Diversidad combinatoria en la naturaleza

Transcripción

1 Diversidad combinatoria en la naturaleza 20 aminoácidos naturales dan 400 dipéptidos 8000 tripéptidos de hexapéptidos proteinas de 30 kd 100 aminoácidos modificados quimicamente dan de hexapéptidos 4 bases nucleosídicas codifican todos los organismos Compuestos orgánicos con PM < 500 (C, H, O, N, P, S, F, Cl, Br, I) aproximadamente Química combinatoria La química combinatoria genera una multitud de compuestos químicamente relacionados (congéneres), una biblioteca combinatoria En su versión original, en esas bibliotecas los compuestos estaban mezclados (total o parcialmente) La tendencia de los últimos años es hacia síntesis paralela automatizada y purificación en paralelo: one well one compound 1

2 síntesis orgánica clásica 1 reactivo x 1 reactivo = 1 producto síntesis combinatoria 50 reactivos x 20 reactivos = productos En una secuencia de 2 pasos: 50 x 20 x 20 reactivos = productos reacción multicomponente (ej. reacción de Ugi) 50 x 20 x 5 x 200 reactivos = de productos se pueden generar una gran cantidad de compuestos con un número limitado de bloques de construcción R 1 N O R 2 R 5 N R 3 R 4 bloques de construcción por paso compuestos posibles = = =

3 Biblioteca combinatoria bloques de construcción en 10 posiciones diferentes R 1 -R 10 5, 10, 10, 4, 2, 5, 5, 2, 5, 20 residuos diferentes de compuestos diferentes considerando los dos centros quirales (R 1 R 2 ): de compuestos diferentes Síntesis en soportes sólidos poliestireno entrecruzado (1,0-1,5% divinilbenceno) las perlas se funcionalizan por clorometilación y reacciones posteriores 3

4 esquema de síntesis en fase sólida inmovilización perla (40-80μm) con conector molde con grupos funcionales síntesis de 3 pasos ruptura producto producto inmovilizado Combinación de moldes y bloques de construcción 3 bloques de construcción A 1 -A 3 y 3 bloques de construcción B 1 -B 3 dan 9 productos A 1 B 1 -A 3 B 3 10 x 10 x 10 bloques darán 1000 productos A 1 B 1 C 1 A 10 B 10 C 10 4

5 La generación de mezclas combinatorias puede seguir varias estrategias mezcla de bloques mezcla de resinas mezcla de bloques y resinas Método de combinar y dividir para síntesis de bibliotecas 5

6 3 mezclas con 9 compuestos diferentes en cada fracción Los ensayos biológicos pueden hacerse sobre los productos liberados en solución o directamente sobre los productos unidos al soporte sólido Para identificar los compuestos se pueden usar codificaciones de base química distinta (nucleótidos para péptidos y viceversa) quimicamente inertes en las condiciones utilizadas También pueden usarse codificadores fotolábiles que una vez ensayados los compuestos unidos al soporte, son liberados por fotólisis y analizados por ejemplo por CG Las bibliotecas se someten a análisis de deconvolución en base a sus codificadores que pueden ser leidos quimicamente 6

7 Conectores: Merrifield y Wang Resina de Merrifield Resina de Wang (varios pasos) (producto) Síntesis de péptidos: dipéptido 7

8 Otros conectores ácido de Rink amida de Rink protegida conector tritilo conector de Sieber protegido conectores químicamente resistentes estable lábil estable lábil estable sin grupo residual de enganche 8

9 conector fotolábil, puede liberar los compuestos en medio acuoso en presencia de células vivas Tan et al. J. Am. Chem. Soc., 121, 9073 (1999) Un ligando multifuncional Tan et al. J. Am. Chem. Soc., 121, 9073 (1999) 9

10 Algunos ejemplos: X=I reacciones de acoplamiento catalizadas por Pd: Stille, Suzuki, Sonogashira Tan et al. J. Am. Chem. Soc., 121, 9073 (1999) Síntesis de una biblioteca de benzodiazepinas J. Am. Chem. Soc., 114, (1992) 10

11 Síntesis de una biblioteca de β-mercaptocetonas J. Am. Chem. Soc., 116, 2661 (1994) síntesis en solución con soporte polimérico epimerización básica (±)epibatidina J. Am. Chem. Soc., 119, 4882 (1997) 11

12 Eliminación de productos secundarios, reactivos, etc. estrategia de captura de resina resina Amberlite aniónica estrategia de captura y liberación 12

13 Reacciones multicomponente Reacciones multicomponente Review sobre reacciones multicomponentes: A. Dömling, Chem. Rev. 106, (2006) 13

14 Moléculas complejas de reacciones multicomponente 4 pasos y análogos Generación de diversidad de moldes 14

15 Aplicación de la reacción de Ugi: biblioteca de anestésicos locales lidocaina lidofenina bupivacaina ropivacaina aptocaina tocainida prilocaina pirrocaina butanilicaina cuatacaina mepivacaina articaina clodacaina tolicaina trimecaina etidocaina 15

16 inhibidores de trombina de una reacción tipo Ugi biblioteca de compuestos de: 12 aminas 80 aldehidos 16 isonitrilos K i = 2 nm (trombina) Chem. Biol., 7, 433 (2000) Otros ejemplos: J.A.C.S. 128, 7122 (2006) Desarrollo de la química combinatoria: de péptidos a moléculas orgánicas en general de grandes a pequeñas bibliotecas de mezclas a compuestos puros de síntesis combinatoria a síntesis paralela automatizada de moléculas con características de drogas de química a actividad biológica: diseño enfocado de bibliotecas combinatorias Objetivos: búsqueda de nuevos líderes y optimización de su afinidad por el blanco (actividad), selectividad, ADME, reducción de toxicidad y eliminación de efectos colaterales no deseados 16

17 tipos de bibliotecas combinatorias Bibliotecas al azar compuestos con características de drogas diversidad de moldes Bibliotecas con un blanco Bibliotecas enfocadas orientadas a un blanco diversidad de sustituyentes similares al líder completas algunas reglas de la química combinatoria La búsqueda de compuestos líder requiere un alto grado de diversidad química la optimización de compuestos líder requiere un alto grado de similitud para cubrir el espacio químico alrededor del líder Varias bibliotecas pequeñas generan más diversidad que una grande Las características de droga son más importantes que la accesibilidad sintética 17

18 Regla de Lipinski un candidato a droga debe tener: Peso molecular < 500 Daltons Lipofilicidad logp < 5 Donores de puente hidrógeno (OH + NH) 5 Aceptores de puente hidrógeno (O + N) 10 Lipinski et al., Adv. Drug Del. Rev. 23, 3 25 (1997) 18