lähde:

Transkriptio

1 Drug synthesis II Lääkeainesynteesit II Kiinteäfaasisynteesi ja kombinatoriaalinen kemia Tapio Nevalainen Farmaseuttisen kemian laitos Synteesi kiinteän faasin pinnalla Solid-phase organic synthesis (SPS) Kiinteän faasin etuja: Reaktiot voidaan suorittaa loppuun käyttämällä ylimäärin reagensseja Lopputuotteet on helppo eristää Voidaan käyttää automatiikkaa Haittapuolia: Nestefaasisynteesejä on vaikea siirtää kiinteään faasiin Reaktiot hitaampia Reaktion etenemistä vaikea seurata Reaktioita on vaikea optimoida 1

2 Kiinteäfaasisynteesin periaate lähde: Mitä on kombinatoriaalinen kemia? Prosessi, missä joukko lahtöaineita (monomeereja) reagoi toistensa kanssa tuottaen jokaisen mahdollisen reaktiotuotteen t tt Reaktiotuotteiden kokoelmaa kutsutaan molekyylikirjastoksi + Monomeerijoukko 1 (m) Monomeerijoukko 2 (n) Reaktio Tuotejoukko (mn) 2

3 Mitä on kombinatoriaalinen kemia? Perinteinen synteesi Kombinatoriaalinen synteesi Suuren molekyylijoukon synteesi rinnakkain yksittäisinä molekyyleinä (paralleelisynteesi) tai seoksina. Monivaiheinen kombinatoriaalinen synteesi esim. 50 x 20 x 20 lähtöainetta = tuotetta Kombinatoriaalinen kemia Kombinatoriaalinen kemia perustuu yleisiin kemiallisiin reaktioihin, joilla voidaan yhdistellä erilaisia lähtöaineita (yleensä kiinteän faasin pinnalla). Useita reaktioita voidaan suorittaa samanaikaisesti, jolloin on mahdollista syntetisoida nopeasti ja tehokkaasti suuri määrä molekyylejä ts. voidaan luoda molekyylikirjastoja. Molekyylikirjaston suunnittelussa on huomioitava: Käytettävä kiinteä faasi ja linkkeri Käytettävät reaktiot Lähtöaineiden rakenne Kaksi strategiaa: Mahdollisimman moninainen molekyylikirjasto: kun pyritään löytämään vaikutuskohteeseen uusi ligandi (hitti). Kohdennettu molekyylikirjasto: kun pyritään optimoimaan vaikutuskohteeseen sitoutuvan johtomolekyylin rakenne 3

4 Molekyylikirjastot R 5 R R 4 6 R 9 N N R 10 R 7 R3 R 8 R 2 R 1 68 erilaista ryhmää 10 paikassa (R1 - R10 ovat 5, 10, 10, 4, 2, 5, 5, 2, 5 ja 20 erilaista ryhmää) tuottaa 20 miljoonan yhdisteen kirjaston. Jos myös asymmetriset hiilten eri konfiguraatiot huomioidaan, saadaan 80 miljoonan yhdisteen kirjasto. Lineaariset molekyylikirjastot Peptidit Haaroittuneet molekyylikirjastot Peptoidit Templaattikirjastot t t Gordon; Bioorg. Med. Chem. Lett., 1995, 5, 47 R 1 H 2 N NH N N R 5 R 4 N N NR 2 R 3 Lebl; Molecular Diversity, 1996, 2, 75 R 4 N N R 3 R H 2 N 1 R 2 Felder; Tet. Lett. 1996, 37(7),

5 Split and Mix tekniikka (A.Furka et al, Int. J. Pep. Protein Res. 1991, 37, 487.) 1. Hartsihelmet jaetaan n yhtäsuureen osaan 2. Jokaiseen hartsifraktioon kiinnitetään erilainen monomeeri (esim. suojattu aminohappo). 3. Kaikki monomeerin sisältävät hartsihelmet sekoitetaan. 4. Toistetaan (suojaryhmien poistamisen jälkeen) x kertaa, jolloin saadaan n x erilaista tuotetta (esim. peptidiä). 5. hdisteitä itä voidaan testata t t seoksina kun ne on irrotettu kartsista. 6. Aktiivisen yhdisteen tunnistaminen tapahtuu aktiivisimman seosfraktion dekonvoluutiolla. A B C Hartsihelmi (Bead) A B C Sekoitus A B C A B C A B C A B C A A A B B B C C C A B C A B C A B C Sekoitus jne Esim. Mix and split menetelmällä aikaansaatu 27 molekyylin tripeptidi-kirjasto, joka koostuu kolmesta seoksesta, joissa 9 yhdistettä 5

6 Dekonvoluutio: Iteratiivineninen uudelleensynteesi ja skriinaus Seos A Seos B (aktiivinen) Seos C Aktiivinen seos In a parallel synthesis, the reactions are individual isolated in the wells of a plate throughout the synthesis Full characterization and biological screening, without the need for laborious identification procedure. Parallel synthesis 12 6

7 Parallel synthesis 13 Parallel Synthesis - Reductive Amination of Aldehyde Group The solutions of the aldehydes and amines in CH 2 Cl 2 were mixed di in 24fl flasks and shaken for 30 minutes. Na[BH(Ac Ac) 3 ] was added into each of the 24 tubes. 14 7

8 Parallel Synthesis - Reductive Amination of Aldehyde Group 15 Parallel Synthesis - Reductive Amination of Aldehyde Group 16 8

9 Automated parallel synthesis of N-substituted- N-[1-methyl-3-(4-methylpiperidin-1-yl) yl)propyl]- arylsulfonamides Library of 384 sulfonamides was prepared with 24 chemically diverse amines 1-24 and 16 sulfonyl chlorides A-P Letters in Drug Design & Discovery, 2006, 3,

10 19 Automated parallel synthesis of a chemical combinatorial library of N,N-disubstituted sulfonamides

11 5HT-7 Receptor Binding Data Using, [3]H-5-CT. *) 1 Micromolar **) 100nM ***) 10 nm Binding Affinity 21 Selected potent 5-HT7 ligands 22 11

12 Parallel Synthesis of Tamoxifen and Derivatives on Solid Support via Resin Capture R 1 R 2 B B A-E R 1 1. R 2 R N H Si R 1 R 3 I R 2 B 1: =1,R3=CH 2 CH 2 N(Me) 2 2: =Br,R 3 = CH 2 CH 2 N(CH 2 ) 4 3: =Br,R3=CH 2 CH 2 N(Me) 2 4: =Br,R3=CH 2 N(i-Pr) 2 5: =Br,R3=N(Me) 2 N 1B = tamoxifen The resin was isolated by filtration and purified by washing % TFA in CH 2 Cl 2 R 3 1A-5E J. rg. Chem.,, 62 (21), , Solid Phase Synthesis of Quinolones Tetrahedron Letters, 37, ,

13 A general and expedient method for the synthesis of 1,4- benzodiazepine derivatives ; B. A. Bunin and J. A. Ellman, J. Amer. Chem. Soc. 1992, 114, Linkkerit Karboksyylihappolinkkerit Cl Merrifield resin RC 2 - M + R Wang resin H H RC 2 H, DCC H Me R TFA RC 2 H, DCC RC 2 H R Me 10% AcH in DCM Rink acid linker Me Me 13

14 Linkkereitä alkoholeille Linkkerit Linkkereitä amideille Linkkerit 14

15 Application of Rink amide resin Parallel synthesis of melatonine derivatives 29 Linkkerit Karbamaattilinkkeri primäärisille ja sekundäärisille amiineille 15

16 Linkkerit Linkkeri tertiäärisille amiineille Linkkerit Linkkereitä aromaattisille yhdisteille (Traceless Linkers) CH 3 Si H 3 C R silyl linker H Cu(Ac) 2 N NH R H 2 N H N + N 2 + R Traceless (safety catch) linker 16

17 Linkers Ellman linker, Trialkylsilylchlorid (or triflate) generated from ethoxyphenylsilane Attachment of: alkohols (as silylether) ketones (as silylenolether) arenes (as arylsilanes) 33 Linkers Application of the Ellman traceless linker for the SPS of benzodiazepines: 34 17

18 Kirjallisuutta rganic Synthesis on Solid Phase. Florencio aragoza Dörwald. Wiley-VCH: Weinheim Convergent Solid-Phase Peptide Synthesis. Lloyd-Willians, P.; Albericio, F.; Giralt, E. Tetrahedron, 1993, 49, Applications of Combinatorial Technologies to Drug Discovery. 1. Background and Peptide Combinatorial Libraries. Gallop, M. A.; Barrett, R. W.; Dower, W. J.; Fodor, S. P. A.; Gordon, E. M. J. Med. Chem., 1994, 37, Applications of Combinatorial Technologies to Drug Discovery. 2. Combinatorial rganic Synthesis, Library Screening Strategies, and Future Directions. Gordon, E. M.; Barrett, R. W.; Dower, W. J.; Fodor, S. P. A.; Gallop, M. A. J. Med. Chem., 1994, 37, Combinatorial Synthesis-The Design of Compound Libraries and their Application to Drug Discovery. Terrett, N. K.; Gardner, M.; Gordon, D. W. Tetrahedron, 1995, 51, Combinatorial Synthesis of Small rganic Molecules. Balkenhohl, F.; von dem Bussche- Hunnefeld, C.; Lansky, A.; echel, C. Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1996, 35, Synthesis and Applications of Small Molecule Libraries. Thompson, L. A.; Ellman, J. A. Chem. Rev., 1996, 96, Generating New Molecular Funcion: A Lesson from Nature. Liu, D. R.; Schultz, P. G. Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1999, 38, Curr. pin. Chem. Biol. 2001,5, Curr. pin. Chem. Biol. 2003,7,