Optimisation de la réaction de Ugi utilisant la synthèse parallèle et automatisé de manipulation des liquides
11 novembre 2008
La réaction Ugi s'est révélée être un moyen pratique pour créer rapidement des bibliothèques de composés diversifiés. Elle implique la réaction d'une amine, un aldéhyde, un acide carboxylique et un isonitrile généralement dans le méthanol à température ambiante. Dans cette vidéo, nous utilisons un 48 slot Mettler-Toledo MiniBlock équipés de tubes de filtration et un gestionnaire de Mettler-Toledo MiniMapper liquide automatisé a été utilisé pour fournir les réactifs et les solvants. Les paramètres d'intérêt ont été la concentration, la composition du solvant et l'excès de certains des réactifs.
La réaction UI implique le mélange de quatre composants, un aldéhyde et une amine, un acide carboxylique et un nitrile ISO. Il s’agit d’une réaction commode pour générer diverses banques et a été utilisée dans le passé pour synthétiser des composés antipaludéens. La réaction UGI particulière qui sera démontrée ici implique la réaction de l’aldéhyde Ole Amin, de la B glycine et du T butyl iso nitrile.
Cette réaction produit un produit IU sous forme de précipité lorsqu’elle est exécutée à une concentration molaire de 0,5 dans le méthanol. Bonjour, je m’appelle Jean Floyd Bradley. Mon laboratoire est situé dans le département de chimie de l’Université Drexel.
Bonjour, je suis le Dr Bradley, étudiant diplômé, haha Meza. Aujourd’hui, nous présentons l’optimisation d’une réaction yugi à l’aide des technologies mini mapper et mini block de mettler toledo. Tout d’abord, nous allons programmer le mini mapper pour faire la manipulation des liquides.
Deuxièmement, nous ferons l’isolation du produit avec une filtration parallèle. Et enfin, nous ferons la caractérisation à l’aide des techniques IR et NMR. Alors commençons.
Le mini bloc est un outil fabriqué par Metler Toledo qui vous permet d’effectuer des réactions en parallèle. Ce mini bloc se compose d’un réseau de six par huit tubes avec un filtre à la base. Ces tubes peuvent gérer environ 3,5 millilitres de solvant.
Une vanne située au bas du mini bloc sera maintenue fermée pendant l’ajout de réactifs, puis ouverte ultérieurement. Lorsque vous êtes prêt pour l’étape de filtration, vous allez faire varier trois paramètres pour cette réaction et examiner l’effet sur le rendement du produit isolé. Premier. L’excédent d’un ou deux réactifs variera sur chaque rangée.
Ensuite, le solvant et la concentration varieront entre les rangées. Lors de la planification d’expériences, il est utile d’utiliser une feuille de calcul en ligne partagée comme Google Docs, qui peut ensuite être copiée facilement sur le logiciel de mini-mappage. Cette configuration permet une certaine externalisation ouverte de la conception de l’expérience où des personnes du monde entier pourraient planifier des parties de l’expérience sans avoir à savoir comment faire fonctionner le manipulateur de liquide.
La première étape consiste à peser les tubes vides avec une précision de 0,1 milligramme. Le mini-bloc est ensuite scellé, fermé et monté sur le pont du manipulateur de liquides. Quatre flacons de réactif et quatre flacons de solvant ont été utilisés dans cette expérience.
Le manipulateur de liquides utilise un bras robotique équipé d’une seringue et peut livrer n’importe quelle source à n’importe quelle destination sur le support à l’aide de la pompe à seringue. La configuration actuelle utilise une seringue de 10 millilitres qui peut délivrer avec précision un minimum de 100 microlitres. Pour conserver les réactifs, ajoutez 100 ou 120 microlitres de chaque solution de réactif préparée.
Dans le méthanol à deux molaires, la réaction s’effectue en cinq étapes. Tout d’abord, le solvant est ajouté à chaque tube. C’est ainsi que vous ferez varier la concentration et la composition du solvant.
Ensuite, la solution immunitaire est ajoutée à tous les tubes, suivie de l’aldéhyde, de l’acide et du nitrile ISO. Cela prend environ une heure. Le mini bloc est ensuite retiré du manipulateur de liquide.
Vous pouvez clairement voir qu’il y a des solutions claires dans chaque tube. Ceci est important car vous voulez vous assurer que tous les réactifs sont solubles dans tous les solvants. Il faut généralement environ 30 minutes pour que le premier précipité se forme.
Le mini bloc est monté sur un shaker et laissé à mélanger pendant la nuit. Après environ 16 heures, le mini bloc est retiré de l’agitateur et vous pouvez voir que la plupart des tubes ont du précipité. Le mini bloc est maintenant monté sur une base de collecte et la vanne est ouverte pour tous les tubes filtrants en même temps.
Le vide est appliqué et le précipité est capturé sur le filtre de chaque tube. La vanne est ensuite fermée et un millilitre de méthanol est ajouté à chaque tube. À l’aide d’une micro pipette, le mini bloc est placé sur l’agitateur pendant 15 minutes.
Cette étape de lavage est répétée une fois de plus. Après le dernier lavage, l’aspirateur est laissé allumé pendant 30 minutes. Ensuite, les tubes sont transférés dans un dessiccation sous vide poussé pendant une heure.
Une fois que les tubes sont secs, ils pèsent à nouveau et la quantité de précipité est déterminée en soustrayant le poids à vide. Malheureusement, il y a suffisamment de variabilité dans les tubes pour que chacun d’entre eux doive être pesé à vide. Un échantillon de chaque système de solvant est analysé par RMN pour s’assurer que tous les produits sont purs ; 700 microlitres de chloroforme déclassé sont ajoutés à un tube réactionnel pour dissoudre le précipité.
La solution est ensuite transférée dans un tube RMN, un Varian Unity de 500 mégahertz. L’instrument RMN Innova est utilisé pour obtenir un spectre RMN de protons. Une fois l’instrument connecté, le logiciel RMN est lancé, l’étalon de référence de l’instrument est sorti et l’échantillon est placé dans la toupie et inséré dans l’instrument.
L’échantillon est ensuite verrouillé, calé et réglé sur les paramètres de spin d’un proton. Les RMN sont chargées, et un spectre est ensuite obtenu sous la forme d’un fichier J Camp DX, qui peut être consulté en ligne avec un navigateur standard. Les spectres peuvent être hébergés sur un serveur local ou téléchargés sur ChemSpider, de sorte que les chercheurs à la recherche de cette molécule pourront utiliser les données immédiatement.
Pour analyser davantage l’échantillon, la spectroscopie IR est effectuée à l’aide d’un instrument PerkinElmer FTIR Spectrum 1000. Le logiciel est connecté. La plaque supérieure de l’A TR est retirée, essuyée et nettoyée avec une lingette à l’éthanol.
Une glissière en verre propre est placée sur l’A TR et vissée, et le dynamomètre est ajusté à environ 90 unités. Après avoir collecté un spectre de fond, le spectre de l’échantillon est obtenu et traité pour une correction A TR. Le spectre IR est également obtenu sous forme de fichier J Camp DX pour la visualisation en ligne.
La grande différence entre l’exécution d’une réaction et la réalisation d’une fiole à fond rond et sa réalisation en parallèle est qu’elle permet au chimiste organique de poser de nouvelles questions et de remettre en question les hypothèses de manière systématique. L’ajout de la manipulation automatisée des liquides dans l’équation permet au chimiste de passer plus de temps à réfléchir au projet à un niveau élevé et moins aux détails de chaque cycle expérimental. J’espère que cette vidéo vous donnera quelques idées sur vos propres réactions.
Merci d’avoir regardé.
Aperçu
La réaction d'Ugi est une méthode polyvalente pour synthétiser diverses bibliothèques de composés en combinant une amine, un aldéhyde, un acide carboxylique et un isonitrile. Cette étude démontre l'optimisation de la réaction d'Ugi en utilisant des technologies automatisées de manipulation de liquides.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Chimie
- Synthèse organique
- Manipulation automatisée de liquides
Contexte
- La réaction d'Ugi permet une génération rapide de bibliothèques de composés.
- Elle a été utilisée précédemment dans la synthèse de composés antipaludiques.
- Cette étude se concentre sur l'optimisation des paramètres de réaction pour de meilleurs rendements.
- Les systèmes automatisés améliorent l'efficacité et la reproductibilité des expériences chimiques.
Objectif de l'étude
- Optimiser la réaction d'Ugi en utilisant les technologies MiniMapper et MiniBlock de Mettler-Toledo.
- Évaluer les effets de la variation des concentrations de réactifs et des compositions de solvants.
- Démontrer les avantages de la manipulation automatisée de liquides en synthèse organique.
Méthodes utilisées
- Utilisation d'un MiniBlock de Mettler-Toledo à 48 emplacements pour des réactions parallèles.
- Manipulation automatisée de liquides avec le MiniMapper de Mettler-Toledo.
- Filtration et isolation des produits à l'aide d'un système sous vide.
- Caractérisation des produits par spectroscopie RMN et IR.
Résultats principaux
- Synthèse réussie des produits Ugi avec des rendements variables selon l'excès de réactifs.
- Précipités clairs observés après la fin de la réaction.
- La caractérisation a confirmé la pureté des composés synthétisés.
- La manipulation automatisée a réduit le travail manuel et augmenté le débit expérimental.
Conclusions
- L'étude souligne l'efficacité des systèmes automatisés dans l'optimisation des réactions chimiques.
- La variation des paramètres de réaction a un impact significatif sur le rendement du produit.
- La manipulation automatisée de liquides permet aux chimistes de se concentrer sur la planification des projets à un niveau supérieur.
Questions fréquemment posées
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.
