Een nieuwe eenvoudige methode voor lipofiele (logP) meting met behulp van 19F NMR-spectroscopie
Summary
Een roman en een eenvoudige variant van de schudflesmethode werd ontwikkeld voor nauwkeurige lipofiel meting van gefluoreerde verbindingen door 19F NMR spectroscopie.
Abstract
Fluorering uitgegroeid tot een doeltreffend instrument voor het optimaliseren van de fysisch-chemische eigenschappen van bioactieve stoffen. Een van de toepassingen van fluor invoering is het moduleren van de lipofiele van de compound. In onze fractie zijn we geïnteresseerd in de studie van de impact van fluorering op lipofiel van alifatische fluorohydrins en gefluoreerde koolhydraten. Dit zijn geen UV-active, wat resulteert in een uitdagende lipofiel bepaling. Hier presenteren we een eenvoudige methode voor het meten van lipofiel van gefluoreerde verbindingen door 19F NMR spectroscopie. Deze methode vereist geen UV-activiteit. Nauwkeurige opgeloste massa, oplosmiddelen en aliquoot volume zijn ook niet verplicht te worden gemeten. Met behulp van deze methode, wij de lipophilicities van een groot aantal gefluoreerde alkanols en koolhydraten gemeten.
Introduction
Lipofiel is een belangrijke fysisch-chemische parameter van drug moleculen die invloed op de eigenschappen van drugkandidaten in vele aspecten, met inbegrip van de oplosbaarheid van de drug, biologische beschikbaarheid en toxiciteit1. Lipofiel wordt gemeten als de logaritme (logP) van de verhouding van samengestelde concentraties na verdeling tussen n-octanol en water. Optimale lipofiel bereiken zijn voorgesteld op basis van statistische gegevens van oraal toegediende drugs, waarvan de Lipinski’s “regel van 5” het beroemdste voorbeeld2,3 is. Inderdaad, beheersing van lipofiel is gebleken te zijn essentieel voor het verbeteren van het vooruitzicht van drugkandidaten. Drug bindende affiniteit met verhoogde lipofiel toeneemt is geïdentificeerd als een van de belangrijkste problemen in drugsprojecten ontdekking tijdens de afgelopen decennia, leidt tot verhoogde slijtage tarieven3. Er is dan ook gesuggereerd dat succesvolle Geneesmiddelenontwikkeling geassocieerd wordt met het houden van de moleculaire lipofiel van de drugkandidaten binnen de grenzen van de optimale tijdens de affiniteit optimalisatie proces3,4. In dat opzicht zijn nieuwe concepten (zoals lipofiele efficiëntie modelindexen) geïntroduceerde5,6.
Het is dus van groot belang voor het nauwkeurig meten van lipofiel tijdens het ontwikkelingsproces van de geneesmiddelen. Bovendien, is de beschikbaarheid van eenvoudige methoden voor het meten van de lipofiele vraag als fundamenteel onderzoek is gericht op het identificeren van oplossingen voor logP modulatie. Op dit moment zijn tal van gevestigde methoden toegankelijk voor lipofiele bepaling1. De standaard ‘shake-kolf (SF)’ methode7en zijn varianten zijn vaak aangewend om te meten van logP -waarden rechtstreeks, die in de meeste gevallen afhankelijk van UV-Vis-spectroscopie voor kwantificering zijn. Het grootste nadeel van deze klassieke SF-methode is het arbeidsintensieve karakter. Bovendien, kan de vorming van emulsies optreden, met name voor zeer lipofiele verbindingen8,9. Verschillende methoden werden ontwikkeld om het ontduiken van dergelijke kwesties, zoals door het gebruik van stroom injectie analyse, dialyse buizen, enz. 9,10. Geen van deze methoden zijn echter eenvoudig of gemakkelijk toepasbare in niet-gespecialiseerde laboratoria.
Er zijn ook veel indirecte methoden beschikbaar voor gebruik, zoals potentiometrische titratie11, elektroforetische methoden12,13, RP-HPLC-gebaseerde chromatografische methoden, massa spectrometrie-gebaseerde methoden14, etc. Dit zijn indirecte methoden, zoals de logP -waarden die zijn verkregen door de kalibratiekrommen. Tussen deze methoden is de RP-HPLC-methode wijd verbeid gebruikt omdat het is gebruiksvriendelijk en tijd te besparen. Niettemin, de juistheid ervan hangt af van de opleiding set gebruikt om de kalibratiecurve, en de geschatte lipofiel hangt af van de partitie systeem gebruikt13,15.
Er zijn een aantal 1H NMR gebaseerde methoden gemeld in de literatuur voor lipofiele bepaling. Mo et al. ontwikkelde een methode om logP meting met behulp van 1H NMR zonder Halfzwaar oplosmiddelen. Water en octanol, als partitie oplosmiddelen, werden gebruikt als referenties voor de kwantificering van de concentratie van de opgeloste in elke fase16. Herth en collega’s ook gemeld een aanpak, waarmee de partitie experiment rechtstreeks in een NMR buis plaatsgevonden, waar de NMR-gegevens van de onder D2O waterige laag werden verzameld vóór en na de extractie met 1-octanol, om de verdeling coëfficiënt17. Bovendien misbruikt Soulsby et al. 1H NMR als een analyse-instrument, bepalen van de amplitude van de signalen met behulp van de volledige reductie amplitude-frequentie tabel software. De verhouding van de amplitudes in beide lagen leidde tot de gemeten partitie coëfficiënt18. Deze methodes zijn relatief eenvoudig te gebruiken, maar vereisen vaak het kalibreren van selectieve pulsen en machtsniveaus of het gebruik van vormige kleurovergang pulsen signaal selectiviteit te waarborgen van passende oplosmiddelen onderdrukking.
Berekende logP (klompP)-waarden voor verbindingen kunnen ook worden verkregen. Verschillende berekeningsmethoden en commercieel beschikbare software zijn beschikbaar. Deze klompP -waarden worden vaak gebruikt in de farmaceutische industrie, bij de beoordeling van grote aantallen van drug-moleculen. Grote fouten van klompP -waarden zijn echter niet ongewoon19,20.
De eisen van UV-activiteit voor de analyse van de concentratie en de oprichting van de kalibratiekrommen voor berekening van logP belemmeren onderzoek vooruitgang op dit gebied. Dit is inzonderheid het geval voor niet-UV-active Alifatische verbindingen. Gefluoreerde alifatische wordt steeds aantrekkelijker voor drug design geworden in de afgelopen jaren, en hun invloed op de algehele lipofiel van de stof is een onderzoeksonderwerp in onze groep21. Daarnaast, is 19F een uiterst gevoelige NMR-actieve kern, waardoor 19F NMR een nuttig instrument voor het analyseren van gefluoreerde verbindingen. Het heeft ook een groter bereik van de chemische verschuiving vergeleken met die van 1H. Daarom loont het om een eenvoudige methode voor logP bepaling van niet-UV-active gefluoreerde verbindingen te ontwikkelen door 19F NMR spectroscopie. Vandaar, is het algemene doel van deze methode om handige lipofiel bepaling van gefluoreerde verbindingen.
Het hoofdprincipe van onze 19F NMR gebaseerde methode is het toevoegen van een gefluoreerde verwijzing samengestelde in de partitie experiment (Figuur 1)21. Samengestelde X en verwijzing samengestelde (ref) zijn opgedeeld tussen water en n– octanol. Na zo, een aliquoot gedeelte van elke fase wordt genomen in een NMR buis en 19F NMR experimenten worden uitgevoerd op beide NMR monsters. De intensiteit van de pieken van fluor is evenredig aan het samengestelde concentratie (C) en het aantal fluor atomen (n) van de verbindingen. Tussen samengestelde X en ref, kunnen integraal ratio’s worden verkregen voor beide fasen. De coëfficiënt in n– octanol laag wordt gedefinieerd als ρLGO, en ρaq voor water laag (eq. 1). De verhouding tussen de waarden van ρ is gelijk aan de verhouding van verdelingscoëfficiënten (P) van samengestelde X en ref (eq. 2). Dit leidt tot de laatste vergelijking (eq. 4) voor logP meting van samengestelde X. Daarom, om te bepalen van de logP -waarde van een onbekende samengestelde X, alleen integratie verhoudingen (ρLGO en ρaq) in beide lagen nodig zijn om te worden gemeten door 19F NMR.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het protocol wordt beschreven in het papier is een eenvoudige methode voor logP meting van gefluoreerde verbindingen. Deze methode is van toepassing op gefluoreerde verbindingen met een logP -waarde van -3 tot en met 3. Voor meer hydrofiele (logP < -3) of lipofiele verbindingen (logP > 3), deze methode kan nog worden gebruikt, maar zal duren veel langer NMR experiment als uitgebreide aantal transiënten nodig zijn om het verkrijgen van een goed signaal-/ ruisverhouding. Vandaar, dit is…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit onderzoek wordt gefinancierd als onderdeel van de EPSRC EP/K016938/1 en EP/P019943/1 (ZW, HRF verleent) en van een geval van de EPSRC/AstraZeneca conversie award (BFJ). De Universiteit van Southampton is bedankte voor aanvullende ondersteuning. De EPSRC is verder bedankte voor een kern mogelijkheid subsidie EP/K039466/1.
Materials
| 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
- Arnott, J. A., Planey, S. L. The influence of lipophilicity in drug discovery and design. Expert Opinion on Drug Discovery. 7 (10), 863-875 (2012).
- Lipinski, C. A., Lombardo, F., Dominy, B. W., Feeney, P. J. Experimental and computational approaches to estimate solubility and permeability in drug discovery and development settings. Advanced Drug Delivery Reviews. 23 (1), 3-25 (1997).
- Leeson, P. D., Springthorpe, B. The influence of drug-like concepts on decision-making in medicinal chemistry. Nature Reviews Drug Discovery. 6, 881 (2007).
- Perola, E. An Analysis of the Binding Efficiencies of Drugs and Their Leads in Successful Drug Discovery Programs. Journal of Medicinal Chemistry. 53 (7), 2986-2997 (2010).
- Tarcsay, A., Nyiri, K., Keseru, G. M. Impact of Lipophilic Efficiency on Compound Quality. Journal of Medicinal Chemistry. 55 (3), 1252-1260 (2012).
- Tarcsay, &. #. 1. 9. 3. ;., Keserű, G. M. Contributions of Molecular Properties to Drug Promiscuity. Journal of Medicinal Chemistry. 56 (5), 1789-1795 (2013).
- . . OECD Guidelines for Testing of Chemicals. , (1992).
- Tsang, S. C., Yu, C. H., Gao, X., Tam, K. Y. Preparation of nanomagnetic absorbent for partition coefficient measurement. International Journal of Pharmaceutics. 327 (1), 139-144 (2006).
- Andersson, J. T., Schräder, W. A Method for Measuring 1-Octanol−Water Partition Coefficients. Analytical Chemistry. 71 (16), 3610-3614 (1999).
- Danielsson, L. -. G., Yu-Hui, Z. Mechanized determination of n-octanol/water partition constants using liquid-liquid segmented flow extraction. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 12 (12), 1475-1481 (1994).
- Scherrer, R. A., Donovan, S. F. Automated Potentiometric Titrations in KCl/Water-Saturated Octanol: Method for Quantifying Factors Influencing Ion-Pair Partitioning. Analytical Chemistry. 81 (7), 2768-2778 (2009).
- Poole, S. K., Poole, C. F. Separation methods for estimating octanol-water partition coefficients. Journal of Chromatography B. 797 (1), 3-19 (2003).
- Ishihama, Y., Oda, Y., Uchikawa, K., Asakawa, N. Evaluation of Solute Hydrophobicity by Microemulsion Electrokinetic Chromatography. Analytical Chemistry. 67 (9), 1588-1595 (1995).
- Jorabchi, K., Smith, L. M. Single Droplet Separations and Surface Partition Coefficient Measurements Using Laser Ablation Mass Spectrometry. Analytical Chemistry. 81 (23), 9682-9688 (2009).
- Kaliszan, R. Quantitative structure-retention relationships. Analytical Chemistry. 64 (11), 619A-631A (1992).
- Mo, H., Balko, K. M., Colby, D. A. A practical deuterium-free NMR method for the rapid determination of 1-octanol/water partition coefficients of pharmaceutical agents. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 20 (22), 6712-6715 (2010).
- Stéen, E. J. L., et al. Development of a simple proton nuclear magnetic resonance-based procedure to estimate the approximate distribution coefficient at physiological pH (logD7.4): Evaluation and comparison to existing practices. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 27 (2), 319-322 (2017).
- Soulsby, D., Chica, J. A. M. Determination of partition coefficients using 1H NMR spectroscopy and time domain complete reduction to amplitude-frequency table (CRAFT) analysis. Magnetic Resonance in Chemistry. 55 (8), 724-729 (2017).
- Tetko, I. V., Poda, G. I., Ostermann, C., Mannhold, R. Accurate In Silico log Predictions: One Can’t Embrace the Unembraceable. QSAR & Combinatorial Science. 28 (8), 845-849 (2009).
- Waring, M. J. Lipophilicity in drug discovery. Expert Opinion on Drug Discovery. 5 (3), 235-248 (2010).
- Linclau, B., et al. Investigating the Influence of (Deoxy)fluorination on the Lipophilicity of Non-UV-Active Fluorinated Alkanols and Carbohydrates by a New log P Determination Method. Angewandte Chemie International Edition. 55 (2), 674-678 (2016).
- Derome, A. E. . Modern NMR Techniques for Chemistry Research. , (1997).
- Claridge, T. . High-Resolution NMR Techniques in Organic Chemistry. , (1999).
- Zhang, F. -. F., et al. Quantitative analysis of sitagliptin using the 19F-NMR method: a universal technique for fluorinated compound detection. Analyst. 140 (1), 280-286 (2015).
- Muller, N. When is a trifluoromethyl group more lipophilic than a methyl group? partition coefficients and selected chemical shifts of aliphatic alcohols and trifluoroalcohols. Journal of Pharmaceutical Sciences. 75 (10), 987-991 (1986).
- Hansch, C., Leo, A. . Substituent constants for correlation analysis in chemistry and biology. , (1979).
- Dillingham, E. O., Mast, R. W., Bass, G. E., Autian, J. Toxicity of Methyl- and Halogen-Substituted Alcohols in Tissue Culture Relative to Structure-Activity Models and Acute Toxicity in Mice. Journal of Pharmaceutical Sciences. 62 (1), 22-30 (1973).
- Leo, A., Hansch, C., Elkins, D. Partition coefficients and their uses. Chemical Reviews. 71 (6), 525-616 (1971).
- Fujita, T., Iwasa, J., Hansch, C. A New Substituent Constant, π, Derived from Partition Coefficients. Journal of the American Chemical Society. 86 (23), 5175-5180 (1964).
- Zhong-Xing, J., Xin, L., Eun-Kee, J., Bruce, Y. Y. Symmetry-Guided Design and Fluorous Synthesis of a Stable and Rapidly Excreted Imaging Tracer for 19F MRI. Angewandte Chemie International Edition. 48 (26), 4755-4758 (2009).
