Характеристика Льюис пары использованиетия титрации в сочетании с In Situ инфракрасной спектроскопии
20 февраля 2020 г.
Здесь мы представляем метод наблюдения взаимодействия раствора между кислотами И баз Льюиса, используя инфракрасную спектроскопию на месте в качестве детектора для титрования в синтетически соответствующих условиях. Изучая взаимодействия растворов, этот метод представляет собой дополнение к рентгеновской кристаллографии и является альтернативой спектроскопии ЯМР.
Этот метод зондирует взаимодействие раствора между кислотами Льюиса и карбонилами в синтетических условиях. Этот метод может быть применен для механистического понимания карбонил-ориентированных реакций. Мы можем наблюдать Льюис кислоты карбонил комплексов в режиме реального времени в условиях реакции, что позволяет для наблюдения за поведением субстратов и продуктов с катализатором.
Этот метод дает представление о фундаментальных взаимодействиях молекул, предоставляя синтетическому химику необходимую информацию для разработки высокоудоходных процедур. Эта система может быть применена к любому взаимодействию решений, что приводит к изменению равновесия, которое может быть обнаружено в инфракрасном спектре. Для начала откройте программное обеспечение для сбора данных, нажмите инструмент, под вкладкой настройки, нажмите соберите фон, нажмите продолжить, установить сканирование до 256 и нажмите OK, чтобы собрать фон.
Затем, в программном обеспечении для сбора данных, нажмите файл, нажмите новый, нажмите быстрый старт. Установите продолжительность до 15 минут и интервал выборки до 15 секунд. Нажмите создать для создания эксперимента.
Положите высушенную пламенем 25-миллиметровую двухголовую колбу с круглым дном, заряженную баром для перемешивания, в барную коробку. Под инертную атмосферу добавьте 324 миллиграмма трихлорида железа. Крышка шеи колбы с резиновой септой и взять колбу из бардачка.
Прикрепите наполненный аргоном воздушный шар к колбе через иглу в резиновой септе. Добавьте через шприц 12 миллилитров растворителя ангидроуса DCE. Затем удалите одну перегородку и прикрепите колбу к ИК-зонду in situ.
Поместите колбу в ванну с температурой, установленную до нужной температуры 30 градусов по Цельсию. Начните эксперимент в программном обеспечении для сбора данных, нажав кнопку «Пуск», чтобы начать сбор данных для спектра ссылок растворителя. Через две минуты прекратите сбор данных.
Во-первых, чтобы создать новый эксперимент по титроваю в программном обеспечении для сбора данных, нажмите файл, новый, быстрый старт. Установите продолжительность до восьми часов и интервал выборки до 15 секунд. Нажмите создать для создания эксперимента.
В программном обеспечении для получения данных перейдите на вкладку спектра и нажмите добавить спектры. Нажмите из файла и откройте соответствующий спектр ссылки растворителя, полученный ранее. Проверьте поле с подписью времени и нажмите OK. Начните эксперимент в программном обеспечении для сбора данных, нажав кнопку «Пуск», чтобы начать сбор данных.
Нажмите растворитель вычитания и выберите редактировать соответствующий спектр ссылки. Перемешать в течение 15 минут, чтобы достичь температуры 30 градусов по Цельсию. ИК-зонд in situ для определения температуры.
Добавьте 10 микролитров карбонила-аналита в колбу через шприц. Наблюдайте за реакцией сигнала при сборе данных. Система смещается от равновесия и меняется со временем.
Когда ИК-сигнал стабилизируется и остается постоянным, добавляется дополнительный карбониловый аналит. Добавьте дополнительный карбониловый аналит в колбу с количеством 10 микролитров каждый раз и ждите, пока система уравновит. Чтобы экспортировать данные для программного обеспечения для сбора данных, нажмите файл, экспорт, многосюмейный файл.
По формату, проверить CSV и по данным, проверить сырье. Нажмите на экспорт для экспорта ИК-данных в электронную таблицу или программное обеспечение для математической обработки. Выберите данные, в которых система достигла равновесия после каждого добавления анализа.
Участок желаемой области спектра ИК. Изучите спектр переходов и изосбестических точек. Данные участка, относящиеся к определенному переходному периоду по прогрессии отдельно.
Лучший способ изучить спектры для переходных периодов заключается в том, чтобы сюжет каждого сегмента титрования постепенно, пока вы не можете визуализировать только один переход происходит. Чтобы проанализировать компонент, определить lambda макс каждого вида, представляющих интерес. Для учета разбавления умножьте абсорбенты на общий объем раствора для каждого спектра.
Участок продуктов абсорбентов раз объем как функция эквивалентности аналита. Для видов, генерируемых на месте, которые могут быть идентифицированы, навеяте отношения Пиво-Ламберт с абсорбентами на оси Y и концентрации на оси X. Для известных видов, измерить влияние концентрации на абсорбенты на желаемой lambda макс и участок Пиво-Ламберт отношения.
Используя два отношения Пиво-Ламберт, определить наблюдаемые на месте количество видов, представляющих интерес. C-max равен двум миллимолям, определяемых количеством хлорида железа. C-добавить родинки ацетона добавил.
C-coord является родинки железа хлорид ацетон комплекса. C-наблюдаемые моли unbound вида одно. C-ND является родинки видов один не обнаружено.
C-макс минус C-coord является родинки видов три, которые были уничтожены. Участок C-ND против C-max минус C-coord, чтобы определить, есть ли корреляция. В этом исследовании, на месте ИК-мониторинг титрования была использована для наблюдения за взаимодействиями видов 1 и галлия трихлорид, а также видов один и хлорид железа.
Трихлорид галлия и виды образуют один-к-одному комплекс два в растворе. В качестве альтернативы, когда хлорид железа и вид один были объединены, более сложное поведение наблюдалось. На этой цифре отображается необработанный корм данных, полученных ИК на месте с использованием программного обеспечения для сбора данных для титрованирования хлорида железа с видом 1.
Здесь показан процесс извлечения переходов, которые являются результатом этого метода титрования. Добыча lambda max данных титрования галлия трихлорид с видом один и титрования хлорида железа с видом один демонстрирует только один-к-одному комплекс два была сформирована, когда трихлорид галлия сочетается с видом один, в то время как один-к-одному комплекс три первоначально формируется в сочетании с железом трихлорид, но затем потребляется. С помощью этих протоколов была проведена экспертиза конкурентного доступа к кислоте Льюиса.
При выполнении спектрального анализа лучше всего искать переходы путем постепенного построения точек времени до тех пор, пока не будет найден переходный период. Эта процедура может быть применена к нескольким системам льюиса кислотного карбонила, что еще больше дает представление о фундаментальных взаимодействиях между катализаторами и субстратами, ориентированными на карбонил, и побочными продуктами. Мы использовали этот метод, чтобы получить механистическое представление о конкурентных взаимодействиях субстрата и побочных продуктов в метатезе из металла-катализа карбонил-олефина, что привело нас к пересмотру нашего первоначального механистического предложения.
Многие катализаторы кислоты Льюиса чувствительны к влаге и могут производить соляную кислоту. Таким образом, убедитесь, что эти системы хранятся в инертной атмосфере и надлежащее защитное оборудование изношены.
Обзор
В данном исследовании представлен метод наблюдения взаимодействий в растворе между кислотами Льюиса и карбонильными соединениями с помощью ИК-спектроскопии in situ. Этот метод позволяет осуществлять мониторинг поведения субстратов и продуктов в режиме реального времени, предоставляя ценные данные о механизмах реакций с карбонильным центром.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Химия
- Инфракрасная спектроскопия
- Механизмы реакций
Теоретические сведения
- Кислоты и основания Льюиса играют важнейшую роль в синтетической химии.
- Понимание их взаимодействий позволяет повысить выход реакций.
- Традиционные методы, такие как рентгеновская кристаллография и ЯМР-спектроскопия, имеют свои ограничения.
- Инфракрасная спектроскопия in situ предлагает комплементарный подход.
Цель исследования
- Разработать метод наблюдения за взаимодействиями кислот Льюиса с карбонильными группами в режиме реального времени.
- Получить представление о механизмах реакций с карбонильным центром.
- Обеспечить возможность разработки высокоэффективных методов синтеза.
Используемые методы
- Инфракрасная спектроскопия in situ для мониторинга реакций.
- Приготовление реакционных смесей в перчаточном боксе в инертной атмосфере.
- Сбор и анализ данных с использованием специализированного программного обеспечения.
- Поэтапное добавление карбонильных аналитов для наблюдения за сдвигом равновесия.
Основные результаты
- Было осуществлено наблюдение за комплексами кислот Льюиса с карбонильными группами в режиме реального времени.
- При использовании различных кислот Льюиса отмечалось сложное поведение комплексов.
- С трихлоридом галлия образовывались комплексы в соотношении один к одному, в то время как хлорид железа демонстрировал более сложные взаимодействия.
- Анализ данных позволил получить представление о фундаментальных взаимодействиях участвующих соединений.
Выводы
- Данный метод представляет собой мощный инструмент для изучения кислотно-основных взаимодействий по Льюису.
- Он углубляет понимание механизмов реакций в синтетической химии.
- Этот подход может быть применен к различным системам «кислота Льюиса — карбонильное соединение».
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Данный метод позволяет осуществлять мониторинг взаимодействий кислоты Льюиса с карбонильными группами в режиме реального времени в синтетически значимых условиях, обеспечивая понимание механизмов, которые способствуют валидации мишеней и разработке анализов на ранних этапах поиска лекарственных средств. Наблюдение за конкурентным связыванием субстратов и продуктов помогает снизить механистические риски при проведении реакций с участием карбонильных групп, повышая прогностическую достоверность при идентификации соединений-лидеров. Этот подход улучшает трансляционную непрерывность, связывая молекулярные взаимодействия с функциональными результатами в каталитических системах.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет проверять терапевтические гипотезы путем изучения комплексообразования кислоты Льюиса с карбонильной группой в растворе.
- Практическая ценность: способствует снижению биологических рисков за счет прямого наблюдения взаимодействий между катализатором и субстратом в инертных условиях.
- Прогностическая ценность: облегчает приоритизацию портфеля препаратов, выявляя стехиометрию связывания и конкурентный доступ к каталитическим центрам.
Скрининг и разработка анализа
- Готовность анализа: Подготовка валидированных биологических систем для последующих рабочих процессов посредством количественного ИК-мониторинга сдвигов равновесия.
- Воспроизводимость: Обеспечение стандартизированного детектирования образования комплексов путем отслеживания изобестических точек и максимума поглощения ($\lambda_{max}$).
- Масштабируемость: Возможность повторного использования платформы для систем «кислота Льюиса — карбонильное соединение» для надежной оценки соединений.
Трансляционные и доклинические исследования
- Механистическое снижение рисков: Проясняет конкурентное связывание между карбонилами субстрата и продукта в реакциях, катализируемых металлами.
- Трансляционная преемственность: Связывает данные о взаимодействиях на этапе открытия с доклинической валидацией каталитических механизмов.
- Продвижение с учетом рисков: Обосновывает решения о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) путем уточнения поведения катализатора в условиях реакции.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный метод интегрируется в континуум поиска новых соединений — от валидации мишени до идентификации лидерных соединений — обеспечивая количественные данные в режиме реального времени о молекулярных взаимодействиях, влияющих на каталитическую эффективность.
- Фундаментальная биология: обеспечивает проверку гипотез и уточнение путей через прямое наблюдение равновесий кислот Льюиса.
- Скрининг: предоставляет готовые результаты анализа за счет детектирования сдвига равновесия и показателей спектральной стабилизации.
- Аналитика: обеспечивает количественное определение на основе закона Бугера — Ламберта — Бера и компонентный анализ для сравнительной оценки условий.
- Трансляционные исследования: связывает понимание механизмов с каталитической непрерывностью в метатезе карбонильных олефинов и родственных превращениях.
- Корпоративное повторное использование: создает воспроизводимую методику для изучения любого взаимодействия в растворе с детектируемыми изменениями ИК-спектра.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышение достоверности прогнозирования при валидации мишеней, устранение механистической неопределенности в каталитических циклах.
- Операционная ценность: Стандартизация, воспроизводимость и масштабируемость мониторинга взаимодействий между различными лабораториями.
- Стратегическая ценность: Более обоснованные решения о продолжении или прекращении разработки (go/no-go), эффективность использования капитала и снижение биологических рисков на поздних этапах разработки катализаторов.
- Влияние на портфель: Приоритизация с учетом рисков и решения о дальнейшем продвижении проектов на основе наблюдаемого поведения комплексообразования.
Особенности реализации
- Необходим опыт работы в области инфракрасной спектроскопии и методов работы в инертной атмосфере.
- Требуются термостатированные бани, программное обеспечение для сбора данных и ИК-зонды для исследований in situ.
- Необходима межгрупповая стандартизация эталонных спектров растворителей и протоколов титрования.
- Учет особенностей адаптации в зависимости от чувствительности к кислотам Льюиса и контроля влажности.
- Практическое ограничение: метод применим только к системам, в которых взаимодействие вызывает детектируемые сдвиги в ИК-спектре.
Часто задаваемые вопросы по биофармацевтике
Chapters in this video
0:04
Introduction
0:48
Open-air Reference Spectrum and Solvent Reference Spectrum
2:15
Titration Software Setup and Procedure
3:39
IR Spectra Analysis and Component Analysis
4:45
Analysis of Consumption of Species
5:45
Results: Data Analysis
6:53
Conclusion
