Оптимизация реакции Уги Использование параллельных Синтез и автоматизированной обработки жидких
November 11th, 2008
Реакции Уги оказалось удобным способом для быстрого создания разнообразных библиотек соединений. Она включает в себя реакцию аминов, альдегидов, карбоновых кислот и isonitrile как правило, в метанол при комнатной температуре. В этом видео мы используем 48-слот Mettler-Toledo MiniBlock оснащен фильтрация труб и Mettler-Toledo MiniMapper автоматизированных обработчик жидкость используется для доставки реагентов и растворителя. Параметры интерес концентрации, состава растворителя и избыток некоторых реагентов.
Реакция UI включает в себя смешивание четырех компонентов: альдегида и амина, карбоновой кислоты и нитрила ISO. Это удобная реакция для создания разнообразных библиотек, которая использовалась в прошлом для синтеза противомалярийных соединений. Конкретная реакция UGI, которая будет продемонстрирована здесь, включает реакцию альдегида Оле Амина, глицина B и нитрила T-бутилизонитрила.
В результате этой реакции продукт UI образуется в виде осадка при концентрации 0,5 моляра в метаноле. Здравствуйте, я Джин Флойд Брэдли. Моя лаборатория находится на химическом факультете Университета Дрекселя.
Привет, я доктор Брэдли, аспирант, ха-ха Меза. Сегодня мы представляем оптимизацию реакции юги с помощью технологий Mini Mapper и Mini Block от МЕТТЛЕР ТОЛЕДО. Во-первых, мы запрограммируем мини-картограф для работы с жидкостями.
Во-вторых, мы проведем изоляцию продукта с помощью параллельной фильтрации. И, наконец, мы проведем определение характеристик с помощью методов ИК и ЯМР. Итак, начнем.
Мини-блок — это инструмент от Metler Toledo, который позволяет выполнять реакции параллельно. Этот мини-блок состоит из массива трубок шесть на восемь с фильтром в основании. Эти трубки могут вместить около 3,5 миллилитров растворителя.
Клапан в нижней части мини-блока будет оставаться закрытым во время добавления реагентов, а затем открываться позже. Когда вы будете готовы к этапу фильтрации, вы измените три параметра для этой реакции и посмотрите на влияние на выход выделенного продукта. Первый. Избыток одного или двух реагентов будет варьироваться в каждом ряду.
Затем растворитель и концентрация будут варьироваться между рядами. При планировании экспериментов полезно использовать общую онлайн-таблицу, такую как Google Docs, которую затем можно удобно скопировать в программное обеспечение мини-картографа. Такая конфигурация позволяет проводить краудсорсинг экспериментального проекта, где люди со всего мира могут планировать части эксперимента, не зная, как управлять манипулятором жидкостей.
Первый шаг включает в себя взвешивание пустых пробирок с точностью до 0,1 миллиграмма. Затем мини-блок герметизируется, закрывается и устанавливается на палубу погрузчика жидкостей. В этом эксперименте используются четыре флакона с реагентами и четыре флакона с растворителем.
Манипулятор для работы с жидкостями использует роботизированную руку, оснащенную шприцем, и может доставлять любой источник в любое место на стойке с помощью шприцевого насоса. В текущей установке используется шприц объемом 10 миллилитров, который может точно доставить минимум 100 микролитров. Чтобы сохранить реагенты, добавьте 100 или 120 микролитров каждого приготовленного раствора реагента.
В метаноле при концентрации в два моляра реакция проходит в пять этапов. Сначала растворитель добавляется в каждую пробирку. Таким образом вы будете варьировать концентрацию и состав растворителя.
Затем во все пробирки добавляют иммунный раствор, а затем альдегид, кислоту и нитрил ISO. На это уходит около часа. Затем мини-блок снимается с манипулятора жидкостей.
Вы можете ясно видеть, что в каждой трубке есть прозрачные растворы. Это важно, потому что вы хотите убедиться, что все реагенты растворимы во всех растворителях. Обычно требуется около 30 минут, чтобы образовался первый осадок.
Мини-блок устанавливается на шейкер и оставляется перемешиваться на ночь. Примерно через 16 часов мини-блок снимают с шейкера, и вы можете видеть, что большая часть трубок имеет осадок. Теперь мини-блок установлен на сборное основание, а клапан открыт для всех фильтровальных трубок одновременно.
Подается вакуум, и осадок улавливается на фильтре каждой трубки. Затем клапан закрывается, и в каждую трубку добавляется один миллилитр метанола. С помощью микропипетки мини-блок надевается на шейкер на 15 минут.
Этот этап промывки повторяется еще раз. После последней стирки пылесос оставляют включенным на 30 минут. Затем трубки переводятся в состояние осушителя под высоким вакуумом в течение одного часа.
После того, как трубки высохнут, их снова утяжеляют, а количество осадка определяют путем вычитания пустого веса. К сожалению, существует достаточная изменчивость пробирок, поэтому каждая из них должна быть взвешена пустой. Образец из каждой системы растворителя анализируется с помощью ЯМР, чтобы убедиться в чистоте всех продуктов: 700 микролитров деградированного хлороформа добавляются в реакционную пробирку для растворения осадка.
Затем раствор переносят в ЯМР-трубку, 500 мегагерц Вариана Единство. Прибор Innova NMR используется для получения протонного ЯМР-спектра. После входа в систему прибора запускается программное обеспечение ЯМР, извлекается эталон в приборе, образец помещается в спиннер и вставляется в прибор.
Затем образец блокируется, шиммируется и устанавливается на параметры спина для протона. Загружаются ЯМР, и затем спектр получается в виде файла J Camp DX, который можно просмотреть в Интернете с помощью стандартного браузера. Спектры могут быть размещены на локальном сервере или загружены в ChemSpider, поэтому исследователи, ищущие эту молекулу, смогут использовать данные немедленно.
Для дальнейшего анализа образца проводится ИК-спектроскопия с помощью прибора PerkinElmer FTIR Spectrum 1000. Программное обеспечение авторизовано. Верхняя пластина A TR снимается, протирается и очищается салфеткой с этаноловым мылом.
На A TR помещается чистое стеклянное стекло и прикручивается, а указатель силы регулируется примерно на 90 единиц. После сбора фонового спектра спектр образца получают и обрабатывают для коррекции A TR. ИК-спектр также получается в виде файла J Camp DX для просмотра в режиме онлайн.
Большая разница между проведением реакции с круглым дном и параллельным выполнением заключается в том, что это позволяет химику-органике систематически задавать новые вопросы и подвергать сомнению предположения. Добавление в уравнение автоматизированной работы с жидкостями освобождает химика, чтобы он мог тратить больше времени на обдумывание проекта на высоком уровне и меньше на детали каждого экспериментального прогона. Надеемся, что это видео даст вам некоторое представление о ваших собственных реакциях.
Спасибо за просмотр.
Обзор
Реакция Уги является универсальным методом синтеза разнообразных библиотек соединений путем комбинирования амина, альдегида, карбоновой кислоты и изонитрила. Это исследование демонстрирует оптимизацию реакции Уги с использованием автоматизированных технологий работы с жидкостями.
Ключевые компоненты исследования
Область науки
- Химия
- Органический синтез
- Автоматизированная работа с жидкостями
Предыстория
- Реакция Уги позволяет быстро создавать библиотеки соединений.
- Она ранее использовалась в синтезе противомалярийных соединений.
- Это исследование направлено на оптимизацию параметров реакции для улучшения выхода.
- Автоматизированные системы повышают эффективность и воспроизводимость в химических экспериментах.
Цель исследования
- Оптимизировать реакцию Уги с использованием технологий MiniMapper и MiniBlock от компании Mettler-Toledo.
- Оценить влияние различных концентраций реагентов и составов растворителей.
- Продемонстрировать преимущества автоматизированной работы с жидкостями в органическом синтезе.
Использованные методы
- Использование 48-слотового MiniBlock от Mettler-Toledo для параллельных реакций.
- Автоматизированная работа с жидкостями с использованием MiniMapper от Mettler-Toledo.
- Фильтрация и выделение продуктов с использованием вакуумной системы.
- Характеристика продуктов с помощью ЯМР и ИК спектроскопии.
Основные результаты
- Успешный синтез продуктов Уги с различными выходами, основанными на избытке реагентов.
- Наблюдение четких осадков после завершения реакции.
- Характеристика подтвердила чистоту синтезированных соединений.
- Автоматизированная работа снизила ручной труд и увеличила пропускную способность эксперимента.
Выводы
- Исследование подчеркивает эффективность автоматизированных систем в оптимизации химических реакций.
- Изменение параметров реакции значительно влияет на выход продукта.
- Автоматизированная работа с жидкостями позволяет химикам сосредоточиться на планировании проектов высокого уровня.
Часто задаваемые вопросы
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.
