Nowatorska i prosta odmiana metody wstrząsania kolbą została opracowana do dokładnego pomiaru lipofilowości związków fluorowanych za pomocą spektroskopii 19F NMR.
Artykuł metodologiczny
Nowatorska i prosta odmiana metody wstrząsania kolbą została opracowana do dokładnego pomiaru lipofilowości związków fluorowanych za pomocą spektroskopii 19F NMR.
Fluorowanie stało się skutecznym narzędziem do optymalizacji właściwości fizykochemicznych związków bioaktywnych. Jednym z zastosowań wprowadzenia fluoru jest modulowanie lipofilowości związku. W naszej grupie interesuje nas badanie wpływu fluoracji na lipofilowość alifatycznych fluorohydryn i fluorowanych węglowodanów. Nie są one aktywne w promieniowaniu UV, co powoduje trudne określenie lipofilowości. W tym miejscu przedstawiamy prostą metodę pomiaru lipofilowości związków fluorowanych metodą spektroskopii 19F NMR. Ta metoda nie wymaga aktywności UV. Nie jest również wymagane mierzenie dokładnej masy substancji rozpuszczonej, rozpuszczalnika i podwielokrotnej objętości. Za pomocą tej metody zmierzyliśmy lipofilowość dużej liczby fluorowanych alkanoli i węglowodanów.
Lipofilowość to kluczowy parametr fizykochemiczny cząsteczek leku, który wpływa na właściwości kandydatów na leki w wielu aspektach, w tym rozpuszczalności leku, biodostępności i toksyczności1. Lipofilowość mierzy się jako logarytm (logP) stosunku stężeń związków po rozdzieleniu między n-oktanolem a wodą. Optymalne zakresy lipofilowości zostały zaproponowane na podstawie danych statystycznych leków podawanych doustnie, z których najsłynniejszym przykładem jest "reguła 5" Lipińskiego2,3. Rzeczywiście, kontrolowanie lipofilowości okazało się niezbędne dla poprawy perspektyw kandydatów na leki. Zwiększenie powinowactwa wiązania leków poprzez podwyższoną lipofilowość zostało zidentyfikowane jako jeden z głównych problemów w projektach odkrywania leków w ciągu ostatnich kilku dekad, prowadząc do zwiększonych wskaźników wyczerpania3. W związku z tym zasugerowano, że pomyślne opracowanie leku wiąże się z utrzymaniem lipofilowości molekularnej kandydatów na leki w optymalnych granicach podczas procesu optymalizacji powinowactwa3,4. W związku z tym wprowadzono nowe koncepcje (takie jak wskaźniki efektywności lipofilowej)5,6.
Dlatego bardzo ważne jest dokładne zmierzenie lipofilowości podczas procesu opracowywania leku. Poza tym istnieje zapotrzebowanie na dostępność prostych metod pomiaru lipofilowości, ponieważ badania podstawowe mają na celu zidentyfikowanie rozwiązań dla modulacji logarytmuP. Obecnie dostępnych jest wiele uznanych metod oznaczania lipofilowości1. Standardowa metoda 'shake-flask (SF)'7i jej odmiany są powszechnie stosowane do bezpośredniego pomiaru wartości logarytmuP, które w większości przypadków zależą od spektroskopii UV-Vis w celu określenia ilościowego. Główną wadą tej klasycznej metody SF jest jej pracochłonny charakter. Ponadto może dojść do tworzenia emulsji, szczególnie w przypadku związków silnie lipofilowych8,9. Opracowano kilka metod obejścia takich problemów, takich jak analiza wtrysku przepływowego, rurki do dializy itp. 9,10. Jednak żadna z tych metod nie jest prosta ani łatwa do zastosowania w niewyspecjalizowanych laboratoriach.
Istnieje również wiele metod pośrednich dostępnych do użycia, takich jak miareczkowanie potencjometryczne11, metody elektroforetyczne12,13, metody chromatograficzne oparte na RP-HPLC, metody oparte na spektrometrii mas14, itd. Są to metody pośrednie, ponieważ wartości logarytmuP uzyskuje się za pomocą krzywych kalibracyjnych. Wśród tych metod metoda RP-HPLC jest szeroko stosowana, ponieważ jest przyjazna dla użytkownika i oszczędza czas. Niemniej jednak jego dokładność zależy od zestawu treningowego użytego do wyznaczenia krzywej kalibracyjnej, a szacowana lipofilowość zależy od zastosowanego systemu partycji13,15.
W literaturze opisano wiele metod określania lipofilowości opartych na 1 H NMR. Mo i wsp. opracowali metodę pomiaru logarytmuP przy użyciu 1H NMR bez deuterowanych rozpuszczalników. Woda i oktanol, jako rozpuszczalniki podziału podziału, zostały użyte jako odniesienia do ilościowego określenia stężenia substancji rozpuszczonej w każdej fazie16. Herth i współpracownicy opisali również podejście, w którym eksperyment z podziałem przeprowadzono bezpośrednio w probówce NMR, gdzie dane NMR dolnej warstwy wodnej D2O zostały zebrane przed i po ekstrakcji 1-oktanolem, aby uzyskać współczynnik dystrybucji17. Ponadto Soulsby i in. wykorzystali 1H NMR jako narzędzie analityczne, określając amplitudę sygnałów za pomocą oprogramowania do pełnej redukcji do tabeli amplitudy i częstotliwości. Stosunek amplitud w obu warstwach doprowadził do zmierzonego współczynnika podziału18. Metody te są stosunkowo proste w użyciu, ale często wymagają kalibracji selektywnych impulsów i poziomów mocy lub użycia kształtowych impulsów gradientowych w celu zapewnienia odpowiedniego tłumienia rozpuszczalnika i selektywności sygnału.
Obliczone wartości logarytmuP (zatkaniaP) dla związków mogą być również uzyskane. Dostępnych jest kilka metod obliczeniowych i dostępne na rynku oprogramowanie. Takie zatkane wartościP są powszechnie stosowane w przemyśle farmaceutycznym przy ocenie dużej liczby cząsteczek leków. Jednak duże błędy wynikające z zatkanych wartościP nie są rzadkością19,20.
Wymagania dotyczące aktywności UV do analizy stężenia i ustanowienie krzywych kalibracyjnych do obliczania logarytmuP hamują postęp badań w tej dziedzinie. Dotyczy to w szczególności związków alifatycznych nieaktywnych w promieniowaniu UV. Fluorowane ugrupowania alifatyczne stają się w ostatnich latach coraz bardziej atrakcyjne dla projektowania leków, a ich wpływ na ogólną lipofilowość związku jest tematem badawczym w naszej grupie21. Ponadto 19F jest bardzo czułym jądrem aktywnym NMR, co sprawia, że 19F NMR jest użytecznym narzędziem do analizy związków fluorowanych. Ma również większy zakres przesunięcia chemicznego w porównaniu do 1H. Dlatego warto opracować prostą metodę oznaczania logarytmuP nieaktywnych w promieniowaniu UV związków fluorowanych metodą spektroskopii 19F NMR. W związku z tym ogólnym celem tej metody jest uzyskanie wygodnego oznaczania lipofilowości związków fluorowanych.
Kluczową zasadą naszej metody opartej na 19F NMR jest dodanie fluorowanego związku referencyjnego w eksperymencie partycji (Rysunek 1)21. Związek X i związek odniesienia (ref) są podzielone między wodę i n-oktanol. Po zrównoważeniu podwielokrotność z każdej fazy jest pobierana do probówki NMR i przeprowadza się 19eksperymentów F NMR na obu próbkach NMR. Intensywność pików fluoru jest proporcjonalna do stężenia związku (C) i liczby atomów fluoru (n) w związkach. Pomiędzy związkiem X i ref można uzyskać stosunki całkowe dla obu faz. Stosunek w warstwie n-oktanolu definiuje się jako ρokt, a ρaq dla warstwy wody (równanie 1). Stosunek wartości ρ jest równy stosunkowi współczynników podziału (P) związku X i ref (równanie 2). Prowadzi to do końcowego równania (równanie 4) dla pomiaru logarytmuP związku X. Dlatego, aby określić wartość logarytmuP nieznanego związku X, za pomocą 19F NMR należy zmierzyć tylko współczynniki całkowania (ρoct i ρaq) w obu warstwach.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Partycjonowanie
2. Przygotowanie próbki NMR
3. Eksperymenty NMR
4. Przetwarzanie danych
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dwa zestawy danych jako eksperymenty kontrolne są pokazane w Rysunek 221. Używając 2,2,2-trifluoroetanolu jako związku odniesienia, wartości logarytmuP uzyskano dla 2-fluoroetanolu i 3,3,3,2,2-pentafluoropropanolu odpowiednio jako -0,75 i +1,20 (Rysunek 2A). Następnie ponownie oznaczono lipofilowość 2-fluoroetanolu, ale z 3,3,3,2,2-pentafluoropropanolem jako odniesieniem (przy użyciu jego poprzedniej eksper...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Opisany w pracy protokół jest prostą metodą pomiaru logarytmuP związków fluorowanych. Metodę tę stosuje się do związków fluorowanych o wartości logarytmuP od -3 do 3. W przypadku bardziej hydrofilowych (logP < -3) lub lipofilowych (logP > 3) metoda ta może być nadal stosowana, ale będzie wymagała znacznie dłuższego czasu eksperymentu NMR, ponieważ do uzyskania dobrego stosunku sygnału do szumu potrzebna jest zwiększona liczba stanów nieustalonych. W związku z tym jest to ograniczenie m...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
To badanie jest finansowane w ramach grantów EPSRC EP/K016938/1 i EP/P019943/1 (ZW, HRF) oraz nagrody EPSRC/AstraZeneca CASE (BFJ). Dziękujemy Uniwersytetowi w Southampton za dodatkowe wsparcie. Podziękowania należą się również EPSRC za przyznanie EP/K039466/1 dotacji na zapewnianie podstawowych zdolności.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| NMR (400 MHz) z sondą Bruker 5 mm SEF | Bruker | n/a | AVIIIHD400 |
| NMR (400 MHz) z sondą Bruker 5 mm SMART | Reaktor Bruker | n/a | |
| DrySyn Recyrkulacyjny | Asynt | ADS13-S | |
| Asynt | n/a | model:Grant-LTC2 | |
| mieszadło magnetyczne | Asynt | ADS-HP-NT | |
| Oprogramowanie procesora ACD/NMR | ACD/Labs | n/a | ACD/NMR w wersji akademickiej lub procesor ACD/Spectrus 2015 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie