Dezavantajele sintezelor clasice (tradiţionale) de medicamente

-Sinteze complexe şi consumatoare de timp

-Diversitate redusă (insuficiente pentru descoperirea noi)

-Productivitate prea mică

-Dezvoltarea lentă a relațiilor structura - activitate în cadrul unei o clase de compuşi

-Optimizare lentă

-Brevetări insuficiente

-Costurile ridicate (aproximativ 5.000 - 10.000 US-$ pe compus)

SINTEZA CLASICĂ

SINTEZA COMBINATORIALĂ

Etapa 1 Etapa 2

Principiul chimiei combinatoriale ilustrat printr-o schema de sinteză a unei biblioteci de 27 poliamide folosind 3 building blocks-uri, la fiecare etapă

Bibliotecă de compuși utilizați ca anestezice locale

Lidocaină

Lidofenină

Tocainidă

Ropivacaină

Aptocaină Prilocaină

Bupivacaină

Aplicarea reacţiei multicomponent Ugi

Pirocaină

Trimecaină Tolicaină

Mepivacaină

Butanilicaină

Clodacaină

Designul sintezelor combinatoriale

a) atașarea secvențială a building blocks-urilor

b) atașarea non-secvențială a building blocks-urilor, utilizând B ca template

Exemple de template

Ideea de a şablon (template) este de a utiliza o molecula interesantă din punct de vedere farmacologic, sau pur şi

simplu din cauza structurii sale, şi se "decorează" cu familiile de monomeri utilizate pentru diversitatea lor

Cu reactivitate mascată

Cu centre reactive neechivalente

protejate

Reacțiile folosite în designul combinatorial trebuie sa satisfacă următoarele criterii:

1.Reacțiile să fie specifice, relativ ușor de realizat și să decurgă cu randamente ridicate

2.Reacțiile folosite în secvențe să țină cont de formarea unei game largi de structuri pentru produșii

finali, incluzând toți streoizomerii posibili.

3.Reacțiile ar trebui să fie adecvate pentru folosirea echipamentelor automatizate.

4.Building blocks-urile să fie ușor accesibile.

5.Building blocks-urile să fie cât mai variate (pe cât posibil), astfel produșii finali să includă structuri

care să utilizeze toate modalitățile de legare cu ținta.

6.Trebuie să fie posibil să se determine exact structurile produșilor finali.

In practică nu este totdeauna posibil să se selecteze reacțiile după aceste criterii. Cu toate acestea

condiția 6 trebuie satisfăcută, altfel sunt puține șanse de realizare a sintezei.

Gradul de informare asupra țintei dorite va influența de asemenea alegerea building blocks-urilor

folosite pentru a indentifica liderul.

Dacă este cunoscut un lider, building blocks-urile sunt selectate pentru a produce analogi

Sinteza în amestec

Principiul metodei

-Se amestecă în același reactor 2 familii de monomeri, fiecare monomer fiind prezent în cantități stoechiometrice; se

speră obținerea tuturor combinațiilor posibile de dimeri într-un amestec omogen.

Obstacolul major al acestei tehnici: reactivitatea diferită a monomerilor

-Amestecul este supus la screening aşa cum este şi numai în cazul în care este activ, se caută să se identifice care termen

din amestecul de molecule este responsabil pentru activitatea biologică.

Procesul prin care se realizează această identificare a moleculei active biologic este numit Deconvoluție

Sinteza bibliotecii de compuși

Biblioteca prezinta activitate

Deconvoluția

Există 3 metode de deconvoluție:

Deconvoluția iterativă

Când o activitate interesantă este detectată

într-un amestec, primul pas este de a crea din nou

biblioteca de compuși inițială, prin împărţirea

acesteia într-un set de sub-biblioteci, toate de

dimensiuni egale.

În fiecare dintre ele, un monomer este invariant.

2. Sinteza a n’’ sub-biblioteci de compuși

Monomerul C este selectionat

Numărul de sub-biblioteci este egal cu numărul

de monomeri introduși în poziţia de monomer

invariant .

Fiecare sub-bibliotecă de compuși chimici nu

conține nici un alt compus prezent în altă sub-

bibliotecă.

Acestea sunt testate separat, şi un răspuns pozitiv

la una din sub-biblioteci înseamnă că molecula

responsabilă pentru activitatea este găsită în ea.

Astfel, moleculă activă este cea care conţine

monomerul C în poziția a treia.

3. Sinteza a n’ sub-biblioteci de compuși

Monomerul B este selectionat

Mai multe sub-biblioteci de dimensiuni

mai mici au fost pregătite şi testate

pentru a determina monomerul

responsabil pentru activitate în poziţia a

doua (n 'sub-biblioteci pentru familie de

monomer într-a doua poziţie)

4. Sinteza a n sub-biblioteci de compuși

Monomerul A este selectionat

Compusul activ va fi

Procesul iterativ continuă până la

identificarea completă a moleculei de

active.

Dezavantaj: timp prea lung pentru pregătirea unui număr de sub-biblioteci egal cu numărul total de monomeri

introduși în orice poziţie (n + n '+ n'‘)

Deconvoluția iterativă permite detectarea unei activități la fiecare pas, pentru că molecula activă este puţin câte

puțin diluată de alte, teoretic inactive

Scanarea poziției

Scopul este de a pregăti o bibliotecă de produși chimici care să permită decodare imediată, fără a fi necesară

sinteza ulterioară ale sub-bibliotecilor.

Metoda constă în producerea de la începutul a unor sub-biblioteci în care un monomer ce se găsește într-o poziţie

fixă întânlește toți ceilalţi monomeri în poziţiile rămase libere.

Avantajul este că procesul nu este iterativ; sub -bibliotecile au fost testate separat şi diferitele lor activităţi detectate . Se poate detrermina care din monomeri conferă în mod direct de activitate amestecului şi în ce poziţie. Molecula activă este identificată imediat, evitînd etapele lungi ale procesului precedent. este necesar ca testul să fie de încredere pentru a detecta activităţi foarte diluate, toate sub-bibliotecile testate fiind de aceeaşi dimensiune.

Biblioteca ortogonală

Deconvoluția presupune sintetiza unei biblioteci chimice în întregime de două ori. Compușii sintetizați sunt aceeaşi, dar ei sunt aranjați în mod diferit în Biblioteca 1 (banca de compuși 1) și respectiv în cea dea doua bibliotecă . Astfel, un produs care se va găsi în amestec cu alte produse în banca de compuși 1 va fi amestecat întotdeauna în banca de compuși 2 cu produse diferite. O sub-biblioteca chimică din banca 1 nu va avea decât o moleculă în comun cu o sub-biblioteca chimică din banca de compuși 2. Testarea activității celor două banci permite identificarea imediată a moleculei responsabil pentru activitatea.

Singura molecula comună

Sub-biblioteca 1

Sub-biblioteca 1

Sub-biblioteca 2

Sub-biblioteca 2

Sub-biblioteca 3

Sub-biblioteca 3

Biblioteca ortogonală, pe un eşantion de 8 trimeri

Banca 1

Banca 2

Avantajul acestei strategii este de a face o partiţie raţională a produselor în sub-biblioteci prin exploatarea diversităţii

de monomeri implicați, astfel încât fiecare sub-bibliotecă conţine molecule foarte diferite. Acest lucru va preveni o

activitate globală a amestecului datorată unor combinaţii de mici activități ale unor molecule similare, şi, prin urmare,

va limita răspunsurile fals pozitive.

Dezavantajele sintezei în amestec

• mult timp alocat procesului de deconvoluție

•testele realizate pe amestecuri de mii de produse pentru a găsi o moleculă activă au fost de multe ori lipsite de

fiabilitate.

•în unele cazuri, activitatea biologică a fost din cauza un cumul de activitate, ca urmare a structurii asemănătoare a

moleculelor din acelaşi amestec.

•în alte cazuri, complexitatea reacţiei a promovat reacţii secundare imprevizibile, făcând imposibilă identificarea

moleculei active.

•controlul calităţii bibliotecii de compuși (analiza miilor de compuși sintetizați) au determinat companiile să se

orienteze către amestecuri mai mici (10 - 100 molecule) sau să apeleze la sinteza paralelă.

Sinteza paralelă

Păstrează ideea de a sintetiza toate combinaţiile posibile din

familii de monomeri, dar fiecare reacţie individuală are loc într-

un mic reactor distinct.

Aceste tuburi pot fi independente sau de obicei sub forma de plăci

de microtitrări cu 96 de canale, care permit sinteza direct într-un

format compatibil cu cel al screening-ului.

Istoria fiecărui reactor este urmărită, în general, în scopul de a

găsi informaţii despre compusul conţinut.

Există, de asemenea microreactoare echipate cu mici emiţătoare

de radiofrecvență, care să permită urmărirea prin semnale

electrice a istoricului sintezei

Hidantoine

Z1-Z96

După deprotejarea AA, se adaugă cei 12 isocianați Y1-Y12 Se plasează primele building blocks-uri, cei 8

aminoacizi X1-X12 protejați cu BOC peste rășină

Se formează derivații de uree, la încălzire cu sol.

6M de HCl se desprinde de pe rășină și se

ciclizează formând hidantoinele Z1-Z96

Sinteza pe suport solid

Principiul metodei

Un monomer este covalent ataşat (opţional, printr-un braţ de legătură), pe site-urile reactive ale unui material

insolubil, suport solid.

Suportul solid poate fi o sticlă sau un polimer, dar cel mai adesea este vorba de un set de granule insolubile de câteva zeci de

micrometri în diametru confecţionate dintr-un non-polimer reactiv, numit răşină. Acest polimer este functionalizat cu grupe de reactive care să permită ancorarea de diferite molecule. Definim grad de încărcare, care cuantifică numărul de moli de produs care poate fi fixat pe gram de polimer (de obicei de ordinul a câteva sute de micromoli pe gram). Reactivii şi alţi monomeri se adaugă în soluţie, iar reacţia are loc pe polimer, sub rezerva de a găsi un solvent adecvat care intră granule de rasina și astfel site-urile reactive sunt accesibile (se spune că Solventul a "gonflat" rasina). Produsul de reacţie este legat de granule si este apoi desprins de rasina prin etapa de clivare. O filtrare permite apoi recuperarea produsului eliberat de pe suport.

Marele avantaj al sintezei pe suport solid este că permite (în cazul în care costul materiilor prime

este acceptabil), utilizarea reactivilor în exces la fiecare pas pentru a duce reacţiile la capăt excesul

de reactivi (monomeri şi catalizatori) vor fi eliminați prin etape de spălare şi de filtrare;

numeroase reacţii multi-etape sunt astfel disponibile, fără a trebui să vă faceţi griji cu privire la

compatibilitatea de solvenţi sau de produși secundari generați în paşii anteriori.

Sinteze de peptoide

Exemple de oligomeri

peptide oligocarbamați

polipirolinone poliisoxazoline

peptoide

Peptide viniloge

TFA

Sinteza benzodiazepinelor

Limitari ale sintezei pe suport solid

• produsul trebuie să fie fixat pe suport insolubil limiteaza grav diversitatea de monomeri disponibili implicați în

sinteza (pentru că aceștia trebuie să fie de cel puţin bifuncţionali)

Rășină Merrifield

• etapele de desprindere (de clivare) de rășină sunt adesea etape chimice foarte dure, care pot afecta funcţii sensibile

• clivarea produselor la sfârșitul protocolului, lasă în general ofuncţiune invariantă restul de la legătura covalentă cu

rășina

Imbunătățiri ale metodei

• prin utilizarea unei ciclizări concomitent cu desprinderea de rășină, prin urmare, de a scoate funcţiunea reziduală.

• utilizarea unor noi generaţii de răşini, care implică noi metode de clivare

De exemplu, linkerul de tip sililat oferă o funcţie de alchil după clivare sau un linker de tip sulfonamidă când

desprinderea se face prin reacţie cu diferiți nucleofili, mărind astfel diversitatea bibliotecii chimice.

Sinteza în fază omogenă

• poate folosi orice tip de reacţie chimică, fără griji de compatibilitate cu suportul solid, dar cu dezavantajul de a

avea la sfârşitul sintezei, reziduuri de reactivi utilizați, şi, uneori, resturi de monomeri intrați în reacţie.

•nu utilizează reactivi exces, cu excepţia cazului în care pot fi eliminati prin procese simple (de ex., evaporare).

• dezvoltarea protocolului chimic poate fi destul de greoaie (cere condiţii de optimizare), precum şi selecţia

monomerului care va depinde în primul rând pe reactivitatea lui.

• există o diversitate mult mai mare de monomeri, deoarece nu mai este nevoie ca acestea să fie legate de un

suport solid prin intermediul unei a doua funcţiuni.

• dacă considerăm compuşii non-oligomerici, sinteza în faza de omogenă, conduce în general la biblioteci de

dimensiuni mai mari decât cele din sinteza în fază solidă, de multe ori etape mai scurte, deoarece nu se pierde

mult timp cu etapele de spălare, care lungesc mult procesul de sinteză.

Tehnici de purificare (evitarea produșilor secundari nedoriți)

Folosesc reactivi fixați de răşină sau rasina captatoare de funcțiuni reactive; acesta este, de fapt, conceptul

invers sintezei pe suport solid: monomerii sunt toți numai în soluţie şi reactivul va fi fixat pe un suport

solid Astfel, reactivul care poate fi pus în exces va fi eliminat de către o etapă de filtrare.

Rășină

captatoare

Metode de analiza folosite în sinteza combinatorială

• Cromatografie în fază lichidă cuplată cu spectrometrie de masă (LC / MS)

-foloseste coloane scurte de 5 cm (fata de cele clasice 15-20 cm ) și în 5 minute se face analiza puritatii

mediului de reacție

•Cromatografia supercritică, care utilizează ca fază mobilă metanol-CO2 lichid

-permite reducerea timpului de analiză la aproximativ un minut

•Spectrometru de masă utilizat ca detector in linie, dă apoi informaţii de identitate a produsului

-are un software-ul adaptat pentru a analiza fluxului de reprocesare. Spectrometria de masă este, de

asemenea, utilizată în flux continuu, adică fără separarea prealabilă prin cromatografie. Aceasta tehnica ar

putea permite analiza cantitativă a aproape o mie de probe pe zi, faţă de 200 pentru sistemele cuplate.

• Pentru a evalua puritatea compuşilor, detectarea cea mai folosită este UV -ul

-Interpretarea de control al calităţii este foarte dependentă de proprietăţile de absorbţie de molecule

sintetizate.

•HPLC cuplat la RMN cu care se pot obţine în trei minute spectrul unui produs prelevat direct din placa cu

96 de tuburi.

-Este dificil de utilizat RMN-ul pentru timpul pierdut cu interpretarea spectelor.

•Se folosesc in cazuri particulare metode RMN MAS (Magic Angle Spinning)

•FTIR

Analiza fluxurilor trebuie să fie de mare, deoarece acestea caracteriza sute de produse de zi cu zi.

Screening

Molecule

Sinteza

Analogiilor

Capete

de serie

Candidat

Selectare

Tintă

Schema clasică a unui proces de descoperire a unui medicament nou

Screening

Bibliotecă

generală

Proiectare

moleculară

Profil la debit mare

Toxicitate, Metabolism

Screening

la debit mare Chimie

combinatorială

Bibliotecă

focalizată

Screening

virtual

Caracterizare

biologică

Capete

de serie Chimie

combinatorială

Proiectare

moleculară

Candidat

Selectare

Tintă

>

Tehnologii noi folosite in procesul de descoperire a unui medicament nou

Tehnici generale folosite în sinteza combinatorială

Sinteza combinatorială poate fi realizată pe suport solid sau în soluție.

Pe suport solid În soluție

Reactivii pot fi utilizați în exces în

scopul de a obține o reacție completă

Reactivii nu pot fi utilizați în exces,

decât dacă se realizează purificare

produșilor

Purificarea este simplă:simpla spălare a

suportului

Purificarea poate fi dificilă

Automatizarea este ușoară Automatizarea este dificilă

Câteva reacții adecvate Teoretic oricare reacție organică poate fi

utilizată

Relativ costisitoare Relativ ieftină

Nu este bine documentată si cere timp

pentru a găsi suportul și linkerul potrivit

pentru o sinteză specifică

Doar timpul necesar pentru dezvoltarea

chimiei

Metoda pe suport solid

Origine: Sinteza de peptide pe rășină Merrifield.

Este utilizată o rășină care are un număr mare de grupe funcționale atașate pe suprafață cu ajutorul unor structuri

variate cunoscute ca linker sau braț de legătură.

Rășinile frecvent utilizate:

-polistiren/divinilbenzen (PS/DVB)

-polietilenglicol (PEG)

-polietilenglicol-polistiren/divinilbenzen

Funcționalizări ale rășinilor

Clorometilpolistiren

Aminometilpolistiren

2-chlorotrityl chloride resin

Catalog # Cross

Linker

(DVB)

Particle

Size

(mesh)

Loading

(mmol/g)

Price (US $)

25 g 100 g 500 g

150301

150302

150303

150304

1%

1%

1%

1%

100-200

100-200

200-400

200-400

0.4-1.0

1.0-1.6

0.4-1.0

1.0-1.6

185.00

199.00

185.00

199.00

463.00

498.00

463.00

498.00

1,273.00

1,370.00

1,273.00

1,370.00

1. J. B. Laursen, et al., Bioorg. Med. Chem. Lett. 2002, 12, 171 (RCOOH)

2. H. Wenschuh, et al., J. Org. Chem., 1995, 60, 405 (ROH)

3. U. Heinelt, et al., Bioorg. Med. Chem. Lett., 2001, 11, 227 (ArOH)

4. M. Cardno, et al., J. Chem. Soc. Chem. Commun., 1995, 2163 (RNH2)

Alegerea linkerului

•Linker-ul trebuie să fie compatibil cu toate etapele sintezei,

•Labil în condiţii de clivare și să nu provoace descompunerea compuşilor generați în bibliotecă.

• Linker-ul corespunzător este adesea dictat de funcţiunile prezente în clasa de molecule de interes

• De exemplu, utilizând un linker acid sau amida de tip Rink se pot realiza sinteze pe faza solidă de peptide

[1] H. Rink Tetrahedron Lett., 1987, 28,3787.

[2] S. L. Mellor & W. C. Chan J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1997, 2005.

[3] R. S. Garigipati Tetrahedron Lett., 1997, 38,6807.

[4] W. K. D. Brill, et al. Synlett., 2001, 7,1097.

[5] W. K. D. Brill & C. Riva-Toniolo Tetrahedron Lett., 2001, 42,6515.

[6] Acc. Chem. Res., 1996, 29 (3), pp 123–131

Sinteza pe suport solid de 1,4- dihidropiridine

Felodipina Nifedipina

Linker pentru acizi carboxilici

Ester glicolamidic

•clivarea se face cu NaOH, alcoxizi, amine primare (stabil la piperidină)

•legătura glicolamidica este stabilă in mediu acid

Linker Sheppard

•desprinderea se realizează cu

1- TFA

2-HF

3- amine

4- 1% TFA/DCM

Se folosesc pentru sinteze Fmoc-amino acizi

Linker Wang

•desprinderea se realizează cu

50% TFA/DCM p-alkoxybenzyl alcohol resin

Linker SASRIN (Super Acid Sensitive ResIN)

•desprinderea se realizează cu

1% TFA/DCM

1. Wang, S. J. Am. Chem. Soc. 1973, 95, 1328-1333.

2. Atherton, E.; Logan, C. J.; Sheppard, R. C.J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 1981, 1,538-546.

3. Seebach, D.; Thaler, A.; Blaser, D.; Ko, S. Y. Heir. Chim. Acta 1991, 74, 1102-1119.

4. Floyd, C. D.; Lewis, C. N.; Patel, S. R.; Wittaker, M. Tetrahedron Lett. 1996, 37, 8045-8048.

1. Mergler, M.; Tanner, R.; Gosteli, J.; Grogg, P. Tetrahedron Lett. 1988, 29, 32, 4005-4008.

Linker PAM (PhenylAcetamidoMethyl resin)

•desprinderea se face cu

16% HBr/AcOH/TFA

1. Mitchell, A. R.; Erickson, B. W.; Ryabtsev, M. N.; Hidges, R. S.; Merrifield, R. B. ]. Am. Chem. Soc. 1976, 98, 7357-7362.

2. Zikox, C. C.; Ferderigos, N. G. Tetrahedron Lett. 1995, 36, 3741-3744.

3. Seebach, D.; Thaler, A.; Blaser, D.; Ko, S. Y. Helv. Cbim. Acta 1991, 74, 1102-1119.

4-(hydroxymethyl)phenylacetic acid linker

Metode de protejare a grupei amino

-acilare- neindicata- indepartarea se face prin hidroliza, legatura amidica!

- ftalilare-

N

O

O

CH

R

COOH- H2O

O

O

O

CH COOH

R

+ H2N+PCl5

N

O

O

CH

R

COCl

-POCl3- HCl

+ H2N CH COOH

R'

- HCl

N

O

O

CH

R

CO-NH-CH-COOH

R'+ H2N-NH2

NH

NH

O

O

+ H2N-CH-CO-NH-CH-COOH

R

R'

Peptida

- carbobenzoxilare, Cbz, Z

- HClCH2 OCOCl + H2N-CH-COOH

RC6H5

CH2 OCO-NH CH-COOH

RC6H5

+ PCl5

- POCl3- HCl

- HCl-CH COOH+ H2N

R

CH2 OCO-NH CH-COCl

RC6H5

H2N-CH-CO-NH-CH-COOH

R

R'

- CO2

+ H2

Peptida

CH2 OCO-NH CH-CO-NH-CH-COOH

R

R'

C6H5 - C6H5-CH3

sau HBr/AcOH

- tertbutoxicarbonil, Boc

deprotejare

Metode de protejare a grupei carboxil

- esterificare- Me. Et- ineficienti pot reactiona cu grupa NH2 - t-Bu- voluminos- impiedica atacul NH2

Fluorenylmethyloxycarbonyl chloride (Fmoc)

9-Fluorenylmethyl chloroformate;

9-Fluorenylmethoxycarbonyl chloride;

Fmoc-chloride

-carbamat utilizat pentru protejari de amine

-se îndepărtează prin tratare cu baze (de ex. Soluție de piperidină)

Linker pentru amide

Linker SAL (Silyl Amide Linker)

•clivarea se face cu 90:5:3:2 – TFA/tioanisol/EDT/fenol

Linker PAL

•desprinderea se realizează cu

90:5:3:2 – TFA/tioanisol/EDT/anisol

Fmoc-(aminomethyl)-3,5-dimethoxyvaleric resin

1. Chao, H.; Bernatowicz, M. S.; Matsueda, G. R. ]. Org. Chem. 1993, 58, 2640-2644.

1. Albericio, F.; Kneib-Cordonier, N.; Biancalana, S.; Gera, L.; Masada, R. I.; Hudson, D.; Barany,

G.J. Org. Chem. 1990, 55, 3730-3743.

2. Landi, J. L.; Ramig, K. Synth. Commun., 1991, 21, 167-171.

3. Boojamra, C.; Burrow, K.; Ellman, J. A.J. Org. Chem. 1995, 60, 5742-5743.

4. Barlos, K.; Chatzi, O.; Gatos, D.; Stavropoulos, G. Int. J. Pept. Protein Res. 1991, 37, 513-520.

Linkeri fotolabili

1. Hammer, R. P.; Albericio, F.; Gera, L.; Barany, G. Int. ]. Pept. Protein Res. 1990, 36, 31-45.

desprinderea se realizează cu aparat Rayonet si

solventi: TFE/DCM/NH4OH

1. Holmes, C. P.; Jones, D. G.J. Org. Chem. 1995, 60, 2318-2319.

2. Ajayaghosh, A.; Pillai, R. Tetrahedron 1988, 44, 6661-6666.

clivarea se face cu 365 nm hn în PBS (phosphate-buffered saline)

cu 5% DMSO

Liker a-metil-o-nitrobenzilic

Dts = dithiasuccinoyl

Linker pentru alcooli și amine

Rașină Tritil

•clivarea se face cu 1-5 % TFA/DCM

Rașină THP (TetraHydroPyranyl)

•clivarea se face cu 1:1 DCE / butanol apoi tratat cu PPTS (piridin-p-toluensulfonat)

Metoda D.C.R. (Divide, Cuplează și Recombină)

Etapa I

Legarea building blocks-urilor

initiale de rășină

Etapa II

Aplicarea tehnicii Furka pentru construirea

unei biblioteci combinatoriale folosind o

sinteză în 2 pași și care implică 3 building

blocks-uri la fiecare etapă, rezultând 27 de

compuși

Sinteza Mix and split

3 compuși 9 compuși 27 compuși

Sinteza Split- Pool a unei biblioteci de 27 compusi pe suport solid , prin intermediul reacţiilor iterative cu reactivii A, B şi C.

Boabele de rășină sunt împărţite într-un număr egal de porţii de dimensiuni corespunzătoare la numărul debuilding blocks-uri. Fiecare compus de

pornire este ataşat la propriul său grup de granule, utilizând reacţii chimice adecvate.

Toate multimile sunt acum amestecate şi apoi separate într-un număr egal de porţiuni corespunzător numărului de compuşi de plecare diferiti de

cei utilizati pentru prima etapă a sintezei. Un building blocks se adaugă la fiecare portie şi reacţia efectuata este cea de fixare la amestecurile de

granule reactive de rasina şi într-un vas de reacţie adecvat. După ce reacţie a avut loc, toate margele sunt amestecate înainte de a separa-le în

numărul de porţii egale corespunzătoare

numărului de reactivi utilizati în a doua etapă a sintezei. Un al doilea building block se adaugă la fiecare din aceste porţiuni noi şi amestecul se

lasă să reacţioneze pentru a rezulta produse pentru această etapă de sinteza.

Acest proces de amestecare şi de defalcare este continuat până când biblioteca necesară este sintetizată.

Formarea bibliotecilor de peptide şi de polimeri similari în cazul în care acelaşi building blocks-uri sunt folosite la fiecare pas, numărul maxim

posibil de compuşi care pot fi sintetizate pentru un anumit număr de blocuri de constructii diferite (B) este

dată de:

număr de compuşi B X , unde x este numărul de paşi în sinteza.

Istoria chimică unei boabe trebuie să fi urmărita fie printr-o metodă adecvată de codificare, fie printr-un proces de deconvolutie.

Identitatea acesteia poate fi confirmată de asemenea, folosind o combinaţie de metode analitice , cum ar fi RMN, MS, HPLC şi GC.

Receptor marcat

solubil

Eliminarea fracției

legate

nespecific

spălare

etalare

Identificarea moleculei ligand

Utilizarea de receptori solubili

Identificarea moleculelor ”active”

Utilizarea etichetelor

Clivare proprietate a unor minerale sau roci de a se desface în plăci sau lame cu supafețe plane

etichete

Clivarea

etichetelor

Analiza

etichetelor

Prezintă activitate

Molecula activă

Etichetele compușilor

Compușii Bibliotecii Building

block

Cod

compus

A R

B S

C T

Oligonucleotide folosite drept etichete în sinteza combinatorială de peptide

CPG = controlled pore glass

Codare binară

1. Ohlmeyer, M. H. J., Swanson, R. N., Dillard, L. W., Reader, J. C., Asouline, G.,

Kobayashi, R.,Wigler, M., Still,W. C. (1993). Complex synthetic chemical libraries

indexed with molecular tags. Proc. Natl. Acad. Sci., 90, 10922–10926.

2. Nestler, H. P., Bartlett, P. A., Still,W. C. (1994). A general method for molecular

tagging of encoded combinatorial chemistry libraries. J. Organic Chem., 59,

4723–4724

Metoda Still de codare binara foloseste drept etichete numerele

O,1 pentru indentificarea compușilor din bibliotecă

Astfel pentru o biblioteca cu 31 de compuși s-au folosit 6 etichete.

Se pot identifica ușor compsii (cu HPLC)

de ex codul 011010 îi corespunde compusului 24

Compuși aromatici halogenați utilizati ca etichete în codarea binară

M. H. J. Ohlmeyer, R. N. Swanson, L. W. Dillard, J. C. Reader, G. Asouline, R. Kobayashi, M. Wigler, W. C. Still, Proc. Natl. Sci. USA 1993, 90, 10922–10926.

Etichetele sunt încorporate, prin intermediul unor legături (de ex amidice) de un linker-ul photolabil (Schema 5.3), în detrimentul site-urile ligand de

sinteză. Fiecare compus din bibliotecă este codificat printr-un set limitat de etichete. Prezenţa, precum şi absenţa, al fiecarui membru al setului

poartă informaţii despre structura specifică codificată. Într-un cod binar, un set de n etichete poate codifica 2n-1 structuri diferite. De exemplu, 20

etichete pot codifica 2020- 1 = 1.048.575 membri diferiti ai bibliotecii. După ce au fost eliberate de pe răsină prin fotoliza, etichetele sunt detectate

prin cromatografie de gaze folosind detectare captura de electroni de (ECGC), o metodă de detectare, care este deosebit de sensibilă la compuși

aromatici clorurati grei.

Compuşi haloaromatici au fost selectati pentru a se asigura de siguranța separarii și reproductibilitatea prin ECGC, metoda cromatografică care este

capabila să detecteze cantitați subpicomolare de etichete. În consecinţă,boabele poate fi etichetate la cand răşina are un grad de încărcare de numai

0.5 - 1% (0.5-1 pmol pe boabă), fără interferenţe detectabile în sinteza bibliotecii.

ECGC = gas cromatography using electron capture detection

1. H. P. Nestler, P. A. Bartlett, W. C. Still, J. Org. Chem. 1994, 59, 4723– 4724.

2. W. C. Still, Acc. Chem. Res. 1996, 29, 155–163.

Acilcarbene folosite pentru obtinerea de etichete

Derivați de TnC care conţin numere diferite

de grupe metilen n au fost elaborate.

Cercetătorii au constatat că diazocetonele TnC

sunt solide stabile şi pot fi păstrate la

temperatura camerei luni de zile. Ele

reactioneaza usor cu răşină de polistiren,

oferind o metode pentru codarea binara.

In etapa de decodare, etichetele sunt

desprinse oxidativ de azotat de amoniu ceric si

analizate cu ECGC

.

Strategiade etichetare cu acilcarbene nu are

nevoie de nici grupare funcţionala specifică

pentru ataşarea etichetei, iar etichetele şi

linkerii sunt, în general, compatibili cu o serie

largă de reacţii chimice. Acilcarbenele pot fi

adăugate neselectiv la unii dintre compuşii

sintetizati. Deoarece etichetele se adaugă la

concentratii molare corespunzând la 1% sau

mai puţin din membrii bibliotecii, interferenţa

cu sinteza este minima.

Codarea binara cu amine secundare

Amine secundare utilizate pentru obtinerea de etichete:

HN (Et) (Bu), HNMe (C6H13), HNBu2, HNMe (C7H15), precum şi HN [CH2CH (Et) C4H9]2

[(dialchilcarbamoil)metil]glicină N-protejată

Alloc = Allyloxycarbonyl

1. Z.-J. Ni, D. Maclean, C. P. Holmes, M. M. Murphy, B. Ruhland, J. W. Jacobs, E. M. Gordon, M. M. Gallop, J. Med. Chem. 1996, 39, 1601–1608.

2 . Z.-J. Ni, D. Maclean, C. P. Holmes, M. M. Gallop in: Methods in Enzymology, vol. 267, Combinatorial Chemistry. Abelson, J. N. (ed.).Academic Press, San Diego 1996, pp. 261–272.

3. C. P. Holmes, D. G. Jones, J. Org. Chem. 1995, 60, 2318–2319.

Anhidrida iminodiacetică N-protejată

Decodarea etichetelor de tip amine secundare

D. Maclean, J. R. Schullek, M. M. Murphy, Z.-J. Ni, E. M. Gordon, M. A. Gallop, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1997, 94, 2805–2810.

5-(dimethylamino)naphthalene-1-sulfonyl

chloride (Dns-Cl)

reacţionează cu amine primare alifatice şi

aromatice, atât pentru a forma unu aduct

sulfonamidic ce prezintă fluorescenta stabilă

albastră sau albastră-verzuie.

Clorura de Dansyl este larg utilizată pentru a

modifica aminoacizi, în mod special,

secvenţele de proteine şi de analiză de

aminoacizi

La finalizarea sintezei bibliotecii, fiecare boabă este distribuită separat într-o placă cu canale de microtitrare

Liganzi sunt eliberati de pe boabele de rășină în mediu de analiză prin expunerea la lumina UV la 365 nm.

Reziduurile de etichetele rămân covalent ataşate la rasină. Dupa screening, boabele din canalele ce conţin

compuşi activi sunt colectate pentru decodare.

Absorbții IR utilizate pentru a genera coduri de bare pentru rășină

Codarea rășinilor în IR

1. Fenniri, H., Ding, L., Ribbe, A. E., Zyrianov, Y. (2001). Barcoded resins: A new concept for polymer-supported combinatorial library self-deconvolution. J. Am.Chem. Soc., 123, 8151–8152.

2. Fenniri, H., Chun, S., Ding, L., Zyrianov, Y., Hallenga, K. (2003). Preparation, physical properties, on-bead binding assay and spectroscopic reliability of 25 barcoded polystyrene-

poly(ethylene glycol) graft copolymers. J. Am. Chem. Soc.,

Codarea prin radio-frecvență (RF)

Utilizează pentru codare un dispozitiv

microelectronic numit memorie RF

Eticheta este (13x13 mm) este închisă

între doi pereți de sticlă si conține un

chip de siliciu pe care sunt gravate cu

laser un cod de bare unic binar, un

circuit de rectificare cu care este absorbit

energia de radio frecvență, o antenă prin

intermediul căreia este primit semnalul.

Codare MS

În 1996, Geysen si colegii sai de la Glaxo Wellcome - a propus o nouă metodă de codificare, care profită de

tehnici SM moderne și anume ESI-MS (ElectroSpray Ionization Mass Spectrometry )

În general, atunci când se înregistrează istoria chimică a unui compus sintetizat codificarea se realizează

prin încorporarea unor izotopi stabili în boabele de rășină care dau semnale distincte în spectrele de masă

Într-una din strategiile propuse, rasina este derivatizată cu un linker la care este ataşat un cod de SM. Masa bloc de

codificare este concepută pentru a aparea într-o regiune convenabilă a spectrului de masă. Ca un exemplu, acest cod poate fi

o dipeptidă construită prin combinaţii de amino-acizi naturali glicină (Gly) şi alanină (ALA), precum şi dervatii lor13C cu

eticheta: [13C] Gly, [13C] 2Gly, [13C] Ala, şi [13C] 4Ala.

Ca un exemplu, autorii prezintă spectre de masă înregistrate pentru următoarele zece coduri de masă: Gly-Gly, Gly-[13C]

Gly, [13C] Gly-[13C] Gly, Gly-[13C] 2Gly, Gly-Ala, Gly-[13C] Ala, [13C] 2Gly-Ala, [13C]2Gly-[13C] Ala, şi [13C]2Gly-[13C]4Ala.

După introducerea codului, este adăugat un linker; aceasta ar trebui să fie ortogonal la primul şi este utilizat pentru

eliberarea a compusului ABC sintetizat. Printr-o sinteză ''split-pool'' codul defineşte identitatea primului building block A.

Al treilea building block C poate fi cunoscut fde la amestecarea finală, când s-a realizat adaosul acestora.Identitatea building

block-ului B poate fi calculată din greutatea moleculară a ligandului şi masa moleculară de monomeri A şi C.

Pentru rezultate lipsite de ambiguitate, setul de building blocks –uri folosit la a doua etapă de sinteza biblioteca nu trebuie să

conţină compuşi cu aceeași masa a building blocks-ul B.

Sinteza combinatorială în soluție

Se pot utiliza oricare din sintezele organice pentru construirea unor bibioteci de

compuși dar, sunt prefererate cele care prezintă condiții de reacție generale și randamente

ridicate

Nu se pot utiliza reactivi în exces (pentru a evita etapele de purificare lungi, dificile și

costisitoare); există excepții ca în cazul reactivilor volatili sau celor care se pot îndepărta

prin metode extractive

Solubilitățile variabile ale compușilor din bibliotecă obținută în soluție complică

izolarea acestora.

Dezvoltarea tehnicilor de purificare avansată a permis creșterea numărului de biblioteci

generate în soluție

Sinteza combinatorială în soluţie poate fi utilizată pentru producerea de biblioteci care constau din compuşi unici sau

amestecuri, utilizând chimia organică tradiţională.

Biblioteci compusi unici sunt pregătite cu ajutorul sintezei paralele

Bibliotecile de amestecuri de compuși sunt formate prin reacţia efectuată separat pentru fiecare din membrii unui set

de compuşi similari cu acelaşi amestec format din

membri ai al doilea set de compuşi.

Se construiesc 2 biblioteci;

Fiecare dintre cele cinci cloruri

acide reacţioneză separat cu un

amestec equimolar din toate cele

zece amine şi fiecare dintre

amine reacţionează cu un

amestec equimolar din toate

clorurile acide

În consecinţă, determinarea

celor mai active biologic

amestecuri din setul cu

halogenuri acide va defini o

parte acil din amidele cele mai

active precum şi în mod similar,

identificarea celor mai active

biologic baze aminice

Exemple de biblioteci de compuși obținute în soluție:

Sinteza unei mici biblioteci de trisamide

N- ((terţ: butiloxi)carbonil)

monoamida acidului iminodiacetic Acid N-((terţ-butiloxi) carbonil)

iminodiacetic

PyBOP = benzotriazol-1-yl-oxytripyrrolidinophosphonium hexafluorophosphate

Sinteza unor 5-alchiloxihidantoine

1. Hanessian, S.; Yang, R. Y. Tetrahedron Lett. 1996, 37, 5835-5838.

Reacții multicomponent

Reacţiile multicomponent (MCRs) sunt de obicei reacţii de condensare care implică trei sau mai multi participanți;

• sunt metode eficiente care pot fi utilizate în toate domeniile sintezei organice.

• se folosesc mai ales în chimia combinatoriala atât în fază omogenă cât și pe suport solid.

• sunt acceptate ca un instrumente indispensabile pentru constructii de biblioteci.

Avantajul sintezelor multicomponent (convergente ) fată de o abordare divergentă:

Randamentul unei reactii multicomponent va fi considerabil mai mare faţa de un randamentul total obtinut dintr-o sinteza

clasica cu mai multe etape

Sinteza cu 12 etape:

a)divergentă

b)convergentă

a) b)

Dintre cele mai utilizate reacții multicomponent sunt:

r. Mannich (3)

r. Hantzsch (3)

r. Biginelli

r. Grieco

r. Ugi

r. Passerini

Passerini s-a născut în anul 1891 în Scandicci

• a fost un profesor de chimie în Italia

din 1930 – 1932 la Universitatea din Siena şi din

1932 la Universitatea din Florenţa.

• a murit în 1962.

Passerini, M. Gazz. Chim. Ital. 1921, , 5 1 , 126; 181 Passerini, M.G azz. Chim. Ital. 1923, 5 3 , 410 Passerini, M.G azz. Chim. Ital. 1924, 5 4 , 529

Ivar Ugi s-a născut în 1930 în Estonia.

• după ce a fost''Forschungsdirektor de

Zentrallabor din Leverkusen, la BAYER'', el a

acceptat functia de profesor titular la USC, în Los

Angeles 1967 - 1970.

-în 1970 s-a mutat la Technische Universitat

München, până în 2001.

Reacția Mannich

Mecanism

Sinteze Mannich asimetrice

(a) B. List, J. Am. Chem. Soc. 2000, 124, 827.

(b) B. List, P. Pojarliev, W. T. Biller, H. J. Martin, J. Am. Chem.Soc. 2002, 124, 827.

Mecanismul probabil prin care S-prolina funcționează drept catalizator asimetric:

Reacții Mannich pe suport solid

Benzitriazol fixat

Suport polimeric

R1

HCHO

PhCHO

iso BuCHO

M. A. Youngman, S. L. Dax, Tetrahedron Lett. 1997, 38, 6347–6350

K. Schiemann, H. D. H. Showalter,J. Org. Chem. 1999, 64, 4972–4975

A. R. Katritzky, S. A. Belyakov, D.O. Tymoshenko, J. Comb. Chem. 1999, 1, 173–176

Reacţia Hantzsch

Este o sinteză multi-component (aldehidă, 2 echiv de ester b-cetonic și un donor de azot (amoniac , acetat de amoniu etc)

de dihidropiridine repectiv piridine

1,4-didipropiridinele se numesc compuși Hantzsch sau 1,4-DHP

Synthesis 2005: 2379–2383

a) D. V. Patel, M. F. Gordeev, B. P. England, E. M. Gordon, Mol. Diversity Combin. Chem: Lib. Drug Discovery 1996, 58–69;

b) b) M. F. Gordeev, D. V. Patel, B. P. England, S. Joannalagadda, J. D. Combs, E. M. Gordon, Bioorg. Med. Chem. 1998, 6, 833–889.

Patel a folosit o rășină Rink transformată în enamino-ester pentru sinteza a unei biblioteci cu 300 de dihidropiridine prin condensare Hantzsch.

Reacţia a fost efectuată cu enamino-esterul fixat,o aldehidă (2 mol echiv.), precum şi un derivat b-dicarbonil (2.3 mol echiv.), în piridină uscată

în prezenţa 4A sitelor moleculare, la 45 C, timp de 24 de ore (piridina s-a dovedit a fi cel mai eficient de solvent în acestă heterociclizare) Dupa

clivarea acidă cu 3% TFA în CH2Cl2 s-a obținut 1,4-dihidropiridinele dorite.

J. G. Breitenbucher, G. Figliozzi, Tetrahedron Lett. 2000, 41, 4311–4315.

4-aril-1,4-dihidropiridine

2,2,6-trimetil-1,3-dioxanonă

A

A

Reacţia Hantzsch a fost efectuată cu derivați aminocrotonici şi aril aldehide în DMF la 80 C. Compusii doriți (4-aril-1, 4,-dihidropiridine) au fost obţinuti, împreună cu produs secundar (A) (15%).

Acest produs Knoevenagel (A) a fost selectiv îndepărtat prin spălarea răşinii cu hidrazină. Desprinderea de rășină se face cu TFA. A fost construită o bibliotecă de compuși 227 de aril-dihidropiridine

Larsen, S. D.; Grieco, P. A. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 1768.

Grieco, P. A.; Bahsas, A. Tetrahedron Lett. 1988, 29, 5855.

Reacția Grieco

Este o reacție multicomponent la care participă anilină, o aldehidă și o olefină bogată în electroni pentru a

forma heterociclii cu 6 atomi.

Reacția poate fi catalizată de TFA, Yb(OTf)3, Sc(Otf)3

Sinteze de

piperidine

Reacția Biginelli

Sinteze de dihidropirimidone

Reacția are loc în mediu acid.

Catalizatorii folosiți sunt HCl, H2SO4

BF3Et2O, CuCl, BiCl3, Mn(OAc)3,

Aldehide utilizate ca building blocks în reacții Biginelli

Derivați de uree folosiți:

Buiding blocks-uri de tip compuși carbonilici enolizabili

Reacția Passerini

Reacția implică 3 componente:

un acid carboxilic, un compus carbonilic și un izonitril, cu formarea unei a-aciloxi amide

Mecanism

Sinteze de izonitrili

Reacția Ugi (1962)

Este o reacție multicomponent la care participă de obicei un compus carbonilic, o amină, un izonitril și un acid carboxilic și rezultă o bis amidă

Amina1 şi cetona 2 formează

imina 3 cu pierderea unui echivalent de apă. Schimbul protonlui cu acidul carboxilic 4

activează ion iminium 5 ; se adăugă nucleofilul izonitrilul 6, Rezultând ionul nitrilium 7. Are loc atacul nucleofilic la acest

intermediar al carboxilatului, rezultând 8. Ultimul pas este o

rearanjare Mumm cu transfer de

R4 grupului acil de la oxigen

pentru a azot.

Mecanism

Sinteze Ugi pe suport solid

Sinteze de tetrazoli

prin intermediul

reacției Ugi

-fiecare componentă poate fi atașată la rășină dar va depinde de structura și proprietățile electronice

1 A. M. M. Mjalli, S. Sarshar, T. J.Baiga, Tetrahedron Lett. 1996, 37,2934.

2 C. Zhang, E. J. Moran, T. F.Woiwode, K. M. Short, A. M. M.Mjalli, Tetrahedron Lett. 1996, 37, 751.

3 K. M. Short, A. M. M. Mjalli, Tetrahedron Lett. 1996, 37, 751–754.

-a fost aplicat acest tip de reacție pentru sinteza unor mici biblioteci de compuși cum ar fi a-(dialchilamino) amide,

hidantoine, inele lactamice etc.

Reactia Ugi-Diels-Alder

Utilizarea unor componente de

reacţie bifuncţionale măreşte foarte

mult diversitatea produselor

posibile de reacţie. De asemenea,

conduce la mai multe combinaţii

de produse structural interesante.

Reacţia Ugi a fost aplicată în

combinaţie cu o reacţie Diels-Alder

intramoleculară

Reactia Ugi-Smiles

În această variantă areacției Ugi se înlociește acidul carboxilic cu un fenol ; etapa finală este o rearanjare de

tip Smiles

Direct Access to Heterocyclic Scaffolds by New Multicomponent Ugi-Smiles Couplings Laurent El Kaim, Marie Gizolme, Laurence Grimaud,

and Julie Oble Org. Lett.; 2006; 8(18) pp 4019 - 4021;

Rearanjarea Smiles constă într-o substituție nucleofilă intramoleculară de tipul

X din compusul aromatic poate o sulfonă, eter sau orice substituent capabil să fie dislocuit din compusul aromatic

Y este un nucleofil puternic (ROH, RSH, RNH2) iar pe inelul aromatic trebuie să fie grefate grupări atrăgătoare de

electroni pentru activarea acestuia (de preferință în orto)

O modificare adusă de Truce-Smiles constă în utilizarea ca nucleofili a unor compuși organolitici; în acest caz nu mai

necesită activarea arenei cu substituenți atrăgători