אופטימיזציה של התגובה אוגי באמצעות סינתזה במקביל וטיפול נוזלי אוטומטי
11 בנובמבר 2008
התגובה אוגי הוכיחה להיות דרך נוחה במהירות ליצור ספריות מגוונת של תרכובות. היא כוללת את תגובת אמין, אלדהיד, חומצה carboxylic ו isonitrile בדרך כלל מתנול בטמפרטורת החדר. בסרטון הזה, אנו מנצלים 48-חריץ Mettler-טולדו MiniBlock מצויד צינורות סינון מטפל Mettler-טולדו MiniMapper נוזלי אוטומטי היה בשימוש, כדי לספק את ריאגנטים ממס. הפרמטרים של עניין היו ריכוז, הרכב הממס ואת עודף של כמה חומרים כימיים.
תגובת ממשק המשתמש כוללת ערבוב של ארבעה רכיבים, אלדהיד ואמין, חומצה קרבוקסילית וניטריל ISO. זוהי תגובה נוחה ליצירת ספריות מגוונות ושימשה בעבר לסינתזה של תרכובות נגד מלריה. תגובת ה-UGI הספציפית שתוצג כאן כוללת את התגובה של Ole Amin aldehyde, B glycine ו-T butyl iso nitrile.
תגובה זו מייצרת תוצר ממשק משתמש כמשקע כאשר היא מופעלת בריכוז מולארי של 0.5 במתנול. שלום, אני ג'ין פלויד בראדלי. המעבדה שלי ממוקמת במחלקה לכימיה באוניברסיטת דרקסל.
היי, אני ד"ר בראדלי, סטודנט לתואר שני, חחח מזה. היום אנו מציגים אופטימיזציה של תגובת יוגי באמצעות טכנולוגיות המיני מיפוי והמיני בלוק של מטלר טולדו. ראשית, נתכנת את הממפה המיני לבצע טיפול בנוזלים.
שנית, נעשה את הבידוד של המוצר עם סינון מקביל. ולבסוף, נעשה את האפיון באמצעות טכניקות IR ו-NMR. אז בואו נתחיל.
המיני בלוק הוא כלי מתוצרת מטלר טולדו המאפשר לבצע תגובות במקביל. מיני בלוק זה מורכב ממערך של שישה על שמונה צינורות עם פילטר בבסיס. צינורות אלה יכולים להתמודד עם כ -3.5 מיליליטר ממס.
שסתום בתחתית בלוק המיני יישמר סגור במהלך הוספת ריאגנטים ואז ייפתח מאוחר יותר. כאשר אתה מוכן לשלב הסינון, תשנה שלושה פרמטרים לתגובה זו ותבחן את ההשפעה על התפוקה של המוצר המבודד. ראשון. העודף של ריאגנט אחד או שניים ישתנה בכל שורה.
ואז הממס והריכוז ישתנו בין השורות. בעת תכנון ניסויים, כדאי להשתמש בגיליון אלקטרוני מקוון משותף כמו Google Docs, אותו ניתן להעתיק בנוחות לתוכנת הממפה הקטנה. מערך זה מאפשר מיקור המונים מסוים של תכנון הניסוי שבו אנשים מרחבי העולם יכולים לתכנן חלקים מהניסוי מבלי לדעת כיצד להפעיל את המטפל בנוזלים.
השלב הראשון כולל שקילת הצינורות הריקים לדיוק של 0.1 מיליגרם. לאחר מכן, הבלוק המיני נאטם, נסגר ומותקן על סיפון המטפל בנוזלים. ישנם ארבעה בקבוקי ריאגנטים וארבעה בקבוקי ממס המשמשים בניסוי זה.
המטפל בנוזלים משתמש בזרוע רובוטית המצוידת במזרק ויכול להעביר כל מקור לכל יעד על המתלה באמצעות משאבת המזרק. ההגדרה הנוכחית משתמשת במזרק של 10 מיליליטר שיכול לספק במדויק מינימום של 100 מיקרוליטר. כדי לשמר ריאגנטים, הוסף 100 או 120 מיקרוליטר מכל תמיסת ריאגנט שהוכנה.
במתנול בריכוז של שתי טוחנות, התגובה מתבצעת בחמישה שלבים. ראשית, הממס מתווסף לכל צינור. כך תשנה את הריכוז ואת הרכב הממס.
לאחר מכן מוסיפים את התמיסה החיסונית לכל הצינורות ואחריהם האלדהיד, החומצה והניטריל ISO אחרון. השלמת הפעולה אורכת כשעה. לאחר מכן מסירים את בלוק המיני מהמטפל בנוזלים.
ניתן לראות בבירור שיש פתרונות ברורים בכל צינור. זה חשוב מכיוון שאתה רוצה לוודא שכל הריאגנטים מסיסים בכל הממיסים. בדרך כלל לוקח בערך 30 דקות עד שהמשקעים הראשונים נוצרים.
המיני בלוק מותקן על שייקר ומשאיר לערבב למשך הלילה. לאחר כ -16 שעות מוציאים את המיני בלוק מהשייקר, וניתן לראות שלרוב הצינורות יש משקעים. בלוק המיני מותקן כעת על בסיס איסוף, והשסתום נפתח לכל צינורות המסנן בבת אחת.
ואקום מוחל והמשקעים נתפסים על המסנן של כל צינור. לאחר מכן סוגרים את השסתום ומוסיפים מיליליטר אחד של מתנול לכל צינור. בעזרת מיקרו פיפטה, מניחים את המיני בלוק על השייקר למשך 15 דקות.
שלב כביסה זה חוזר על עצמו פעם נוספת. לאחר הכביסה האחרונה, הוואקום נותר דולק למשך 30 דקות. ואז הצינורות מועברים לייבוש בוואקום גבוה למשך שעה.
לאחר שהצינורות יבשים, הם שוב במשקל, וכמות המשקעים נקבעת על ידי הפחתת המשקל הריק. למרבה הצער, יש מספיק שונות בצינורות שיש לשקול כל אחד מהם ריק. דגימה מכל מערכת ממס מנותחת על ידי NMR כדי להבטיח שכל המוצרים טהורים, 700 מיקרוליטר של כלורופורם מופחת מתווספים לצינור תגובה כדי להמיס את המשקעים.
לאחר מכן התמיסה מועברת לשפופרת NMR, Varian Unity של 500 מגה-הרץ. מכשיר Innova NMR משמש להשגת ספקטרום NMR של פרוטונים. לאחר כניסת המכשיר, תוכנת ה-NMR מופעלת, תקן הייחוס במכשיר קופץ החוצה, והדגימה מונחת בספינר ומוכנסת למכשיר.
לאחר מכן הדגימה ננעלת, מנצנצת ומוגדרת לפרמטרי ספין עבור פרוטון. NMR נטענים, ולאחר מכן מתקבל ספקטרום כקובץ J Camp DX, אותו ניתן לצפות באינטרנט באמצעות דפדפן רגיל. ניתן לארח את הספקטרום בשרת מקומי או להעלות אותו ל-ChemSpider, כך שחוקרים המחפשים את המולקולה הזו יוכלו להשתמש בנתונים באופן מיידי.
כדי לנתח עוד יותר את הדגימה, ספקטרוסקופיה IR מבוצעת באמצעות מכשיר PerkinElmer FTIR Spectrum 1000. התוכנה מחוברת. הצלחת העליונה של ה- A TR מוסרת, מנגבת ומנקה בעזרת מגבון סבון אתנול.
מגלשת זכוכית נקייה מונחת על ה-A TR ומוברגת, ומד הכוח מותאם לכ-90 יחידות. לאחר איסוף ספקטרום רקע, ספקטרום הדגימה מתקבל ומעובד לתיקון A TR. ספקטרום ה-IR מתקבל גם כקובץ J Camp DX לצפייה מקוונת.
ההבדל הגדול בין הפעלת תגובה ובקבוק תחתון עגול לביצועה במקביל הוא שהוא מאפשר לכימאי האורגני לשאול שאלות חדשות ולאתגר הנחות בצורה שיטתית. הוספת טיפול אוטומטי בנוזלים למשוואה משחררת את הכימאי להקדיש יותר זמן למחשבה על הפרויקט ברמה גבוהה ופחות על הפרטים של כל ריצת ניסוי. אני מקווה שהסרטון הזה ייתן לך כמה רעיונות לגבי התגובות שלך.
תודה שצפית.
סקירה
תגובת ה-Ugi היא שיטה מגוונת לסינתזה של ספריות תרכובות שונות על ידי שילוב של אמין, אלדהיד, חומצה קרבוקסילית ואיזוניטריל. מחקר זה מדגים את האופטימיזציה של תגובת ה-Ugi באמצעות טכנולוגיות טיפול נוזלי אוטומטי.
רכיבי מחקר מרכזיים
תחום המדע
- כימיה
- סינתזה אורגנית
- טיפול נוזלי אוטומטי
רקע
- תגובת ה-Ugi מאפשרת יצירה מהירה של ספריות תרכובות.
- היא שימשה בעבר בסינתזה של תרכובות נגד מלריה.
- מחקר זה מתמקד באופטימיזציה של פרמטרי התגובה לתפוקות משופרות.
- מערכות אוטומטיות משפרות את היעילות והשחזור בניסויים כימיים.
מטרת המחקר
- לבצע אופטימיזציה של תגובת ה-Ugi באמצעות טכנולוגיות MiniMapper ו-MiniBlock של Mettler-Toledo.
- להעריך את ההשפעות של ריכוזי ריאגנטים והרכבי ממיסים משתנים.
- להדגים את היתרונות של טיפול נוזלי אוטומטי בסינתזה אורגנית.
שיטות ששימשו
- שימוש ב-Mettler-Toledo MiniBlock בעל 48 חריצים לתגובות מקבילות.
- טיפול נוזלי אוטומטי עם Mettler-Toledo MiniMapper.
- סינון ובידוד של תוצרים באמצעות מערכת ואקום.
- אפיון של תוצרים באמצעות ספקטרוסקופיית NMR ו-IR.
תוצאות עיקריות
- סינתזה מוצלחת של תוצרי Ugi עם תפוקות משתנות בהתבסס על עודף ריאגנטים.
- משקעים ברורים שנצפו לאחר השלמת התגובה.
- אפיון אישר את טוהר התרכובות שסונתזו.
- טיפול אוטומטי הפחית את העבודה הידנית והגדיל את תפוקת הניסויים.
מסקנות
- המחקר מדגיש את היעילות של מערכות אוטומטיות באופטימיזציה של תגובות כימיות.
- שינוי פרמטרי התגובה משפיע באופן משמעותי על תפוקת התוצר.
- טיפול נוזלי אוטומטי מאפשר לכימאים להתמקד בתכנון פרויקטים ברמה גבוהה יותר.
שאלות נפוצות
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.
