שיטה פשוטה חדשה למדידה Lipophilicity (יומןP) באמצעות 19F NMR ספקטרוסקופיה
Summary
הרומן עם וריאציה פשוטה של השיטה לנער את הבקבוק פותחה על ידי 19F NMR ספקטרוסקופיה למדידה מדויקת lipophilicity של תרכובות fluorinated.
Abstract
Fluorination הפך להיות כלי יעיל כדי למטב את המאפיינים physicochemical של תרכובות ביו. אחד היישומים של פלואור מבוא הוא לווסת את lipophilicity של המתחם. בקבוצה שלנו, אנו מעוניינים בחקר השפעת fluorination על lipophilicity של fluorohydrins אליפטיות ופחמימות fluorinated. . אלה לא UV-פעיל, והתוצאה היא החלטה lipophilicity מאתגר… כאן, אנו מציגים שיטה פשוטה לשקילת lipophilicity של תרכובות fluorinated על ידי 19F NMR ספקטרוסקופיה. שיטה זו דורשת אין UV-פעילות. מסה ממס מדויק, solvent וכרך aliquot נדרשים גם לא ניתן למדידה. באמצעות שיטה זו, מדדנו את lipophilicities של מספר רב של fluorinated alkanols ופחמימות.
Introduction
Lipophilicity הוא מפתח physicochemical פרמטר של מולקולות הסם מה שמשפיע את המאפיינים של סמים מועמדים במובנים רבים, כולל תרופות המסיסות, הזמינות הביולוגית של רעילות1. Lipophilicity נמדד כמו הלוגריתם (יומןP) של היחס בין ריכוזי מתחם לאחר חלוקת בין n-octanol מים. Lipophilicity אופטימלית טווחים הוצעו בהתבסס על נתונים סטטיסטיים של תרופות אוראלית, אשר חוק של ליפינסקי 5 ‘ הוא המפורסם ביותר בדוגמה2,3. אכן, שליטה lipophilicity הראו חיונית לשיפור הסיכוי סמים מועמדים. והגדילו זיקה מחייבת סמים lipophilicity גבוהות זוהתה כאחת הבעיות העיקריות בפרוייקטים גילוי סמים במהלך העשורים האחרונים, שמוביל התשה מוגברת המחירים3. לפיכך, הוצע כי פיתוח תרופות מוצלחת קשורה לשמור את lipophilicity מולקולרית של המועמדים סמים בתוך גבולות אופטימלית במהלך3,4תהליך אופטימיזציה זיקה. בהקשר הזה, מושגים חדשים (כגון מדדי יעילות lipophilic) כבר הציג5,6.
ולכן חשיבות רבה כדי למדוד במדויק lipophilicity בתהליך הפיתוח סמים. חוץ מזה, הזמינות של שיטות פעולה פשוטה למדידה lipophilicity הוא ביקוש כמו מחקר בסיסי שמטרתה לזהות פתרונות עבור כניסהP אפנון. כיום, שיטות הוקמה רבים נגישים עבור קביעת lipophilicity1. את שיטת סטנדרטי ‘לנער-הבקבוק (SF)’7ווריאציות שלה מועסקים בדרך כלל למדידת ערכי יומןP ישירות, אשר ברוב המקרים תלויים UV-Vis ספקטרוסקופיה על כימות. החיסרון העיקרי של שיטה זו-SF קלאסי הוא טבעה מהגידולים. בנוסף, היווצרות של אמולסיות עלולה להתרחש, במיוחד עבור תרכובות מאוד lipophilic8,9. מספר שיטות פותחו כדי לעקוף בעיות כאלה, כמו למשל באמצעות ניתוח הזרקת תזרים, אבובים דיאליזה, וכו ‘. 9,10. עם זאת, אף אחת משיטות אלה הם פשוטה או בקלות החלים במעבדות שאינם מיוחדים.
ישנן גם שיטות עקיפות רבות הזמינות לשימוש, כגון טיטור potentiometric11, שיטות electrophoretic12,13, RP HPLC-המבוסס על שיטות כרומטוגרפיות, שיטות המבוססות על מסה-ספקטרומטר14, ועוד. אלה הן שיטות עקיפות, ערכי יומןP מתקבלים על ידי עקומות כיול. בין השיטות, השיטה RP-HPLC כבר בשימוש נרחב כי הוא ידידותי, לחיסכון בזמן. ובכל זאת, רמת הדיוק שלה תלוי ערכת הדרכה להשתמש בה כדי לקבוע את עקומת כיול, lipophilicity המשוער תלוי מחיצת מערכת המשמשת13,15.
ישנן מספר שיטות מבוססות-H NMR 1דיווחו בספרות לקביעת lipophilicity. מו. ואח פיתח שיטה למדידה logP באמצעות 1H NMR ללא ממיסים deuterated. מים, octanol, כמו מחיצה ממיסים, שימשו הפניות עבור כימות של ריכוז ממס בכל שלב16. Herth ועמיתים דיווחו גם גישה, שבו הניסוי מחיצה אירעה ישירות בצינור NMR, שבו נאספו הנתונים NMR של השכבה המימית של2O התחתונה D לפני ואחרי החילוץ עם 1-octanol, כדי לקבל את ההתפלגות מקדם17. בנוסף, Soulsby. ואח לנצל 1H NMR ככלי ניתוח, הקובע את משרעת של אותות באמצעות הפחתה מלאה תוכנת בטבלה משרעת בתדר. היחס בין amplitudes שתי שכבות הובילו המחיצה נמדד מקדם18. שיטות אלה פשוטים יחסית להשתמש, אך לעיתים קרובות דורשים הכיול של פולסים סלקטיבי של רמות צריכת חשמל או השימוש בצורת פולסים מעבר צבע כדי להבטיח דיכוי המתאים הממס אות סלקטיביות.
ניתן גם להשיג יומן מחושבים ערכיP (להדביקP) עבור תרכובות. מספר שיטות חישוב תוכנה זמינים מסחרית זמינים. ערכים כאלה להדביקP משמשים בתעשייה הפרמצבטית בעת הערכת מספר רב של מולקולות הסם. עם זאת, שגיאות גדול מהערכים להדביקP אינם נדיר19,20.
הדרישות של UV-פעילות לניתוח ריכוז והקמת עקומות כיול לחישוב logP לעכב התקדמות המחקר בתחום זה. בפרט, זהו המקרה עבור תרכובות אליפטיות-UV-פעיל. Moieties אליפטיות Fluorinated הפכו יותר ויותר אטרקטיבי עבור תכנון תרופות בשנים האחרונות, והשפעתם על lipophilicity הכולל של המתחם הינו נושא המחקר שלנו קבוצה21. בנוסף, 19F הוא גרעין NMR-פעיל מאוד רגיש, ביצוע 19F NMR כלי שימושי עבור ניתוח fluorinated תרכובות. יש גם מגוון shift כימיים גדולים יותר בהשוואה לזו של 1ח’ לכן כדאי לפתח שיטה פשוטה עבור יומןP נחישות של תרכובות fluorinated-UV-פעיל על-ידי 19F NMR ספקטרוסקופיה. לכן, המטרה הכוללת של שיטה זו היא להשיג lipophilicity נוח נחישות של תרכובות fluorinated.
עקרון המפתח שלנו 19בשיטה מבוססת-F NMR היא להוסיף הפניה fluorinated במתחם מחיצה הניסוי (איור 1)21. תרכובת X מתחם ועיון (שופט) הם למחיצות בין מים ו- n– octanol. לאחר equilibrating, aliquot של כל שלב נלקחת לתוך שפופרת NMR, 19F NMR ניסויים הן פועלות שתי דגימות NMR. האינטנסיביות של הפסגות פלואור הוא יחסי במתחם ריכוז (ג) ואת מספר אטומי פלואור (n) של תרכובות. בין תרכובת X ו- ref, ניתן להשיג יחס נפרד עבור שני שלבים. היחס בשכבה – octanol nמוגדר ρoctו ρaq לשכבת המים (הציוד 1). היחס בין ערכי ρ שווה את היחס של המחיצה המקדמים (P) של תרכובת X ו- ref (הציוד 2). זה מוביל המשוואה האחרונה (הציוד 4) עבור יומןP מדידה של תרכובת X. לכן, על מנת לקבוע את יומןP הערך של X תרכובת לא ידוע, רק שילוב יחסי (ρoct ו ρaq) בשתי שכבות נדרשים נמדד על פי 19F NMR.
Protocol
Representative Results
Discussion
הפרוטוקול המתואר בעיתון היא שיטה פשוטה עבור יומןP מדידה של תרכובות fluorinated. שיטה זו ישימה על תרכובות fluorinated עם יומן רישום ערךP מ-3 ל- 3. לעוד הידרופיליות (כניסהP <-3) או תרכובות lipophilic (logP > 3), שיטה זו ניתן עדיין להשתמש אבל ידרוש יותר זמן הניסוי NMR כפי המורחבת מספר תופעות מעבר הדרו?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה ממומן חלק EPSRC מעניק EP/K016938/1 ו- EP/P019943/1 (ZW, HRF), פרס המרה EPSRC/חברת AstraZeneca התיק (BFJ). באוניברסיטת סאות’המפטון הוא הודה על תמיכה נוספת. EPSRC הוא הודה נוסף על מענק יכולת ליבה 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).
