Ottimizzazione della reazione Ugi Con Sintesi parallela e automatica Gestione liquidi
11 novembre 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 di UI prevede la miscelazione di quattro componenti: un'aldeide e un'ammina, un acido carbossilico e un nitrile ISO. Si tratta di una reazione comoda per generare librerie diverse ed è stata utilizzata in passato per sintetizzare composti anti-malarici. La particolare reazione UGI che verrà qui dimostrata coinvolge la reazione dell'aldeide Ole Amin, della glicina B e del nitrile T butile.
Questa reazione produce un prodotto UI come precipitato quando viene eseguita a una concentrazione di 0,5 moli in metanolo. Ciao, sono Jean Floyd Bradley. Il mio laboratorio si trova nel dipartimento di chimica della Drexel University.
Ciao, sono Meza, studentessa laureata del dottor Bradley. Oggi presentiamo l'ottimizzazione di una reazione yugi mediante l'uso delle tecnologie mini mapper e mini block di Mettler Toledo. Per prima cosa, dovremo programmare il mini mapper per eseguire la manipolazione dei liquidi.
In secondo luogo, eseguiremo l'isolamento del prodotto mediante filtrazione parallela. Infine, procederemo alla caratterizzazione utilizzando le tecniche IR e NMR. Cominciamo dunque.
Il mini blocco è uno strumento prodotto da Metler Toledo che consente di eseguire reazioni in parallelo. Questo mini blocco è costituito da un reticolo di tubi disposti in una matrice sei per otto, con un filtro alla base. Questi tubi possono contenere circa 3,5 millilitri di solvente.
Una valvola nella parte inferiore del mini blocco verrà mantenuta chiusa durante l'aggiunta dei reagenti e successivamente aperta. Quando si sarà pronti per la fase di filtrazione, si modificheranno tre parametri per questa reazione e si osserverà l'effetto sul rendimento del prodotto isolato. Primo. L'eccesso di uno o due reagenti verrà variato lungo ciascuna riga.
Successivamente, il solvente e la concentrazione verranno variati tra le righe. Quando si pianificano esperimenti, è utile utilizzare un foglio di calcolo condiviso online come Google Docs, che potrà poi essere comodamente copiato nel software del mini mapper. Questa configurazione permette una sorta di progettazione collaborativa dell'esperimento, in cui persone da tutto il mondo possono pianificare parti dell'esperimento senza dover sapere come utilizzare il distributore automatico di liquidi.
Il primo passaggio prevede la pesatura delle provette vuote con un'accuratezza di 0,1 milligrammi. Il mini blocco viene quindi sigillato, chiuso e montato sulla piattaforma del manipolatore di liquidi. In questo esperimento vengono utilizzate quattro bottiglie di reagenti e quattro bottiglie di solventi.
Il manipolatore di liquidi utilizza un braccio robotico dotato di una siringa e può erogare qualsiasi fonte in qualsiasi destinazione sulla piastra utilizzando la pompa per siringa. La configurazione attuale impiega una siringa da 10 millilitri che può erogare con precisione un minimo di 100 microlitri. Per conservare i reagenti, aggiungere 100 o 120 microlitri di ciascuna soluzione di reagente preparata.
In metanolo a concentrazione due molare, la reazione viene eseguita in cinque passaggi. Per prima cosa, il solvente viene aggiunto a ogni provetta. In questo modo si varierà la concentrazione e la composizione del solvente.
Quindi la soluzione immunitaria viene aggiunta a tutti i tubi, seguita dall'aldeide, dall'acido e infine dal nitrile ISO. Questa procedura richiede circa un'ora per essere completata. Il mini blocco viene quindi rimosso dal manipolatore di liquidi.
È possibile osservare chiaramente che in ogni provetta è presente una soluzione limpida. Questo è importante perché è necessario assicurarsi che tutti i reagenti siano solubili in tutti i solventi. Di solito occorrono circa 30 minuti perché si formi il primo precipitato.
Il blocco mini viene montato su un agitatore e lasciato mescolare per tutta la notte. Dopo circa 16 ore, il blocco mini viene rimosso dall'agitatore e si può osservare che nella maggior parte delle provette è presente un precipitato. Il blocco mini viene ora montato su una base di raccolta e la valvola viene aperta contemporaneamente per tutte le provette filtranti.
Si applica il vuoto e il precipitato viene trattenuto sul filtro di ogni provetta. Quindi si chiude la valvola e si aggiunge un millilitro di metanolo in ogni provetta. Utilizzando una pipetta microlitrica, il mini blocco viene posto sullo shaker per 15 minuti.
Questo passaggio di lavaggio viene ripetuto ancora una volta. Dopo l'ultimo lavaggio, il vuoto viene mantenuto per 30 minuti. Successivamente, i tubi vengono trasferiti in un essiccatore sotto alto vuoto per un'ora.
Dopo che i tubi sono asciutti, vengono pesati nuovamente e la quantità di precipitato viene determinata sottraendo il peso del tubo vuoto. Sfortunatamente, vi è una variabilità sufficiente tra i tubi da richiedere che ciascuno venga pesato vuoto. Un campione di ciascun sistema solvente viene analizzato mediante NMR per assicurare che tutti i prodotti siano puri; 700 microlitri di cloroformio depronato vengono aggiunti a un tubo da reazione per sciogliere il precipitato.
La soluzione viene quindi trasferita in un tubo per NMR, un apparecchio NMR Varian Unity da 500 megahertz. Si utilizza lo strumento NMR Innova per ottenere uno spettro di NMR a protone. Dopo aver effettuato l'accesso allo strumento, si avvia il software per NMR, si espelle lo standard di riferimento presente nello strumento e si posiziona il campione nello spinner, inserendolo poi nello strumento.
Il campione viene quindi bloccato, shimato e impostato con i parametri di rotazione per una risonanza magnetica nucleare del protone. Vengono caricati i dati NMR e successivamente si ottiene uno spettro in formato J Camp DX, visualizzabile online mediante un browser standard. Gli spettri possono essere ospitati su un server locale oppure caricati su ChemSpider, in modo che i ricercatori alla ricerca di questa molecola possano utilizzare immediatamente i dati.
Per analizzare ulteriormente il campione, viene eseguita la spettroscopia IR utilizzando uno strumento PerkinElmer FTIR Spectrum 1000. Viene effettuato l'accesso al software. La piastra superiore dell'A TR viene rimossa, asciugata e pulita con un fazzoletto imbevuto di sapone alcolico etilico.
Un vetrino di vetro pulito viene posizionato su un A TR e fissato con una vite, quindi la regolazione del misuratore di forza viene impostata a circa 90 unità. Dopo aver acquisito uno spettro di riferimento, viene ottenuto lo spettro del campione e processato con una correzione A TR. Lo spettro IR viene inoltre acquisito come file J Camp DX per la visualizzazione online.
La grande differenza tra l'eseguire una reazione in un pallone a fondo rotondo e il condurla in parallelo consiste nel fatto che consente al chimico organico di porre nuove domande e mettere alla prova le ipotesi in modo sistematico. L'aggiunta di un sistema automatizzato di gestione dei liquidi libera il chimico, permettendogli di dedicare più tempo a riflettere sul progetto a un livello superiore e meno ai dettagli di ogni singola esecuzione sperimentale. Speriamo che questo video possa fornirvi alcune idee per le vostre reazioni.
Grazie per aver guardato.
Panoramica
La reazione di Ugi è un metodo versatile per sintetizzare librerie di composti diversificati combinando un'ammina, un'aldeide, un acido carbossilico e un isonitrile. Questo studio illustra l'ottimizzazione della reazione di Ugi mediante l'uso di tecnologie automatizzate per la manipolazione dei liquidi.
Componenti Chiave dello Studio
Settore Scientifico
- Chimica
- Sintesi Organica
- Manipolazione Automatica dei Liquidi
Sfondo
- La reazione di Ugi permette la rapida generazione di librerie di composti.
- È stata precedentemente utilizzata nella sintesi di composti anti-malarici.
- Questo studio si concentra sull'ottimizzazione dei parametri della reazione per migliorare le rese.
- I sistemi automatizzati aumentano 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 della composizione dei solventi.
- Dimostrare i vantaggi del dosaggio automatico dei liquidi nella sintesi organica.
Metodi Utilizzati
- Utilizzo di un blocco MiniBlock a 48 alveoli di Mettler-Toledo per reazioni in parallelo.
- Manipolazione automatica dei liquidi con il MiniMapper di Mettler-Toledo.
- Filtrazione e isolamento dei prodotti mediante un sistema a vuoto.
- Caratterizzazione dei prodotti mediante spettroscopia NMR e IR.
Risultati principali
- Sintesi riuscita di prodotti Ugi con rese variabili in base all'eccesso di reagenti.
- Precipitati ben visibili osservati al termine 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'ottimizzare le reazioni chimiche.
- La variazione dei parametri di reazione influisce in modo significativo sul rendimento del prodotto.
- La manipolazione automatica dei liquidi consente ai chimici di concentrarsi sulla pianificazione di progetti a livello superiore.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
L'ottimizzazione di reazioni multicomponente mediante sintesi parallela e manipolazione automatica dei liquidi consente un'esplorazione rapida dello spazio chimico per l'identificazione di composti promettenti. Questo approccio aumenta la sicurezza predittiva nelle fasi iniziali della scoperta valutando sistematicamente i rapporti tra reagenti, gli effetti del solvente e le variabili di concentrazione. I dati risultanti supportano decisioni informate sul proseguimento o meno del progetto nella generazione di librerie di composti e riducono i rischi associati alle fasi successive di sintesi.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Bersaglio
- Valore scientifico: Permette l'analisi delle condizioni di reazione al fine di identificare le condizioni ottimali per la sintesi di librerie, supportando la verifica di ipotesi in chimica farmaceutica.
- Valore operativo: Consente uno screening rapido di eccessi di reagenti e combinazioni di solventi per massimizzare rese e riproducibilità.
Sviluppo di Screening e Saggi
- Valore scientifico: Genera dati quantitativi di resa in 48 condizioni parallele, consentendo l'analisi statistica di sottili effetti di interazione.
- Valore operativo: Standardizza l'isolamento del prodotto mediante filtrazione e lavaggio in parallelo, migliorando la riproducibilità tra le replicazioni.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Valore scientifico: Conferma la purezza e l'identità del prodotto mediante caratterizzazione NMR e IR, garantendo un materiale affidabile per successive valutazioni.
- Valore operativo: Fornisce una piattaforma scalabile per la generazione di librerie di composti utilizzabili in screening fenotipici o saggi basati su target.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il metodo si integra nei flussi di lavoro della fase iniziale di scoperta consentendo la sintesi rapida e riproducibile di composti diversificati per campagne di screening.
- Biologia della Scoperta: Supporta l'identificazione di composti promettenti generando librerie chimiche diversificate mediante reazioni multicomponente ottimizzate.
- Screening: Fornisce composti pronti per i saggi con purezza e rese costanti, consentendo studi affidabili sulle relazioni struttura-attività.
- Analisi: Offre misurazioni quantitative delle rese e dati spettroscopici per confrontare condizioni di reazione e guidare l'ottimizzazione.
- Ricerca Translazionale: Garantisce continuità dalla scoperta alla fase preclinica producendo composti ben caratterizzati e adatti ai test biologici.
- Riutilizzo Aziendale: Stabilisce una piattaforma riutilizzabile per la sintesi parallela, adattabile ad altre reazioni multicomponente nei programmi di chimica medicinale.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva nell'ottimizzazione delle reazioni attraverso la variazione sistematica dei parametri e test ripetuti.
- Valore operativo: Migliora la produttività e riduce il lavoro manuale grazie alla manipolazione automatica dei liquidi e al trattamento in parallelo.
- Valore strategico: Migliora l'efficienza delle risorse riducendo il consumo di reagenti e accelerando i tempi di ciclo per la sintesi di librerie.
- Impatto sul portafoglio: Permette una selezione basata sui dati dei percorsi sintetici in base a resa, riproducibilità e scalabilità.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze nella sintesi organica e nei sistemi automatizzati di gestione dei liquidi.
- Necessita di strumentazione in grado di erogare reagenti con precisione e di elaborare in parallelo (ad esempio, un manipolatore robotico di liquidi con pompa a siringa).
- Richiede la standardizzazione dei protocolli tra i diversi gruppi al fine di garantire un'esecuzione coerente dei passaggi di aggiunta dei reagenti, mescolamento, filtrazione e lavaggio.
- Comporta considerazioni di adattamento nel trasferire il protocollo a diversi sistemi di solvente o combinazioni di reagenti non testate.
- Comprende limitazioni pratiche, come la necessità di pesare singolarmente ogni provetta per tenere conto della variabilità e la dipendenza dalla formazione del precipitato per l'isolamento.
