Obiettivi della chimica combinatoriale
z
z
z
z
z
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
Strategia di sintesi basata sulla diversità
chimica
(obiettivo: massimizzare le differenziazioni
fra i prodotti di una stessa libreria)
Le librerie di biopolimeri (peptidi,
oligonucleotidi, oligosaccaridi) in
generale mostrano alcuni limiti
Scarsa possibilità di diversificazione
z Ottenimento di sole molecole lineari,
generalmente flessibili
z Ottenimento di molecole con scadenti
proprietà farmaco-cinetiche
z
Le librerie di piccole molecole organiche
offrono interessanti proprietà
z
z
z
z
Nuove aree di diversità chimica
Possibilità di scheletri rigidi
Molecole dal basso peso molecolare
Molecole dal favorevole profilo farmacocinetico
Supporti solidi funzionalizzati con
“piccole molecole organiche ”
P
linker
core scaffold
Caratteristiche del “core scaffold”:
¾ presenza di più gruppi funzionali
¾ presenza di più centri stereogenici
¾ versatilità chimica
¾ potenziali attività biologiche degli analoghi
correlati
Sintesi di librerie di 1,4-benzodiazepine
Core scaffold: 2-amminobenzofenoni
Sintesi di librerie di 1,4-benzodiazepine a partire da
2-amminobenzofenoni
Sintesi di librerie di 1,4-benzodiazepine
(secondo DeWitt e collaboratori) a partire da
derivati imminici di 2-amminobenzofenoni
Sintesi in fase solida di idantoine,
tiazolidinoni e β-lattami
Alcune delle classi di composti organici
delle quali sono state realizzate librerie
in fase solida
Librerie di nucleosidi modificati
Siti di diversità
O
O
NH
N
HO
O
R1
N
N
R2
N
R2
O
N3
N
N
O
O
R1
N
NH
N
HO
AZT *
O
d4T
O
O
NH 2
HO
HO
OH
NH 2
OH
N
legame acetalico
H
N
HO
O
O
N
HO
O
N
N
O
S
3tC*
O
linker
Base N
Z
R
O
Y
X
ddA*
N
Nuova strategia sintetica per l’ottenimento
di nucleosidi modificati sullo zucchero
O
O
linker
Base NH
Z
HO
R
O
Y
Base N
Z
linker
R
O
R1
X
P
R1
O
O
Y
X
C N N C
R2
R1
R2
R = H, OH, NH2
Core Scaffold
O
S
N
O
= Matrice polimerica
DMTO
O
linker
OH:
OH
S
O
O
OH
1
N
2
TBDMSO
N3
Preparazione di:
librerie di nucleosidi-5’-fosfato diestere e di piccoli
frammenti di acidi nucleici modificati o
Nucleic Acid Based Libraries (NAB)
B
HO
O
X
O
R
B
HO
O P OH
O
O
B
O
O P
OH
B
O
O
O P OH
O
X
X
O
B
O
HO
O
X
O
O P OH
B
O
HO
O
X
HO
X = H, OH
X
Condizioni per la scissione dal supporto
solido del nucleoside (o nucleotide)
O
O
H
O
O
S
S
N
O
O
N
a, b
N
H
O
HN
N
O
N
H3N
Fase di distacco
a)
Ossidazione (0.5 M mClPBA in DCM a 25 °C);
b) Trattamento basico (17 M NH4OH, 60 °C, 18 h)
O
S
N
O
N
DMTO
O
TBDMSO
O
N3
HN
O
O
N
HO
HN
O
HO
O
O
N
HO
HN
O
H3C
CH N
H
CH
CH3
O
HO
HN
HN
O
O
O
HO
HN
O
CH N
H
CH2
CH2
N
HO
N
HO
CH N
H
CH2
CH2
O
O
HN
O
O
O
HO
O
O
CH2
HN
HN
O
CH N
H
CH2
O
CH
H3C
CH3
1. 0.35 M Bu3P, THF / H2O / EtOH (4.5:1.4:6), t.a., 5 h; 2. HATU, HOBt, DIPEA, Fmoc-a.a.-OH, DMF, t.a.,
1 h.; 3. 20% piperidina/DMF, t.a., 5 min; 4. Ac2O/Py (1:1, v/v), t.a., 30 min.; 5. 0.5 M mCPBA, DCM, t.a., 1
h; 6. Et3N 3 HF, THF,t.a., 18 h; 7. 1% DCA, DCM, t.a., 10 min.; 8. 17 M NH4OH,60 °C, 18 h.
O
S
N
O
N
DMTO
O
TBDMSO
N3
1-9
1-9
U
HO
O
1-9
O
O
HO
P
O
NH2
HN
O
O
O
O
HN
O
HO
U
HO
O
O
O
N
HO
P
NH2
O
O
C
HO
HN
HO
O
T
NH2
O
HN
NH2
O
P OH
O
T
O
O
HO
1. PBu3 / THF / H2O; 2. Fmoc-Lys-(Fmoc)-OH, HATU, HOBt oppure Ac2O/Py 30 min t.a. 3. 1% DCA in DCM
4. Ac2O/Py 30'; 5.Et3N 3HF; 6. Coupling con nucleoside 3' o 5' fosforammidito; 7. 0.5 M mCPBA in DCM; 8.
1% DCA in DCM; 9. NH4OH 50 °C, 18 h.
A
HO
O
O
S
O
N
HO
O
N
DMTO
O
P
O
U
O
O
1-11
NH2
TBDMSO
O
N3
HO
P
HN
O
NH2
O
T
O
O
HO
1. PBu3 / THF / H2O; 2. Fmoc-Lys-(Fmoc)-OH, HATU, HOBt; 3. 1% DCA in DCM; 4. Coupling
con A 3' fosforammidito; 5. 1% DCA in DCM; 6. Ac20/Py, 30 min, t.a.; 7. Et3N 3HF; 8. Coupling
con T 5' fosforammidito; 9. 0.5 M mCPBA in DCM; 10. 1% DCA in DCM; 11. NH4OH 50 °C, 18 h.
B
HO
B
HO
O
U
HO
O
O
NH2
X
O
O
P O-
O
B
O
X
O
O
P O-
O
U
O
P OO
O
O
HN
O
O
X
O
P OU
O
HN
P O-
B
O
X
O P O-
O
B
O
O
R
O
O
NH2
O
R
O
B
O
O
NH2
HO
HN
R
HO
X
HO
O
I
X= H, OH
II
III
X
Sintesi in soluzione di librerie di composti
organici a basso peso molecolare
z
z
z
Nonostante 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.
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”)
Nuovo inibitore della tripsina
identificato mediante sintesi di
librerie in soluzione
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
Librerie di derivati purinici ottenute
sia in soluzione sia in fase solida
Linker acido-labili usati per la sintesi
di librerie di piccole molecole organiche
Tipi di linker suscettibili alle condizioni acide:
1) Wang; 2) Sheppard; 3) Rink; 4) Fenilfluorenil; 5)
Ossazolidina; 6) Acetale per la preparazione di aldeidi.
Linker labili
per azione di
nucleofili
Altri linker:
linker
fotolabili
(28);
linker che non
lasciano
traccia
(“traceless”,
29-35)
Reazioni che
implicano
contemporanea
ciclizzazione/
scissione: sintesi
di lattami (38),
furani (42) e di
alcaloidi indolici
dichetopiperazinici
(46)
Uso di sequestratori supportati
(“scavenger”) per librerie in soluzione
Resine “scavenger” disponibili in
commercio
ScavengePore® benzoic acid
macroporous, 40-70 mesh, extent
of labeling: 0.5-1.5 mmol per g
loading
ScavengePore® benzyl isocyanate
macroporous, 40-70 mesh, extent of
labeling: 0.5-2.0 mmol/g loading
ScavengePore® 4phenethyloxybenzaldehyde
macroporous, 40-70 mesh, extent
of labeling: 0.7-1.2 mmol/g loading
Resine “scavenger” disponibili in
commercio
ScavengePore® benzyl triethylammonium
chloride macroporous, 40-70 mesh, extent of
labeling: 0.5-1.0 mmol/g loading
ScavengePore® phenethyl diethylamine
macroporous, 40-70 mesh, extent of
labeling: 0.7-1.5 mmol/g loading
ScavengePore® phenethyl morpholine
macroporous, 40-70 mesh, extent of
labeling: 0.7-1.5 mmol/g loading
ScavengePore® phenethyl
piperidine macroporous, 40-70 mesh, extent
of labeling: 0.7-1.5 mmol/g loading
Schema di sintesi convergente e
divergente;
sintesi mono, bi- ed esacomponente
Reattività degli isocianuri confrontata
ad altri gruppi funzionali
Reazione di Ugi a quattro componenti per
ottenere librerie con un elevato grado di
diversità
Reazione di Ugi: schema generale
Meccanismo della reazione di Ugi
Reazione di Passerini
Meccanismo della reazione di Passerini
Reazione di Biginelli
Meccanismo della reazione di Biginelli
Alcune delle più
note ed
importanti
reazioni
multicomponente
Alcune delle più note ed importanti
reazioni multicomponente
Vantaggi delle reazioni multicomponente
Oltre 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.
