Optimisation de la réaction de Ugi utilisant la synthèse parallèle et automatisé de manipulation des liquides
11 novembre 2008
La réaction Ugi s'est révélée être un moyen pratique pour créer rapidement des bibliothèques de composés diversifiés. Elle implique la réaction d'une amine, un aldéhyde, un acide carboxylique et un isonitrile généralement dans le méthanol à température ambiante. Dans cette vidéo, nous utilisons un 48 slot Mettler-Toledo MiniBlock équipés de tubes de filtration et un gestionnaire de Mettler-Toledo MiniMapper liquide automatisé a été utilisé pour fournir les réactifs et les solvants. Les paramètres d'intérêt ont été la concentration, la composition du solvant et l'excès de certains des réactifs.
La réaction UI implique le mélange de quatre composants : un aldéhyde et une amine, un acide carboxylique et un ISO nitrile. Il s'agit d'une réaction pratique permettant de générer des bibliothèques diversifiées et qui a été utilisée par le passé pour synthétiser des composés anti-paludéens. La réaction UGI particulière qui sera démontrée ici implique la réaction de l'aldéhyde Ole Amin, de la glycine B et du T butyl iso nitrile.
Cette réaction produit un produit UI sous forme de précipité lorsqu'elle est réalisée à une concentration de 0,5 molaire dans le méthanol. Bonjour, je suis Jean Floyd Bradley. Mon laboratoire est situé au département de chimie de l'Université Drexel.
Bonjour, je suis Meza, étudiante diplômante du Dr. Bradley. Aujourd'hui, nous présentons l'optimisation d'une réaction yugi à l'aide des technologies mini mapper et mini block de Mettler Toledo. Tout d'abord, nous allons programmer le mini mapper pour effectuer la manipulation des liquides.
Deuxièmement, nous procéderons à l'isolement du produit par filtration parallèle. Enfin, nous effectuerons la caractérisation à l'aide des techniques IR et RMN. Commençons donc.
Le mini-bloc est un outil fabriqué par Metler Toledo qui permet d'effectuer des réactions en parallèle. Ce mini-bloc se compose d'un réseau de tubes disposés selon une matrice de six par huit, avec un filtre à la base. Ces tubes peuvent contenir environ 3,5 millilitres de solvant.
Une vanne située au bas du mini-bloc restera fermée pendant l'ajout des réactifs, puis sera ouverte ultérieurement. Lorsque vous serez prêt pour l'étape de filtration, vous modifierez trois paramètres pour cette réaction et observerez leur effet sur le rendement du produit isolé. Premièrement, l'excès d'un ou deux réactifs sera modulé selon chaque rangée.
Ensuite, le solvant et la concentration varieront entre les lignes. Lors de la planification des expériences, il est utile d'utiliser un tableur en ligne partagé comme Google Docs, que l'on pourra ensuite facilement transférer vers le logiciel mini mapper. Ce dispositif permet une forme de conception collaborative de l'expérience, où des personnes du monde entier pourraient planifier des parties de l'expérience sans avoir besoin de savoir utiliser le distributeur automatique de liquides.
La première étape consiste à peser les tubes vides avec une précision de 0,1 milligramme. Le mini bloc est ensuite scellé, fermé et fixé sur la platine du distributeur automatique de liquides. Cette expérience utilise quatre flacons de réactif et quatre flacons de solvant.
Le distributeur automatique utilise un bras robotisé équipé d'une seringue et peut transférer n'importe quelle source vers n'importe quelle destination sur la platine à l'aide de la pompe à seringue. La configuration actuelle utilise une seringue de 10 millilitres capable de délivrer précisément un minimum de 100 microlitres. Pour économiser les réactifs, ajoutez soit 100 soit 120 microlitres de chaque solution de réactif préparée.
Dans du méthanol à une concentration de deux molaire, la réaction est réalisée en cinq étapes. Premièrement, le solvant est ajouté dans chaque tube. C'est ainsi que vous modifierez la concentration et la composition du solvant.
Ensuite, la solution immunitaire est ajoutée à tous les tubes, suivie par l'aldéhyde, l'acide, et enfin le nitrile ISO. Cette étape prend environ une heure. Le mini bloc est ensuite retiré du distributeur automatique de liquides.
Vous pouvez clairement voir qu'il y a des solutions limpides dans chaque tube. Cela est important car vous devez vous assurer que tous les réactifs sont solubles dans tous les solvants. Il faut généralement environ 30 minutes pour que le premier précipité se forme.
Le mini-bloc est fixé sur un agitateur et laissé à mélanger toute la nuit. Après environ 16 heures, le mini-bloc est retiré de l'agitateur, et on peut observer que la plupart des tubes présentent un précipité. Le mini-bloc est maintenant fixé sur une base de collecte, et la vanne est ouverte simultanément pour tous les tubes filtrants.
On applique un vide et le précipité est retenu sur le filtre de chaque tube. La vanne est ensuite fermée et un millilitre de méthanol est ajouté à chaque tube. À l’aide d’une micropipette, le mini-bloc est placé sur l’agitateurs pendant 15 minutes.
Cette étape de lavage est répétée une fois de plus. Après le dernier lavage, le vide est maintenu pendant 30 minutes. Ensuite, les tubes sont transférés dans un dessiccateur sous vide poussé pendant une heure.
Une fois les tubes secs, ils sont pesés à nouveau, et la quantité de précipité est déterminée en soustrayant le poids à vide. Malheureusement, la variabilité entre les tubes est suffisante pour qu'il soit nécessaire de peser chaque tube vide. Un échantillon de chaque système de solvant est analysé par RMN afin de s'assurer que tous les produits sont purs. Sept cent microlitres de chloroforme désaffecté sont ajoutés à un tube à réaction pour dissoudre le précipité.
La solution est ensuite transférée dans un tube RMN, un appareil RMN Varian Unity de 500 mégahertz. Un spectre de RMN du proton est obtenu à l’aide de l’instrument Innova RMN. Une fois l’instrument allumé, le logiciel RMN est lancé, l’étalon de référence est éjecté de l’appareil, puis l’échantillon est placé dans le support tournant et inséré dans l’instrument.
L'échantillon est ensuite verrouillé, calibré et réglé aux paramètres de rotation pour un proton. Les RMN sont chargées, puis un spectre est obtenu sous forme de fichier J Camp DX, qui peut être consulté en ligne à l'aide d'un navigateur standard. Les spectres peuvent être hébergés sur un serveur local ou téléchargés sur ChemSpider, de sorte que les chercheurs cherchant cette molécule puissent utiliser les données immédiatement.
Pour analyser davantage l'échantillon, une spectroscopie IR est réalisée à l'aide d'un instrument PerkinElmer FTIR Spectrum 1000. Le logiciel est ouvert. La plaque supérieure du A TR est retirée, essuyée et nettoyée avec un chiffon imprégné d'ethanol savonneux.
Une lame de verre propre est placée sur l'ATR et vissée, puis le dispositif de mesure de force est ajusté à environ 90 unités. Après l'acquisition d'un spectre de fond, le spectre de l'échantillon est obtenu et traité avec une correction ATR. Le spectre infrarouge est également enregistré sous forme de fichier JCAMP-DX pour une visualisation en ligne.
La grande différence entre la réalisation d'une réaction dans un ballon à fond rond et son exécution en parallèle réside dans la possibilité offerte au chimiste organicien de poser de nouvelles questions et de remettre en question certaines hypothèses de manière systématique. L'intégration d'une manipulation automatisée des liquides permet au chimiste de consacrer davantage de temps à réfléchir au projet de manière globale, et moins aux détails de chaque expérience. Nous espérons que cette vidéo vous donnera quelques idées concernant vos propres réactions.
Merci d'avoir regardé.
Aperçu
La réaction de Ugi est une méthode polyvalente permettant de synthétiser des bibliothèques variées de composés en combinant une amine, un aldéhyde, un acide carboxylique et un isonitrile. Cette étude illustre l'optimisation de la réaction de Ugi à l'aide de technologies automatisées de manipulation des liquides.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Chimie
- Synthèse organique
- Manipulation automatique des liquides
Contexte
- La réaction de Ugi permet la génération rapide de bibliothèques de composés.
- Elle a déjà été utilisée dans la synthèse de composés anti-paludéens.
- Cette étude se concentre sur l'optimisation des paramètres de la réaction afin d'améliorer les rendements.
- Les systèmes automatisés augmentent l'efficacité et la reproductibilité des expériences chimiques.
Objectif de l'étude
- Optimiser la réaction de Ugi en utilisant les technologies MiniMapper et MiniBlock de Mettler-Toledo.
- Évaluer les effets des variations de concentrations des réactifs et de la composition des solvants.
- Mettre en évidence les avantages du traitement automatisé des liquides en synthèse organique.
Méthodes utilisées
- Utilisation d'un bloc MiniBlock 48 emplacements de Mettler-Toledo pour des réactions parallèles.
- Manipulation automatisée des liquides à l'aide du MiniMapper de Mettler-Toledo.
- Filtration et isolement des produits à l'aide d'un système sous vide.
- Caractérisation des produits par spectroscopie RMN et IR.
Résultats principaux
- Synthèse réussie de produits Ugi avec des rendements variables selon l'excès de réactifs.
- Précipités clairs observés après la fin de la réaction.
- La caractérisation a confirmé la pureté des composés synthétisés.
- La manipulation automatisée a réduit la main-d'œuvre manuelle et augmenté le débit expérimental.
Conclusions
- Le présent étude met en évidence l'efficacité des systèmes automatisés pour optimiser les réactions chimiques.
- La variation des paramètres de réaction a un impact significatif sur le rendement du produit.
- La manipulation automatisée des liquides permet aux chimistes de se concentrer sur la planification de projets à un niveau supérieur.
Questions fréquemment posées
Pertinence sectorielle pour les cadres
L'optimisation des réactions multicomposants par synthèse parallèle et manipulation automatisée des liquides permet une exploration rapide de l'espace chimique en vue de l'identification de composés candidats. Cette approche renforce la confiance prédictive en phase précoce de découverte en évaluant systématiquement les rapports entre réactifs, les effets du solvant et les variables de concentration. Les données obtenues soutiennent des décisions éclairées d'aller ou de ne pas aller plus loin dans la génération de bibliothèques de composés et réduit les risques liés aux synthèses ultérieures.
Applications stratégiques en recherche et développement biopharmaceutique
Découverte précoce et validation de cibles
- Valeur scientifique : Permet l'analyse des conditions de réaction afin d'identifier les conditions optimales pour la synthèse de bibliothèques, soutenant ainsi la vérification d'hypothèses en chimie médicinale.
- Valeur opérationnelle : Facilite le criblage rapide des excès de réactifs et des combinaisons de solvants afin de maximiser le rendement et la reproductibilité.
Développement de tests et criblage
- Valeur scientifique : Génère des données quantitatives de rendement pour 48 conditions parallèles, permettant une analyse statistique d'effets d'interaction subtils.
- Valeur opérationnelle : Standardise l'isolement du produit par filtration et lavage en parallèle, améliorant la reproductibilité entre réplicats.
Recherche translationnelle et préclinique
- Valeur scientifique : Confirme la pureté et l'identité du produit par caractérisation RMN et IR, garantissant un matériau fiable pour les évaluations ultérieures.
- Valeur opérationnelle : Fournit une plateforme évolutive pour la génération de bibliothèques de composés pouvant être utilisées dans des criblages phénotypiques ou des tests ciblés.
Intégration des pipelines et des flux de travail
La méthode s'intègre aux flux de travail de la phase initiale de découverte en permettant la synthèse rapide et reproductible de composés variés destinés à des campagnes de criblage.
- Biologie de la découverte : Favorise l'identification de composés candidats en générant des bibliothèques chimiques diversifiées grâce à des réactions multicomposants optimisées.
- Criblage : Fournit des composés prêts à être testés dans des essais, avec une pureté et un rendement constants, permettant des études fiables des relations structure-activité.
- Analytique : Fournit des mesures quantitatives du rendement et des données spectroscopiques afin de comparer les conditions réactionnelles et guider l'optimisation.
- Recherche translationnelle : Assure la continuité entre la phase de découverte et la phase préclinique en produisant des composés bien caractérisés, adaptés aux tests biologiques.
- Réutilisation institutionnelle : Met en place une plateforme réutilisable pour la synthèse parallèle, adaptable à d'autres réactions multicomposants dans les programmes de chimie médicinale.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive dans l'optimisation des réactions grâce à la variation systématique des paramètres et aux tests en réplicats.
- Valeur opérationnelle : Améliore le débit et réduit la main-d'œuvre manuelle par le traitement automatisé des liquides et le traitement parallèle.
- Valeur stratégique : Améliore l'efficacité des ressources en minimisant la consommation de réactifs et en accélérant les temps de cycle pour la synthèse de bibliothèques.
- Impact sur le portefeuille : Permet une priorisation fondée sur les données des voies de synthèse selon le rendement, la reproductibilité et la possibilité de passage à l'échelle.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en synthèse organique et en systèmes automatisés de manipulation liquide.
- Exige un équipement capable de distribuer précisément les réactifs et de traiter plusieurs échantillons en parallèle (par exemple, un distributeur liquide robotisé équipé d'une pompe à seringue).
- Implique une standardisation des protocoles entre les équipes afin d'assurer une exécution cohérente des étapes d'ajout de réactifs, de mélange, de filtration et de lavage.
- Suppose des adaptations lors du transfert du protocole à d'autres systèmes de solvants ou combinaisons de réactifs non testés.
- Comprend des limites pratiques, telles que la nécessité de peser individuellement chaque tube pour tenir compte des variations, ainsi que la dépendance vis-à-vis de la formation de précipités pour l'isolement du produit.
