poniedziałek, 8 grudnia 2014

Achiralny czynnik zmienia enancjoselektywność / Achiral additive changes enantioselectivity

Rzadko się zdarza w syntezie chiralnej aby achiralny czynnik zmieniał całkowicie konfigurację absolutną ostatecznego produktu. Tak jednak się dzieje w reakcji opisanej w najnowszym numerze Chemistry World [1], która jest autorstwa grupy profesora Patrick'a J. Guiry z University College Dublin w Irlandii [2].

Prace badawcze w irlandzkim laboratorium były skoncentrowane na syntezie satiwanonu* (sativanone), związku z grupy izoflawonów, który po raz pierwszy wyizolowane z drzewa różanego, a który wykazał działanie antybakteryjne w badaniach laboratoryjnych.



Synteza wymaga enancjoselektywnego wstawienia grupy aromatycznej do bicylkicznego półproduktu. Badania na modelu wykazały pożądany efekt przy użyciu chiralnego katalizatora palladowego oraz tzw. kwasu Meldrum'a. Jednak przeniesienie warunków na docelowy substrat okazało się bezowocne. Gdy natomiast zmieniono kwas Meldrum'a na kwas mrówkowy doprowadziło to do enancjomeryczne czystego produktu, ale o odwrotnej do pożądanej konfiguracji absolutnej. Dalsze testy na wyjściowym modelu potwierdziły zależność: rodzaj kwasu użytego w syntezie bez zmiany chiralnego katalizatora determunuje, który enancjomer powstanie w reakcji.


Jest to ciekawy przykład reakcji, kiedy to czynnik achiralny odgrywa decydującą rolę w syntezie asymetrycznej.

* Nazwa nie potwierdzona w polskiej literaturze.

Literatura:
  1. A. Extance, "Acid choice flips enantioselectivity", Chemistry World, Vol. 11, Iss. 12, pp. 31. Link do wersji internetowej znajdziesz tutaj.
  2. Doran, R., Carroll, M.P., Akula, R., Hogan, B.F., Martins, M., Fanning, S. and Guiry, P.J., "A Stereoselective Switch: Enantiodivergent Approach to the Synthesis of Isoflavanones", Chemistry – A European Journal 20, 15354-15359 (2014). Link do wydawcy znajdziesz tutaj.
#MBF

piątek, 28 listopada 2014

Reakcja Mitsunobu / Mitsunobu reaction

Współczesną wersją substytucji nukleofilowej SN2, i niezwykle uniwersalną, jest reakcja odkryta przez Oyo Mitsunobu w 1967 roku [1]. Jest to transformacja przekształcająca wyjściowy alkohol w wiele różnych pochodnych. Jest ona oparta na chemii fosforu, i nie bez powodu jest znana pod imieniem autora, gdyż jest niezywkle tolerancyjna na wiele różnych czynników nukleofilowych, przez co jest niezwykle popularna w dzisiejszej syntezie organicznej [2].


Warunki tej reakcji wymagają obecności trifenylofosfiny oraz azodikarboksylanu dietylowego (diethyl azodicarboxylate, DEAD). Te składniki wpierw reagują ze sobą aby (a) uaktywnić alkohol do przyjęcia nukleofila, oraz (b) wygenerować aktywny czynnik nukleofilowy. Na pozór złożony mechanizm łatwo można pojąć wiedząc co jest powodem każdej transformacji w nim zachodzącej, i co jest czynnikiem "pchającym" reakcję (reaction driving force), w tym przypadku utworzenie niezwykle stabilnego wiązania tlen-fosfor [3].


W praktyce przeprowadza się tę reakcję następująco (kwas karboksylowy jako nukleofil) [1]:
Roztwór trifenylofosfiny (0.01 mol) w 10 ml eteru dietylowego wkrapla się do intensywnie mieszanego roztworu DEAD (0.01 mol), kwasu karboksylowego (0.01 mol) i alkoholu (0.01 mol) w 10 ml eteru dietylowego. Całość jest mieszana w temperaturze pokojowej, a start i progres reakcji jest widoczny dzięki strącaniu się białego tlenku trifenylofosfiny. Mieszaninę reakcyjną pozostawia się przez noc do zakończenia reakcji (bądź do momentu, w którym TLC wykaże brak substratów), a następnie odfiltrowuje się powstały osad. Pozostałość zatęża się na wyparce w celu usunięcia eteru dietylowego, a pozostały surowy ester oczyszcza się przez destylację.

Literatura:
  1. Mitsunobu, O. and Yamada, M., "Preparation of Esters of Carboxylic and Phosphoric Acid via Quaternary Phosphonium Salts", Bull. Chem. Soc. Jpn. 40, 2380-2382 (1967). Link do wydawcy znajdziesz tutaj.
  2. Carey, F.A. and Sundberg, R.J., Advanced Organic Chemistry - Part B: Reactions and Synthesis, 5th Edition Edit. (Springer - Verlag, New York, NY, 2007), pp. 221.
  3. Clayden, J., Greeves, N., Warren, S. and Wothers, P., Organic Chemistry (Oxford University Press, 2000), pp. 431-433.

#MBF

czwartek, 27 listopada 2014

1500 eksperymentów w dzień? Jasne! / 1500 experiments per day? Sure!

Jak donosi portal magazynu Chemistry World [1], chemicy firmy Merck USA opracowali metodę na przeprowadzanie ponad 1500 eksperymentów chemicznych w skali nie większej niż 20 mikrogramów [2]. Taka technologia może przyśpieszyć badania w dziedzinie odkrywania leków (drug discovery), która wymaga wielu testów i reakcji przeprowadzanych na tym samym substracie bądź półprodukcie w celu zoptymalizowania procesu produkcji.

Tim Cernak, Spencer Dreher z innymi w amerykańskim laboratorium Merck w Rahway stworzyli zminiaturyzowaną automatyczną platformę wysokiej wydajności, na bazie tych znanych z biotechnologii, aby badać reakcje w różnych warunkach. Pozwala ona wykorzystywać niewiele materiału początkowego, który często w chemii medycznej jest cenny bądź dostępny w ograniczonych ilościach. Połączenie robotyki i spektrometrii masowej wysokiej wydajności umożliwiło im przeprowadzenie 1536 eksperymentów chemicznych w przeciągu dnia. Przeciętnie takie testy wykonuje się z wydajnością w proywach do 96 reakcji na dzień.



Grupa z Merck testowała swój wynalazek na reakcji sprzeżenia w obecności palladu jako katalizatora w temperaturze pokojowej. Użyli oni DMSO jako rozpuszczalnika zapewniającego rozpuszczenie substratu i serii ligandów oraz zasad, które testowali w tych warunkach.



Autorzy mają nadzieje, że stworzona technologia zainspiruje zarówno akademię jak i przemysł do zastosowania ich rozwiązania, jak również producentów takiego sprzętu i oprogramowania do rozpowszechniania tego zastosowania wśród chemików. Te podejście do testowania warunków reakcji chemicznych może przyczynić się również do odkrywania nowych reakcji, gdyż straty wynikające z jednego testu są niewielkie, nawet jeśli próba się nie powiedzie.

Literatura:
  1. J. Urkuhart, Chemistry World, 25 Nov 2014. Link: http://www.rsc.org/chemistryworld/2014/11/nanomolar-chemistry-enables-1500-experiments-single-day
  2. Buitrago Santanilla, A., Regalado, E.L., Pereira, T., Shevlin, M., Bateman, K., Campeau, L.-C., Schneeweis, J., Berritt, S., Shi, Z.-C., Nantermet, P., Liu, Y., Helmy, R., Welch, C.J., Vachal, P., Davies, I.W., Cernak, T. and Dreher, S.D., "Nanomolar-scale high-throughput chemistry for the synthesis of complex molecules", Science (2014), DOI: 10.1126/science.1259203. Link do wydawcy znajdziesz tutaj

#MBF

wtorek, 25 listopada 2014

Ile kosztuje wprowadzenie na rynek nowego leku? / What is the cost of bringing a drug to the market?

Najnowszy numer C&EN przedstawia obecną sytuację rynku farmaceutycznego i kosztów związanych z wprowadzeniem leku na rynek w oparciu o niedawno opublikowany raport Tufts CSDD (Center for the Study of Drug Development) [1]. W oparciu o ankietę wśród firm farmaceutycznych i losowo wyselekcjonowanych 106 leków testowanych na ludziach pomiędzy 1995 a 2007 rokiem wykazano, że obecnie koszt wprowadzenia na rynek pojedyńczego leku to prawie 3 miliardy dolarów ($2.6 billion)! Co więcej, jest to kwota przedstawiająca wynik o 145% więjszy niż estymowano w 2003 roku przez tę samą organizację. W porównianiu z kosztami tego samego procesu jeszcze 30 lat temu dzisiejsza kwota jest obezwładniająca [1].



Rzeczywiście, wzrost kosztów całej operacji przy wpływie inflacji  jest nieunikniony. Każdy etap od znalezienia celu, przez opracowanie leku, do testów klinicznych to koszt w milionach dolarów, a cały proces rozciąga się na (+)10 lat, co przedstawia diagram poniżej [2,3]. Druzgocącym jednak faktem jest to, że ponad 90% leków odpada w Fazie II (Phase II) całego procesu, czyli kiedy 80% całego kosztu już zostało zainwestowane, ponieważ cel działania leku (target) okazuje się nie właściwy na tym etapie [3].


Istnieją propozycje jak zmienić obecną sytuację, np. Dr Michael A. Foley z Tri-I TDI w USA proponuje aby wprowadzić 'kliniczne szacowanie celu" (clinical target assessment) już w czasie tzw. "Hit-Lead", czyli niedługo po opracowaniu wstępnego kandydata na lek [3]. Wówczas, mimo inwestycji rzędu 2 milionów dolarów i dodatkowego czasu 2 lat, cały proces może prowadzić do większego powodzenia całego projektu niż ma to miejsce dzisiaj, gdyż cel będzie lepiej opracowany.

Literatura:
  1. R. Mullin, C&EN, November 24, 2014, pp. 6. Link do internetowej wersji znajdziesz tutaj.
  2. S. M. Paul, D. S. Mytelka, C. T. Dunwiddie, C. C. Persinger, B. H. Munos, S. R. Lindborg and A. L. Schacht, Nat Rev Drug Discov, 2010, 9, 203-214. Link do internetowej wersji znajdziesz tutaj.
  3. M. A. Foley, C&EN's INAUGURAL VIRTUAL SYMPOSIUM: September 24, 2014. Szczegóły znajdziesz tutaj.
#MBF

poniedziałek, 24 listopada 2014

Redukcja Birch'a / Birch Reduction

Istotną kwestią w organicznej chemii syntetycznej jest częściowa redukcja pierścienia aromatycznego do nienasyconych cyklicznych związków; szczególne znaczenie ma to w modyfikacji steroidów i innych aromatycznych związków pochodzenia naturalnego. Unikatową w tym działaniu jest reakcja Birch'a, tj. selektywna redukcja pierścienia aromatycznego do dihydropochodnych. Publikacja australijskiego chemika Arthur'a Birch'a po raz pierwszy ukazała potencjał tej transformacji w latach 40. [1], a kolejne doniesienia z laboratorium Birch'a ukazały jej użyteczność w syntezie i modyfikacji hormonów [2].



Reakcja jest oparta na tzw. układzie rozpuszczalnego metalu (dissolving-metal system). Zwykle medium redukującym jest metaliczny lit, sód, bądź potas w ciekłym amoniaku [3]. Dodatkowo dodaje się źródło protonu, którym jest alkohol. Mechanizm reakcji przechodzi przez dwa następujące po sobie etapy przeniesienia elektronu (electron transfer) i protonowania (protonation).



Ponieważ wiązania podwójne w produkcie 'dihydro' tej reakcji są trudniejsze do zredukowania w porównaniu do sprzężonego pierścienia aromatycznego, transformacja zatrzymuje się na tym etapie. Co więcej, w zależności od charakteru podstawników można otrzymać 2,5-dihydro- lub 1,4-dihydroaromaty.


Reakcję w praktyce przeprowadza się następująco [4]:
Do roztworu związku aromatycznego (1 mmol) i alkoholu tert-butylowego (0.09 ml*, 1.2 eq) w tetrahydrofuranie (3 ml*) w temperaturze -78 st. C dodaje się ciekły amoniak (~28 ml*). Następnie dodaje się lit w małych kawałkach aż niebieski kolor roztworu się będzie utrzymywał, po czym mieszanina reakcyjna jest mieszana przez 30-120 min w temperaturze -78 st. C. Następnie niebieska barwa zostaje rozproszona przy użyciu 1,3-pentadienu, i dodaje się NH4Cl pozostawiając reakcję do odparowania amoniaku. Rezultat dzieli się pomiędzy 2 fazy: wodną i organiczną (CH2Cl2). Fazę wodną dodatkowo się ekstrahuje CH2Cl2, po czym zgromadzoną fazę organiczną przemywa się 10% roztworem Na2S2O5, suszy nad MgSO4, i zatęża. Surowy produkt oczyszcza się chromatograficznie.
*Objętość estymowana.

Literatura:
  1. A. J. Birch, Journal of the Chemical Society (Resumed), 1944, 430-436.
  2. A. J. Birch and S. M. Mukherji, Journal of the Chemical Society (Resumed), 1949, 2531-2536.
  3. F. A. Carey and R. J. Sundberg, Advanced Organic Chemistry - Part B: Reactions and Synthesis, 5th Edition edn., Springer - Verlag, New York, NY, 2007, pp. 436-439.
  4. A. G. Schultz, T. J. Guzi, E. Larsson, R. Rahm, K. Thakkar and J. M. Bidlack, The Journal of Organic Chemistry, 1998, 63, 7795-7804.
#MBF

piątek, 21 listopada 2014

Nowy rodzaj polimeru zsyntezowany / New type of polymer synthesised

Wiadomością tygodnia w C&EN jest synteza nowego typu polimeru stereokompleksowego w oparciu o poliestrową strukturę [1]. Grupa badawcza Goeffrey'a W.Coates'a z Cornell University w amerykańskim stanie Nowy Jork opublikowała w tym miesiącu na łamach Journal of American Chemical Society (JACS) syntezę chiralnego polimeru [2], którego zmieszane enancjomery ściśle ze sobą kompleksują dając nowy rodzaj tworzywa z podwyższoną o prawie 40 stopni temperaturą topnienia. Jest to tzw. stereokompleksowanie (stereocomplexation), a w literaturze znanych jest tylko kilka przykładów [1].



Synteza jest oparta na kopolimeryzacji z udziałem bezwodnika bursztynowego i tlenku propylenu (epoksyd) w obecności chiralnego katalizatora kobaltowego. W zależności od użytego katalizatora o (S)- lub (R)-konfiguracji, oraz enancjomerycznie czystego epoksydu otrzymać można (S)- lub (R)-polimer. Materiał ten wolno krystalizuje, a temperatura topnienia w obu czystych enancjomerycznie formach wynosi 79 st. C. Jeżeli oba polimery się zmiesza, ich łańcuchy układają się w uporządkowany i ścisły sposób tworząc stereokompleks, który z kolei szybko krystalizuje, a temperatura topnienia wynosi 120 st. C. Jest to pierwszy przypadek stereokompleksującego poliestru [1]. Taki rodzaj materiału ułatwia chemikom lepszą kontrolę nad właściwościami termicznymi materiału, jak również jego biodegradacją. Potencjalne zastosowanie nowego polimeru to materiały biomedyczne, które wymagają biodegradowalnych właściwości.

Literatura:
  1. S. Ritter, C&EN, November 17, 2014, pp. 5. Link do internetowej wersji znajdziesz tutaj.
  2. J. M. Longo, A. M. DiCiccio and G. W. Coates, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 15897-15900. Link do strony wydawcy znajdziesz tutaj.
#MBF

czwartek, 20 listopada 2014

Leki typu "ja też" i "ja lepiej" (kaptopryl) / The case of 'me too' and 'me better' drugs (captopril)

Wiadomo nie od dziś, że konkurencja w biznesie napędza rozwój. Nie inaczej jest w przemyśle farmaceutycznym, gdzie firmy prześcigają się w tworzeniu nowych odmian leków mniej lub bardziej twórczo. Inną sprawą są leki generyczne, które powstają na bazie upłynięcia czasu ochrony patentowej, a ich "innowacją" jest jedynie zmiana nazwy. Są natomiast i takie leki, które tworzy się w oparciu o istniejące i opatentowane związki chemiczne, ale które są odpowiednio modyfikowane tak aby ominąć ograniczenia patentowe ale jednocześnie zachować swoje działanie farmakologiczne. Wisienką na torcie w takim układzie jest ulepszona aktywność farmakologiczna, co często się zdarza [1]. I tak możemy podzielić ten rodzaj leków na:
  • leki typu "ja też" ('me too' drugs), czyli te które minimalnie mają zmienioną strukturę chemiczna, ale zachowane właściwości terapeutyczne w porównaniu z wzorcowym lekiem
  • leki typu "ja lepiej" ('me better' drugs), czyli te które po minimalnych zmianach oryginalnej struktury chemicznej wykazują ulepszone działanie w porównaniu z wzorcem
Z jednej strony nasuwa się myśl, że takie działania są niepoprawne, wręcz niemoralne ze strony firm farmaceutycznych. Z drugiej jednak strony stoi niezaprzeczalny fakt, że takie podejście do tworzenia leków nie raz przyniósło pozytywne efekty przez dostarczanie ulepszonych leków na rynek farmaceutyczny niż originalny medykament. Przykładowo, współczesne penicyliny są bardziej selektywne od tych pierwotnych [1]. Podobnie dzisiejsze statyny (leki obniżające cholesterol) mają ulepszone działanie w porównaniu z pierwowzorami [1].

Warto jednak podkreślić, że niezależna praca nad danymi lekami przeciw konkretnym schorzeniom zdarza się wśród firm farmaceutycznych. Często mają one zbliżone struktury, co wynika wyłącznie z struktury miejsca docelowego, a nie kopiowania pomysłów. Wówczas kto pierwszy ten lepszy w wprowadzeniu na rynek, a prestiż spada na tego kto wygrywa wyścig. Niemniej jednak, w tym przypadku wydaje się niesprawiedliwym określanie leku konkurencji jako 'ja też', gdyż opracowanie struktury i rozwój projektu był całkowicie niezależny.

Klasycznym przykładem leku będącego wzorcem dla innych jest kaptopryl (captopril). Jest to związek z grupy leków przeciwko nadciśnieniu opracowany w 1975 roku przez trzech naukowców amerykańskiej firmy farmaceutycznej Squibb (dzisiaj znanej jako Bristol-Myers Squibb): Miguela Ondetti'ego, Bernarda Rubin'a, and Davida Cushman'a [2]. Był to jeden z pierwszych sukcesów w projektowaniu leków "napędzanych" przez cel molekularny (więcej czytaj na blogu), inaczej mówiąc  w oparciu o tzw. 'ligand-based drug design'. Lek jest inhibitorem dla konwertazy angiotensyny (angiotensin-converting enzyme, ACE), czyli ligandem, który dzięki specificznej strukturze wpasowuje się w enzym i go dezaktywuje.



Struktura leku jest stosunkowo prosta, a synteza może być przeprowadzona na wiele sposobów. Jedna z nich jest oparta na reakcji pomiędzy estrem tert-butylowym proliny z kwasem karboksylowym do otrzymania amidu z zabezpieczoną grupą tiolową [1]. Następny krok to odbezpieczenie grupy SH i hydroliza estru proliny.


Obecność grupy karboksylowej jest istotna do oddziaływania z resztą argininy w miejscu aktywnym enzymu, natomiast grupa tiolowa silnie kompleksuje do cynku obecnego w pobliżu [1]. Niemniej jednak ulepszone przez inne firmy wersje kaptoprylu posiadają dodatkową "gałąź" z grupą fenylową, która usprawnia oddziaływanie ligandu z enzymem. Przykładami są cilazapryl (cilazapril), lizynopryl (lisinopril), oraz enalapryl (enalapril) [1].


Literatura:
  1. G. L. Patrick, An Introduction to Medicinal Chemistry, OUP Oxford, 2013, pp. 203-204.
  2. http://en.wikipedia.org/wiki/Captopril z dnia 20/11/2014.

#MBF

środa, 19 listopada 2014

Reakcja Appel'a / Appel Reaction

Halogenki alkilowe (halogenoalkany) są ważnym elementem tworzenia wiązań węgiel-węgiel i nie tylko. Natomiast ich synteza może być mniej lub bardziej skomplikowana, wszystko za sprawą dodatkowych grup funkcyjnych obecnych w prekursorze. Najpopulaniejszymi substratami w syntezie halogenków organicznych są alkohole. Natomiast wybór warunków i źródła halogenku dzieli obecne metody na mniej lub bardziej łagodne. Do "ostrych" metod należą te z użyciem fluorowcowodorów, tj. HBr na gorąco czy HCl/ZnCl3, które za sprawą silnie kwaśnych warunków są stosowane wyłącznie do bardzo odpornych na nie alkoholi [1]. Inną metodą jest użycie niemetalicznych związków zawierających halogenki jako ich źródło w reacji z alkoholami. Do tej grupy należą m.in. chlorek tionylu, trójchlorek bądź trójbromek fosforu. Niemniej jednak i one są źródłem kwaśnego środowiska podczas reakcji, zatem ich zastosowanie jest ograniczone do stabilnych związków w tych warunkach.

Alternatywą są łagodniejsze metody, które w dużej mierze opierają się na trójpodstawionych związkach fosforu (PR3), które pośredniczą w transporcie halogenku z jego źródła do alkoholu. Produktem ubocznym tych reakcji jest zwykle tlenek fosfinowy - bardzo stabilny związek, którego tworzenie jest często siłą napędową reakcji. Do imiennych reakcji tego typu należą reakcja Mitsunobu, reakcja Garegg-Samuelsson'a [1], oraz omawiana dzisiaj reakcja Appel'a [2].



W reakcji Appel'a konwersja alkoholu do halogenku organicznego odbywa się w obecności tetrahalowęgla, np. CBr4 lub CCl4, oraz trójfenylofosfiny. Podobnie jak w przypadku reakcji Mitsunobu, mamy tu do czynienia z odwróceniem konfiguracji absolutnej przy atomie podstawionym grupą hydroksylową. Wynika to z mechanizmu przedstawionego poniżej.



W pierwszej kolejności trójfenylofosfina atakuje źródło halogenku tworząc pośredni kation halofosfoniowy, który następnie jest atakowany przez nukleofinowy anion alkoholanowy. Tworzy się silne wiązanie P-O oraz silnie nukleofilowy anion halogenku. Ten ostatni atakuje związek trifenylofosfiny z alkoholem od przeciwnej strony do reszty fosfinowej, co w rezultacie prowadzi do halogenku organicznego o odwróconej konfiguracji, oraz tlenku trifenylofosfiny.

W praktyce taką reakcję przeprowadza się następująco [3]:

Do mieszanego w 0 st.C w atmosferze N2 roztworu alkoholu (1 mmol) w bezwodnym CH2Cl2 (2 ml*) dodaje się PPh3 (3 mmol), CBr4 (1.5 mmol), oraz trietyloaminę (1 ml*). Mieszaninę reakcyjną się miesza przez 2 godziny w 0 st.C, a następnie zakańcza (quench) przez dodanie wody (1.2 ml*). Dwufazowy roztwór się rozdziela, a fazę wodną dodatkowo ekstrahuje dwoma porcjami CH2Cl2 (2.5 ml*). Zgromadzoną fazę organiczną przemywa się wodą, solanką, i suszy nad MgSO4. Następnie odfiltrowany roztwór się zatęża na wyparce, a surowy produkt oczyszcza chromatograficznie.
* Objętość estymowana.

Literatura:
  1. F. A. Carey and R. J. Sundberg, Advanced Organic Chemistry - Part B: Reactions and Synthesis, 5th Edition, Springer - Verlag, New York, NY, 2007, pp. 217-223.
  2. R. Appel, Angewandte Chemie International Edition in English, 1975, 14, 801-811.
  3. I. S. Min, S. I. Kim, S. Hong, I. S. Kim and Y. H. Jung, Tetrahedron, 2013, 69, 3901-3906.
#MBF

wtorek, 18 listopada 2014

Merck przejmuje Sigma-Aldrich / Merck takes over Sigma-Aldrich

Wiadomości sprzed kilku tygodni zelektryzowały świat nie tylko chemiczny [1], ale również biznesu [2]. Dwa giganty zaopatrzenia laboratoriów, Merck KGaA i Sigma-Aldrich, połączą się w jedno. Niemiecki Merck potwierdził, że wykupi amerykańską Sigmę za bagatela 17 bilionów dolarów. Wszystko w celu ulepszenia swojej pozycji na rynku przemysłu naukowego.


Przewiduje się, że w przeciągu 3 lat od finalizacji transakcji pomiędzy Merck i Sigma-Aldrich, to zjednoczenie przyniesie tej pierwszej firmie około 260 milionów euro rocznie; wszystko z oszczędności kosztów oraz wzrostu sprzedarzy. Obie firmy wzięte razem zaopatrują laboratoria na całym świecie, a ich produkty są często komplementarne. Niemiecki gigant wykupując Sigmę zapewni sobie pewny rynek w Ameryce Północnej.

Nie zmienia to jednak farmaceutycznej strony firmy Merck. Prace badawczo-rozwojowe w dziedzinie tworzenia leków (drug discovery) pozostaną nadal w sercu niemieckiej firmy, jak potwierdzają rzecznicy Merck. Takie obawy pojawiły się w związku z niedawnymi informacjami z innej niemieckiej firmy, Bayer, która to postanowiła odseparować dział materiałów sztucznych w osobną firmę w celu poprawienia swojej kondycji (czytaj tutaj na blogu).

Na końcu warto przypomnieć, że Sigma-Aldrich to dziecko połączenia się dwóch chemicznych firm sprzed 40 lat, kiedy to w 1975 roku Aldrich Chemical Company i Sigma Chemical Company się zjednoczyły [1]. Jak nie od dziś wiadomo, ten interes był źródłem wielu korzyści dla obu stron, a także pozwolił na rozwinięcie się firmy Sigma-Aldrich do poziomu światowego giganta w zaopatrzeniu labroatoriów zarówno przemysłowych jak i akademickich w odczynniki i inne artykuły.

Więcej szczegółów tutaj:
  1. R. Trager, Chemistry World, Vol. 11, Iss. 11, pp. 17. Link do internetowej wersji znajdziesz tutaj
  2. D. Kroll: http://www.forbes.com/sites/davidkroll/2014/09/22/merck-kgaa-buys-sigma-aldrich-for-17b/ z dnia 17-11-2014.
#MBF  


poniedziałek, 17 listopada 2014

Temozolomid - lek "napędzany" chemią / Temozolomide - the chemistry-driven drug

Tytuł może intrygujący, aczkolwiek wynikający wyłącznie z problematyki dosłownego tłumaczenia angielskich wyrażeń. W pierwszych słowach warto zatem wspomnieć dwa podejścia do tworzenia nowych leków: "napędzanych" chemią (chemistry-driven) oraz "napędzanych" przez cel molekularny (molecular target-driven). Te pierwsze podejście do sprawy polega na syntezie ciekawych chemicznie cząsteczek, które następnie są testowane na bycie potencjalnymi lekami. Tymczasem druga opcja opiera się na pierwotnym modelowaniu docelowego miejsca (enzym, białko) wymagającego specificznej structury chemicznej aby je uaktywnić (bądź uśpić), po czym tę strukturę się projektuje i ewentualnie syntezuje, oczywiście jeżeli sprzyja wszelkim parametrom komputerowago modelu.
Te dwa podejścia do odkrywania leków (drug discovery) tworzą niejako dwie ery: przeszłą i współczesną. I rzeczywiście, w dzisiejszym przemyśle farmaceutycznym w dużej mierze polega się na modelach komputerowych, które docelowo zmniejszają czas spędzony na żmudnym "przesiewaniu" (screening) potencjalnych kandydatów na leki. Warto jednak mieć na uwadze i te leki, które były odkrywane jeszcze 30 lat temu metodą prób i błędów, a przede wszystkim fantastyczną chemią.


Dziś zatem temat leku o nazwie temozolomid, którego syntezę opracowano w latach 80-tych w grupie profesora Malcolma F. G. Stevens'a pracującego wówczas w angielskim Aston University. Oczywiście droga prowadząca do finalnej wersji leku nie była taka łatwa, i przechodziła przez inne struktury, m.in. mitozolomidu (azolastone/mitozolomide). Jednak warto podkreślić, że unikalność tego leku polega nie tylko na jego strukturze chemicznej, ale również na tym, że został on opracowany ściśle przez akademików (chemików i farmaceutów), których skrupulatność i uparcie w kontynuowaniu projektu doprowadziło to tego, że został on finalnie doceniony w medycynie.


Temozolomid to prolek z grupy imidazotetrazyn (imidazotetrazines), który ma działanie przeciwnowotworowe, w szczególności przeciwko glejakowi wielopostaciowemu. Określa się go prolekiem, ponieważ substancja aktywna temozolomidu to produkt jego metabolizmu w organiźmie. Co ciekawe, ten metabolizm różni się od ścieżki syntezy, o czym poniżej. Wracając do metabolizmu, chemiczna aktywacja temozolomidu polega na wytworzeniu czynnika silnie metylującego reszty purynowe DNA, tj. guaniny (na azocie i tlenie) oraz adeniny (na azocie), dzięki czemu blokuje on tworzenie się par w łańcuchu DNA, a w efekcie uaktywnia mechanizm odpowiedzi na uszkodzone DNA, czyli zatrzymanie cyklu komórkowego i jej apoptozę. I choć aktywacja temozolomidu następuje w rejonie zajętym nowotworem, prawdopodobnie ze względu na minimalne różnice w pH w porównianiu z zdrowymi komórkami, to czynnik aktywny jest na tyle silny, że może metylować również sąsiednie komórki, co sprawia że zalicza się go do środków cytotoksycznych.



Synteza temozolomidu w orginale została opracowana przez ówczesnego studenta Roberta Stone'a i polega na dwóch głównych krokach: przygotowaniu diazowej pochodnej imizadolu, która następnie poddana jest swego rodzaju cykloaddycji z izocyjanianem metylu. Ten ostatni krok to przykład syntezy ekonomiczniej atomowo (atom economy), czyli takiej, w której każdy atom w substratach jest obecny w produkcie, choć w tym przypadku nie ma to nic wspólnego z chemią przyjazną środowisku (environmentally friendly), czy też "zieloną chemią" (green chemistry)!



Niestety, historia masowej produkcji omawianego leku ma i swoje ciemne strony. Otóż wypadek na instalacji produkującej temozolomid w Bhopal w Indiach w grudniu 1984 roku (katastrofa w Bhopalu) doprowadził do uwolnienia izocyjanianu metylu do okolicznie zaludnionych miejscowości, i w gruncie rzeczy doprowadził do katastrofy toksykologicznej tego rejonu, która do dziś ma swoje konsekwencje, również w podejściu do przemysłu chemicznego [2]. Do dziś poszukuje się bezpieczniejszej alternatywy do opracowanej 30 lat temu syntezy, którą można przeprowadzić w obecnej skali produkcji temozolomidu. Do dziś takowej nie opracowano, choć wiele robi się w tym kierunku [3].

Literatura:
  1. M. F. G. Stevens, "Temozolomide: from cytotoxic to molecularly-targeted agent" in Cancer Drug Design and Discovery, Ed. S. Neidle, Academic Press, Burlington, MA, USA, 2007.
  2. C. Crabb, "Revisiting the Bhopal tragedy", Science, 306, pp. 1670-1671. Link do publikacji znajdziesz tutaj.
  3. D. Cousin, M. F. G. Stevens and M. G. Hummersone, MedChemComm, 2012, 3, pp. 1419-1422. Link do publikacji znajdziesz tutaj.

#MBF

piątek, 14 listopada 2014

Utlenianie Swern'a / Swern Oxidation

Selektywne utlenianie alkoholi do aldehydów czy ketonów może być zrealizowane dzięki grupie reakcji opartej na aktywacji dimetylosulfotlenku (DMSO) przez wybrany reagent elektrofilowy. Takim reagentem może być dicykloheksylokarbodiimid (DCC), bezwodnik octowy, bezwodnik trifluorooctowy, chlorek oksalilu, czy też trójtlenek siarki [1]. Oczywiście w zależności od elektrofila mamy w literaturze reakcje imienne, i tak DCC jest używany w reakcji Pfitzner-Moffatt'a, chlorek oksalilu w reakcji Swern'a, a trójtlenek siarki na pirydynie w reakcji Parikh-Doering'a. Dzisiaj jednak skupimy się na najpopularniejszej wersji tego utleniania używanej w dzisiejszych laboratoriach chemii organicznej, tj. utlenianiu Swern'a.

Ogólny schemat reakcji jest przedstawiony poniżej [2]. Jak widać, produktem reakcji jest nie tylko pożądany związek karbonylowy, ale równiez niskocząsteczkowe gazy i kwas solny.




Zaproponowany w literaturze mechanizm polega w pierwszej kolejności na reakcji pomiędzy DMSO i czynnikiem elektrofilowym, tutaj chlorkiem oksalilu. Naładowany ujemnie atom tlenu w sulfotlenku atakuje grupę karbonylową chlorku oksalilu, co w rezultacie daje elektrofilowy związek siarki - czynnik aktywny w reakcji z alkoholem. Zauważ, że (1) w czasie tworzenia się jonu chlorosiarczkowego 'oksalilowa' grupa odchodząca rozpada się na CO i CO2, oraz że (2) alkohol nie uczesniczy w żadnym z tych przekształceń.






Wytworzona sól chlorosiarczkowa jest w wystarczającym stopniu stabilna aby zareagować z substratem reakcji (alkohol) do nowego rodzaju soli siarczkowej, która następnie jest zdeprotonowana przez obecną w roztworze zasadę (trietyloamina).


W praktyce tę reakcję wg oryginalnej procedury Swern'a [3] wykonuje się następująco:

Roztwór chlorku oksalilu (1 ml, 11 mmol) w CH2Cl2 (25 ml) umieszcza się w 100-ml czteroszyjnej kolbie okrągłodennej zaopatrzonej w termometr, rurkę ze środkiem suszącym (CaSO4), oraz dwa wkraplacze z wyrównaniem ciśnienia zawierające kolejno w pierwszym DMSO (1.7 ml, 22 mmol) rozpuszczony w 5 ml CH2Cl2, oraz w drugim alkohol (10 mmol) in 10 ml of CH2Cl2. Całość jest umieszczona na mieszadle magnetycznym w łaźni chłodzącej utrzymującej temperaturę bliską -78 st. C (aceton + suchy lód). W pierwszej kolejności DMSO jest dodany to mieszanego roztworu chlorku oksalilu, i całość mieszana przez 2 min. Następnie alkohol jest wkraplany w ciągu 5 min, i całość jest mieszana przez kolejne 15 min. Wówczas trietyloamina (7 ml, 50 mmol) jest dodana i całość się miesza przez 5 min, po czym zdejmuje się łaźnię chłodzącą i pozwala reakcji na ogrzanie się do temperatury pokojowej. Następnie dodaje się wodę (50 ml), i w rozdzielaczu odseparowuje się fazę organiczną, a fazę wodną dodatkowo się ekstrahuje porcją CH2Cl2 (50 ml). Połączone fazy organiczne przemywa się solanką, 1% kwasem solnym, wodą, 5% roztworem Na2CO3, i znowu wodą, po czym suszy nad MgSO4. Odfiltrowany roztwór zatęża się na wyparce do otrzymania surowego produktu, który może być poddany dalszemu oczyszczaniu.
 Literatura:
  1. F. A. Carey and R. J. Sundberg, Advanced Organic Chemistry - Part B: Reactions and Synthesis, 5th Edition edn., Springer - Verlag, New York, NY, 2007, pp. 1070-1072.
  2. J. Clayden, N. Greeves, S. Warren and P. Wothers, Organic Chemistry, Oxford University Press, 2000, pp. 1271-1272.
  3. A. J. Mancuso, S.-L. Huang and D. Swern, The Journal of Organic Chemistry, 1978, 43, pp. 2480-2482. Lunk do publikacji znajdziesz tutaj.

wtorek, 11 listopada 2014

Nadzchodzą zmiany w firmie Bayer / Upcoming changes in Bayer company

Już ponad 150 lat firma Bayer istnieje na rynku chemicznym; dzisiaj jako korporacja działająca w szerokiej gamie przemysłu: od farmaceutycznego po nawozy sztuczne. A zaczynała od produkcji aspiryny, znanej nie tylko jako środka przeciwbólowego, ale również przedmiot jednych z pierwszych zajęć laboratoryjnych z chemii organicznej, z tego też względu warto przybliżyć sylwetkę tego giganta i zmiany, które w nim wkrótce zajdą.

Jak podało Chemistry World w ostatnim numerze [1], dział tworzyw sztucznych firmy Bayer znany jako MaterialScience przekształci się w osobną firmę. Planowany spin-off zaistnieje na rynku w przeciągu następnych 12-18 miesięcy i szacuje się, że będzie źródłem dochodów sięgających 11 mln euro.



Z jednej strony zaskakujący ruch, gdyż tworzywa sztuczne były jednym z głównych filarów firmy od czasów wojny. Szczególnie na uwagę zasługuje fakt, że to Otto Bayer po raz pierwszy zsyntezował poliuretanowe tworzywo. Z drugiej jednak strony okazuje się, że współcześnie Bayer koncentruje się na przemyśle medycznym oraz przemyśle upraw, a utrzymywanie każdego działu w tak wielkiej korporacji na najwyższym poziomie zdolnym konkurować na rynku jest niezwykle trudne. Niestety firma jest obecnie w długach, które jakoś trzeba spłacić, stąd nadzieja że nadchodzące zmiany podreperują już nadwyrężony budżet firmy. Warto również obserwować te zmiany w najbliższym czasie, gdyż mogą prowadzić one do nowych miejsc pracy.
  1.  A. Extance, Chemistry World, Vol. 11, Iss. 11, pp. 16. Link do internetowej wersji znajdziesz tutaj.
#MBF

poniedziałek, 10 listopada 2014

Nanoleki - o co chodzi? / Nanodrugs - what is it about?

Dzisiejszy temat inspirowany jest tematem z najnowszej okładki C&EN (tygodnik dla członków Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego, ACS) [1]. Otóż porusza on temat jak najbardziej na czasie, i poniekąd kontrowersyjny, czyli nanoleków i ich legalizacji.

Zacznijmy od terminologii. Ups! Oficjalnej definicji nie ma! Jak się okazuje, nawet amerykańska Agencja Żywności i Leków (FDA), prawodawca wszelkich standardów wprowadzania leków na rynek amerykański, nie wprowadził jeszcze definicji. A powodem wymienianym na łamch artykułu jest fakt, że każdy nanolek jest specificzny w swoim zastosowaniu, czyli i w swoim składzie, a co za tym idzie ma specyficzny zestaw metod charakteryzujących dany lek. FDA nie chcąc ograniczać szeroko pojętej definicji nanoleków postanowiła nie wprowadzać konkretów, jedynie niezobowiązujące poradniki. I tak, z jednej strony daje pole do popisu badaczom, a z drugiej sprawia że Ci ostatni nie mają pojęcia do jakiego stopnia powinni przeprowadzać wszelkie analizy fizykochemiczne itd, zapewniające wprowadzenie ich produktu na rynek. Jak widać, błachy początek artykułu, a tu już problem z definicją.

Wracając do przedmiotu posta. Nanolek to złożona struktura, gdyż składa się nie tylko z składnika aktywnego (jak to ma miejsce w niskocząsteczkowych lekach dostępnych na rynku), ale również z inżynieryjnie dopracowanego systemu dostarczającego ten składnik do miejsca docelowego (drug delivery system). W skrócie, nanolek to odpowiednio skonstruowane połączenie nośnika leku i samego leku, który ułatwia docelowy transport do chorych komórek, a tam uwalnia się w odpowiednio zaprogramowany sposób. Bazą nośnika są struktury na bazie tłuszczy, polimerów, dendrymerów lub cukrów, a zatem niektóre nośniki mogą być bardziej przyjazne organizmowi niż formy w jakich dostarcza się składników aktywnych współcześnie.  No i oczywiście, wszystko jest nanorozmiarów.



Wszystko pięknie, ale... Okazuje się, że folmuła takiego leku nie jest tak ściśle powtarzalna, jak to ma miejsce w przypadku niskocząsteczkowych leków. Przykładowo, lek Doxil to krystaliczna doksorubicyna zamknięta w nanokapsułce zbudowanej z liposomów i glikolu polietylenowego (PEG). Aby otrzymać optymalne uwalnianie leku, potrzeba specyficznych rozmiarów liposomów i PEG, które dodatkowo 'współpracują' z składnikiem aktywnym w całym mechaniźmie. Kiedy kapsułka zostaje 'naładowana' doksorubicyną, mieszanina jest następnie filtrowana do otrzymania frakcji rozmiarów ok. 100 nm, czyli takich które umożliwiają 'prześlizgnięcie' się kapsułki przez tworzące się dopiero naczynia krwionośne prowadzące do rozwijającego się guza. Widać zatem, że formuła takiego leku jest oparta na specificznej dystrybucji składników, która może się różnić z każdą partią produkowaną przez inwentora, a co dopiero gdy miałby taki lek być produkowany jako lek generyczny. I tu pojawia się problem bezpieczeństwa pacjentów, bo o ile kraje wysokorozwinięte mają tę świadomość, to inne, np. Meksyk czy Indie, mogą już takiej nie mieć. I rzeczywiście, w wspomnianym artykule autor pisze, że w tych krajach już podaje się takie leki bez pełnej analizy formuły czy skutków upocznych. Implikacją omówionych problemów z formułą nanoleków, a także faktem, że są one wciąż w fazie rozwoju, jest ich wysoka cena. Ta cena wynika też z faktu, że FDA nie wprowadziła jeszcze konkretnych wymagań dla takich leków, a zatem funkcjonują one wciaż jako leki eksperymentalne, z kilkoma wyjątkami oczywiście.

Jednak nie wdając się już w większe szczegóły chemii tych leków, ani polityki związanej z wprowadzaniem ich na rynek, zakończę tutaj ten post. Mam nadzieje, że udało mi się zainspirować zainteresowanych do dalszych poszukiwań w tym temacie.

W formie dygresji, warto nadmienić nagminne użycie przedimka 'nano-' w literaturze naukowej. Niestety, niezależnie od znaczenia nanoskali w badaniach, czy to rozmiar czy długość fali światła, naukowcy starają się często niepotrzebnie nadpisać dodatkowych cech przez użycie tego określenia. Jak zawsze, chodzi przede wszystkim o pieniądze. Pisząc grant na badania naukowe słowo 'nano-' elektryzuje potencjalnych fundawców. Czy to dobrze czy źle, polecam ocenić to samemu, ale warto się czasem zastanowić czy to 'nano-' jest potrzebne, żeby coś faktycznie działało.

Literatura:
  1. M. Davenport, C&EN, Vol. 92, Iss. 45, pp. 10-13. Link do artykułu internetowego znajdziesz tutaj.

#MBF


niedziela, 9 listopada 2014

Czołówka reakcji w praktycznej syntezie organicznej / Top reactions in practical organic synthesis

Dzisiejszy post to początek serii publikacji, które pojawią się wkrótce na blogu.
Tematem jest lista reakcji chemicznych, które tworzą tzw. przybornik (toolbox), do którego chemik organik sięga w razie potrzeby. Każda reakcja wspomniana tutaj będzie omówiona z osobna, i link do każdej będzie umieszczany tutaj w raz z rozwojem bloga.

Szukając pracy jako chemik syntetyk/organik spotkasz się z specyficznymi wymaganiami dotyczącymi wiedzy nie tylko praktycznej ale i teoretycznej. W tym kontekście wiedza teoretyczna to zbiór reakcji, które jako kandydat na pozycję syntetyka w firmie farmaceutycznej, bądź związanej z takową chemią, powinien wykazać podczas rozmowy o pracę. Panel rekrutacyjny często podczas części technicznej rozmowy przedstawia serię pytań i zadań, na które oczekuje odpowiedzi (reakcja imienna/warunki), bądź wykazania procesu myślowego prowadzącego do rezultatu (mechanizm reakcji). W rzeczywistości jednak, są to zadania w dużym stopniu związane z branżą, w której dana firma operuje. I tak można dostać pytania dotyczące retrosyntezy związku aktywnego farmakologicznie, nad którym firma pracowała w przeszłości; bądź też uzupełnić warunki serii reakcji, które są wykorzystywane w rzeczywistym procesie przemysłowym opracowanym przez firmę. Ale bez obaw (!), gdyż synteza na skalę przemysłową ma swoje limity. Nie każdą reakcję chemiczną można przełożyć z łatwością na większą skalę. Podobnie, ilość kroków w sekwencji reakcji jest ograniczona przez koszty każdego kroku, więc szczególnie firmy farmaceutyczne skupiają się na syntezach mających kilka kroków, rzadko kilkanaście. Potrzeba więc reakcji efektywnych i łatwych do przeprowadzenia w większej skali. W takim wypadku tysiące reakcji opisanych w literaturze są odsiewane, co w rezultacie prowadzi do zgrabnej ilości transformacji po które się sięga w laboratorium przemysłowym. Tak powstał poniżej opisany "Przybornik Chemika Syntetyka".


Przybornik Chemika Syntetyka / Synthetic Chemist's Toolbox

Utlenianie / Oxidations:

  • Alkohole do aldehydów lub ketonów / Alcohols to aldehydes or ketones

  1. Utlenianie Swern'a / Swern Oxidation (blog)
  2. Utlenianie Parih-Doering / Parih-Doering Oxidation 
  3. Utlenianie Dess-Martin'a / Dess-Martin Oxidation 
  4. Chromiany / chromates (PCC, PDC) 
  5. TEMPO-BIAB 
  6. TPAP-NMO  
  7. MnO2
  • Aldehydy do kwasów karboksylowych / Aldehydes to carboxylic acids


  1. Utlenianie Pinnick'a / Pinnick Oxidation
  2. TEMPO-BIAB-H2
  3. K2CrO3
  • Inne utleniania / Other oxidations 


  1. Epoksydacja alkenów / Epoxidation of alkenes (Sharpless)
  2. Dihydkoskylowanie alkenów / Dihydroxylation of alkenes (Sharpless)
  3. Rozpad produktów ozonolizy / Oxidative cleavage 
  4. Ketony do estrów i laktonów / Ketones to esters and lactones (Baeyer-Villiger)


Reakcje na alkoholach / Reactions on alcohols:

  • Do halogenków / To halides

  1. Reakcja Appel'a / Appel reaction (blog)
  2. Reakcja Garegg-Samuelsson / Garegg-Samuelsson reaction

  • Reakcja Mitsunobu / Mitsunobu reaction 

Może prowadzić do estrów, eterów, kwasów karboksylowych i amidów - wszystko z odwróceniem konfiguracji na atomie węgla, do którego przyłączona jest grupa hydroksylowa. Omawiana na blogu tutaj.


Esterifikacje / Esterifications:


  1. Reakcja Mitsunobu / Mitsunobu reaction (blog)
  2. Esterifikacja Fisher'a / Fisher esterification 
  3. DCC i EDC / DCC and EDC
  4. Hydrolysis of esters

Redukcje / Reductions:


  1. Kwasów (estrów) do aldehydu / From acid (ester) to aldehyde
  2. Kwasów do alkoholów / From acid to alcohol
  3. Reakcja Birch'a / Birch reduction (blog)

Przekształcenia grupy karbonylowej / Transformations on carbonyl group


  • Karbonyl do wiązania podwójnego / Carbonyl to double bond 

  1. Reakcja Wittig'a / Wittig Reaction 
  2. Reakcja Horner-Woudward-Emmons'a (HWE) / Horner-Woudward-Emmons (HWE) Reaction 
  3. Reakcja Julia-Kocienskiego / Julia-Kocienski olefination

  • Reakcje z nukleofilami / Reactions with nucleophiles 

  1. Z alkilolitami / With alkyllithiums 
  2. Z reagentami Gringard'a / With Gringard's reagents 
  3. Reakcja aldolowa / Aldol Reaction 
  4. Reakcja Michael'a / Michael Reaction
  5. Reakcja Claisen'a / Claisen Reaction
  6. Redukcyjne aminowanie / Reductive Amination

 

Sprzężenia / Couplings


  1. Ogólny mechanizm sprzężeń / General coupling mechanism
  2. Reakcja Suzuki / Suzuki Coupling 
  3. Reakcja Stille / Stille Coupling 
  4. Reakcja Negishi / Negishi Coupling
  5. Reakcja Heck'a / Heck Coupling
  6. Reakcja Sonogashira / Sonogashira Reaction 
  7. Reakcja Buchwald'a / Buchwald Reaction
  8. Reakcja Ullmann'a / Ullmann Reaction 


Dodatkowe ważne reakcje / Other important reactions


  1. Reakcje Friedel-Crafts'a / Friedel-Crafts alkylation and acetylation
  2. Metateza Grubbs'a / Grubbs metathesis
  3. Przegrupowanie Beckmann'a / Beckmann rearrangement
  4. Przegrupowanie Claisen'a / Claisen rearrangements 
  5. Kondensacje heterocykliczne / Preparation of heterocycles
  6. Nitrowanie aromatów / Nitration of aryl rings
#MBF