Obiettivi della chimica combinatoriale

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1 biettivi della chimica combinatoriale Sviluppo del concetto di diversità chimica Sviluppo di metodi efficienti di sintesi in fase solida Sviluppo di metodi di sintesi in soluzione veloci, ad alta resa, chemoselettivi Sviluppo di metodi di analisi estremamente efficaci ed rapidi Sviluppo di strategie di screening dei composti sintetizzati in miscele, presenti in quantità estremamente ridotte

2 Strategia di sintesi basata sulla diversità chimica (obiettivo: massimizzare le differenziazioni fra i prodotti di una stessa libreria)

3 Le librerie di biopolimeri (peptidi, oligonucleotidi, oligosaccaridi) in generale mostrano alcuni limiti Scarsa possibilità di diversificazione ttenimento di sole molecole lineari, generalmente flessibili ttenimento di molecole con scadenti proprietà farmaco-cinetiche

4 Le librerie di piccole molecole organiche offrono interessanti proprietà uove aree di diversità chimica Possibilità di scheletri rigidi Molecole dal basso peso molecolare Molecole dal favorevole profilo farmacocinetico

5 Supporti solidi funzionalizzati con piccole molecole organiche core scaffold P linker Caratteristiche del core scaffold : presenza di più gruppi funzionali presenza di più centri stereogenici versatilità chimica potenziali attività biologiche degli analoghi correlati

6 Sintesi di librerie di 1,4-benzodiazepine Core scaffold: 2-amminobenzofenoni

7 Sintesi di librerie di 1,4-benzodiazepine a partire da 2-amminobenzofenoni

8 Sintesi di librerie di 1,4-benzodiazepine (secondo DeWitt e collaboratori) a partire da derivati imminici di 2-amminobenzofenoni

9 Sintesi in fase solida di idantoine, tiazolidinoni e β-lattami

10 Alcune delle classi di composti organici delle quali sono state realizzate librerie in fase solida

11 Librerie di nucleosidi modificati Siti di diversità R 1 R 1 H 3 H H H R 2 H H H R 2 H H legame acetalico H AZT * S H 2 H d4t H 2 3tC* dda* Base linker Z R Y X

12 uova strategia sintetica per l ottenimento di nucleosidi modificati sullo zucchero Base H Base linker Z R H linker Z R Y X R 1 R 1 P C C Y X R = H, H, H 2 R 1 R 2 R2 Core Scaffold = Matrice polimerica linker H: S 1 H 2 H S DMT TBDMS 3

13 Preparazione di: librerie di nucleosidi-5 -fosfato diestere e di piccoli frammenti di acidi nucleici modificati o ucleic Acid Based Libraries (AB) H B R P H H X B H P B X H H X B X P H B X P H B X = H, H H X

14 Condizioni per la scissione dal supporto solido del nucleoside (o nucleotide) S a, b S H H H H 3 Fase di distacco a) ssidazione (0.5 M mclpba in DCM a 25 C); b) Trattamento basico (17 M H 4 H, 60 C, 18 h)

15 DMT S H H H H CH H CH CH3 H 3 C H H H H CH H CH 2 TBDMS 3 H H H H CH H CH 2 H H H H CH H CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 H H 3 C CH CH M Bu 3 P, THF / H 2 / EtH (4.5:1.4:6), t.a., 5 h; 2. HATU, HBt, DIPEA, Fmoc-a.a.-H, DMF, t.a., 1h.;3. 20% piperidina/dmf, t.a., 5 min; 4. Ac 2 /Py(1:1,v/v),t.a.,30min.; M mcpba, DCM, t.a., 1 h; 6. Et 3 3 HF, THF,t.a., 18 h; 7. 1% DCA, DCM, t.a., 10 min.; M H 4 H,60 C, 18 h.

16 DMT S H H U 1-9 TBDMS H 1-9 U H 2 H P H C H H H 2 H P H H T H 2 P H H T H 2 H 1. PBu 3 / THF / H 2 ; 2. Fmoc-Lys-(Fmoc)-H, HATU, HBt oppure Ac 2 /Py 30 min t.a. 3. 1% DCA in DCM 4. Ac 2 /Py 30'; 5.Et 3 3HF;6. Coupling con nucleoside 3' o 5' fosforammidito; M mcpba in DCM; 8. 1% DCA in DCM; 9. H 4 H 50 C, 18 h.

17 H A DMT S 1-11 H P U H 2 TBDMS 3 H P H T H 2 H 1. PBu 3 /THF/H 2 ; 2. Fmoc-Lys-(Fmoc)-H, HATU, HBt; 3. 1% DCA in DCM; 4. Coupling con A 3' fosforammidito; 5. 1% DCA in DCM; 6. Ac 2 0/Py,30min,t.a.; 7. Et 3 3HF;8. Coupling con T 5' fosforammidito; M mcpba in DCM; 10. 1% DCA in DCM; 11. H 4 H 50 C, 18 h.

18 H B H B H U H 2 P - X B P - X U H 2 H P - R B P - H X H U H 2 R H P - H R B P - I II III X H X X B X= H, H

19 Sintesi in soluzione di librerie di composti organici a basso peso molecolare onostante i grandi successi della sintesi in fase solida per l ottenimento di librerie, tutte le strategie di sintesi su supporto polimerico comportano uno svantaggio notevole: l uso di reazioni condotte in fase eterogenea (che implica possibilità di ingombro sterico, cinetiche di reazione non lineari o anche problemi di solubilità o di cattivo rigonfiamento del polimero). Inoltre, l efficienza della sintesi è subordinata alla compatibilità fra molti parametri: tipo di polimero usato; natura del legame di aggancio dello molecola base al supporto solido; strategia di protezione dei gruppi funzionali; agenti attivanti prescelti, condizioni usate per la scissione della molecola su cui sono avvenute le manipolazioni chimiche dal supporto solido. Tutti questi motivi hanno recentemente dato nuovi motivi di interesse alla sintesi di librerie in soluzione.

20 Sintesi in soluzione di librerie di composti organici a basso peso molecolare mediante uso di miscele di building block a = Schema generale; b = possibili molecole di base ( core )

21 uovo inibitore della tripsina identificato mediante sintesi di librerie in soluzione

22 Sintesi parallela di una libreria in soluzione: un anidride ciclica, trattata 2 volte con un ammina primaria e poi con un acido carbossilico, fornisce un utile templato

23 Librerie di derivati purinici ottenute sia in soluzione sia in fase solida

24 1) Wang; 2) Sheppard; 3) Rink; 4) Fenilfluorenil; 5) ssazolidina; 6) Acetale per la preparazione di aldeidi. Linker acido-labili usati per la sintesi di librerie di piccole molecole organiche Tipi di linker suscettibili alle condizioni acide:

25 Linker labili per azione di nucleofili

26 Altri linker: linker fotolabili (28); linker che non lasciano traccia ( traceless, 29-35)

27 Reazioni che implicano contemporanea ciclizzazione/ scissione: sintesi di lattami (38), furani (42) e di alcaloidi indolici dichetopiperazinici (46)

28 Uso di sequestratori supportati ( scavenger ) per librerie in soluzione

29 Resine scavenger disponibili in commercio ScavengePore benzoic acid macroporous, mesh, extent of labeling: mmol per g loading ScavengePore benzyl isocyanate macroporous, mesh, extent of labeling: mmol/g loading ScavengePore 4- phenethyloxybenzaldehyde macroporous, mesh, extent of labeling: mmol/g loading

30 Resine scavenger disponibili in commercio ScavengePore benzyl triethylammonium chloride macroporous, mesh, extent of labeling: mmol/g loading ScavengePore phenethyl morpholine macroporous, mesh, extent of labeling: mmol/g loading ScavengePore phenethyl diethylamine macroporous, mesh, extent of labeling: mmol/g loading ScavengePore phenethyl piperidine macroporous, mesh, extent of labeling: mmol/g loading

31 Schema di sintesi convergente e divergente; sintesi mono, bi- ed esacomponente

32 Reattività degli isocianuri confrontata ad altri gruppi funzionali

33 Reazione di Ugi a quattro componenti per ottenere librerie con un elevato grado di diversità

34 Reazione di Ugi: schema generale

35 Meccanismo della reazione di Ugi

36 Reazione di Passerini

37 Meccanismo della reazione di Passerini

38 Reazione di Biginelli

39 Meccanismo della reazione di Biginelli

40 Alcune delle più note ed importanti reazioni multicomponente

41 Alcune delle più note ed importanti reazioni multicomponente

42 Vantaggi delle reazioni multicomponente ltre all alto potere esplorativo, le reazioni multicomponente possiedono altri vantaggi, quali: utilizzo di reagenti relativamente semplici e di facile reperibilità; possibilità di variare in maniera sistematica i reagenti di partenza. Questo permette di modulare la complessità chimica dei composti; elevata selettività. Anche se si cerca diversità e complessità strutturale, ci si aspetta di ottenere un unico prodotto da determinati reagenti di partenza; massima economia di atomi. Questa è la preziosa proprietà di trasformazione per la quale la composizione degli addotti è data dalla somma delle composizioni dei reagenti, evitando il più possibile sprechi nella perdita di atomi dai composti di partenza; massima convergenza. Un metodo sintetico si dice convergente quando tende a massimizzare la resa globale, minimizzando il numero di passaggi consecutivi. La reazione multicomponente è ottimale in fatto di convergenza poiché tutta la sequenza sintetica si svolge in un singolo step; abbassamento dei costi di produzione. I reagenti di partenza spesso sono commerciali, di larga disponibilità o di facile sintesi e mediante il loro utilizzo si possono preparare grandi librerie di composti con un basso sforzo da parte dell operatore rendendo molto elevato il numero di molecole prodotte; riduzione dei tempi di sviluppo del progetto sintetico (spesso lo stadio più complesso nella generazione di librerie): ottimizzate le condizioni di reazione in un caso, si può espandere il concetto e si possono sintetizzare librerie di composti in breve tempo mediante un approccio di sintesi parallela; purezza elevata delle librerie poiché non si accumulano sottoprodotti negli step di reazione; compatibilità con l approccio in soluzione per la generazione di librerie (ad es. sfruttando reagenti supportati su polimero o scavenger ); compatibilità con l approccio in fase solida; accorciamento dei tempi nel processo di drug discovery. Infatti, è possibile una rapida acquisizione di dati inerenti le relazioni struttura-attività fra le molecole sintetizzate e il sito recettoriale in esame.