El descubrimiento de drogas es el objetivo básico de la ... · Tres son los requerimientos...

Descubrimiento de Drogas

El descubrimiento de drogas es el objetivo básico de la QUÍMICAMEDICINAL.

DROGA: es una sustancia química que se utiliza para prevenir o curar unaenfermedad en humanos, animales o plantas.

ACTIVIDAD: es su efecto farmacológico.

1

POTENCIA: es la medida cuantitativa de su efectividad.

Las drogas interfieren los procesos biológicos, por lo tanto no existe drogasegura, aún el paracetamol o la aspirina tienen EFECTOS COLATERALES,o sea efectos no deseados.

ENZIMAS: Son péptidos de alto peso molecular que catalizan reacciones ensistemas biológicos.

1


RECEPTOR: Son áreas de la célula donde se une una molécula pequeñaproduciendo una respuesta fisiológica, un ejemplo típico son los canalesiónicos:

2

AGONISTA: se une al receptor y produce el efecto.ANTAGONISTA: se une al receptor y pero no produce respuesta fisiológica alguna, por lo tantobloquea la respuesta del receptor al agonista.

2


• PORQUÉ SON NECESARIAS NUEVAS DROGAS?:

La RESISTENCIA se manifiesta de diversas formas:

a) Sobreproducción de una enzima.

RESISTENCIA

3

b) “Agotamiento” del receptor.

c) Aparición de cepas de microorganismos resistentes.

El uso de productos medicinales se conoce desde tiempos inmemoriales, losgriegos, por ejemplo, llamaban de igual manera a los medicamentos que a losvenenos…Sin duda en la antigüedad era prueba y error, claro que los animales deexperimentación eran los humanos.

3


El padre de la QUÍMICA MEDICINAL fue Paul Ehrlich, quien introdujo los

primeros conceptos para el DESARROLLO RACIONAL DE DROGAS.

Reconoció primero que, para la evaluación de una droga, tanto conocer sus

efectos benéficos como sus efectos tóxicos era necesario e importante.

También reconoció que las drogas más efectivas eran aquellas que tenían la

mayor selectividad contra el microorganismo respecto al hospedador.

4

El trabajo de Ehrlich estableció las bases de los que hoy conocemos como

estudios de SAR (relaciones Estructura-Actividad)

SALVARSAN

4


y la determinación del índice terapéutico:

Índice terapéutico= LD50/ED50

5

• LD50=Dosis letal que mata el 50% de los animales testeados.

• ED50=Dosis efectiva, que produce el efecto deseado en el 50% de los

animales testeados

Óptimo: Índice terapéutico alto

5

ErnestoText Box


6

Identificación de un objetivo biológico

Descubrimiento de Compuesto Líder

Optimización de Compuesto Líder

Selección de un Compuesto Candidato

6


Screening Masivo

"High Throughput Screening"

(HTS)

(10000 a 100000 compuestos

por biólogo/ por mes)

Ensayos Biológicos

Productos Naturales

Síntesis Tradicional:

10 compuestos por químico/por mes

Colecciones de las Compañías

Farmacéuticas

•

•

•

Provisión de compuestos

7

QUIMICA

COMBINATORIANuevos objetivos

terapéuticos

7

QUIMICA COMBINATORIA

Síntesis de gran cantidad

de Compuestos Orgánicos

SimultáneaRápidaEficiente

8

Orgánicos

Bibliotecas o Colecciones de

Compuestos

8

Porqué Química Combinatoria?Porqué Química Combinatoria?

~ 5

> 12 años 1 producto comercial > U$S 500 millones

9

> 10.000 compuestos

~ 500 in vitro

~250 in vivo

TIEMPOTIEMPO COSTOCOSTO

9

El tiempo promedio necesario para desarrollar un medicamento 12 años

Objetivo de Química CombinatoriaReducir ese tiempo

en 2 o 3 años


10

Identificación de un objetivo biológico

Descubrimiento de Compuesto Líder

Optimización de Compuesto Líder

Selección de un Compuesto Candidato

Objetivos de la Química Combinatoria

10

A + B AB

A1 B1

A2 B2

A3 B3

A4 B4.. ...

A1- nB1-n(todas las

combinaciones

De dónde proviene el término química combinatoria?

11

Síntesis Tradicional

An Bn

......

Síntesis Combinatoria

combinacionesposibles)

11

REACCIONES EN SOLUCIÓN

A + B A BC(exceso)

12

12

REACCIONES EN FASE SÓLIDA

A + B C A B(exceso)

ABAB

AB

ABC C

CB

B

ABAB

ABABB

13

B B

CB

BCC

C

13

CH2Cl

Porción de la cadena de poliestireno entrecruzada con divinilbenceno correspondiente a la resina de Merrifield. Dicha cadena posee a ciertos intervalos un grupo clorometilo (CH2Cl) unido al anilloaromático (*) para permitir la unión de la molécula orgánica a transformar.

*

Fase Sólida

14

Tres son los requerimientos principales para la utilización de fase sólida en química orgánica:

1. Un material polimérico, entrecruzado e insoluble que sea inerte a las condiciones de reacción.

2. Algún medio para unir el sustrato al soporte que permita la separación selectiva de los

productos de interés al final de la síntesis.

3. Una estrategia de protección química que permita la protección y desprotección selectiva de

los grupos reactivos.

14

CH2Cl

Resina de Merrifield

CO C

O

CH

NHBoc

RH

H

CH2Cl

A

Acido trifluoracético

CCH

NHBocO

R

+ -O

Síntesis Peptídica en Fase Sólida

15

Acido

Fluorhídrico

CNH

CCH

NH2

OR

HO CO R

CO C

O

CHNH2

RH H

Acido trifluoracético

CO

C

OCH3

CH3

CH3Boc = ter-butoxicarbonil:

CCH

O

R

CNH

CCH

NHBoc

OR

CO C

O R

H H

NHBoc

-O

15

SOPORTESSOPORTES

16

16

OTROS SOPORTESOTROS SOPORTES

PEG-PS

17

• Baja capacidad de carga, pero un mejor “hinchado” en solventes polares (agua, metanol, acetonitrilo, DMF y también DCM). Permite trabajar en fase sólida con soluciones acuosas.

• Estable a alta presión.

• La posibilidad de hinchado en sistemas acuosos es compatible con ensayos biológicos.

• El “ambiente” que rodea las reacciones en esta resina se asemeja a aquel que producen el éter o THF en reacciones en solución. Esto potencialmente implica compatibilidad de estas resinas con un mayor número de reacciones comunes en Química Orgánica.

Marcas comerciales: Tentagel (Rapp polymere), NovaSyn TG (Novabiochem), Argogel (Argonaut)

17

LIGANTES (LINKERS)LIGANTES (LINKERS)

Resina de Wang Resina Sasrin

Resina de Merrifield

O

18

OO

O

RO O

OH

R

OCH2

R OH

O

WW

W

+ H

+

Carbocatíon

Grupos dadores de electrones Favorecen la ruptura

18


CCH

NHFmocO

R

+

Fmoc= Fluorenilmetiloxicarbonil:

-O

O O

OOH

OO

CCH

NHFmocO

R

OO

CCH

NH2O

R

piperidina 20% en diclorometano

Resina de Wang

19

NH2O

OO

CCH

NHO

R

CCH

HN

O

R

CCH

NH2O

R

HOC

CHNHO

R

CCH

HN

O

R

CCH

NH2O

R

TFA 10 a 25%

19


OOH

OMe

OMe

ONH2

OMe

OMeRink Acida

NH

Resina PAM

OH

O

Rink Amida

20

OO Cl

+

OO

OOOR

R OHPpTs

Ligante dihidropirano

20

Química en Fase Sólida para purificación y/o síntesis

• Tratamiento simplificado de la reacción: exceso dereactivo y prod. secundarios solubles se eliminan porfiltración y lavados

• Se puede utilizar exceso de reactivo para que la reacciónsea completa

21

• Pueden usarse solventes “difíciles”(ej. DMF, DMSO)

• Manipulación simplificada

• Puede automatizarse

• Puede facilitar química “dificultosa” (ej. ciclaciones)

• En algunos casos, mejores rendimientos que en solución

21

MEZCLAR Y SEPARAR

22

22

DECONVOLUCIÓN

LeuLeuAla AlaLeuAla ValLeuAla

LeuAlaAla AlaAlaAla ValAlaAla

LeuValAla AlaValAla ValValAla

LeuLeuLeu AlaLeuLeu ValLeuLeu

LeuAlaLeu AlaAlaLeu ValAlaLeu

LeuValLeu AlaValLeu ValValLeu

LeuLeuVal AlaLeuVal ValLeuVal

LeuAlaVal AlaAlaVal ValAlaVal

LeuValVal AlaValVal ValValVal

Recipiente A Recipiente B(mezcla más activa)

Recipiente C

PRIMERA RESINTESIS:

LeuLeu AlaLeu ValLeu LeuAla AlaAla ValAla LeuVal AlaVal ValVal

AlaAlaAla

23

LeuAlaAla AlaAlaAla ValAlaAlaLeuLeuAla AlaLeuAla ValLeuAla LeuValAla AlaValAla ValValAla

Recipiente A(mezcla más activa)

Recipiente B Recipiente C

SEGUNDA

RESINTESIS:

AlaLeuAlaLeuLeuAla ValLeuAla

Compuesto Activo

23

Número de aminoácidospor compuesto

Péptido Cantidad de péptidos posibles

2 Ac-OO-NH2 400

3 Ac-OOO-NH 8.000

Número de Péptidos posibles a medida que aumenta el número de Aminoácidos

SURF (Synthetic unrandomization of randomized fragments)Deconvolución Iterativa de Houghten

24

3 Ac-OOO-NH2 8.000

4 Ac-OOOO-NH2 160.000

5 Ac-OOOOO-NH2 3.200.000

6 Ac-OOOOOO-NH2 64.000.000

7 Ac-OOOOOOO-NH2 1.280.000.000

8 Ac-OOOOOOOO-NH2 25.600.000.000

O = aminoácido definido en cada posición.

24

Deconvolución Iterativa de HoughtenIdentificación de la determinante antigénica reconocida por un anticuerpo monoclonal

Ac-O1O2XXXX-NH 2(AcHN-O1O2XXXX-CONH2)

25

25

Deconvolución Iterativa de Houghten

26

26


27

27


28

28


29

29


PROCESS SEQUENCE COMBINATIONS TOTAL

1. Screening OOXXXX 400 x 160.000 64.000.000

2. Selection DVXXXX 1 x 160.000 160.000

3. Synthesis/Screening DVOXXX 20 x 8.000 160.000

4. Selection DVPXXX 1 x 8.000 8.000

5. Synthesis/Screening DVPOXX 20 x 400 8.000

30

5. Synthesis/Screening DVPOXX 20 x 400 8.000

6. Selection DVPDXX 1 x 400 400

7. Synthesis/Screening DVPDOX 20 x 20 400

8. Selection DVPDYX 1 x 20 20

9. Synthesis/Screening DVPDYO 20 x 1 20

10. Peptide DVPDYA 1 1

30

Deconvolución Iterativa de Houghten(AcHN-O1O2XXXX-CONH 2)

31

31


(AcHN-O1O2XXXX-CONH 2)

32

32

SÍNTESIS DE MEZCLAS

Barrido posicionalColección

Sub-colección

33

33


Barrido posicionalColección

Sub-colección

34

Ac-XO2XXXX-NH 2

Ac-O1XXXXX-NH2

Ac-XXXO4XX-NH2

Ac-XXO3XXX-NH2

Ac-XXXXXO 6-NH2

Ac-XXXXO5X-NH2

18 subcolecciones de: 185 = 1.889.568 hexapéptidosPéptidos por colección. 34.012.224 (186)

Cantidad total de péptidos sintetizados (6 colecciones):186 x 6 = 204.000.000 de hexapéptidos

34


“un grano – un péptido”

35

1- Grano teñido retirado y lavado.2- Péptido microsecuenciado desde el grano

35


“un grano – un péptido”

Colección de pentapéptidos de 19 aminoácidos:195 = 2.476.099 pentapéptidos

6 pentapéptidos

36

Tabla 1. Afinidad de ligandos hacia anticuerpos monoclonales anti-β-endorfina

Secuencia K/(nM)

Ligando natural YGGFL 17.5

Ligando peptídico YGGFQ 15.0

YGGFA 32.9

YGGFT 36.9

YGGLS 726

YGGLQ 1980

YGGMQ 8780

1 pentapéptido:YGGFQ

36


Liberación Múltiple

37

37


Liberación Múltiple

DIBUJO CHEM IN BRITAINDIBUJO CHEM IN BRITAIN

38

38

ETIQUETADO

SSÍNTESIS DE MEZCLAS: ÍNTESIS DE MEZCLAS: ProblemaProblema: identificación del compuesto (especialmente si no es : identificación del compuesto (especialmente si no es secuenciablesecuenciable))

••CadaCada nuevonuevo componentecomponente agregado eses codificadocodificado

enen lala cadenacadena dede identificaciónidentificación..

••ElEl compuestocompuesto activoactivo eses identificadoidentificado porpor

decodificacióndecodificación (degradación(degradación dede Edman)Edman)

39

ETIQUETADO

X1= CH2

X1= CHCH2CH2CH3

R1= H

R1= CH3

safety-catch linker

1 2 2 3

X1= H2C

R1= CH3

R1= CHCH2CH(CH3)2

X2= NCH2

X2= N N N CH3

X2= NHCH2CH2S

R2= CH3

R2= CHCH2CH(CH3)2

R2= H

X3= H2C

X3= CH2O

X3= CH2S N

R3= H

R3= CH3

R3= CHCH2CH(CH3)2

40

ETIQUETADO MOLECULAR

Z

Z

Z

a

b

X-Y-Z = Compuesto objetivo ca-b-c = etiquetas

X Y

X Y

X

Y X

YX

n

Ligante Etiqueta

O O O

O

HOOC

NO2

HCl

FH

Cl

41


AA BB CC

A + 1% T1 B + 1% T2 C + 1% T3

Paso 1: Separar granos en tres grupos hacerlos reaccionar con tres diferentes aminoácidos y sus correspondientes etiquetas.

T1 T2 T3

42


A

T1

A

B

T2

B

C

T

C

A

T1

A

B

T2

B

C

T

C

A

T1

A

B

T2

B

C

T

C

Paso 2: Mezclar los granos, separar en tres grupos y hacer reaccionar con un segundo grupo de tres aminoácidos y etiquetas

AX

T1

T4A

T3 T3 T3

BX

T2

T4B

CX

T3

T4C

AY

T1

T5A

BY

T2

T5B

CY

T3

T5C

AZ

T1

T6A

BZ

T2

T6B

CZ

T3

T6C

X + 1% T4 Y + 1% T5 Z + 1% T6

43

ETIQUETADO MOLECULARPaso 3: Mezclar los granos, separar en tres grupos y hacer reaccionar con un tercer grupo de tres aminoácidos y etiquetas. Continuar el proceso hasta obtener el compuesto deseado.

Paso 4: Ensayo de actividad. Aislamiento de el o los granos "activos"

Paso 5: Irradiar los granos para liberar la etiqueta. Analizar por cromatografía gaseosa. Las etiquetas tienen diferentes tiempos de retención.

OR

n

Ligante Etiqueta

O O O

ONO2

HCl

FH

Cl

O

O

R

44


Sistema binario: con sólo 16 etiquetas se pueden codificar más de 50.000 compuestos

Problema: destrucción de parte de la biblioteca (se ha demostrado que no más del 5%)

45


O O

Ligante

HCl

FH

Cl

MeO

O

N2

Diazometil cetona

n

Etiqueta

Rh2(OAc)4

Ruptura oxidativa

n

Cadena poliestirénica

Inserción en el anillo aromático

Etiqueta + Resina

O O HCl

FH

Cl

MeO

O

Etiquetas Moleculares:

•Menos pasos de síntesis•Simplificación de estrategia deprotección/desprotección

46

SÍNTESIS EN PARALELO

varillas

resina

placa polietileno

MULTIPIN

resina

placa de microtitulación

Figura 3. Representación esquemática del sistema multipin para síntesis combinatoria en paralelo. Este diseño permite la síntesis individual de 96 compuestos por vez.

aminoácidos + reactivos de acoplamiento

47

varillas

resina

placa polietileno

MULTIPIN

NH2

AA1NHP

NH

AA1NHP

Sucesivos agregados de aminoácidos

resina

placa de microtitulación

Figura 3. Representación esquemática del sistema multipin para síntesis combinatoria en paralelo. Este diseño permite la síntesis individual de 96 compuestos por vez.

aminoácidos + reactivos de acoplamiento

NH

AA1AA2AA3AA4AA5AA6

NH

AA1AA2AA3AA4AA5AA6

TFA

NH2AA1AA2AA3AA4AA5AA6

48

NHR"

NHR'

HO

Síntesis de una colección de fenoles bisubstituidos. Las aminas en posiciones 3 y 4 tienen sustituyentes (R', R") cuya variación precisamente dá origen a la diversidad de productos obtenidos.

A

BCD

EFG

H

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Paso 1:R"X se agrega a lo largo

de las filas

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

A

BCD

EFG

H

Paso 2:R'X se agrega a lo largo de

las columnas

H H

A

BCD

EFG

H

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Paso 3:Liberación del compuesto de la resina (agregado de

reactivo de ruptura)

El uso de 72 diferentes reactivos para R' y R" produce 5.184 compuestos(Necesita un sistema de 6 x 9 placas y multipins)

49

El uso de 72 diferentes reactivos para R' y R" produce 5.184 compuestos(Necesita un sistema de 6 x 9 placas y multipins)

A

BCD

EFG

H

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Paso 3:Liberación del compuesto de la resina (agregado de

reactivo de ruptura)

50


Método de los saquitos de té (tea-bags)

AA NHFmoc

AA NH2

Cleavage of Fmoc protecting group

Washing steps

AA AA NHFmoc

Sorting of bags according to the coupling amino acids

Coupling

Washing steps

52


Diversómeros

53


Diversómeros

54

MACROARRAYS(Síntesis en papalelo sobre papel)

Unidos químicamente a la celulosa

tres opcionestres opciones

SPOT synthesis: es la síntesis en paralelo sobre una membrana en ver de los tradicionales granos de resina

55


Primero se prepara el espaciador:

Se marcan cuadros de 1x 1 cm en el papel con un lápiz de minablanda y en el medio se hace la “mancha” agregando los reactivosque derivatizan el papel e introducción del espaciador.

56


•Luego, si las reacciones son comunes a todas las “manchas” se sumerge el papel en una solución delreactivo adecuado.•Para la preparación de la biblioteca, es decir, para generar la diversidad, se gotean los reactivos ensolución uno por cada mancha, se deja un tiempo o se calienta por microondas (la celulosa soporta hasta180°C en MW).•Es importante que haya bastante solvente con el reactivo para que efectivamente se produzca la reacción,por ello recomiendan solventes de alto punto de ebullición para evitar la rápida evaporación por ser unfenómeno de superficie.•Una vez terminada la preparación de la biblioteca, se puede agujerear la mancha con una agujereadora ypasarla a una placa de microtitulación donde se realizan los ensayos biológico (unido al soporte odespegado con TFA vapor).

Existen sistemas automáticos para el goteo

57


La síntesis:

Otros ejemplos…..

Existen sistemas automáticos para el goteo

58

Codificación por Radiofrecuencia (K.C. Nicolaou- R- Armstrong)

Es un método que se basa en la utilización de microchips que reciben, almacenan y emitenseñales de radiofrecuencia, para codificar la información de las bibliotecas combinatorias.

59

Codificación por Radiofrecuencia

MicroKanMicroKan

60

Codificación por Radiofrecuencia

VENTAJAS: Relativamente bajo costo del equipamiento, la posibilidad de usar material devidrio normal y, lo más importante, la posibilidad de “combinar” las ventajas del mix and split yde la síntesis en paralelo.

MicroKan, MiniKan and MacroKan reactors aremade of high-grade polypropylene withpolypropylene mesh sidewalls and cap. X-Kansare made from ETFE (teflon derivative) and offerthe ability to use a broad range of solvents at

higher synthesis temperatures.

61

FmocNH O

R

Fmoc

HN

X

O Fmoc

HN

NH

O

R O

R

Síntesis de Péptidos:

2)

1) piperidina

Química Combinatoria

Hasta 1993

Síntesis de Péptidos y Oligonucleótidos

Fmoc XR

B1

O

O

DMTO

B2

O

O

DMTO

P O-O

X

B1

O

O

O

B2

O

O

DMTO

P O-O

2)enlace peptídico

enlace fosfato

1) desprotección

2)

Síntesis de Oligonucleótidos:

62

Péptidos y OligonucleótidosNo son objetivos para la obtención de compuestos líderes

MOLÉCULAS PEQUEÑAS: moléculas no poliméricas con estructura similar a las drogas conocidas.

Química Combinatoria de MOLÉCULAS PEQUEÑAS

A partir de 1993

PeptoidesBenzodiazepinasHidantoínasBeta-lactamasPiperazindionasPirrolidinasQuinolinasTetrahidroisoquinolinasFosfonatosetc.

Moléculas pequeñas

63

MOLÉCULAS PEQUEÑAS: moléculas no poliméricas con estructura similar a las drogas conocidas.

La Química Combinatoria de MOLÉCULAS PEQUEÑASrequiere una aplicación más general del concepto de química en

fase sólida en síntesis orgánica

•• Péptidos Síntesis Peptídica en Fase Sólida

• Moléculas pequeñas Desarrollo de Química Orgánica en Fase Sólida

La Química Combinatoria de Moléculas Pequeñas requiere nueva química en fase sólida

64

Bibliotecas combinatorias de 1,4-benzodiazepinas (Ellman 1992)Punto de inflexión en el desarrollo de la Química Combinatoria

Primera biblioteca de química combinatoria de moléculas no poliméricas

192 derivados 1,4-benzodiazepinas utilizando el sistema Multipin

Parte de 2 aminobenzofenonas 1a y 1b que se unen a un ligando tipo Wang:

H2N O Br H2N O

ClOH

+

1a

LiganteO

OP

1b

O ClO

O

OPO

H2N O

HO

65

Bibliotecas combinatorias de 1,4-benzodiazepinas (Ellman 1992)

Ligante

Protección Fmoc

Desprotección CO2H

Acoplamiento a la resina

Ligante1) piperidina

H2N

ClO

O

O

OP

O

FmocHN

O

O

HN O

R1

ONHFmoc

9 = 4-fenilmetil-2-oxazolidinona Litiada

2)

5a

1) desprotección2) AcOH / BuOH

9

6a

2) alquilanteR2I

7a

1)

varillas

ClO

O

NHO

HN

ClO

O

LiganteFmocHN COF

R1

O Ligante

NHN

Cl

R1O

ON

OLi

Ph

O Ligante

NN

Cl

R1OR2

66

Bibliotecas combinatorias de 1,4-benzodiazepinas (Ellman 1992)

9

6a

2) alquilanteR2I

7a

1)

O Ligante

NHN

Cl

R1O

ON

OLi

Ph

O Ligante

NN

Cl

R1OR2

6a 7a

7a

TFA

9 = 4-fenilmetil-2-oxazolidinona Litiada

OH

NN

Cl

R1OR2

B

A

67

Síntesis de Benzodiazepinas e Hidrantoínas utilizando diversómeros

Utilizando cinco diversómeros se sintetizó una Biblioteca de 40 Benzodiazepinas::

•5 aminoácidos (R1)•8 2-aminobenzofenonas iminas (R2-R3-R4)

Dos pasos de reacción:

68

Síntesis de Benzodiazepinas utilizando diversómeros

Ellman: Mayor cantidad de pasos → Mayor cantidad de compuestosP- Davis: aminobenzofenona iminas presintetizadas → Menor cantidad de compuestos

69

Síntesis de Hidantoínas utilizando diversómeros

Utilizando cinco diversómeros se sintetizó una Biblioteca de 40 hidantoínas: •8 R1 + R2•5 R3

70

TRIAMIDAS

FR-139,317(control positivo)

Validación simple: Usar otro tipo de aminoácidos manteniendo características secuenciables y la unión amida

Síntesis de antagonistas de Endotelina

Biblioteca de 31.000 triamidasValidación (mezclar y separar) y estudios de SAR

L-Leu

D-N-Me-Trp

D-2-pyr-Ala

71

TRIAMIDAS

FR-139,317

Estructura general de la Biblioteca:

Resina: WangProtección: Estrategia Fmoc

X y Y = 31 monómeros(excluido D-2-pyr-Ala)Z = 32 monómeros

32 x 31 x 31 = 30.752

Método: Mix and SplitIdentificación: Resíntesis y rescreening

72

TRIAMIDASElección monómeros:• Distinta distancias entre grupo amino y grupo ácido carboxílico (1-5, 15-16, 23, 25)• Distintas funcionalidades en cadena lateral (6-13)

73

TRIAMIDAS

Screening: 31 mezclas de 992 comp. (32 x 31)Se conoce X de cada mezcla

Tres mezclas muestras actividades significativas:

30 2415

74

TRIAMIDASTres mezclas muestras actividades significativas:

30 2415

CM= control negativo

FR= Control positivo(FR 139,317)

75

TRIAMIDASTres mezclas muestras actividades significativas:

30 2415

Mezcla 30 contiene FR 139.317, pero no es la más activa

La Mezcla más activa IC50 = 11μm• Un compuesto activo de 11nm y 991 inactivos?• 992 compuestos de actividad baja similar?

76

TRIAMIDAS

Mezcla 15: X= ácido p-(aminometil)benzoicoMezcla 30: X= L-Leu

Mezclas conteniendo L-Leu más activas

Identificación de posición Y: N-Me-D-Trp (21)(coincide con FR 139.317)

Resíntesis

Conclusión:

•Se demuestra la validez del método•Control positivo detectado•Conviene no tomar solamente la mezcla más activa

77

Biblioteca de inhibidores de la anhidrasa carbónica humanautilizando etiquetas moleculares

• 7 aminoácidos y amino alcoholes

•• 31 aminoácidos

• 31 sulfonamidas, amidas,úreas y carbamatos


R1

78






R2

79






R3

80






Método: Mix and Split6727 compuestos (7 x 31 x 31 = 6727)

81


Identificación del compuesto activo:Granos de resina individual o en pequeños grupos se colocan en microtiter y. por acción de la luz UV se separan los compuestos de la resina y se procede al screening biológico.Una vez identificado el grano que contienen el compuesto más activo se separa la etiqueta del grano original por desprotección oxidativa, se silila y analiza por GC de captura electrónica.

Ejemplo:

82

Síntesis de otras estructuras heterocíclicas de importancia

Síntesis de pirrolidinas (Mercaptoacilprolinas)

Las estructuras heterocíclicas se encuentran en diversidad de drogas comerciales de allí que hayan sido un objetivo inmediato de la química combinatoria

Las pirrolidinas forman parte de la estructura del captopril conocido y muy potente inhibidor de la ACE (enzima convertidora de angiotensina)

Affymax sintetizó una biblioteca de aprox. 500 pirrolidinas por fase sólida y mezclar y separar.Esto llevó al descubrimiento de un potente antihipertensivo

83


Síntesis: Se basa en un cicloadición 1,3-dipolar de iluros de azometino unidos a resina con olefinas

84


Biblioteca por método mezclar y separar:

4 aminoácidos, 4 aldehidos, 5 olefinas desactivadas y 3 agentes N-acilantes (cloruros de mercaptoacil, para hacer análogos de captopril).

4 x 4 x 5 x 3 = 240, pero se esperan más de 480 productos ya que se obtienen mezclas de isómeros.

85


4 x 4 x 5 x 3 = 240

86


El análisis por HPLC comprobó que el compuesto hallado era una mezcla 50:50 de los diastereoisómeros 2a y 2b. Por ensayos biológicos de ambos individualmente se determinó que 2a tenía baja actividad, mientras que 2b era tres veces más potente que el captopril:

Este es un ejemplo del descubrimiento de una mercaptoacilprolina como muy potente antihipertensivo demuestra las posibilidades que estas bibliotecas ofrecen para la rápida identificación de derivados nuevos y más activos de una estructura líder.

87

Reacciones de Multicomponentes(Gran diversidad molecular en un solo paso de síntesis)

88


Reacción de Passerini en fase sólida (R. Armstrong)Tres componentes: Ácido carboxílico, aldehido, isonitrilo.

89


Biblioteca por síntesis en solución de derivados de Azidomicina por la reacción de Passerini

90


Reacción de Ugi en fase sólida (Ontogen)

Síntesis de imidazoles

Cuatro componentes: Ácido carboxílico, aldehido, amina , isonitrilo

91


Reacción de Ugi en fase sólida

Otras síntesis…. Pirroles

HOR4

92


Reacción de Ugi en fase sólida

Otras síntesis…. Pirroles

HOR4

93


Reacción de Biginelli en fase sólida. Síntesis de DihidropirimidinasTres componentes: -cetoéster, aldehído y urea

94

Modificación de la reacción de Biginelli (cond. básicas)(partiendo del producto de condensación de Knoevenagel)

95

Modificación de la reacción de Biginelli (cond. básicas)(partiendo del producto de condensación de Knoevenagel)

96

Bibliotecas Combinatorias de Oligosacáridos

Existen tres tipos principales de biopolímeros naturales:

péptidos, oligonucleótidos y oligosacáridos

Muy desarrolladas

Bibliotecas de oligosacáridos

Bibliotecas de péptidos y oligonucleótidos

Poco desarrolladas

Síntesis de Péptidos y Oligonucleótidos: proceso repetitivo de adición del

monómero en dos etapas (desprotección/adición del monómero)

97


Síntesis de Péptidos y Oligonucleótidos: proceso repetitivo de adición del

monómero en dos etapas (desprotección/adición del monómero)

FmocNH O

R

Fmoc

HN

X

O

R

Fmoc

HN

NH

O

R O

R

Síntesis de Péptidos:

2)

1) piperidina

enlace peptídico


B1

O

O

DMTO

B2

O

O

DMTO

P O-O

X

B1

O

O

O

B2

O

O

DMTO

P O-O

enlace fosfato

1) desprotección

2)


98


Síntesis de Oligosacáridos: Más compleja. Problemas respecto a la estereoquímica en la posición aromérica (cuando se forma la unión glicosídica), y la presencia de muchos grupos hidroxilos (que hacen complicada las estrategias de protección/desprotección).

99

Los carbohidratos han adquirido una mayorimportancia en los últimos años debido aldescubrimiento de su participación clave enmuchos procesos de reconocimientobiológico:

CARBOHIDRATOS:• Tumores: actúancomomarcadoresbiológicos


• Tumores: actúancomomarcadoresbiológicos• Están implicados en enfermedades

inflamatorias crónicas (artritis)• La unión de virus y bacterias a una célula estámuchas veces iniciado por el “binding” acarbohidratos de la superficie de la célula.

100


Tradicionalmente, en la química en fase sólida de oligosacáridos, la glicosilación dealcoholes secundarios es lenta, lo que permite que predominen reaccionesindeseables respecto a la glicosilación.

Glicosilación usando sulfóxidos anoméricos:

Activación a bajas temperaturas• Rendimientos alto (sin reacciones secundarias)• Alta estereoselectividaden la formación del enlaceActivación a bajas temperaturas • Alta estereoselectividaden la formación del enlaceglicosídico

101



Activación a bajas temperaturas• Rendimientos alto (sin reacciones secundarias)• Alta estereoselectividad in en la formación del enlaceglicosídico

102



Mecanismo:

103


Primera Biblioteca Combinatoria de Oligosacáridos

Síntesis de aprox. 1.400 di y trisacáridos en fase sólidaMetodología: mezclar y separarIdentificación: Etiquetas moleculares.

104


Esta biblioteca de 1400 miembros fue ensayada por afinidad con la lectina bauhinia purpurea.

Se identifican dos ligandos que se unen más fuertemente a la lectina que los sustratos naturales.

105

Los carbohidratos han adquirido una mayorimportancia en los últimos años debido aldescubrimiento de su participación clave enmuchos procesos de reconocimiento biológico:

La primera biblioteca de oligosacáridos se logrómás de diez años después de las bibliotecas depéptidos y oligonucleótidos.


Esta primera síntesis abrió un panorama hastaese momento desconocido y muchosinvestigadores se dieron cuenta que era posibleutilizar la química combinatoria y la química enfase sólida para la preparación de bibliotecas decarbohidratos y con ello contribuir a mejorarnuestro conocimiento del rol de los mismos enlos procesos de reconocimiento biológico…

106

Síntesis Automática de Oligosacáridos(Seeberger, MIT 2001)

107

Síntesis Automática de Oligosacáridos(Seeberger, MIT 2001)

Scheme 1.Automated oligosaccharide synthesis with trichloroacetimidates. Glycosylation conditions: 25-µmol scale: 25 µmol of resin(83 mg, 0.30 mmol/g loading); 10 equiv. donor2 (160 mg); 0.5 equiv. TMSOTf (1 ml, 0.0125 M TMSOTf in CH2Cl2) repeated twotimes for 30 min each. Deprotection conditions: 25-µmol scale: 10 equiv. NaOMe (0.5 ml, 0.5 M NaOMe in MeOH) in 5 ml of CH2Cl2repeated two times for 30 min each

108

Ligantes que no dejan huellas (traceless linkers)

A veces la presencia de estos grupos funcionales puede no ser necesaria o contraproducente….

109


“Traceless linkers” No dejan “memoria” del lugar de unión del ligante

Ellman desarrolló un “traceless linker” para aplicarlo a su síntesis de bibliotecas de benzodiazepinas basándose en la labilidad del enlace aril-sililo

• Ruptura con HF→condiciones muy enérgicas.• Ligantes a base de Ge pueden eliminarse con TFA.

110


• Condiciones más suaves dentro de los ligantes de silicio:

Arilsilanos en los que la unión al soporte es a través de un silil éter

Conclusión: Los traceless linkers dan mayores posibilidades a la síntesis orgánicaen fase sólida y a su aplicación en química combinatoria. Además, la ruptura de launión soporte sólido-compuesto orgánico con TBAF implica condiciones diferentesa las tradicionales.

111

Avances en Síntesis Orgánica en Fase Sólida

Reacciones establecidas en química en fase sólida

Formación de ureas, carbamatos y sulfonamidas en fase sólida

112



N-alquilación en fase sólida

113



C-alquilación en fase sólida

114



Formación de iminas / Aminación reductiva: (útil para la síntesis de aminas secundarias)

115



Reacciones de compuestos organometálicosUn cierto número de reacciones de compuestos organometálicos han sido transferidas con éxito a lafase sólida. Debido a su interés sintético, la investigación se ha focalizado mayormente en lasreacciones catalizadas por paladio que forman enlaces C-C.Reacción de HeckAn arene or heteroarene bearing a good leaving group (i.e., halide, triflate) is coupled with analkene or alkyne in the presence of palladium (0) and a base, to give disubstituted alkenes oralkynes.

O Ar-X Pd(0) O

Ar o R

O

O

= resina de Wang

Ar X, Pd(0)

X=I, Br

O

O Ar= Ph, 2-naftil, 3-piridil

R= CO2Et, 4-(CO2Me)Ph64 - 91%

O

O

I

Ar o R CH

CH2

Pd(0)

Ph C CH, Pd(0) O

O90%

aril tr if latos: no hay reacción

116


Reacción de Heck

Mejoramiento del rendimiento usando volumenes pequeños de solvente (Morphy)

Reacciones de compuestos organometálicos

117

Reacción de Heck intramolecular

La ventaja del efecto de “pseudodilución” que produce la fase sólida ha hecho que la versiónintramolecular de la reacción de Heck en fase sólida haya sido reportada numerosas veces en laliteratura

Síntesis de macrociclicos



118

Reacción de Heck intramolecular

La ventaja del efecto de “pseudodilución” que produce la fase sólida ha hecho que la versiónintramolecular de la reacción de Heck en fase sólida haya sido reportada numerosas veces en laliteratura

Síntesis de macrociclicos



119

Reacción de Stille



Reaction between vinyl and aryl stannane and halides or pseudohalides

Ventaja respecto a solución: residuos de estaño se eliminan más fácilmente

120

Reacción de Stille



Reaction between vinyl and aryl stannane and halides or pseudohalides

121

Reacción de Suzuki-Miyaura



The reaction is basically the reaction of arylboronic acids with aryl halides and triflates in the presence of palladium catalyst.

La reacción de Suzuki-Miyaura es quizás la más exitosa de las reacciones catalizadas por Pd.

Razones:produce biarilos (presentes en muchos compuestos biologicamente activos).• condiciones suaves y tolerancia a una gran cantidad de grupos funcionales.• Disponibilidad de los ácidos borónicos, los cuales son, en general, estables y no tóxicos.

122

Reacción de Sonogashira



In this palladium-catalyzed reaction, aryl or vinyl halides or triflates couple to unactivated terminalalkynes in the presence of a Cu(I) co-catalyst.

Quizás la aplicación más interesante de lareacción de Sonogashira en fase sólida sea lapreparación de oligómeros y polímeros

123

Reacción de Sonogashira (para la preparación de un linker alquino)



124

Importante para la construcción de enlaces C-C. Ventaja de la fase sólida: se eliminan fácilmente sub-productos de fósforo


Reacción de Horner-Emmons

Pequeña biblioteca de hidroxiestilbenos

125

Importante para la construcción de enlaces C-C. Ventaja de la fase sólida: se eliminan fácilmente sub-productos de fósforo


Reacción de Horner-Emmons

Síntesis en fase sólida de amidas αααα,ββββ-insaturadas

126



127

Química en Fase Sólida para purificación y/o síntesis

• Tratamiento simplificado de la reacción: exceso dereactivo y prod. secundarios solubles se eliminan porfiltración y lavados

• Se puede utilizar exceso de reactivo para que la reacciónsea completa

• Pueden usarse solventes “difíciles”(ej. DMF, DMSO)

• Manipulación simplificada

• Puede automatizarse

• Puede facilitar química “dificultosa” (ej. ciclaciones)

• Disminuye las posibilidades de homoacoplamiento enreacciones de acoplamiento cruzado.

• En algunos casos, mejores rendimientos que en solución

128

N

S

O

N

CO2H

H

Amoxicilina(antibiótico)

O

NH2

HO N

S

OCO2H

NNN

Tazobactama(Inhibidor de -lactamasas)

O O

Compuestos -lactámicos

Penicilinas

Síntesis en Fase Sólida de penicilinas 2-metil sustituídaspor reordenamiento de sulfóxidos

129

N

S

O

Br

CO2H

BrH

1

DCC / DMAP (cat.)CH2Cl2-DMF, 4 h, temp.amb.

N

S

O

Br

C

BrH

4 O

OO

OOH

Resina de Wang (2)

= resina de poliestireno-divinilbenceno

Cl

Resina de Merrifield (3)

N

S

O

Br

C

BrH

5

OO

KF/DMF60ºC, 24 h

130

10% TFA/CH2Cl2N

S

O

Br

C

BrH

4 O

OO

N

S

O

Br

CO2H

BrH

1

Penicilina unida a la resina de Wang

N

S

O

Br

C

BrH

5

OO

Penicilina unida a la resina de Merrifield

(más estable a cond. ácidas)

N

S

O

Br

CO2H

BrH

1

HF

132

N

S

O

Y

C

XH

OO

(O)nAlCl3

CH2Cl2/NO2Me0°C, 30 min

N

S

O

Y

CO2H

XH

(O)n

Resina de Merrifield o Wang

N

S

O

Y

C

XH

OO

(O)n

AlClCl

Cl

H2CN

S

O

Y

C

XH

OCl2AlO

(O)n

+

Cl

E.G. Mata, Tetrahedron Letters, 1997, 38, 6335.

133

82X = Br, Y = H; n = 28c9

70X = Cl, Y = H; n = 28b8

80X = Y = Br; n = 28a7

81X = Br, Y = H; n = 17c6

78X = Cl, Y = H; n = 17b5

96X = Y = Br; n = 17a4

76X = Br, Y = H; n = 05c3

88X = Cl, Y = H; n = 05b2

98X = Y = Br; n = 05a1

Yield, %Starting MaterialEntry

CH2Cl2/NO2Me0ºC, 30 min

(O)n(O)n

N

S

C

XHY

OO

O

N

S

CO2H

XHY

O

AlCl3

P

134

N

S

O

Y

C

XH

OO

(O)nAlCl3

CH2Cl2/NO2Me0°C, 30 min

N

S

O

Y

CO2H

XH

(O)n

Z Z

Resina de Merrifield o Wang

OO R

1

R2

O

O

AlCl3

OO R

1

R2

O

OH

Ma, S., Duan, D., Shi, Z. Organic Lett., 2000, 2, 1419.

N

O

MeOO

MeO

MeO

OiPrMeO

O

AlCl3

N

O

MeOOH

MeO

MeO

OiPrMeO

O

Albericio, F.; Alvarez, M. y colab. Organic Lett., 2003, 5, 2959

135

N

S

O

Br

C

BrH

OO

6

N

S

O

Br

C

BrH

OO

X2 X= Cl, Br, AcO,

heterociclos, etc.

N

S

OCO2H

NNN

Tazobactama(Inhibidor de -lactamasas)

O O

2


= resina de Merrifield

136


thermalrearrangement

+

2-methyl substituted Penicillins

BrBr

N

S

O

episulfonium ion

7

O

Sulfenic acid

-

BrBr

N

S

O

X

9

2 X= Cl, Br, AcO, heterocycles, etc.

Br

C

Br

N

S

ON

O

SBrOHBr

BrBr

N

S

O

Cl

N

SSH

OH

NO

SBrSBr S

N

NO

SBrClBrBr

Br

N

S

O

OO

C OO

C OO

C OO

C OO

C OO

C OO

+

C OO

P

-Cl

P P

P

P

P

P P

Cl2SO2

137

N

S

O

Br

C

BrH

OO

N

SS

97

N

S

O

Br

C

BrH

OO

O

6

= resina de Merrifield

benceno, reflujo,12 h

(1.5 equiv.)

N

SSH

Cl2SO2CH2Cl2, -40°C

N

S

O

Br

C

BrH

OO

Cl2

penicilina 2-clorometil sustituída

11

138

i) AlCl3ii)CH2N2

14 R=H15 R=Me

9

16

N

S

C

BrHBr

O

11

17 R=H18 R=Me

OO

CH2Cl2, -40ºC

Rend: 70% (basado en la carga inicial de la resina de

Merrifield)

S S

N

Rend: 50% (basado en la carga inicial de la resina de

Merrifield)

i) AlCl3

ii)CH2N2

C.M.L. Delpiccolo, E.G. Mata, Tetrahedron: Asymmetry, 10, 3893 (1999)

Síntesis en fase sólida de penicilinas 2-metil sustituidas

N

S

CO2R

BrHBr

O

Cl

N

S

C

BrHBr

OO

O

Br

N

S

C

BrHBr

OO

O

Cl

N

S

CO2R

BrHBr

O

Br

P

P

Cl2SO2

Br2

P

139

Síntesis en Fase Sólida de penicilinas2-(heterocicliltio)metil sustituídas

N

S

O

Br

C

BrH

OO

O

7

SHHettolueno,reflujo

pTsOH (cat.)

SH =Het

HSO

N

HSNN

N N

Me

HSS

N

HSS

Na =

b =

c =

d =

HSS

NHS

N

OOEt Ph

Phe = f =

N

S

O

Br

C

BrH

OO

HetS

I

N

S

O

Br

C

BrH

OO

19

S-Het

N

S

O

Br

CO2R

BrH

S-Het

20 R=H21 R=Me

i) AlCl3ii) CH2N2

Rendimiento: 45-65 % (Basado en la carga inicial de la resina de Merrifield)

D.B. Boggián, E.G. Mata, Synthesis, 2006

Objetivos logrados:

Métodos simples y eficientes para unir penicilinas a soporte sólido.•Una nueva metodología para separar penicilinas de su unión aresinas de Merrifield y Wang.

•

Primera síntesis en fase sólida de derivados -lactámicosbicíclicos, usando una resina barata y accesible (resina de Merrifield).

•

Objetivos logrados

140

NO

R1CON

CO2H

HOR3R

2

NO

R2R1

NO

R1

CO2HCO2HR2 NO

SR2

R1

CO2H

R3

NO

SR1

CO2H

NO

R1 S

CO2HR2

NHO

carbapenems

anillo -lactámico

monobactamascarbacefems penems

penicilinas

cefalosporinas

Derivados beta-lactámicos

NO

R1

R2

R3

NO

OMeNHCH2Ph

O

CO2tBuH

NO

RO

R'

O

Inhibidor de absorción de

colesterol

Precursor de la cadena lateral de Taxol

Inhibidor de proteasa viral

141

NO

R1CON

CO2H

HOR3R

2

NO

R2R1

NO

R1

CO2HCO2HR2 NO

SR2

R1

CO2H

R3

NO

SR1

CO2H

NO

R1 S

CO2HR2

NO

R2 R3

R1

NO

R1

R2

R3

NO

OMeNHCH2Ph

O

CO2tBuH

NO

RO

R'

Ocarbapenems

1

monobactamascarbacefems penems

1

3

2

4


colesterol

Precursor de la cadena lateral de Taxol


penicilinas

cefalosporinas

Síntesis en fase sólida de 2-azetidinonas sustituídas

142

O•

R2

cetena

N

O O

imina

+N

R1

OO

R2

O

-lactama

resina de Wangresina de Merrifieldresina PAM

=

Staudinger

reacción de

R1

OC

R2

Cl

base

143

FmocHN

O O

=resina de WangW

W

1

H2N

O OW

2

30% piperidinaen DMF

Test de Kaiser (+)

1% AcOH en DMF

RMN 13C fase gel

N

O O

O

OMe

OMe

W

3

4

MeO

OMe

O

PhO

Cl

Et3N

5

N

OO

PhO

O

OMe

OMe

W6

IR = 1772 cm-1

RMN 13C fase gel

144

164.

9664

151.

7660

149.

2839

145.

1940

130.

1319

127.

8755

123.

7292

114.

7032

110.

2749

108.

8646

69.8

556

66.4

144

61.5

912

55.8

090

40.2

956

(ppm)30405060708090100110120130140150160170180

P

P

P

P

(OMe)2

C=NC=O

P=polímero

N

O OW

4

MeO

OMe

RMN 13C en fase gel utilizando un espectrómetro convencional (200 MHz)

arom. O-ortho

145

165.

9777

156.

7540

148.

8561

145.

0763

129.

1112

121.

8338

115.

3462

114.

6692

110.

6920

82.4

850

77.5

488

76.9

000

76.2

795

69.8

765

67.1

122

62.4

862

55.7

448

40.9

643

40.3

155

(ppm)30405060708090100110120130140150160170180

P

P

P

P

C-3C-4

arom. O-ortho

N

OO

PhO

O

OMe

OMe

W6

3 4

P=polímero

(OMe)2

146

N

OMeO

PhO

O

OMe

OMe

i) 10% TFA en Cl2CH2ii) CH2N2

(±) 7

Rendimiento: 78%

(basado en la carga inicialde la resina)

3 4

H H

N

OO

PhO

O

OMe

OMe

W6

147

FmocHN

O OW

W =resina de Wang

1

N

OMeO

R2

O

R1

7a-i

3 4

N

O

O

PhthN =

C.M.L. Delpiccolo, E.G. Mata, Tetrahedron: Asymmetry, 2002, 13, 905

Tabla 1. Síntesis en Fase Sólida de -lactamasEntrada Comp. R2 R1 Rend.a(%)

1 7a PhO 3,4-dimetoxifenil 78

2 7b PhthN 3,4-dimetoxifenil 45

3 7c PhO Ph 51

4 7d PhthN Ph 44

5 7e PhO 4-metoxifenil 68

6 7f PhthN 4-metoxifenil 38

7 7g MeO 4-metoxifenil 70

8 7h PhOO

48

9 7i PhthNO

53

10 7j PhO fenil 84

11 7k PhO 4-bromofenil 64

12 7l MeO 4-bromofenil 40aRendimiento total aislado después de cromatografía en columna (basado en lacarga inicial de la resina de Wang).

148

O•

*R2

cetena quiral

+N

R1

OO

*R2

O

-lactama quiral

N

O O

imina

R1

resina de Wang=

149

Síntesis asimétrica en fase sólida de -lactamas utilizando la oxazolidinona 8 como auxiliar quiral

COCl

N

8

O O

PhEt3N+

N

O OW4

MeO

OMe

N

OO

O

HH

W

9

OMe

OMe

N

O O

Ph

i) TFA 10%ii) CH2N2

10 25[] D = +51

N

OMeO

O

HHOMe

OMe

N

O O

Ph

(basado en la cargaoriginal de la resina)Rendimiento: 45%

150

Síntesis en fase sólida de ß-lactamas polisustituidas

NO

SR1

CO2H

NO

R1 S

CO2HR2

NO

R2 R3

R1

NO

R1

R2

R3

NO

OMe

NHCH2Ph

CO2tBuH

1

1

3

2

4


colesterol

penicilinas

NO

R1CON

CO2H

H

OR3R2

NO

R2R1

NO

R1

CO2HCO2HR2 NO

SR2

R1

CO2H

R3

O 2

O

NO

RO

R'

O

carbapenems monobactamascarbacefems penems Precursor de la cadena lateral de Taxol


cefalosporinas

151


N

OMe

N

OHOH

F3 3

Inhibidores de la absorción de colesterol

NO

OMe

NO

F

SCH 48461SCH 58235

Ezetimide (Zetia)

152


NO

3

OMe

OMe

2

Sch 48461

NO

R2

OH

R3

11

43

Ru

P(Cy)3

P(Cy)3

Cl

ClPh

R2

N

O

NO

R2

O

NO

R2

O

R3

FmocHN

OH

WW

W

W= resina de Wang

43

10

43

2

56

3

Catalizador de Grubbs

R3

153


FmocHN

OH

2

TMAD, Bu3P

HO

FmocHN

O

C

O

EtO N N C OEt

O

C

O

Me2N N N C NMe2

O

DEAD TMAD

Me2NH

eter anh.0ºC

piperidina 30%H2N

O

en DMF

O

OMe

AcOH 1% en DMF

N

O

MeO

N Cl

IO OH

0ºC

N

OH

O

OMe

TFA 10% en DCM

31% rendimiento total aislado

Me Et3N

N

O

O

OMe

154

Metátesis de olefinas

La metátesis de olefina es una redistribución delesqueleto de carbono en la cual enlaces carbono-carbono son reordenados en presencia de complejosmetal carbeno.

R1 R2

R4R3

+

R3

R1 R2

R4

Catalizador

+

Esta reacción es una poderosa herramienta para la formación de enlaces carbono-carbono.

a) Polimerización por metátesis con apertura de anillo (ROMP)

b) Metátesis de cierre de anillo X X

n

b) Metátesis de cierre de anillo X X

d) Metátesis cruzada

R1+ R2 R1

R2

c) Polimerización por metátesis de dienos acíclicos (ADMET)

n

155


N

O

O

OMe

NO

43

O

R3

R3+

OMe

catalizador

d) Metátesis cruzada

R1+ R2 R1

R2

Desventaja de Metátesis cruzadaDesventaja de Metátesis cruzada

•La baja selectividad del producto

R1 R2 R2

R1

R1

R1

R2

R2+++

metátesis

cruzada

R2 R2 R2

R2+++

metátesis

cruzada

•En fase sólida:

156


Síntesis de análogos de inhibidores de la absorción de colesterol

NO

O

OMe

N

O

O

OMe

43

+

Ru

P(Cy)3

Cl

ClPh

NMesMesN

Catalizador de Grubbs de 2da. generación

DCM, reflujoO

TFA 10% en DCM

NO

43

OH

OMe

21%, rendimiento total aislado, basado en la carga original de la resina

(seis pasos de síntesis)

DCM, reflujo

NO

3

OMe

OMe

2

Sch 48461

S.A. Testero, E.G. Mata, Org.Lett. 2006, 8, 4783-4786

157

Síntesis de análogos de inhibidores de la absorción de colesterol

Catalizador de Grubbs de 2da.

generación

DCM, reflujoN

O

O

R2

NO

43

O

+

R2

n nR1 R1

Entrada R1 R2 n Rendimiento (%)1,2

1 H MeO 1 21 (66)

2 p-Me MeO 0 11 (35)

1Rendimiento total aislado luego de separar de la resina y después de cromatografía en columna (basado en la carga inicial de la resina de Wang, seis pasos de reacción).2Entre paréntesis rendimiento de la metátesis.3Obtenido como una mezcla de producto y 3-vinil-β-lactama.

2 p-Me MeO 0 11 (35)

3 p-MeO MeO 1 21 (66)

4 H H 1 25 (78)

5 p-Me H 0 13 (40)

6 p-MeO H 1 133 (40)

7 p-MeO Br 1 173 (53)

8 o-Br MeO 0 23 (72)

S.A. Testero, E.G. Mata, Org.Lett. 2006, 8, 4783-4786

158

Estudio de la Metátesis de olefinas en fase sólida

O

O

O

O

R

MeO

O

R

i) TFA

ii) CH2N24a 6 7

catalyst

5R

R2 R2 R2

R2+++ metátesis

cruzada

•En fase sólida:

O

O

O

O

4a

6

5

Ru

PCy3

Cl

Cl Ph

NMesMesN

86%

5

Ru

PCy3

Cl

Cl Ph

NMesMesN

7

(en 15 min)

7

159

Resin Non-immobilized olefin Homo-

dimerization Product (%)a

4a

Yes, in 2 h

31

4a

––––

NR

4a Yes,

in 20 h 80


4a in 20 h

4a

––––

58

4a

Yes, in 5 h

57

4a

––––

39

4a No

97

4a

No

43

160

Grubbs2da. Hoveyda

Resin Non-immobilized olefin Homo- dimerization Product % %

4b Yes, 35 59


4b

Yes, in 15min

35 59

4b Yes,

in 20 h

11 23

4b

Yes, in 5 h

26 68

4b

No

10

16

Poeylaut-Palena, Testero, Mata J. Org. Chem.2008

161

Metátesis de olefinas en fase sólida

Ligantes de separación múltiple

162

Metátesis de olefinas en fase sólida163

Metátesis de olefinas en fase sólida

linker de olefina multidespegable

Poeylaut-Palena, Mata J. Comb. Chem. 2009

164

Aplicaciones modernas de la catálisis mediada por metales de transición a lageneración de diversidad molecular.

Reacciones orgánicas catalizadas por Oro

El oro muestra un gran afinidad electrofílica por alquinos, arenos, alenos y también alquenos. Puedeactuar además como ácido de Lewis para la activación de electrófilos. Alquinos y alenos se coordinan acomplejos de oro con lo cual se activan para un ataque nucleofílico, dándole amplias posibilidadessintéticas. Estas reacciones se desarrollan en condiciones muy suaves, tolera la presencia de oxigeno yno se requiere la exclusión total de aire o humedad, las reacciones pueden ser llevadas a cabo enpresencia de agua y aún en agua.

165


Reacciones orgánicas catalizadas por Oro en solución:

NH2AuCl3

N

Me

NH2

HN

R

R

NH2

Praveen, C. y colab. Tetrahedron Lett.2009, 50, 644.R

Fase sólida ?

NH2AuCl3

N

Me

NH2

HN

R

R

NH2

R

Praveen, C. y colab. Tetrahedron Lett.2009, 50, 644.

166


Reacciones orgánicas catalizadas por Oro en FASE SÓLIDA:

167


Reacciones orgánicas catalizadas por Oro en FASE SÓLIDA:

Tabla 1. Síntesis en fase sólida de indoles 2-substituídos basado en catálisis por oro(I)

Entrada producto R Rend (%)b,c Entrada producto R Rend (%)

1 7a

35(95)

2 7b

14 (93)c

3 7c

13 (93)d

4 7d 5 (14)

5 7e 22 (45)

6 7f 5 (10) aRendimientos totales aislados luego de seis pasos de síntesis. bDatos entre paréntesis indican el rendimiento del paso de heteroanulación catalizada por oro.

168

Aplicaciones no-metáticas de los complejos de Rutenio.

En química orgánica en fase sólida, pocos métodos han sido reportados sobre reducción de enlaces

múltiples, debido en gran medida a las limitaciones cinéticas y entrópicas de las interacciones

sólido-sólido entre los sustratos unidos al soporte sólido y los catalizadores heterogéneos usados

generalmente en la hidrogenación.

169


Reducción “libre de hidrógeno” de olefinas, utilizando Et 3SiH/catalizador de Grubbs

Secuencia en Fase Sólida Metatesis -Reducción en Tandem

Poeylaut-Palena, Testero, Mata, Chem. Commun, 1565, 2011

Secuencia en Fase Sólida Metatesis -Reducción en Tandem

REDUCCIÓNMETÁTESIS

170


Reducción “libre de hidrógeno” de olefinas, utilizando Et 3SiH/catalizador de Grubbs

Secuencia en Fase Sólida Metatesis-Reducción en Tandem

Poeylaut-Palena, Testero, Mata, Chem. Commun, 1565, 2011

Esta secuencia metatesis cruzada/reducción de olefina implica en conjunto la construcciónde un enlace carbono sp3–sp3, con la importancia que esto tiene para la síntesis demoléculas orgánicas complejas.

171


NO

SR1

CO2H

NO

R1 S

CO2HR2

NO

R2 R3

R1

NO

R1

R2

R3

NO

OMe

NHCH2Ph

CO2tBuH

1

1

3

2

4


colesterol

penicilinas

NO

R1CON

CO2H

H

OR3R2

NO

R2R1

NO

R1

CO2HCO2HR2 NO

SR2

R1

CO2H

R3

O 2

O

NO

RO

R'

O

carbapenems monobactamascarbacefems penems Precursor de la cadena lateral de Taxol


cefalosporinas

172

Síntesis en fase sólida de ß-lactamas inmovilizadas por la posición 3

NO

OO

R1(R1*)(R2*)R2

1 NO

OO

(R2*)R2

R3

Carbacefems25

NO R4

R1

1

3

C

O

3

Cetena unida al soporte sólido

173


SiH

SiCl

NCSDCM, t.a.DCM, t.a.

N

NOH3C

H3C Cl

ClO

HO

O CO2CH3imidazol

Si O

O CO2CH3

Si O

O CO2H

Me3SnOH (10 eq), DCE

R. L. E. Furlan, E. G. Mata, O. A. Mascaretti, J. Chem. Soc. Perkin Trans. 11998, 355 – 358R. L. E. Furlan, E. G. Mata, O. A. Mascaretti, C. Pena, M. P. Coba, Tetrahedron1998, 54, 13023 – 13034L. Méndez, S.A. Testero y E.G. Mata Tetrahedron Lett.,2007, 48, 1757-1760.

174


Si O

O CO2H

N Cl

IN

Bn

MeO

NBn

NO

O

Bn

Si O

React. Mukaiyama (5 eq)Et3N (6 eq)2 hs reflujo

MeO

OMe

4(5 eq)

(procedimiento repetido una vez)

Si O

O CO

H4

N O

Me

+Et3N

N Cl

Me

Si O

O

4

O

IO N

MeH

NBn

B:

175


Si O

O CO2H

NBn

NO

O

Bn

Si O

React. MukaiyamaEt3N

MeO

OMe

4

TBAF (2.5 eq), THF, 2h, t.a.

Rendimiento total aislado: 12 %

NO

O

Bn

HOOMe

176


O

O CO2H

TFA 10% en DCM

NR'

NO

O

R'

React. Mukaiyama (5 eq)Et3N (6 eq)2 hs reflujo

R

RO

(procedimiento repetido una vez)

NO

O

Bn

RHO

L. Méndez, S.A. Testero y E.G. Mata J. Comb. Chem., 2007, 9, 189-192

177


12

8.4

72

4

11

6.6

49

91

15

.51

96

11

4.6

56

1

82

.88

14

70

.09

72

61

.30

75

53

.24

80

44

.00

91

40

.26

72

NO

O

O

34

C-3C-4

(ppm)

102030405060708090100110120130140150160170180190

C-3

178


Entrada R1 R2 cis/trans ratio Rendimiento (%)a

1 4-MeO Bn cis 47

2 4-Br Bn cis 53

3 2-Br Bn cis 57

4 H Bn cis 50

O

O CO2Me

NO

O

R2

HO R1

L. Méndez, S.A. Testero y E.G. Mata, J. Comb. Chem., 2007, 9, 189.

aOverall isolated yield after flash chromatography (based on the initial loading level of Wang resin). bDetermined by 1H NMR of the crude reaction mixtures prior to purification.

4 H Bn cis 50

5 4-Cl Bn cis 37

6 4-Me Bn cis 52

7 4-NO2 Bn cis 54

8 4-MeO 4-MePh cis : trans (2:1)b 27

9 4-Br 4-MePh cis : trans (3:1)b 25

10 4-MeO 4-MeOPh cis : trans (6:1)b 39

11 4-NO2 4-MeOPh cis : trans (7:1)b 57

179


NO

O R1

R2

OO

O CO

HN

R1

R2

3

O

O

O

N

N

180

Química enFase Sólida

Química enFase Solución

Ventajas• Está desarrollada• Fácil monitoreo.

Ventajas• Fácil aislamiento• Fácil manipulación• Fácil automatización

• Necesita ser desarrollada• Requiere optimización

individual• Monitoreo de la reacción

problemática.

Desventajas• Difícil aislamiento• Difícil manipulación• Difícil automatización

Desventajas

181

Síntesis en paralelo de bibliotecas combinatorias en solución

Bibliotecas Combinatorias de Peptidomiméticos (Boger)

Extracción líquido-líquido:Potencialmente tiene las mismas ventajas en el aislamiento que la fase sólida:•Eliminación reactivos y productos

121

•Eliminación reactivos y productos secundarios.•Permite la utilización de exceso de reactivo

182


121

183


Generalización para aminas, alcoholes, tioles o nucleófilos

Primera y segunda funcionalización: cualquier nucleófilo: amina, alcohol, tiol.

Tercera funcionalización: Cualquier acilante

121

184


121

Comentarios:•Utiliza una purificación simple.•Puede usarse en split synthesis (en conjunto).•Como una extensión se desarrolló una síntesis combinatoria de 960 peptidomiméticos (6 x 8 x 20) por manipulación manual.•Extracción más laboriosa que filtración.•Limitada: determinado tipo de compuestos pueden utilizarse.•Es complementaria a la química combinatoria en fase sólida.

185

Extracción sólido-líquido sobre soporte sólido (SLE)

Equivalente a la extracción con ampolla de decantación, pero fácilmente automatizada

186

Síntesis combinatoria en fase fluorada

Utiliza las propiedades de la fase fluorada para mejorar el aislamiento en química combinatoria en solución.

Los solventes PFC son inmisibles tanto en agua como en la mayoría de los solventes orgánicos atemperatura ambiente, por lo tanto estos solventes son útiles como una "tercera fase líquida" en síntesisorgánica.

Características de los PFC:• Alta densidad (2.5 de los hidrocarburos)• Baja tensión superficial• Inertes• No tóxicos (freón C-Cl)• No tóxicos (freón C-Cl)• No inflamables

Utilidad:•Reactivos con cadenas perfluoradas son solublesen PFC y por lo tanto son fácilmente eliminables deuna mezcla de reacción. Ej: catalizadores de Rhpara hidrorformilaciones. Este es un métodoindustria, económico y no contaminante.•Síntesis combinatoria

187

Fase fluorada

BTF

CH2Cl2

H2O residuos inorgánicos

producto orgánico

residuos de estañoPFMC

188


Cómo se pueden aplicar los principios de la fase sólida a la síntesis combinatoria?

189

Aplicación: Síntesis combinatoria en paralelo y el solución.

Nueve aductos: partiendo de tres halogenuros de alquilo y tres aceptores de radicales


Sistema de solventes tolueno-hexano/PFMC: temp < 35ºC inmisibles; temp. > 35ºC miscibles.

190

Fase fluorada: “Phase switch”

191

Fase fluorada

Ventajas:-Tres fases, mayores posibilidades de separación, especialmente útil para residuos difíciles de eliminar.-Fase homogénea durante la reacción (química en fase solución).

Desventajas:Desventajas:-Es necesario preparar los reactivos perfluorcarbonados adecuados.-Eficiencia de las técnicas de extracción, el coeficiente de partición raramente es igual al 100%.-Manipulación-automatización más dificultosa que en fase sólida.

192

"Scavenger" de compuestos perfluorinados (Palomo - 2001)

Problema de la fase fluorosa bifásica:

muchos átomos de flúor reacción lenta separación fácil

Fase fluorada

pocos átomos de flúor separación dificilreacción rápida

193

"Scavenger" de compuestos perfluorinados (Palomo - 2001)

El aumento del número de átomos de flúor mejora la separación pero la reacción se hace más lenta...

Solución:

AUMENTAR EL NÚMERO DE ÁTOMOS DE FLÚOR EN EL AISLAMIENTO

R1CO2H +

N C NF13C6 C6F13

R2NH2 R1CONHR2

F13C6 C6F13

+

Síntesis de amidas utilizando carbodiimida perfluorcarbonada:

(sist. bifásico)

CH2Cl2

C6F14

Fase fluorada

N C N13 6 6 13

NH

O

NH

F13C6 C6F13(sist. bifásico)

194

La dificultad para obtener buena velocidad de reacción usando compuestos con muchosat. de flúor, por un lado, y la dificultad de separación de compuestos con pocos at. deflúor son problemas que se ha hecho evidente a medida que se ha extendido el uso delas técnicas de fase fluorada

Ej:Ciclación radicalaria con

hidruros fluorados.

Fase fluorada195

EXTRACCIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO

Sílica gel con cadenas fluorcarbonadas (sílica gel fluorada de fase reversa) puede ser usada para adsorber moléculas fluoradas.

Fase fluorada

PRECIO: 20 CARTUCHOS DE 8 ml DE CAPACIDAD U$S 380 (FOB)

Al igual que la SLE, la separación es gruesa, dificilmente un compuesto se “mueva” de la sílica si el solvente es“fóbico”, por lo tanto, será una filtración que no requerirá mucho cuidado y podrá hacerse en paralelo utilizando undistribuidor de vacío como el que vemos en la figura.

196

FASE FLUORADA SIN SOLVENTE FLUORADO

Fase fluorada

Compuestos perfluorados que cambian significativamente su solubilidad en solventes orgánicos de acuerdo a la temperatura

Sistema de solventes tolueno-hexano/PFMC: temp < 35ºC inmisibles; temp. > 35ºC miscibles.

197

Fase fluorada

Usa un catalizador perfluorado termofílico, cambia significativamente su solubilidad en solventes orgánicos de acuerdo a la temperatura

They catalyze conjugate additions of alcohols to methyl propiolate under homogeneous conditions in n-octane at 65 °C and can be recovered by simple cooling and precipitation and used again….

P[(CH2)2(CF2)7CF3]3

FASE FLUORADA SIN SOLVENTE FLUORADO

P[(CH2)2(CF2)7CF3]3 exhibit ca.600-fold solubility increases in n-octane between -20 and 80 °C and 1500-fold solubility increases between -20 and 100 °C.

198

Polímeros Solubles

El polímero utilizado es un homopolímero de bajo peso molecular:

polietilenglicol monometil éter (MeO-PEG)

El cual sirve además como una especie de protector del grupo terminal (carboxilo, generalmente) de la

biblioteca sintetizada.

199

Polímeros Solubles

200

Polímeros Solubles





201

Polímeros Solubles





202

Polímeros Solubles

Polietilenglicol monometil éter (MeO-PEG)

no apto para trabajar a bajas temperaturas (-78ºC) precipita

soluble en aguano se pueden eliminar excesos de reactivos organometálicos o prod. inorgánicos

OPCIÓN:

Poliestireno no entrecruzado: NCPS (Non-cross-linked polystyrene)Poliestireno no entrecruzado: NCPS (Non-cross-linked polystyrene)

Mayor solubilidad en solv. orgánico comunes aún a -78ºC, insoluble en metanol o agua

203

Polímeros Solubles

Polietilenglicol monometil éter (MeO-PEG)

no apto para trabajar a bajas temperaturas (-78ºC) precipita

soluble en aguano se pueden eliminar excesos de reactivos organometálicos o prod. inorgánicos

OPCIÓN:

Poliestireno no entrecruzado: NCPS (Non-cross-linked polystyrene)Poliestireno no entrecruzado: NCPS (Non-cross-linked polystyrene)

Mayor solubilidad en solv. orgánico comunes aún a -78ºC, insoluble en metanol o agua

204

Polímeros Solubles

Poliestireno no entrecruzado: NCPS (Non-cross-linked polystyrene)

Desventajas de los polímeros solubles: •cantidad de volumen de solvente que a veces es necesario para la precipitación del polímero.•“Pegajoso”

205

Etapa del proceso de síntesis más laboriosa y consumidora de tiempo

Aislamiento del producto

Cómo hacerlo más simple?

Síntesis en Fase Sólida Otras opciones….

Extracción Líquido-LíquidoSLEFase FluoradaPolimeros Solubles….

206

Reactivos unidos a soporte sólido

Otras opciones….

A

P

C

C

filtración

filtrado

filtro

N C N

Carbodiimida en fase sólida

11

N C NHN

C

HN

DDCDiciclohexilcarbodiimida

Diciclohexilurea

O

207

O

OR

OH

OO

11

benceno, DMSO, H3PO4r.t., 3h. O

OR

O

OO


N C N

Carbodiimida en fase sólida

11

12

O

13 (91%)

O

208

Reactivos unidos a soporte sólido209


Existen también reductoresunidos a resina:

Borohidruro en fase sólida, cianoborohidruro en fase sólida, derivados de estaño en fase sólida, etc.

210

Síntesis de los alcaloides oxomaritidina y epimaritidina



Review sobre reactivos unidos a soporte sólido: Ley, S.V. et al. 2000, 3815

214

Ventajas:*Fácil work-up.*Transforma en seguros reactivos que son tóxicos, explosivos u olorosos.*Se pueden combinar los reactivos unidos a soporte sólido sin que haya interacción


A

P

C

C

filtración

filtrado

filtro

*Se pueden combinar los reactivos unidos a soporte sólido sin que haya interacciónentre ellos.

Desventajas:*Las reacciones son muchas veces más lentas que las correspondientes en un mediohomogéneo.

*Estos reactivos pueden ser caros y la "carga" de la resina (mmoles dereactivo por gramo de resina) suele ser bajo, limitando las posibilidades de aumentarla escala del experimento.

215

Sintesis de Bibliotecas de compuestos en solución usando técnicas de purificación asistida por polímeros (PASP)

Nucleófilos y electrófilos unidos a soporte sólido se usan para facilitar el work-up y purificación en una síntesis combinatoria en solución

216

Captores covalentes

NN

NH

NH

SNH

O

SNH

O

S

HN

O+

FILTRACIÓN

OS

NH

O

NH

Se elimina el exceso de reactivo, sin embargo no soluciona el problema de productos secundarios uotros reactivos que puedan ser necesarios para la reacción (ej: agentes acoplantes) .

217

Método de captura-liberación (Resin capture-release)

i) Inmovilización de un intermediario o agente activante sobre un soporte sólido

ii) Este intermediario es sujeto a una segunda transformación que libera el producto a la solución

1-Hidroxibenzotriazol unido a resina:1-Hidroxibenzotriazol unido a resina:

218


Biblioteca de amidas utilizando activante unido a la resina

i) Acilación del 1-hidroxibenzotriazol unido a resina (FASE SÓLIDA)

A

ii) Reacción con nucleófilos (aminas) (EN SOLUCIÓN)

Las amidas se obtienen libres de productos secundarios y el método se puede adaptar a sistemas deplacas de microtitulación para la síntesis de bibliotecas de amidas en paralelo

Objetivo: reacción limpiaInconveniente: segunda etapa (en solución) no permite agregar exceso de reactivo

219


Biblioteca de amidas utilizando activante unido a la resina

220

Soporte sólido para capturar el producto

Síntesis de 3-aminoimidazo[1,2-a]piridinas por reacción de tres componentes

NH2N

O

R1

NN

R1

C N R2

NHN

R1N

R2

+Sc(OTf)3

ión nitrilio

NN

R1 NHR2

HNN

R1 NHR2

- H+

ciclaciónintramolecular

221

Resin Capture

(captura covalente del producto)

Luego de una reacción en solución se capturan los productos a través de la unión covalente a una resina. El producto queda unido a la resina por lo cual se puede utilizar en transformaciones siguientes.Se trata por lo tanto de una estrategia mixta: en SOLUCIÓN se llevan a cabo aquellas reacciones que son difíciles de monitorear, y las de bajo rendimiento o que generen productos secundarios difíciles de eliminar se llevan a cabo en FASE SÓLIDA.

Síntesis en paralelo de análogos de Tamoxifen

Tamoxifen se usa clínicamente en el tratamiento de ciertos tipos de cáncer

Biblioteca de 25 miembros: 5 alquinos y 5 haluros de arilo

Bis(boryl)alkenes(cinco diferentes

combinaciones de R1/R2)

222

Resin Capture

Síntesis en paralelo de análogos de Tamoxifen

N Si

OI

Esta estrategia combina la flexibilidad de la síntesis tradicional en solución a la alta pureza de productos de la fase sólida

HS

R2

R3 Si

R1

HN

O

223

01Curso CC (primera parte) apuntes 2013 postgrado02Curso CC (SEGUNDA parte) apuntes 2013 POSTGrado03Curso CC (tercera parte) apuntes post grado 201304Curso CC (cuarta parte) apuntes 2013 POSTGrado05Curso CC (quinta parte) apuntes 2013 POSTGrado06Curso CC (sexta parte) apuntes post grado 201308ACurso CC (octava parte A) Apuntes 2013 POSTGrado08BCurso CC (octava parte B) Apuntes 2013 POSTGrado

El descubrimiento de drogas es el objetivo básico de la ... · Tres son los requerimientos...

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