensar reactivos con precisión y procesamiento paralelo (por ejemplo, un dispensador robótico de líquidos con bomba de jeringa).
- Exige la estandarización de protocolos entre equipos para garantizar la ejecución consistente de los pasos de adición de reactivos, mezclado, filtración y lavado.
- Incluye consideraciones de adaptación al transferir el protocolo a sistemas de disolventes o combinaciones de reactivos distintos de los probados.
- Comprende limitaciones prácticas, como la necesidad de pesar individualmente cada tubo para tener en cuenta la variabilidad y la dependencia de la formación de precipitado para el aislamiento.
