パラレル合成と自動液体ハンドリングを使用してUgi反応の最適化

UGI反応は、アルデヒド、アミン、カルボン酸、およびイソニトリルの4つの成分を混合させる反応です。この反応は多様なライブラリーを構築するのに便利な手法であり、過去には抗マラリア化合物の合成に使用されてきました。本稿で実演する特定のUGI反応では、オレイルアミン、アルデヒド、グリシン、およびt-ブチルイソニトリルの反応を用います。

この反応をメタノール中で0.5 molarの濃度で進行させると、UI生成物が沈殿として得られます。こんにちは、Jean Floyd Bradleyです。私の研究室はドレクセル大学の化学科にあります。

こんにちは。Bradley博士の大学院生、Haha Mezaです。本日は、Mettler Toledo社のMiniMapperおよびMiniBlock技術を用いたSuzuki反応の最適化についてご紹介します。まず、液体ハンドリングを行うためにMiniMapperをプログラミングします。

次に、並行ろ過による生成物の単離を行います。最後に、IRおよびNMR法を用いて特性評価を行います。それでは始めましょう。

ミニブロックは、Mettler Toledo社製のツールで、並行して反応を行うことができます。このミニブロックは、底面にフィルターを備えた6×8配列のチューブで構成されています。これらのチューブには、約3.5 millilitersの溶媒を扱うことができます。

ミニブロック底部にあるバルブは、試薬の添加中は閉じておき、後で開きます。ろ過ステップの準備ができたら、この反応における3つのパラメータを変化させ、単離した産物の収率への影響を調べます。まず、1つまたは2つの試薬の過剰量を各行で変化させます。

次に、行ごとに溶媒と濃度を変更します。実験を計画する際は、Googleドキュメントのような共有オンラインスプレッドシートを使用すると便利であり、その後、ミニマッパーソフトウェアに簡単にコピーすることができます。この構成により、リキッドハンドラーの操作方法を知らなくても、世界中の人々が実験の一部を計画できるという、実験デザインのクラウドソーシングが可能になります。

最初のステップでは、空のチューブを0.1 mgの精度で計量します。次に、ミニブロックを密閉して閉じ、リキッドハンドラーのデッキに装着します。この実験では、4本の試薬ボトルと4本の溶媒ボトルを使用します。

液体ハンドリングシステムは、シリンジを備えたロボットアームを使用しており、シリンジポンプを用いてラック上の任意のソースから任意の目的地まで分注することが可能です。現在の設定では10 mLのシリンジを使用しており、最小100 µLまで正確に分注できます。試薬を節約するため、調製した各試薬溶液を100 µLまたは120 µL添加してください。

2 Mのメタノールにおいて、反応は5つのステップで実施されます。まず、各チューブに溶媒を加えます。これにより、濃度と溶媒組成を変化させます。

次に、すべてのチューブに免疫溶液を添加し、続いてアルデヒド、酸、そして最後にイソニトリルを添加します。この工程の完了まで約1時間かかります。その後、液体ハンドラーからミニブロックを取り出します。

各チューブの中の溶液が透明であることが分かります。すべての試薬がすべての溶媒に可溶であることを確認する必要があるため、これは重要です。通常、最初の沈殿が形成されるまでに約30分かかります。

ミニブロックをシェーカーに取り付け、一晩混合させます。約16時間後、ミニブロックをシェーカーから取り出すと、ほとんどのチューブに沈殿物があることが確認できます。次に、ミニブロックを回収ベースに取り付け、すべてのフィルターチューブのバルブを一斉に開きます。

真空を適用し、各チューブのフィルターで沈殿物を回収します。次にバルブを閉じ、すべてのチューブに1 mLのメタノールを加えます。マイクロピペットを用いて、ミニブロックをシェーカーにセットし、15分間振とうします。

この洗浄工程をさらにもう1回繰り返します。最後の洗浄後、真空状態を30分間維持します。その後、チューブを高真空のデシケーターに移し、1時間静置します。

チューブが乾燥した後、再度重量を測定し、空重量を差し引くことで沈殿量を決定します。残念ながら、チューブには個体差があるため、それぞれ空重量を測定する必要があります。各溶媒系からのサンプルをNMRで分析し、すべての生成物が純粋であることを確認します。沈殿を溶解させるため、700 µLの重水素化クロロホルムを反応チューブに加えます。

その後、溶液をNMRチューブに移します。プロトンNMRスペクトルを取得するために、500 megahertz Varian Unity Innova NMR装置を使用します。装置にログインした後、NMRソフトウェアを起動し、装置内のリファレンス標準試料を取り出し、サンプルをスピナーにセットして装置に挿入します。

その後、サンプルのロックとシム調整を行い、プロトンのスピンパラメータに設定します。NMRをロードし、標準的なブラウザでオンライン閲覧可能なJ Camp DXファイルとしてスペクトルを取得します。スペクトルはローカルサーバーにホストするか、ChemSpiderにアップロードすることで、この分子を研究している研究者がすぐにデータを利用できるようになります。

サンプルをさらに分析するために、PerkinElmer FTIR Spectrum 1000を用いてIR分光分析を行います。ソフトウェアにログインします。ATRのトッププレートを取り外し、エタノールを浸したソープキンワイプで拭いて洗浄します。

清潔なガラススライドをATR台の上に配置してネジで固定し、フォースゲージを約90ユニットに調整します。バックグラウンドスペクトルを収集した後、サンプルスペクトルを取得し、ATR補正処理を行います。また、オンラインで閲覧するために、IRスペクトルをJ Camp DXファイルとして取得します。

単一の丸底フラスコで反応を行うのと、並列的に行うのとでの大きな違いは、有機化学者が新しい問いを立て、体系的な方法で仮説を検証できる点にあります。さらに自動液体分注を導入することで、化学者は個々の実験操作の詳細に費やす時間を減らし、プロジェクトをより俯瞰的な視点で考察することに時間を割けるようになります。このビデオが、皆様自身の反応系へのアイデアに繋がれば幸いです。

ご視聴ありがとうございました。