Ottimizzazione della reazione Ugi Con Sintesi parallela e automatica Gestione liquidi
November 11th, 2008
La reazione di Ugi ha dimostrato di essere un modo conveniente per creare velocemente librerie di composti diversi. Coinvolge la reazione di un ammina, un'aldeide, un acido carbossilico e un isonitrile tipicamente in metanolo a temperatura ambiente. In questo video, utilizziamo un 48-slot per Mettler-Toledo MINIBLOCK dotato di tubi di filtraggio e di un Mettler-Toledo liquid handler MiniMapper automatizzato è stato utilizzato per fornire i reagenti e solventi. I parametri di interesse sono stati la concentrazione, la composizione del solvente e l'eccesso di alcuni dei reagenti.
La reazione UI comporta la miscelazione di quattro componenti, un'aldeide e un'ammina, un acido carbossilico e un nitrile ISO. È una reazione conveniente per generare librerie diverse ed è stata utilizzata in passato per sintetizzare composti antimalarici. La particolare reazione UGI che verrà dimostrata qui coinvolge la reazione dell'aldeide Ole Amin, della glicina B e dell'isonitrile T butile.
Questa reazione produce un prodotto UI come precipitato quando viene eseguito a una concentrazione molare di 0,5 in metanolo. Ciao, sono Jean Floyd Bradley. Il mio laboratorio si trova nel dipartimento di chimica della Drexel University.
Ciao, sono il Dr.Bradley, studente laureato, haha Meza. Oggi presentiamo l'ottimizzazione di una reazione yugi utilizzando le tecnologie Mini Mapper e Mini Block di METTLER TOLEDO. Per prima cosa, programmeremo il mini mappatore per la manipolazione dei liquidi.
In secondo luogo, eseguiremo l'isolamento del prodotto con filtrazione parallela. E infine, faremo la caratterizzazione utilizzando tecniche IR e NMR. Quindi iniziamo.
Il mini blocco è uno strumento realizzato da Metler Toledo che consente di eseguire reazioni in parallelo. Questo mini blocco è costituito da una serie di tubi sei per otto con un filtro alla base. Questi tubi possono gestire circa 3,5 millilitri di solvente.
Una valvola nella parte inferiore del mini blocco verrà mantenuta chiusa durante l'aggiunta dei reagenti e poi aperta in seguito. Quando si è pronti per la fase di filtrazione, si variano tre parametri per questa reazione e si osserva l'effetto sulla resa del prodotto isolato. Primo. L'eccesso di uno o due reagenti verrà variato su ogni fila.
Quindi il solvente e la concentrazione verranno variati tra le file. Quando si pianificano gli esperimenti, è utile utilizzare un foglio di calcolo online condiviso come Google Docs, che può quindi essere comodamente copiato nel software di mappatura mini. Questa configurazione consente un po' di crowdsourcing del progetto sperimentale in cui persone di tutto il mondo potrebbero pianificare parti dell'esperimento senza dover sapere come far funzionare il gestore di liquidi.
La prima fase consiste nel pesare le provette vuote con una precisione di 0,1 milligrammi. Il mini blocco viene quindi sigillato, chiuso e montato sul ponte di movimentazione dei liquidi. Ci sono quattro flaconi di reagenti e quattro flaconi di solvente utilizzati in questo esperimento.
Il manipolatore di liquidi utilizza un braccio robotico dotato di siringa e può erogare qualsiasi sorgente a qualsiasi destinazione sul rack utilizzando la pompa a siringa. La configurazione attuale utilizza una siringa da 10 millilitri in grado di erogare con precisione un minimo di 100 microlitri. Per conservare i reagenti, aggiungere 100 o 120 microlitri di ciascuna soluzione di reagente preparata.
Nel metanolo a due concentrazioni molari, la reazione viene eseguita in cinque fasi. Innanzitutto, il solvente viene aggiunto a ciascun tubo. In questo modo si varia la concentrazione e la composizione del solvente.
Quindi la soluzione immunitaria viene aggiunta a tutte le provette seguita dall'aldeide, dall'acido e dall'ultimo nitrile ISO. Il completamento dell'operazione richiede circa un'ora. Il mini blocco viene quindi rimosso dal gestore del liquido.
Si può vedere chiaramente che ci sono soluzioni chiare in ogni tubo. Questo è importante perché si vuole essere sicuri che tutti i reagenti siano solubili in tutti i solventi. Di solito ci vogliono circa 30 minuti perché si formi il primo precipitato.
Il mini blocco viene montato su uno shaker e lasciato mescolare per una notte. Dopo circa 16 ore, il mini blocco viene rimosso dall'agitatore e si può vedere che la maggior parte dei tubi ha precipitato. Il mini blocco è ora montato su una base di raccolta e la valvola viene aperta per tutti i tubi del filtro contemporaneamente.
Viene applicato il vuoto e il precipitato viene catturato sul filtro di ciascun tubo. La valvola viene quindi chiusa e un millilitro di metanolo viene aggiunto a ogni tubo. Utilizzando una micro pipetta, il mini blocco viene messo sullo shaker per 15 minuti.
Questa fase di lavaggio viene ripetuta ancora una volta. Dopo l'ultimo lavaggio, l'aspirapolvere viene lasciato acceso per 30 minuti. Quindi le provette vengono trasferite in un essiccante sotto vuoto per un'ora.
Dopo che le provette sono asciutte, vengono nuovamente pesate e la quantità di precipitato viene determinata sottraendo il peso a vuoto. Sfortunatamente, c'è abbastanza variabilità nelle provette che ognuna di esse deve essere pesata vuota. Un campione di ciascun sistema solvente viene analizzato mediante NMR per garantire che tutti i prodotti siano puri: 700 microlitri di cloroformio declassato vengono aggiunti a una provetta di reazione per sciogliere il precipitato.
La soluzione viene quindi trasferita su un tubo NMR, un Varian Unity da 500 megahertz. Lo strumento Innova NMR viene utilizzato per ottenere uno spettro NMR protonico. Una volta effettuato l'accesso allo strumento, viene avviato il software NMR, viene estratto lo standard di riferimento nello strumento e il campione viene posizionato nello spinner e inserito nello strumento.
Il campione viene quindi bloccato, spessorato e impostato sui parametri di spin per un protone. NMR vengono caricati e viene quindi ottenuto uno spettro come file J Camp DX, che può essere visualizzato online con un browser standard. Gli spettri possono essere ospitati su un server locale o caricati su ChemSpider, in modo che i ricercatori alla ricerca di questa molecola saranno in grado di utilizzare i dati immediatamente.
Per analizzare ulteriormente il campione, la spettroscopia IR viene eseguita utilizzando uno strumento PerkinElmer FTIR Spectrum 1000. Il software ha effettuato l'accesso. La piastra superiore dell'A TR viene rimossa, strofinata e pulita con una salvietta per sapone all'etanolo.
Un vetrino pulito viene posizionato sull'A TR e avvitato, e il dinamometro viene regolato a circa 90 unità. Dopo aver raccolto uno spettro di fondo, lo spettro del campione viene ottenuto ed elaborato per una correzione A TR. Lo spettro IR è ottenuto anche come file J Camp DX per la visualizzazione online.
La grande differenza tra l'esecuzione di una reazione e di un pallone a fondo tondo e l'esecuzione in parallelo è che consente al chimico organico di porre nuove domande e sfidare le ipotesi in modo sistematico. L'aggiunta della gestione automatizzata dei liquidi all'equazione consente al chimico di dedicare più tempo a pensare al progetto ad alto livello e meno ai dettagli di ogni esecuzione sperimentale. Speriamo che questo video ti dia qualche idea sulle tue reazioni.
Grazie per l'attenzione.
Panoramica
La reazione di Ugi è un metodo versatile per sintetizzare diverse biblioteche di composti combinando un'ammina, un'aldeide, un acido carbossilico e un isonitrile. Questo studio dimostra l'ottimizzazione della reazione di Ugi utilizzando tecnologie automatizzate di manipolazione dei liquidi.
Componenti chiave dello studio
Area della scienza
- Chimica
- Sintesi organica
- Manipolazione automatizzata dei liquidi
Sfondo
- La reazione di Ugi permette la rapida generazione di biblioteche di composti.
- È stata precedentemente utilizzata nella sintesi di composti antimalarici.
- Questo studio si concentra sull'ottimizzazione dei parametri di reazione per ottenere rese migliori.
- I sistemi automatizzati migliorano l'efficienza e la riproducibilità negli esperimenti chimici.
Scopo dello studio
- Ottimizzare la reazione di Ugi utilizzando le tecnologie MiniMapper e MiniBlock di Mettler-Toledo.
- Valutare gli effetti della variazione delle concentrazioni dei reagenti e delle composizioni dei solventi.
- Dimostrare i benefici della manipolazione automatizzata dei liquidi nella sintesi organica.
Metodi utilizzati
- Utilizzo di un MiniBlock di Mettler-Toledo a 48 slot per reazioni parallele.
- Manipolazione automatizzata dei liquidi con il MiniMapper di Mettler-Toledo.
- Filtrazione e isolamento dei prodotti utilizzando un sistema a vuoto.
- Caratterizzazione dei prodotti tramite spettroscopia NMR e IR.
Principali risultati
- Sintesi con successo di prodotti Ugi con rese variabili basate sull'eccesso di reagenti.
- Precipitati chiari osservati dopo il completamento della reazione.
- La caratterizzazione ha confermato la purezza dei composti sintetizzati.
- La manipolazione automatizzata ha ridotto il lavoro manuale e aumentato la produttività sperimentale.
Conclusioni
- Lo studio evidenzia l'efficienza dei sistemi automatizzati nell'ottimizzazione delle reazioni chimiche.
- La variazione dei parametri di reazione influisce significativamente sulla resa del prodotto.
- La manipolazione automatizzata dei liquidi permette ai chimici di concentrarsi sulla pianificazione di progetti di livello superiore.
Domande frequenti
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.
