Optymalizacja reakcji Ugiego z wykorzystaniem syntezy równoległej i automatycznej obsługi cieczy

Reakcja UGI polega na mieszaniu czterech komponentów: aldehydu, aminy, kwasu karboksylowego oraz izonitrylu. Jest to wygodna reakcja do tworzenia zróżnicowanych bibliotek związków, która była wykorzystywana w przeszłości do syntezy związków przeciwmalarycznych. Szczegółowa reakcja UGI, która zostanie tutaj zaprezentowana, obejmuje reakcję Ole Amin aldehydu, B glicyny oraz T butyl izonitrylu.

Reakcja ta prowadzi do powstania produktu UI w formie osadu, gdy jest przeprowadzana w stężeniu 0,5 M w metanolu. Dzień dobry, nazywam się Jean Floyd Bradley. Moje laboratorium znajduje się w wydziale chemii na Uniwersytecie Drexel.

Witam, jestem studentem doktoratu dr. Bradleya, haha Meza. Dzisiaj przedstawiamy optymalizację reakcji Yugiego z wykorzystaniem technologii MiniMapper i MiniBlock firmy Mettler Toledo. Najpierw zaprogramujemy MiniMapper do dozowania cieczy.

Po drugie, przeprowadzimy izolację produktu za pomocą filtracji równoległej. Na koniec wykonamy charakterystykę z wykorzystaniem technik IR i NMR. Zatem zacznijmy.

Mini blok to narzędzie firmy Mettler Toledo, które umożliwia prowadzenie reakcji równolegle. Mini blok ten składa się z macierzy probówek o układzie sześć na osiem z filtrem u podstawy. Probówki te mogą pomieścić około 3,5 ml rozpuszczalnika.

Zawór u dołu minibloku pozostanie zamknięty podczas dodawania odczynników, a następnie zostanie otwarty w późniejszym etapie. Gdy przejdziesz do etapu filtracji, zmienisz trzy parametry tej reakcji i sprawdzisz ich wpływ na wydajność wyizolowanego produktu. Po pierwsze, nadmiar jednego lub dwóch odczynników będzie zmienny w każdym rzędzie.

Następnie w poszczególnych rzędach będą zmieniane rozpuszczalnik oraz stężenie. Podczas planowania eksperymentów warto korzystać ze wspólnego arkusza online, np. Google Docs, który można następnie wygodnie skopiować do oprogramowania mini mapper. Taki układ umożliwia crowdsourcing projektu eksperymentalnego, dzięki czemu osoby z całego świata mogą planować poszczególne części badania bez konieczności znajomości obsługi automatycznego dozownika cieczy.

Pierwszy krok polega na zważeniu pustych probówek z dokładnością do 0,1 mg. Następnie mini blok zostaje zamknięty, uszczelniony i zamontowany na platformie robota do obsługi cieczy. W tym eksperymencie wykorzystuje się cztery butelki z odczynnikami oraz cztery butelki z rozpuszczalnikami.

System do obsługi cieczy wykorzystuje ramię robotyczne wyposażone w strzykawkę i może przetransportować dowolny reagent z dowolnego źródła do dowolnego miejsca docelowego na statywie za pomocą pompy strzykawkowej. Obecna konfiguracja wykorzystuje strzykawkę o pojemności 10 ml, która może precyzyjnie odmierzyć minimum 100 µL. Aby oszczędzać odczynniki, należy dodać 100 lub 120 µL każdego z przygotowanych roztworów reagentów.

Reakcję przeprowadza się w pięciu etapach w metanolu o stężeniu dwóch molowym. W pierwszej kolejności do każdej probówki dodaje się rozpuszczalnik. W ten sposób zmienia się stężenie oraz skład rozpuszczalnika.

Następnie do wszystkich probówek dodaje się roztwór immunologiczny, a następnie aldehyd, kwas i na końcu izonitryl. Cały proces trwa około jednej godziny. Następnie mini blok jest wyjmowany z automatycznego dozownika cieczy.

Można wyraźnie zauważyć, że w każdej probówce znajdują się klarowne roztwory. Jest to istotne, ponieważ należy upewnić się, że wszystkie odczynniki rozpuściły się w poszczególnych rozpuszczalnikach. Zazwyczaj powstanie pierwszego osadu zajmuje około 30 minut.

Mini blok zostaje zamocowany na wytrząsarce i pozostawiony do mieszania przez noc. Po około 16 godzinach mini blok zostaje zdjęty z wytrząsarki, a w większości probówek widoczny jest osad. Następnie mini blok zostaje zamontowany na podstawie do zbierania, a zawory we wszystkich probówkach z filtrem zostają otwarte jednocześnie.

Stosuje się próżnię, a osad zostaje zatrzymany na filtrze każdej probówki. Następnie zawór zostaje zamknięty i do każdej probówki dodaje się 1 ml metanolu. Po użyciu mikropipety mini blok umieszcza się na wytrząsarce na 15 minut.

Krok ten powtarza się jeszcze raz. Po ostatnim przemyciu próżnię pozostawia się na 30 minut. Następnie probówki przenosi się do eksykatora w wysokiej próżni na jedną godzinę.

Po wyschnięciu probówek są one ponownie ważone, a ilość osadu określa się poprzez odjęcie masy pustej probówki. Niestety, zmienność masy probówek jest na tyle duża, że każda z nich musi zostać zważona przed użyciem. Próbkę z każdego układu rozpuszczalników analizuje się za pomocą NMR, aby upewnić się, że wszystkie produkty są czyste; do probówki z reakcją dodaje się 700 µL odgazowanego chloroformu w celu rozpuszczenia osadu.

Następnie roztwór przenosi się do rurki NMR. Do uzyskania widma protonowego NMR wykorzystuje się spektrometr NMR Varian Unity 500 MHz Innova. Po zalogowaniu się do urządzenia uruchamia się oprogramowanie NMR, wysuwa wzorzec odniesienia z instrumentu, a próbkę umieszcza się w wirówce i wprowadza do urządzenia.

Następnie próbka zostaje zablokowana, poddana shimmingowi i ustawiona zgodnie z parametrami wirowania dla protonu. Dane NMR są ładowane, a widmo jest zapisywane w formacie pliku JCampDX, który można przeglądać online w standardowej przeglądarce. Widma mogą być przechowywane na lokalnym serwerze lub przesłane do bazy ChemSpider, dzięki czemu badacze poszukujący tej cząsteczki będą mogli natychmiast skorzystać z uzyskanych danych.

Aby przeprowadzić dalszą analizę próbki, wykonuje się spektroskopię IR przy użyciu instrumentu PerkinElmer FTIR Spectrum 1000. Należy zalogować się do oprogramowania. Górną płytkę ATR należy zdjąć, przetrzeć i wyczyścić chusteczką nasączoną etanolem.

Czysty szkiełko przedmiotowe umieszcza się na A TR i przykręca, a manometr siły ustawia się na około 90 jednostek. Po zarejestrowaniu widma tła uzyskuje się widmo próbki, które następnie poddaje się korekcji A TR. Widmo IR jest również zapisywane w formacie pliku J Camp DX w celu wyświetlenia online.

Kluczowa różnica między prowadzeniem reakcji w kolbie okrągłodennej a jej przeprowadzaniem równolegle polega na tym, że pozwala to chemikowi organicznemu stawiać nowe pytania i w sposób systematyczny weryfikować przyjęte założenia. Wprowadzenie zautomatyzowanej obsługi cieczy do tego procesu uwalnia chemika, pozwalając mu poświęcić więcej czasu na analizę projektu na wysokim poziomie, a mniej na szczegóły każdego pojedynczego przebiegu eksperymentalnego. Mamy nadzieję, że ten film dostarczy Państwu inspiracji do optymalizacji własnych reakcji.

Dziękujemy za obejrzenie.