Summary
Un romanzo e una semplice variazione del metodo del dibattimento in pallone è stato sviluppato per la misura accurata lipofilia di composti fluorurati dalla spettroscopia NMR F 19.
Abstract
Fluorurazione è diventato uno strumento efficace per ottimizzare le proprietà fisico-chimiche di composti bioattivi. Una delle applicazioni di introduzione di fluoro è di modulare la lipofilia del composto. Nel nostro gruppo, siamo interessati allo studio dell'impatto di fluorurazione su lipofilia di fluorohydrins alifatici e carboidrati fluorurati. Questi non sono UV-attivo, conseguente a una determinazione di lipofilia impegnativo. Qui, presentiamo un metodo semplice per la misura della lipofilia di composti fluorurati mediante spettroscopia NMR F 19. Questo metodo non richiede alcuna attività di UV. Massa accurata soluta, solvente e aliquota del volume non sono anche necessari da misurare. Usando questo metodo, abbiamo misurato la lipophilicities di un gran numero di alkanols fluorurati e carboidrati.
Introduction
Liposolubilità è un parametro chiave fisico-chimico delle molecole di farmaco che influenza le proprietà di candidati farmaci in molti aspetti, compresa la droga solubilità, biodisponibilità e tossicità1. Liposolubilità è misurata come il logaritmo (logP) del rapporto delle concentrazioni di composti dopo il partizionamento tra n-ottanolo e acqua. Gamme di lipofilia ottimale sono state proposte sulla base dei dati statistici di farmaci somministrati per via orale, di cui la "regola dei 5 ' di Lipinski è il più famoso esempio2,3. Infatti, controllando la lipofilia è indicato per essere essenziale per migliorare la prospettiva di candidati farmaci. Aumentando l'affinità di legame del farmaco di elevata lipofilia è stato identificato come uno dei principali problemi in progetti di drug discovery durante le decadi ultime, a maggiore attrito tariffe3. Di conseguenza, è stato suggerito che lo sviluppo di farmaci di successo è associato con mantenendo la lipofilia molecolare di farmaci candidati entro limiti ottimali durante l'affinità ottimizzazione processo3,4. A tale proposito, nuovi concetti (come indici di efficienza lipofilico) sono stati introdotti5,6.
È quindi di grande importanza per misurare con precisione la lipofilia durante il processo di sviluppo della droga. Inoltre, la disponibilità di metodi semplici per la misura di lipofilia è richiesto come fondamentale ricerca mira a individuare soluzioni per accedeP modulazione. Attualmente, numerosi metodi stabiliti sono accessibili per lipofilia determinazione1. Il metodo standard 'dibattimento in pallone (SF)'7e le sue variazioni sono comunemente impiegati per misurare valori di logP direttamente, che nella maggior parte dei casi dipendono dalla spettroscopia UV-Vis per la quantificazione. Il principale svantaggio di questo metodo classico di SF è la sua natura di alta intensità di lavoro. Inoltre, può verificarsi la formazione di emulsioni, soprattutto per composti altamente lipofilico8,9. Sono stati sviluppati diversi metodi per aggirare tali problemi, come ad esempio mediante analisi dell'iniezione di flusso, tubi di dialisi, ecc. 9,10. Tuttavia, nessuno di questi metodi sono semplici o facilmente applicabile nei laboratori non specializzati.
Ci sono anche molti metodi indiretti disponibile per l'uso, ad esempio di titolazione potenziometrica11, i metodi elettroforetici12,13, basati su RP-HPLC Metodi cromatografici, metodi basati sulla spettrometria di massa14, ecc. Questi sono metodi indiretti, come i valori di logP sono ottenuti mediante curve di calibrazione. Tra questi metodi, il metodo di RP-HPLC è stato ampiamente usato perché è facile da usare e risparmiare tempo. Tuttavia, l'esattezza dipende dal set di training utilizzati per stabilire la curva di taratura e la lipofilia stimato dipende la partizione sistema utilizzato13,15.
Ci sono una serie di 1H NMR-base metodi riportati in letteratura per la determinazione di lipofilia. Mo et al ha sviluppato un metodo per la misura di logP utilizzando 1H NMR senza solventi deuterati. Acqua e ottanolo, come solventi di partizione, sono stati utilizzati come riferimenti per la quantificazione della concentrazione del soluto in ogni fase16. Herth e colleghi hanno riferito un approccio, mediante il quale l'esperimento di partizione si è presentato direttamente in un tubo NMR, dove i dati NMR dello strato acquoso inferiore D2O sono stati raccolti prima e dopo l'estrazione con 1-ottanolo, per ottenere la distribuzione coefficiente17. Inoltre, Soulsdi et al. sfruttata 1H NMR come strumento di analisi, determinare l'ampiezza dei segnali tramite riduzione completa al software tabella ampiezza-frequenza. Il rapporto tra le ampiezze in entrambi gli strati hanno portati al coefficiente di partizione misurati18. Questi metodi sono relativamente semplici da utilizzare, ma spesso richiedono la calibrazione di impulsi selettivi e livelli di potenza o l'uso di a forma di impulsi di gradienti per garantire adeguata soppressione solvente e selettività del segnale.
Si ottengono anche i valori diP (clogP) registro calcolato per composti. Diversi metodi di calcolo e software disponibili in commercio sono disponibili. Tali valori di intasareP sono comunemente usati nell'industria farmaceutica durante la valutazione di un numero elevato di molecole del farmaco. Tuttavia, grandi errori da intasareP valori non sono raro19,20.
I requisiti di UV-attività per l'analisi di concentrazione e la creazione di curve di calibrazione per il calcolo di logP ostacolare il progresso di ricerca in questo campo. In particolare, questo è il caso per non-UV-active composti alifatici. Moiety alifatici fluorurati sono diventati sempre più attraente per il design di droga negli ultimi anni, e loro influenza sulla complessiva lipofilia del composto è un argomento di ricerca nel nostro gruppo21. Inoltre, 19F è un nucleo di NMR-attivo altamente sensibile, rendendo 19F NMR uno strumento utile per l'analisi di composti fluorurati. Ha anche una gamma di spostamento chimico più grande rispetto a quella di 1H. Pertanto, vale la pena di sviluppare un metodo semplice per logP determinazione di composti fluorurati non UV-attivo dalla spettroscopia NMR F 19. Quindi, l'obiettivo generale di questo metodo è raggiungere determinazione conveniente lipofilia di composti fluorurati.
Il principio chiave delle nostre 19F NMR-based metodo consiste nell'aggiungere un riferimento di fluorurati composto nell' esperimento (Figura 1) partizione21. X composti e composti di riferimento (ref) sono divisi tra acqua e n- ottanolo. Dopo equilibrare, un'aliquota da ogni fase viene presa in un tubo di NMR e 19F NMR esperimenti vengono eseguiti su entrambi i campioni NMR. L'intensità dei picchi del fluoro è proporzionale alla concentrazione (C) e il numero di atomi di fluoro (n) dei composti composti. Tra X composto e ref, integrali rapporti possono essere ottenuti per entrambe le fasi. Il rapporto in n- ottanolo strato è definito come ρocte ρaq per livello acqua (EQ. 1). Il rapporto dei valori ρ è uguale il rapporto dei coefficienti di ripartizione (P) del composto X e ref (EQ. 2). Questo porta all'equazione finale (EQ. 4) per logP misura di composto X. Pertanto, al fine di determinare il valore diP di una sconosciuta X composta, solo i rapporti di integrazione (ρoct e ρaq) di log in entrambi gli strati sono necessari per essere misurata da 19F NMR.
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Protocol
1. partizionamento
- Aggiungi 4,4,4-trifluorobutan-1-olo (composto X, ca. 6,0 mg) e 2,2,2-trifluoroetanolo (riferimento composto, ca. 3,0 mg) in un pallone a forma di pera di 10 mL, sciogliere in n- ottanolo (grado HPLC, ca. 2 mL) e aggiungere acqua (grado HPLC, ca. 2 mL).
Nota: Questo esperimento viene eseguito in triplice copia. Composto solubilità in acqua e n- ottanolo devono essere controllati. La quantità del composto utilizzato per partizione dovrà essere considerata con attenzione per evitare sovrasaturazione del composto in qualsiasi livello. Il rapporto di massa tra composti X e riferimento ref composto deve essere considerato anche per evitare che i rapporti integrali di un dato campione di NMR sono un intervallo di 10/1 al 1/10. Ad esempio, se c'è una differenza di < 2 unità del ceppoP tra composti X e ref, ottima rapporto massa può assicurare che i rapporti di integrazione nei campioni di NMR di acqua e 1-ottanolo sono all'interno di una gamma di 10/1 al 1/10. Al contrario, se si ottiene un rapporto di integrazione di 50/1 in uno strato, ci saranno più probabili errori relativamente più grandi nell'integrazione per il picco con concentrazione più bassa. L'equazione seguente consente di predire ottima rapporto massa composto:
mX / mref = {(cP X/Pref)-0.5 * (MX/ Mref) * [(1 + cPX) / (1 + PRif)]} / (NX / Nref)
m, massa; M, massa molecolare; N, numero di atomi di F; P, coefficienti di ripartizione; cP, partizione calcolati coefficienti. - Posizionare i contenitori all'interno di un recipiente a temperatura controllata sopra un stirplate e connettersi a un refrigeratore a ricircolo. Mescolare la miscela bifasica a 25 ° C per 2 h, con mescolando velocità impostata a 600 giri/min.
- Equilibrare la miscela a 25 ° C durante la notte (ca. 16 h), in per consentire per separazione di fase completa.
Nota: In alcuni casi, la formazione di una schiuma tra la n- ottanolo e acqua limite può essere osservata. In questo caso, la miscela è stata trasferita in un flaconcino di vetro da 4 mL e centrifugata fino alla scomparsa della schiuma. La miscela bifase è stata poi sinistra per equilibrare nuovamente a 25 ° C durante la notte.
2. preparazione del campione NMR
- Difficoltà della muffola a uno stand della storta con un morsetto.
- Prendete un'aliquota di ca. 0,70-0,85 mL da acqua e n- ottanolo strati, utilizzando siringhe di plastica monouso da 1 mL con aghi lunghi.
- Per prendere l'acqua aliquota, disegnare ca. 0,02 mL di aria nella siringa prima di mettere l'ago nella miscela. Mentre si muove l'ago attraverso il superiore n- ottanolo strato nello strato di acqua, spingere delicatamente l'aria per impedire l'ingresso dell'ago di n- ottanolo soluzione.
- Rimuovere l'ago lungo dalla miscela. Scartare una piccola quantità di campione di acqua, lasciando ca. 0,6 mL di campione rimasto nella siringa. Accuratamente pulire l'ago con il tessuto asciutto e iniettare ca. 0,5 mL di campione in una provetta pulita NMR. Chiudere rapidamente il tubo NMR con un tappo.
- Per l'esempio di n- ottanolo, rimuovere l'ago lungo dallo strato n- ottanolo. Scartare una piccola quantità di campione di n- ottanolo, lasciando ca. 0,6 mL di campione rimasto nella siringa. Accuratamente pulire l'ago con il tessuto asciutto e iniettare ca. 0,5 mL di n- ottanolo campione in una provetta pulita NMR. Chiudere rapidamente il tubo NMR con un tappo.
- Ispezionare visivamente entrambi campioni di n- ottanolo e acqua per le eventuali contaminazioni (ad es., piccole goccioline di n- ottanolo nel campione di acqua o piccole goccioline d'acqua in n- ottanolo campione).
Nota: Se c'è qualsiasi contaminazione, il campione di aliquota deve essere ri-preparato dalla miscela bifase. Come la misura si effettua in triplice copia, vengono ottenuti sei tubi NMR. - A ciascuna provetta NMR, aggiungere 0,1 mL di solvente deuterato NMR che è miscibile con acqua e n- ottanolo (ad es., acetone-d6) attivare il blocco del segnale durante l'acquisizione di NMR.
- Per i composti con bassi punti di ebollizione (ad es., < 120 ° C), sigillare i tubi NMR utilizzando una torcia di colpo e, dopo raffreddamento, capovolgere la provetta per verificare eventuali perdite. Attentamente gli esperimenti di Inverti che la NMR sigillata o non sigillate tubi 20 volte per ottenere una soluzione omogenea per 19F NMR.
3. gli esperimenti NMR
- Eseguire, utilizzando le impostazioni standard dei parametri NMR (NS 64, D1 1 s, SW 300 ppm, O1P-100 ppm), esperimenti NMR F {1H} 19per identificare gli spostamenti chimici di 4,4,4-trifluorobutan-1-olo (composto X) e 2,2,2-trifluoroetanolo (composto di riferimento) in entrambi n campioni di NMR - ottanolo e acqua.
- Misurare il tempo di rilassamento spin-reticolo (T1) per i nuclei di fluoro diagnostica utilizzando una sequenza di inversione-recupero22. Misurare il livello di tempo di ritardo di impulso appropriato (D1, impostare come ≥ 5 * T1) dai valori di T1 ottenuti per integrazione NMR quantitativa accurata.
Nota: Questo è molto che richiede tempo, ma un D1 di 60 s per il campione della fase dell'acqua e di 30 s per il campione della fase ottanolo, sono impostazioni conservatrice che soddisferanno in modo sicuro la D1 ≥ 5 * T1 criterium. - 19di eseguire esperimenti NMR F {1H} con registrato di nuovo le impostazioni dei parametri come segue: a) uso D1 ≥ 5 * T1; b) centro la frequenza di offset punto (O1P) tra i due segnali di diagnostica fluoro così entrambi i nuclei possono essere ugualmente eccitati; c) impostare la larghezza spettrale (SW) come 300 ppm, ma ridurre se un migliore rapporto SNR se necessario; d) impostare il numero di transitori (NS) come 64 ma aumentare se superiore SNR è richiesto.
Nota: Gli esperimenti Non disaccoppiato 19F NMR possono essere utilizzati anche per l'acquisizione di dati NMR. Tuttavia, esperimenti di F NMR protonica-disaccoppiato 19sono preferiti qui quanto semplifica i segnali di fluoro rimuovendo giunti protone-fluoro che aumenta anche il rapporto segnale-rumore. Noi utilizziamo inverso-gated decoupling per ottenere uno spettro disaccoppiato senza nOe (effetto nucleare Overhauser) miglioramenti23. Per integrazione quantitativa, è previsto un rapporto segnale-rumore (≥ 300). 24
4. elaborazione dei dati
- Elaborare i dati ottenuti utilizzando ACD/NMR processore Academic Edition o altri software di elaborazione personalizzata di NMR.
- Aprire il file di dati NMR, quindi aprire la cartella di pdata , seguita dalla cartella 1. Eliminare il file di 1r .
- Tornare al file di dati NMR e trascinare il file fid nella finestra ACD/NMR processore.
- Fare clic sul pulsante WFunctions , selezionare esponenziale, impostare il valore LB come 2e fare clic sul pulsante OK .
- Fare clic sul pulsante Riempimento Zero , aumentare il Conteggio di punti per 4 volte del suo Originale punti totali cliccando sul piccolo pulsante accanto al numero e fare clic su OK pulsante.
- Fare clic sul pulsante TR. trasformata di Fourier .
- Fare clic sul pulsante di fase , quindi fare clic sul pulsante PH. Mouse , cliccare e tenere premuto il pulsante sinistro del mouse, spostare il mouse in avanti o indietro fino a quando il picco principale dello spettro sia correttamente gradualmente.
- Fare clic e tenere premuto il pulsante destro del mouse, spostare il mouse in avanti o indietro fino a quando le altre peak(s) dello spettro sia correttamente gradualmente. Quindi deseleziona il pulsante Del Mouse pH. , ingrandire l'area spettrale con le cime di fluoro, fare clic su Fine Tuning, eseguire la correzione di fase se necessario come descritto in precedenza finché tutte le cime sono eliminate correttamente e quindi il segno di spunta pulsante.
- Fare clic sul pulsante della linea di base , quindi sul pulsante Opzioni . Selezionare Una media di spettro per modelli automatici, se necessario (in particolare per lo spettro con basso rapporto S/R), regolare il numero di punti per metà larghezza casella, fare clic su OK | Autoe fare clic sul pulsante di Tick .
- Fare clic su integrazione, integrare le cime di fluoro diagnostica e fare clic sul pulsante di Tick .
Nota: Se la curva integrale non è parallela alla linea di base, fare clic sul pulsante Corr. Bias e regolare l'inclinazione e la pendenza fino a quando la curva è parallela alla linea di base.
- Ottenere i rapporti di integrazione da n- ottanolo e acqua NMR campioni e utilizzare l'equazione di calcoloP di registro (Figura 1, EQ. 4) per ottenere il valore di logP di 4,4,4-trifluorobutan-1-olo (composto X).
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Representative Results
Due set di dati come gli esperimenti di controllo sono mostrati in Figura 221. Utilizzando 2,2,2-trifluoroetanolo come composto di riferimento, valori di logP sono stati ottenuti per 2-fluoroethanol e 3,3,3,2,2-pentafluoropropanol-0,75 e 1.20, rispettivamente (Figura 2A). Successivamente, la lipofilia di 2-fluoroethanol è stata determinata ancora una volta, ma con 3,3,3,2,2-pentafluoropropanol come il riferimento (utilizzando il precedente file di registro misurate sperimentalmente valoreP 1.20). Il valoreP di log misurato era -0,76, che aveva solo una differenza di 0,01 unità di logP se confrontato con il valore misurato utilizzando 2,2,2-trifluoroetanolo come riferimento.
Allo stesso modo, per il cis-2,3-difluoro-1,4-butandiolo, la differenza in misurati valori di logP usando 2-fluoroethanol e suo isomero trans è anche molto piccolo (0,01 registroP unità, Figura 2B). Questo ha dimostrato che la selezione del composto di riferimento non ha impatto sulla misurazione logP . In aggiunta, una deviazione standard piuttosto piccola (< 0.01) indicato buona riproducibilità del nostro metodo.
Utilizzando il nostro metodo, una serie di composti con valori noti logP è stata misurata come indicato nella tabella 1. La differenza tra dati di letteratura e i valori misurati utilizzando il nostro metodo è indicata nell'ultima colonna della tabella. Nel complesso, i valori sperimentalmente ottenuti logP (a 25 ° C) hanno buon ad eccellente accordo con i valori di letteratura, che ha ulteriormente convalidato il nostro metodo.
Ulteriori esempi selezionati21 sono stati mostrati in Figura 3. Tutti questi composti alifatici non UV-attivo (da carboidrati fluorurati per fluorohydrins) possono essere facilmente misurati con il nostro metodo.
Figura 1: Principio del logP metodo di determinazione. Questa figura è stato riprodotto con permesso da Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. 21. questo metodo del dibattimento in pallone si basa sulla spettroscopia NMR F 19. Un composto di riferimento viene utilizzato per l'esperimento di partizione. Aliquote per n- ottanolo e la fase acquosa sono state prese per esperimento NMR. Rapporti di integrazione tra composti di riferimento e il composto da misurare sono ottenuti per la determinazione del valoreP di log. Dettagliata deduzione matematica delle equazioni, che conduce all'equazione finale per la misura, sono anche dato. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: esempi di convalida interna 21. due serie di esperimenti di controllo, utilizzando due composti di riferimento diversi per misurare il valore di logP di un composto, sono stati condotti. Il logP differenza tra quegli esperimenti è trascurabile. Deviazione standard (< 0.01) da esperimenti Esegui in triplice copia Mostra buona riproducibilità del metodo. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Esempi di logP misura con il nostro metodo ulteriormente selezionati. L'applicazione di questo metodo, i valori di logP per 8 composti fluorurati (ad esempio carboidrati fluorurati, alkanols aciclici e fluorohydrins conformazionalmente limitato) sono stati ottenuti. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Tabella 1: Confronto tra dati di letteratura e i valori di registro sperimentaleP utilizzando il nostro metodo21. valori di logP per 14 composti fluorurati (con noti logP dati) sono stati misurati utilizzando questo nuovo metodo. Inoltre sono stati tabulati i composti di riferimento utilizzati per ogni misurazione. Confronto (logP) tra i valori della letteratura e risultati di logP dal nostro metodo ha dimostrato buona precisione di questo metodo. un2,2,2-trifluoroetanolo (TFE), 2-Fluoroethanol (FE); b Media logP valore da almeno tre esperimenti; c Valore diP con il nostro metodo (-0.75) di log misurate sperimentalmente è stato utilizzato come riferimento. Per favore clicca qui per scaricare questo file.
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Discussion
Il protocollo descritto nel libro è un metodo semplice per logP misura di composti fluorurati. Questo metodo è applicabile ai composti fluorurati con un valoreP log da -3 a 3. Per saperne di più idrofila (logP < -3) o lipofile (logP > 3), questo metodo può essere ancora utilizzato, ma richiederà molto più tempo di esperimento NMR come esteso numero di transitori è necessari per ottenere un buon rapporto segnale-rumore. Quindi, si tratta di una limitazione del metodo. Non c'è nessun requisito per la frequenza di spettrometro NMR, purché siano soddisfatte le condizioni (le impostazioni dei parametri NMR e sufficiente SNR) per integrazione quantitativa. Come per qualsiasi metodo di pallone di agitare, è fondamentale per evitare la sovrasaturazione e contaminazione durante il campionamento di strato.
Rispetto al precedente metodo di dibattimento in pallone e le sue variazioni, ci sono diversi vantaggi nel nostro metodo per quanto riguarda i metodi esistenti. 1) misure di massa soluto, volume di partizione solventi e aliquote per esempio NMR non sono necessari. 2) il composto per la misurazione può essere impuro purché gli spostamenti chimici fluoro delle impurità sono diversi da quello del composto misurato. 3) a causa dell'effetto di compensazione intrinseca quando si lavora con il rapporto di un rapporto, vengono eliminati gli errori sistematici. 4) questo metodo è applicabile ai composti fluorurati non UV-attivo. 5) questo metodo è facile da usare con strutture NMR accesso aperto come nessun settaggio speciale NMR è necessari (ad esempio soppressione di solvente, applicando una piccola eccitazione angolo, ecc.).
Attualmente, stiamo usando questo metodo per misurare la lipophilicities di carboidrati fluorurati, fluorohydrins e fluorurati ammidi, al fine di studiare l'influenza di fluorurazione su lipofilia e individuare moiety fluorurati con lipofilia-abbassamento dell'effetto. Lo sviluppo di metodi per logP misura di più composti lipofilici (logP > 3) e per i gas fluorurati ammine è in corso nel nostro gruppo.
Si può sottolineare che 19F NMR può essere utilizzato anche per micellare critica (CMC) concentrazione determinazione30.
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Disclosures
Gli autori non hanno nulla a rivelare.
Acknowledgments
Questa ricerca è finanziata come parte della EPSRC concede EP/K016938/1 ed EP/P019943/1 (ZW, HRF) e di un premio di conversione caso EPSRC/AstraZeneca (BFJ). L'Università di Southampton è ringraziato per ulteriore supporto. Il EPSRC ulteriormente è ringraziato per una sovvenzione di capacità core EP/K039466/1.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| NMR (400 MHz) with Bruker 5 mm SEF probe | Bruker | n/a | AVIIIHD400 |
| NMR (400 MHz) with Bruker 5 mm SMART probe | Bruker | n/a | |
| DrySyn Snowstorm reactor | Asynt | ADS13-S | |
| recirculating chiller | Asynt | n/a | model:Grant-LTC2 |
| magnetic stirplate | Asynt | ADS-HP-NT | |
| ACD/NMR processor software | ACD/Labs | n/a | ACD/NMR processor academic edition or ACD/Spectrus processor 2015 |
References
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