JP2005503370A - Method and apparatus for directed selective combinatorial synthesis - Google Patents

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Abstract

有向選択組合わせ化学合成のための選択装置および方法が提供される。本発明は有向分裂および再組合わせプロセスを使用する組合わせ化学合成のための有向の融通性ある選択装置および方法に関する。このプロセスはどのようなサイズのライブラリの指向および選択にも万能である一つのアルゴリズムを利用する。本発明はさらに、1または1以上の反応容器中に1次元アレイに組織化された1または1以上の支持体を隔離および移送チャンバーへ放出すること、1または1以上の支持体を前記反応容器の各自から1または1以上の後続反応容器へパターン化された分布において移送することを含み、ここで各後続反応容器内の支持体のパターン化された分布は同一であり、そして反応容器中の各支持体の位置はその以前の合成履歴をコードする、組合わせ化学合成のための固相支持体を選択する方法を提供する。他の面において、本発明は与えられた時点におけるセットのすべてのメンバーが合成を通じて同じ化学的構築ブロックと反応させられる有向選択装置を提供する。Selection apparatus and methods for directed selective combinatorial chemical synthesis are provided. The present invention relates to a directed and flexible selection apparatus and method for combinatorial chemical synthesis using directed splitting and recombination processes. This process utilizes a single algorithm that is universal for the orientation and selection of libraries of any size. The invention further provides for releasing one or more supports organized in a one-dimensional array in one or more reaction vessels into an isolation and transfer chamber, wherein the one or more supports are said reaction vessels. Each in a patterned distribution to one or more subsequent reaction vessels, wherein the patterned distribution of supports in each subsequent reaction vessel is the same, and in the reaction vessel Each support location provides a method of selecting a solid support for combinatorial chemical synthesis that encodes its previous synthesis history. In another aspect, the invention provides a directed selection device in which all members of a set at a given time are reacted with the same chemical building block throughout synthesis.

Description

【技術分野】
【0001】
(背景技術)
多数の化合物が個々に合成される組合わせ合成のためのプロトコールが最近開発された。これらの方法は、各ステップが複数の構築ブロック、すなわち小さい有機分子の特定の選択された一つが成長する中間化合物へ付加されるステップのシーケンスによって進行する。それにより可能性ある最終化合物の数は数学項の積であり、各合成ステップの項は該ステップにおいて加えることができる可能な構築ブロックの数を表わす。
【0002】
組合わせ合成においては、典型的には付加ステップ反応は部分的に合成された中間体化合物と、取付けられた活性化残基を持っている構築ブロックとを結合することによって進行する。(以後、構築ブロックは取付けられた必要な活性化残基を持っているものと想定する。)付加ステップ反応へは活性化試薬および他の試薬および溶媒も加えられる。構築ブロックは熱力学的に有利な構築ブロック付加反応が実質上完結するように、存在する部分的に合成された化合物に対してしばしばモル過剰に加えられる。一つの構築ブロックの添加後、中間体化合物は使用済反応液から分離され、さらなる構築ブロックのために準備される。中間体化合物は、それの使用済反応液からの分離を簡単にするためにしばしば例えば開裂し得る連結基によって固相支持体へ取付けられる。そのような固相プロトコールにおいては、連結基を開裂する最終ステップが最終化合物を遊離する。
【0003】
構築ブロック(必要に応じて活性化された)、活性化および他の試薬、および反応条件は最近多種類のクラスの最終化合物について完成されている。そのような反応およびプロトコールの例はペプチドを生成するための天然および人工アミノ酸の付加のための以下のものである。
Lam et al.,1991,Nature 354:82−84「リガンド結合活性を同定するための合成ペプチドライブラリの新しいタイプ」
Lam et al.,米国特許5,510,240「ペプチドライブラリのスクリーニング方法」
Lam et al.,1994,Selectide Tecbnology 6:372−380「ビード結合スクリーニング方法:酵素学におよぶ方法との比較」
【0004】
ベンゾジアゼピン化合物の合成のためのプロトロールについては、例えば以下を参照。
Bunin et al.,1992,J.Amer.Chem.Soc.,114:10997−10998「1,4−ベンゾジアセピン誘導体の固相合成のための一般的なそして簡便な方法」
Ellman米国特許288,514「固相上のベンゾジアゼピン化合物の固相組合わせ合成」
また、ペプトイドを生成するためのN−置換グリシンの付加のためのプロトコールについては、例えば以下を参照。
Simon et al.,1992,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,89:9367−9371「薬物発見へのモジュラーアプローチ」
Zuckermann et.al.,1992,J.Amer.Chem.Soc.114:10646−10647「サブモノマー固相合成によるペプトイド〔オリゴ(N−置換グリシン)〕製造のための効率的方法」
Moos et al.,WO94/06451「溶媒、食品添加物、酵素阻害剤等として有用なN−置換ポリアミドモノマーの合成」
【0005】
最近小分子ライブラリの合成のためのアプローチが例えば以下の文献に総括された。
Krchnak et al.,1669,Molecular Diveristy,1:193−216−216「合成ライブラリテクニック:主観的思考」
Ellman,1996,Account,Chem.Res.,29:132−143「小分子ライブラリの設計、合成および評価」
Armstrong et al.,1996,Account,Chem..Res.,c29:123−131「組合わせライブラリ合成のための多数コンポーネント戦略」
Fruchtel et al.,1996,Angew.Chem.Int.,Ed.,35:17−42「固体支持体上の化学」
Thompson et al.,1996,Chem.Rev.96:555−600「小分子ライブラリの合成および応用」
Rinnova et al.,1996 Collect.Czech.Chem.Commun.,61:171−231「分子多様性および構造のライブラリ」
Hermkens et.al., Tetrahedron.52:4527−4554「固相有機反応:最近の文献のレビュー」
【0006】
後に化合物のライブラリに集められる多数の個々の化合物の予知可能な合成はいくつかの分野において、特に薬物発見、農業、健康、獣医学、栄養化学および材料化学のライブラリにおいて興味がありかつ有用である。承認されたまたは市販の治療的化合物および化合物シリーズの開発に使用するため構造上の情報を提供する活性化合物を同定することは、分子の機能をバリデートし、薬効団(活性な分子構造要素)を同定し、そして特に薬学的手本化合物選択の分野において活性化合物を同定するための構造活性関係データを確立するために特に関心が高い。ある薬物のための薬学的手本化合物は、薬学的に関心ある特定の生物学的活性を発揮し、そして特定の生物学的活性に加え、ヒトまたは動物への投与に適した薬理学的および毒物学的性質を持っている薬物化合物の選択および合成のための出発点として役立ち得る化合物のことである。多数の化合物の合成および制御された生物学的システムにおけるそれらの生物学的活性のスクリーニングは、手本化合物の選択において助けとなり得ることは明らかである。植物または他の天然資源へ転向する代りに、薬化学者は望む活性についてスクリーニングするための研究室化合物をつくるための組合わせプロトコールを使用することができる。例えばBorman,Chemical & Engineering News,Feb.12,1996,29−54「小分子、分子認識およびオートメーションへ組合わせ化学者は焦点を合わせる。」参照。
【0007】
これらの開発された組合わせプロトコールの利益を得るためには、自動合成装置が有益である。数百、数千または多分数万の別々の化合物の人手による取扱いは費用が嵩み、時間消費であり、そしてエラーし易い。それ故組合わせプロトコールの1またはそれ以上のステップの自動化のための合成ロボットが最近開発された。そのような最近開発されたロボットの例は、Cargil et al.,1996,Automated Combinatory Chemistry on Solid−Phase,Laboratory Robotics and Automation,8:139−148;Sugarman et al.,U.S.Pat.5,503,805;Zuckermann et al.,U.S.Pat.5,252,296,Method and apparatus for biopolymer synthesis;Zuckermann et al.,WO93/12,427,Automated apparatus for use in peptide synthesis;Krchnak et al.,MARS−Multiple Automatic Robot Synthesizer−Continuous Flow of Peptide,Peptide Res.9:45−49に記載されている。
【0008】
多数化合物アレイの合成のための最も効率的なそして計装に関して最も少ない要求度の組合わせ化学方法は、Arpad Furka(Furka et al.1988b;Furka et al.1988a;Furka et al.1991)によって導入され、そして後にKit Lam(Lam et al.1991)およびRichard Houghten(Houghten et al.1991)によって独立に使用された分裂混合法(分裂組合わせ)である。この方法は制限を蒙る。例えば合成される化合物の量は固相支持粒子のローディングによって制限され、そして各粒子の化学的履歴を記録するか、または分析方法によって決定しなければならない(Lam et al.,1997)。
【0009】
分裂組合わせ法は樹脂ビーズ上で発展し、そしてそれらは典型的には最善でも材料のナノモル量を支持する。化合物の量を増やすために2つの異なるルートが実行された。Rechard Houghtenは樹脂ビーズが透過性容器に封入されるT−バッグ(Houghten 1985)を発明した。IRORI MicroKansは同じアイディアに基づいている。他の選択はM.H.Geysen(Geysen et al.,1984;Geysen et al.,1986;Geysen et al.,1987)およびRonald Frank(Frank and Doring,1988)によって導入された顕微鏡的加群支持体を適用することである。ローディングを増量するためおよび反応動力学を改善するため、大きい表面積および非常に便利な形状を有するSynPhaseおよびその直後SynPhaseランタンを製造するためにポリプロピレン成形品がポリスチレンでグラフトされた。ランタンからの反応動力学および生成物収量は樹脂ビーズに匹敵するが、しかしランタンの取扱いは特に各化合物のmg量を含んでいるかなり大きいライブラリの合成のために独特の利益を提供する。
【0010】
合成後各化合物を同定するために種々の方法が使用された。各組合わせステップの後、個々の粒子の混合による失われた化学的履歴はビーズ上の化学的コーティングによってアドレスされ(Kerretal.,1993;Nikolaev et al.,1993;Ohlmeyer et al.,1993),T−バッグは人手で標識され(Houghten,1985),無線周波数タグがMicroKansまたはランタンへ取付けられた(Moran et al.,1995;Nicolaov et al.,1995)。最近(Smith et al.,1999)および他のもの(Furka et al.,2000;Furka 2000)は固相粒子をネックレースコーデングと呼ばれる一次元位置追跡を記載した。
【0011】
一般に固相合成は良く知られた操作であり、反応容器は典型的には慣用のものであり、そして溶媒および反応温度が−100ないし+200℃に範囲することができ、そして反応は完結までに数分またはたまには数日かかることもある合成プロトコールに使用される反応条件に耐えることができる、安価な市販の容器、マイクロタイタープレート、シリンジ等である。好ましい具体例では、反応容器はルーア取付具により両側で包囲されたねじつきテフロンチューブである。反応容器列は種々のシール手段でシールされる。しかしながら反応容器はどんな苛酷な反応条件(すなわち高または低温度、高または低圧力、または閉鎖システム)に耐えるように仕立てることができる。
【0012】
固相組合わせ合成は典型的には以下のステップに従って進行する。第1のステップにおいては、反応容器に1またはそれ以上の固相支持体が仕込まれ、そして複数の構築ブロックまたはリンカーの第1のものが固相へ共有結合によって連結される。その後の複数の構築ブロック付加ステップが実施され、そのすべては以下のサブステップの、望む化合物を合成するために選んだ系列における反復的実行を含んでいる。最初、付加のために選ばれた構築ブロックを含んでいる十分な量の溶液が、該構築ブロックが中間体化合物に対してモル過剰に存在するように反応容器へ加えられる。反応が開始され、そしてやはり反応容器へ加えられる活性化試薬および他の試薬と溶媒によって促進される。次に反応容器はある時間、典型的には数分ないし24時間、時には数日間、構築ブロック付加反応が実質上完結まで進むのに十分なように制御された温度でインキュベートされる。任意にこのインキュベーションの間、反応容器を間歇的にかきまぜることができる。最後に最後の構築ブロック付加サブステップにおいて、中間体化合物を取付けた固相支持体を含んでいる反応容器は、使用済反応液の除去および再コンディショニングによって次の構築ブロックの付加のために準備される。任意にこの付加ステップの間、一つの固相支持体上に二以上の合成ステップを実行するために複数の構築ブロックを一つの反応容器へ加えることができる。所望数の構築ブロック付加ステップの後、最終化合物は固相支持体へ取付けられて反応容器内に存在する。最終化合物はそれらの合成支持体へ取付けられて直接利用することもできるし、代って支持体から開裂することもできる。後者の場合、化合物を支持体へ取付けているリンカーが開裂され、そしてライブラリ化合物が抽出される。
【0013】
組合わせ化学的技術の出現は中間体を結合した多数の異なる固相(支持体)を同時に取扱う必要をもたらした。加群固相支持体は、特に有利な物理化学的性質のためと、そして支持体を組合わせ合成ステップの間に分配する有向選択アプローチを適用する可能性のために化合物の組合わせアレイの合成のためにポピュラーになっている。これらの方法は、容器が単一の支持体として処理される樹脂または溶液相を保持する容器を選択するためにも適用することができる。ランタン上の組合わせ合成の間各支持体を同定するために、他の者はネックレースコーディング原理を記載した。ネックレースは各対象セットの整列した穴に挿入されたひも、ワイヤ、ロッドまたは器具であることができる。後続の組合わせステップの前にランタンを選択するために、出願人は、チューブにパックされたランタンはランタンのひもに比較して、特にこの開示に記載されている有向選択装置の結果として取扱い利益を提供することを発見した。
【発明の開示】
【0014】
本発明は、有向選択組合わせ化学合成のための選択装置および方法に関し、特に有向分裂および再組合わせプロセスを使用する組合わせ化学合成のための有向のそして融通性ある選択装置および方法に関する。このプロセスは任意のサイズのライブラリを有向化および選択において万能の一つのアルゴリズムを利用する。
【0015】
一面において、本発明は一つまたは一つ以上の反応容器に一つの一次元線形アレイにおいて組織化された一つまたは一つ以上の支持体を隔離および移送チャンバーに放出し、前記反応容器の各自から一つまたは一つ以上の支持体をパターン化された分布において一つまたは一つ以上の後続反応容器へ移送することを含み、各後続移送における支持体のパターン化された分布は同じであり、そして一つの反応容器中の各支持体の位置は以前の合成履歴をコードするものである、組合わせ化学合成のための固体支持体を選択する方法を提供する。
【0016】
他の一面において、本発明は第1の配列されたパターンに組織化された一つまたはそれ以上の対象セットを保持するための二つまたはそれ以上の反応容器と、前記反応容器の各自から対象セットを隔離および移送チャンバーから受取るための一つまたは一つ以上の後続の反応容器へ対象セットの有向再分布のための隔離および移送チャンバーと、そして付加される各構築ブロックのためのステップを繰り返すことを含む、化合物の組合わせ固相合成を実行するための有向選択装置を提供する。
【0017】
他の一面において、本発明は一次元線形アレイに組織化された一つまたは一つ以上の対象セットを保持するための一つまたは一つ以上の第1の反応容器の各自において反応を実行し、そして前記反応容器から対象セットを隔離および移送チャンバーから受取るための一つまたは一つ以上の後続反応容器への対象セットの有向再分布のための隔離および移送チャンバーへ放出し、そして付加される各構築ブロックのためのステップを繰り返すことを含む、化合物の組合わせ固相合成を実行するための有向選択装置を提供する。
【0018】
他の一面において、本発明はある対象セットのすべてのメンバーが与えられた一時点において合成全体を通じて同じ化学的構築ブロックと反応させられる有向選択装置を提供する。
【0019】
本発明の有向組合わせ合成は分裂混合化学合成のための方法である。支持体あたり単数の化合物または支持体あたり多数の化合物が大きな効率、簡単さおよび速度をもって各化合物の大量を製造するために使用できる。固相支持体はフロースルーチューブ内の反応のため、またはマイクロプレート内の取扱いのために放出されることができる。選択装置はサイズに関係なくどのようなライブラリの選択の有向選択のためにも万能であるアルゴリズムに従う。単一の支持体を一時に選択することができ、または多数の支持体、すなわち対象セットを合成される各化合物のスケール/収量を増加するために使用することができる。各組合わせステップの後の個々の支持体の混合により失われた化学的履歴の問題は支持体の配列順序を保存することによってアドレスされる。
【0020】
固相合成に加え、再混合プロセスを通じてこのアルゴリズムは液相合成のため容器を含むどんな対象の選択のためにも、または特定の反応容器への試薬の指向のためのバルブの制御のためにさえ使用することができる。単一の万能アルゴリズムの使用は化学者がライブラリ設計(すなわちステップの数および各ステップにおける構築ブロックの数)を入力することを要するのみである。このアルゴリズムに従うコンピューターはその時合成および合成バッチサイズを設計することができる。すべての構築ブロックをバリデートすることができ、増大した品質管理を許容する。
【0021】
組合わせ化学合成プロトコールは、最終化合物を合成するために部分的に合成された中間体化合物へ構築ブロックの段階的逐次的付加を指令する。これらプロトコールは一般に液相プロトコールと固相プロトコールとに別れる。液相プロトコールにおいて最終化合物は溶液中に合成される。固相合成においては、最終化合物は合成ステップの間に中間体または部分的に合成された中間体化合物を分離するために簡単な機械的手段の使用を許容する固相支持体へ取付けて合成される。本発明のための好ましい固相支持体は中間体化合物を共有結合により取付けるために任意に官能化することができるSynPhaseランタンを含む。しかしながら種々のガラス、プラスチックまたは樹脂からつくられたようなどんな支持体も使用することができる。
【0022】
有向選択組合わせ合成法は放射標識に対する低コスト代替法を提供する。この方法は分裂混合アプローチの効率に、各自例えば支持体の位置を合成の各ステップを通じ、そして開裂および化合物抽出/貯蔵のための容器への最終分布を追跡または指令することによって個々の固相粒子の化学的履歴を記録する簡便性を結合する。
【0023】
さらなる具体例において、本発明は他の装置と組合わせて、またはどのような装置からも独立して機能する、上に記載したエレメントの他の組合わせおよびサブ組合わせよりなる。有向選択組合わせ合成は、支持体または反応容器が動かされる場合それらの有向選択により、または他の具体例においてそれらが動かされなくてむしろ試薬の添加が指令される支持体または反応容器により、または両者の組合わせによって達成することができる。当業者は、アルゴリズムによって記載された位置へ試薬の放出を制御する多数の方法(例えば特定の反応容器への試薬の添加を指令するバルブの制御)を予見することができる。さらなる一具体例においては、反応容器アレイ、例えば3次元アレイ、例えば図8はバルブによって最も近隣の反応容器から分離される。同様に機能するアレイは、反応容器が物理的に一つのアレイの中になく、反応容器のセット間の同じ機能的接続関係をつくるためにチューブおよびバルブによって連結されることによっても構成できることを認識すべきである。
【0024】
当業者は、放出容器をインデックスしそして受領容器を固定する代りに、受取り容器をインデックスすることができ、そして放出容器を固定するか、または他の機械的、バルブ制御または支持体移送手段が同じ有向選択結果を得るために使用できること、および隔離および移送チャンバーはバルブまたはミクロ流体システムにおける支持体の起電力輸送のような他の支持体輸送手段に代えることができることを理解することができる。
【0025】
同様に当業者は、支持体を使用する代りに、溶液相反応が行われる実際の反応容器、または例えば反応容器に含まれる栓を通ってアクセスされるMicroKanもしくは閉鎖反応容器のような多数固相樹脂粒子を含んでいる反応容器を使用可能であることが理解できる。
【0026】
本開示を通じて、以下の術語は以下の慣用の意味を有する。
【0027】
「化学的ライブラリ」または「組合わせライブラリ」または「化合物ライブラリ」または「アレイ」は、通常並列して調製されそして種々の異なるフォーマットにおいて生物学的活性についてスクリーニングされた、異なる化合物の意図的に創出されたコレクションである。
【0028】
「構築ブロック」は、構造的に異なる化合物、一般には小さい有機分子を生成するため他の分子へ共有結合的に取付けることができるいかなる分子をもいう。化学的構築ブロックの付加はしばしばサブユニット付加または置換付加と呼ばれる。
【0029】
「組合わせ化学」または「組合わせ合成」は、化学的ライブラリの生成へ導く種々の分子の並列合成のための指図された戦略をいう。この戦略は化合物の大きなアレイを得るために構造的に異なる構築ブロックを相互に逐次的にかつ反復的に共有結合接続することよりなる。
【0030】
「リンカー」は、一端において固相へ、そして他端において第1の構築ブロックへ共有結合により取付けられた分子または分子群をいう。リンカーは異なる分子構造を有し、それ故異なる長さ、形状、サイズ、疎水性および親水性の程度、立体的バルク、および化学的反応性を有する。固相合成におけるリンカーの選択は合成スキームと、そして生物学的スクリーニングフォーマットに依存する。
【0031】
「固相支持体」は、剛直もしくは半剛直表面、適切なサイズ、形状および多孔度、および高い化学的抵抗を有する材料もしくは材料群をいう。固相の例はガラス、シリカ、セルロース、ジビニルベンゼンで架橋したポリスチレン、ポリスチレン−ポリエチレングリコール共重合体、シリカゲル、アルミナゲル、プラスチック、ポリアミド、ポリイミド、ポリテトラフロロエチレン、フェノールホルムアルデヒドポリマー、ポリ(クロロトリフロロエチレン)、ハロゲン化ポリオレフィン、およびペプチド、ポリマーおよび小分子固相合成に普通に使用される他の支持材料である。
【0032】
「樹脂」は、第1の構築ブロックの取付けのためのリンカーをグラフトされている固相支持材料をいう。好ましい樹脂の例は、IRORI MicroKans,Wang樹脂(4−アルコキシベンジルアルコールリンカーを有するポリスチレン系樹脂)、およびSasrin樹脂(2−メトキシ−4−アルコキシベンジルアルコールリンカーを有するポリスチレン系樹脂)である。他の好ましい樹脂は、NovaBiochem,La Jolla,Calif.発行のCombinatorial Chemistry & Solid Phase Organic Chemistry Handbook,Solid Phase Science,San Rafael,Calif.発行のSolid Phase Science カタログ、またはRapp Polymer GmbH,Tubingen,Germany発行のRapp Polymers カタログに記載されている。
【0033】
「反応容器」は、その中で反応が行われる容器を指す。ある場合にはそれは「固相支持体」のためのホルダーとして作用し得る。反応容器は合成プロトコールに使用される溶媒および反応条件に抵抗することができる。
【0034】
また「対象セット」は、同じ化学的履歴を共有する一または一以上の固相支持体、樹脂、または液相合成の場合は反応容器を指す。対象セットのメンバーは組合わせ化学合成プロセスを通じ一緒に動く。一つの対象セットはたった一つの支持体、容器または樹脂カンでも良く、またはもし製造されるめいめいの化合物の収量を増加するためにスケールアップを望むならば、多数の支持体、容器または樹脂カンを使用することができる。対象セットの各メンバーは構築ブロックの同じ数および順序を有し、同じ最終化合物をもたらすであろう。
【0035】
本発明のこれらおよび他の特徴および利益は、添付図面および以下の説明を参照することによってより良く理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【0036】
開示の明瞭さのためそして限定ではなしに、本発明のエレメントの好ましい具体例を示す図に関してここに本発明の詳細な説明が提供される。しかしながら本発明は、提供された開示から当業者に自明な類似の態様で類似の機能を実行するこれらエレメントの代替具体例を含んでいる。加えて本発明は、固相組合わせ化学合成へのその好ましい適用に関して開示される。本発明はそのように限定されず、そしてやはり当業者には自明な類似の機能的ステップを有する他の化学的プロトコールに対する開示した種々のエレメントの適用を含んでいる。例えば、本発明のコンポーネントは適切な液相組合わせ化学合成へ、他の固相化学的プロトコールへ、またはいかなるそれらの組合わせにも適用することができる。
【選択アルゴリズム】
【0037】
本発明は、(i)合成のどんな組合わせステップの前にも同じアルゴリズムを適用し、(ii)個々のステップにおける構築ブロックの数には関係なく、そして(iii)どんなサイズのライブラリを合成するためにも標準容量(または長さ)の分配および受領チューブの多数の使用を許容する、一般的選択プロトコールを採用することができる。例えば、ランタンは各分配チューブに一次元のまたは線状のアレイに組織化されることができる(図2)。第1の受領チューブは、受領チューブがnx =ntot /BBx ランタンを含むまで分配チューブの各自から一時に一つのランタンを移すことによって分配チューブからのランタンで満たされる(図3)。ここでnx はx番目の組合わせステップのためのチューブ内のランタンの数であり、ntot は化合物の総数(この数は、製造される化合物の量を増加するために化合物あたり多数の支持体が使用されない限りランタンの数に等しい。)であり、そしてBBx はx番目のステップにおける構築ブロックの数である。このアルゴリズムは、1番目、2番目および3番目のステップにおいてそれぞれ2,3および4の構築ブロックを使用する3段組合わせステップにおいて合成されるライブラリの例を用いて概略的に記載される(図2)。反応容器間を直接移送するのでなく、対象セットのカラムをネックレース(すなわちひも、ワイヤ、ロッド、または各対象セット中の整列した穴を通して挿入された器具)上に移し、そして次に反応容器の次のセットへ移すことができ、またはネックレースを対象セットを反応容器から分布器具へ移すために使用することができる。
【0038】
このアルゴリズムはこの開示に記載されている有向選択装置を含むどのようなプロセスによっても有向選択に適用することができる。図2のアルゴリズムの例においては、2本のチューブ(または通したネックレース)が描かれており、各自代表的な“A”(明)または“B”(暗)構築ブロック、すなわち試薬または構築ブロックと反応させられる12ランタンを含んでいる。次にすべてのランタンは3本の新しいネックレース上へごちゃまぜにされる。一つのランタンが各分配チューブから取られ、そして受領チューブへ入れられた(第1のチューブからの最後のランタンは第1の受領チューブの底で終り、第2のチューブの最後のランタンは第1の受領チューブの底から2番目のランタンとして終る等々)。全部で8ランタンが第1の受領容器へ移される。同じプロセスがさらに2回繰り返される。その結果、ランタンの同じアレイを含んでいる3本の新しいチューブが生成された。
【0039】
これら3本のチューブはそれぞれ適切な構築ブロック(例えば“C”,“D”または“E”)と反応させられ、そして次に前と全く同じアルゴリズムを使用して再ごちゃまぜが繰り返される。その結果は、各自生成したランタンの同じアレイを含んでいる4本の新しいチューブであり、それらは次に最後の組合わせステップにおいてそれぞれ可能な4構築ブロック(例えば代表的な“F”,“G”,“H”および“I”)の一つと反応させられる。このプロセスの結果、すべて24の“文字”組合わせがつくられ、そして最後の4本のチューブ内の(またはもし使用したならばネックレース上の)位置も疑いなく化学的履歴(プロセスの各ステップにおいてランタンと反応した構築ブロックの種類)、または各ランタン上に合成された推定構造を決定する。図2aはランタンが合成ステップを通じて移動する時の構築ブロック(例えば文字)の関係を描写している。
【0040】
図12のアルゴリズムの例においては、各自代表的な“A”,“B”または“C”構築ブロック、すなわち試薬もしくは構築ブロックと反応させられる9ランタンを含んでいる3本のチューブ(または通したネックレース)が描かれている。次にすべてのランタンは3本の新しいチューブ内に(または3本の新しいネックレース上に)再ごちゃまぜされる。全部で9ランタンが第1の受領チューブへ移される。同じプロセスがさらに2回繰り返される。その結果ランタンの同じアレイを含んでいる3本の新しいチューブが生成された。
【0041】
これら3本のチューブは再び適切な構築ブロック(例えば“D”,“E”または“F”)とそれぞれ反応させられ、そして次に前と全く同じアルゴリズムを使用してごちゃまぜが繰り返される。結果はランタンの同じアレイ(対象セット)を各自が含んでいる3本の新しいチューブであり、それらは次にそれぞれ可能な3構築ブロック(例えば代表的な“G”,“H”および“I”)の一つと最後の組合わせステップにおいて反応させられる。このプロセスの結果すべて27“文字”組合わせがつくられ、そして最後の3本のチューブ内(またはもし使用したならばネックレース上)のどのランタンの位置も化学的履歴(プロセスの各ステップにおいてランタンと反応させられた構築ブロックの種類)または各ランタン上に合成された推定構造が疑いもなく決定される。図11のランタン(対象セット)は各ごちゃまぜ後のランタンの位置間の相関関係を示すように番号が付されている。図12はさらにランタンが合成ステップを通じて移動する時の構築ブロック(例えば文字)の関係を描写している。
【0042】
チューブからチューブへの選択はひもまたはネックレース上への選択と比較して取扱い利益を提供する。このため反応容器として選択チューブを使用することができる。本開示に記載されている有向選択装置と適合していることのほかに、チューブは長年非常に効率的であると認識され(Lukas et al,1981;Pryland and Sheppard 1986;Krchnak et al.,1987;Frank and Doring,1988)、そして商業的合成に使用されている樹脂ビーズを洗浄するための連続流方法を使用する利益を持つ便利な反応容器を提供する。
【0043】
(装置)
有向選択装置は、めいめいの連続組合わせステップ間でランタンを選択するために使用することができる。そのような装置はランタンを一時に一つの分配チューブから一つづつ選択し、そしてめいめいの適切な受領チューブを移すことを簡単に許容する(図3)。図3aはランタンのような対象セットを放出チューブから受領チューブへ一つづつ移すために使用することができるディスペンサーの詳細を描写する。対象セットを一つづつ放出チューブのセットから受領チューブのセットへ分配するために、2次元回転は位置(図3b)、2次元平面配置(図3)、または線形配置 (図3d)を使用し、複数のディスペンサーを一つの転換マニホールドに使用することができる。
【0044】
しかしながら効率のため、有向選択装置のような選択装置は多数の分配および受領チューブを同時に取扱うことができる(図4)。受領チューブは反応器として使用することができ、代って合成の次のラウンドの前に分配のための分配チューブとなることができる。代りに各受領チューブからのランタンは、順序が保たれる限り反応容器へ移すことができる。最後に、合成の終りにおいてランタンはこの有向選択装置を使用してウエルあたり1ランタンで96ウエルプレートのような開裂または貯蔵容器中に移すことができる。それ故96ウエルプレートフォーマットを便利に収容する純粋に実際上の理由のため、装置は一時に12本のチューブ反応器を収容し、そしてランタンを合成の終りに96ウエルプレート中へ合成および分配の間にランタンの選択を許容するようにつくることができる。本発明のアルゴリズムは12チューブ有向選択装置によりバッチ式に組合わせライブラリのどのような合理的サイズの合成も可能にする。
【0045】
(化学)
図5に従ってSynPhaseランタンでトリ置換ベンズイミダゾールの追跡なし合成への化学的ルートが開発された。アミノメチル化ランタンがEmoc−4−メトキシ−4−(γ−カルボキシプロピルオキシ)ベンズヒドリルアミンでアシル化される。固定化アミノ基によるo−フロロニトロベンゼン中のフッ素の芳香族求核置換はo−ニトロアニリン1を提供する。ニトロアニリンはN−メチルピロリドン(NMP)中で塩化スズ(II)2水和物によって還元され、次にポリマーに支持されたチオ尿素2を生成するようにイソチオシアネートと反応させられる。2−アリールアミノベンズイミダゾール3への環化はジイソプロピルカルボジイミド(DIC)によって達成される。第3の組合わせステップを導入するため、樹脂結合2−アリールアミノベンズイミダゾールはランタン結合生成物4を得るようにイソシアネートを反応させられる。標的化合物5はTFAを用いてランタンからの開裂によって得られる。図6は粗生成物の純度を示している。
【0046】
有向選択組合わせ合成は、支持体または反応容器が物理的に移動する支持体または反応容器の有向選択を通じ、または他の具体例においてはそれらは動かず、むしろ試薬の添加が指向される支持体または反応容器の有向選択を通じ、または両者の組合わせを通じて達成することができる。当業者は同じ有向合成を達成するため、支持体を直接選択する代りに、本発明のアルゴリズムによって記述された位置へ試薬の放出を制御する多数の方法(例えば試薬の放出を一定の反応容器へ指向するバルブの制御)を予見することができる。また、物理的に反応容器がアレイにではなく、反応容器のセット間の接続の同じ機能的関係を産むようにチューブおよびバルブで連結されている類似の機能的アレイを構成できることを認識して、めいめいの反応容器が最近隣の反応容器から分離されている、反応容器のアレイ、例えば3次元アレイ(図8)の使用を予見することができる。例えば反応容器はバルブまたはポート(試薬、ガス等の出入のため)の単一対を持つことを要するのみであるが、しかし例えばアルゴリズムによって記述されたように反応容器の組合わせへ選択的にアクセスするためのバルブのアセンブリまたはバルブの切替えメカニズムが存在する。
【0047】
例証目的のため、図8の3×3×3ライブラリの合成のために示したように、相互接続された反応容器の実際の規則的3次元アレイを描くことができる。各反応容器はx軸、y軸およびz軸方向、それぞれバルブaからバルブcへ、バルブbからバルブdへ、バルブfからバルブeへ試薬の通り抜け流のための6バルブを持っている。説明目的のため、反応容器の3次元アレイのめいめいの水平層はx,y.zと標識とされ、反応容器の3次元アレイのめいめいの垂直層は1,2,3と標識されている。このように、i)バルブbおよびdの開放は、試薬が水平層xにある反応容器から水平層yにある容器へ、水平層zにある容器へx軸方向に流れることを許容し、実質上x,yおよびz反応容器が単一反応容器になるように相互に直上とし;ii)バルブaおよびcの開放は、試薬がy軸方向に流れることを許容し、有効な反応容器を再構成し、(iii) バルブfおよびeの開放は、試薬がx軸方向に流れることを許容し、再び有効な反応容器を再構成するであろう。
【0048】
そのため3つの構築ブロックが各反応内に含まれる(反応1においてBB1,2,3,反応2においてBB4,5,6および反応3においてBB7,8,9)3ステップ反応のための合成反応の一例は、i)開いたバルブaを通って入れ、そして層xにあるすべての反応容器の開いたバルブcを通って排出(もし望むならばリサイクリング)してBB1を加えて反応1を実施し、開いたバルブaを通って入れ、そして層yにあるすべての反応容器の開いたバルブcを通って排出(もし望むならばリサイクリング)してBB2を加えて反応1を実施し、開いたバルブaを通って入れ、そして層zにあるすべての反応容器の開いたバルブcを通って排出(もし望むならばリサイクリング)してBB3を加えて反応1を実施し、ii) 開いたバルブfを通って入れ、そして層xにあるすべての反応容器の開いたバルブeを通って排出(もし望むならばリサイクリング)してBB4を加えて反応2を実施し、開いたバルブfを通って入れ、そして層yにあるすべての反応容器の開いたバルブeを通って排出(もし望むならばリサイクリング)してBB5を加えて反応2を実施し、開いたバルブfを通って入れ、そして層zにあるすべての反応容器の開いたバルブeを通って排出(もし望むならばリサイクリング)してBB6を加えて反応2を実施し、iii)開いたバルブbを通って入れ、そして垂直層1にあるすべての反応容器の開いたバルブdを通って排出(もし望むならばリサイクリング)してBB7を加えて反応3を実施し、開いたバルブbを通って入れ、そして垂直層2にあるすべての反応容器の開いたバルブdを通って排出(もし望むならばリサイクリング)してBB8を加えて反応3を実施し、開いたバルブbを通って入れ、そして垂直層3にあるすべての反応容器の開いたバルブdを通って排出(もし望むならばリサイクリング)してBB9を加えて反応3を実施ことであろう。このようにしてすべての化合物がバルブの開放および遮断、有効な反応容器区分けおよび再区分け、および個々の反応容器およびその内に含まれる支持体(固相合成の場合)の効果的な選択を通じて特定の位置に合成される。
【0049】
さらに考究することなく、当業者は以上の説明を用いて本発明をその範囲で利用することができると信じられる。それ故以下の好ましい特定具体例は単に例証であり、開示の残部の限定ではないと考えるべきである。
【0050】
以上および以下の実施例において、すべての温度は未補正の摂氏で述べられ、すべての部および%は特記しない限り重量による。
【実施例】
【0051】
有向選択テフロン反応容器:
テフロンチューブ(Cole−Palmer,Vernon Hill,IL;外径8mm,内径5.6mm)の両端に−28UNFねじが切られる。チューブの長さは各ランタンのため5.3mmと、両方のねじのため5mm×2を許容するように切断される。チューブはランタンで充填され、そして−28UNFねじを有する2個の雌ルーア取付具を用いて両側から封止される(図1a)。図1aは対象セットが充填された後両端でキャップすることができる反応容器としてテフロンチューブの使用を描いている。チューブの直径は順序正しい線形アレイに維持するように対象セットを収容し、混合を防止する。試薬はチューブの中へまたはそれを通って流れることができ、そしてランタンの場合は中空の整列したコアは各自対象セットを取扱いするためネックレースの、または触媒等を含んでいるまたは触媒として役立つネックレースの挿入を許容する。
【0052】
図1bはその中空コアを描写したランタン、単純なチューブ、マイクロプレートに含まれるチューブ、またはシリンジを含んでいる反応または放出および受領容器の種々のタイプの基本的着想と、そしてネックレースを用いてそのようなチューブ中へ対象セットを放出し、またはそれから対象セットを除去する能力を描写する。試薬を添加しまたは除去する能力は、キャップした、または圧力を適用しない限り対象セットを保持するだけに十分なように最低限閉塞されたチューブを使用できる能力として描写されている。
【0053】
SynPhaseランタン上の反応:
二つのランタンサイズ、15mmol装填用のL−シリーズランタン(5×5mm寸法)と、35mmol装填用のD−シリーズランタン(5×12.5m寸法)が入手可能である。記載した着想はどちらのシリーズのランタンにも適用可能であるが、L−シリーズランタンが使用される。両方のランタンは同じチューブに嵌めることができ、そして各自ワイヤを通し、ランタンを通すために便利な中心の穴を持っているからである。
【0054】
1個のL−シリーズランタンは重さ38mgであり、約0.4mmol/gの名目的置換を与える。ランタンは膨潤しないので、溶媒の使用は樹脂ビーズに比較した時実質的に低い。67個のランタンは1mmolを表し、そして12mLの容積を満たす。ランタンは標準条件下で膨潤しないので、溶媒5mLがすべてのランタンを洗浄するのに充分である。同じ容積はめいめいの反応を実行するためにも使用される。大部分の固相反応においては、試薬の過剰が使用され、そして0.5M濃度においてランタン合成のための5mLは試薬を2.5mmol(2.5モル過剰)とする。樹脂で同じ濃度に保つための合成に充分なためには、試薬の容積は2倍にしなければならないであろう。これは樹脂1g(通常1mmol/gにおいて装荷される)は典型的には溶媒交換毎に溶媒10mLを要するからである。
【0055】
ランタンの洗浄:
ランタンを満たしたチューブ反応器は1/8テフロンチューブを用いてDomino Blocksを作動するために使用される2個のテフロン分配バルブへ取付けられる。溶媒選択バルブの4つのポートは1/8テフロンチューブを用いて溶媒の4つの容器へ接続される。共通のポートはチューブ反応器選択バルブへ接続される。このバルブの共通のポートはチューブ反応器へ接続された。チューブ反応器の第2の端はチューブ反応器選択バルブへ接続される。このバルブの共通のポートは真空排液容器へ接続される。ランタンを洗浄するために、適切な溶媒が溶媒選択バルブによって選ばれる。チューブ反応器を通る流れはチューブ反応器選択バルブによって調節される。洗浄溶媒の典型的な容積は50ランタンのチューブ反応器あたり200mLである。
【0056】
支持体(ランタン)有向選択装置:
二つのソーターがテストされる。最初のものは3チャンバー原理、支持体放出チャンバー(テフロンチューブ)、支持体隔離および移送チャンバー、および支持体受領チャンバー(テフロンチューブ)を用いる。放出および受領チャンバーは、放出チャンバー内の支持体が受領チャンバー内へ直接通過できないように片寄っている。支持体隔離および移送チャンバーは、たった一つのまたは望む数の支持体が放出チャンバーから隔離および移送チャンバー中へ通過でき、そして次にこれら支持体がこのチャンバー内に移されるか、または隔離および移送チャンバー自体が再配置され、支持体が受領チャンバーへ移されることを許容する態様で放出および受領チャンバーを分離する。第1の装置においては、隔離および移送チャンバーは、図3に示したように、プッシュロッド中に組込まれる。プッシュロッド構造は、一つまたは規定した数の支持体(隔離および移送チャンバーの寸法によって規制された)を放出チャンバーから受領チャンバーへどんな望むステップのシリーズにおいても左右に動かすための簡単な方法である。詰まりまたは移送失敗なしの信頼できる移送は、めいめいの合成された化合物の同定がある標識の分析的質問ではなく合成プロセスを通じての各支持体の位置を知ることに基づいている、ライブラリ合成のために使用される有向選択にとって重要である。この往復動メカニズムはこの信頼性を提供する。複数の反応容器およびソーターを反応容器の一つのセットから他のものへ対象セットを同時にしかし個々に移送するために使用することができる。複数のソーターは2次元または3次元の転換マニホールドとして配置されることができる。好ましい具体例においては、一つのそのような配置は転換マニホールドとしてソーターの2次元円形セットと、反応または受領容器の第2の円形セットの上方の反応または放出容器の円形の回転し得るセットを利用する。反応容器が使用される場合には、それらは挿入されることができる。放出容器が反応容器と異なる場合には、ネックレース(グリッパー/ストップを備えたロッド、単なるワイヤー、ひも、または柱)の使用のような方法を対象セットのカラムのめいめいの反応容器からそれぞれの放出容器へ移送するために使用することができる。
【0057】
第2の装置は大きなライブラリ合成に適している(図4)。この有向選択装置は12の(またはどんな望む数の)放出チューブ(チャンバー)から12の(または同じ望む数の)受領容器(チャンバー)中へランタンを同時に動かすように設計されている。12本の分配チューブは円形のステンレス分配マニホールドの上部に取付けられている。受領チューブは転換マニホールドの底へ線形態様で接続されている。12本(または同じ望む数)の隔離および移送チャンバーを含んでいる転換チャンバーは円形分配マニホールドへ12本のチューブによって接続される。転換マニホールドは分配チューブの円形配置を受領チューブの線形配置に転換する機能を果す。円形分配マニホールドの内側で、ランタン寸法の12の開口を有するばね負荷運動円形部分が分配チューブの各自の下から受領転換チューブの各自の上の位置へ単一のランタンを動かす。ランタンがそれぞれの受領転換チューブのトップへ達した時、それは転換マニホールドを通って受領チューブ中へ通過する。隔離および移送チャンバーの円形アレイはめいめいの分配チューブに対して一つの隔離および移送チャンバーを備えるように設計され、そしてそれぞれの放出チューブの下からそれぞれの受領チューブの上までの半ステップだけ回転する。このため各隔離および移送チャンバーは支持体の選択を1本の放出チューブから特定の受領チューブへ指向させる。放出チューブは、各放出チューブからの支持体が任意の望む選択パターンに従ってすべて12本の受領チューブへ放出されるように転換マニホールドの上で回転する。ランタンの信頼できる再配置を確実にするため、ステンレス製の2gのおもりがすべての分配チューブ中のランタンのトップに置かれる。必要ではないが、ランタンが隔離および移送チャンバーから受領チューブへたどる通路は放出チューブの円形アレイを受領チューブの線形アレイへ並進させるようにカーブされ、そして受領チューブはカーブしたチューブを通るランタン移送の信頼性を増すために負圧または空気流を適用するためソレノイド弁を介して真空タンクへ接続される。ソレノイド弁は動いているランタンが受領チューブの上に位置決めされる時と同時に数分の1秒間開かれる。負圧勾配/空気流はランタンの受領チューブ中への移動を助ける。
【0058】
当業者は単なるおもりのほかに分配スタックのトップへ正圧を加える種々の方法があること、および正圧(ロッドまたは空気)を対象セットをソーターから押出すために使用できることを理解できる。
【0059】
図7aは、合成ステップ間で対象セットの簡単な選択のために使用される放出チューブ、転換マニホールドおよび受領チューブの2次元円形配置を描写する。この実施例においては、転換マニホールドおよび受領チューブが静止している間に放出チューブがその位置を変える態様で放出チューブが円形に回転する。その代り転換マニホールドは1ステップ(1ステップは2つの放出または受領チューブの間の距離である)の一部分(例えば半分)を前後に回転し、そして存在する放出チューブと同じ数のチャンバーよりなり、各チャンバーは第1の位置において単一の対象セットを受入れ、そして回転した時前記対象セットを受領チューブ中へ放出することができる。
【0060】
図7bは図7aに示した装置の詳細である。第1のステップは放出チューブと整列した第1の位置にある転換マニホールドを描写している。各放出チューブの中には対象セットが転換マニホールドへ入ることを確実にするおもりがある。放出チューブおよび転換マニホールの円形アレイは可撓性チューブ(接続する輸送チューブ)によって受領チューブの線形アレイ(X方向に配置された)と組になっており、各受領チューブの底には真空がある。また転換マニホールドの第2の位置の上には穴があり、そこへは対象セットを転換マニホールドから受領チューブへ押出すため正圧(気圧または物理的器具)を適用することができる。
【0061】
作動:
i)第1の位置において、めいめいの放出チューブのための対象セット(1,2,3と標識された各構築ブロックからの)が転換マニホールドへ入るが、しかしそれは受領チューブと整列していないため通過することができない。次の動作は左のパネルと右のパネルの間に記載されている。
ii) 転換マニホールドが反時計方向(上から見て)にステップの一部(半分)を各受領チューブのためのそれぞれの接続輸送チューブと今や整列している第2の位置へ回転し、各受領チューブの底へ真空が過渡的に適用され、そして対象セットがそれぞれの受領チューブ内に落下する。
iii)転換マニホールドがその第1の位置(図示せず)へ部分的ステップを逆回転し、各反応放出チューブから対象セットがそれぞれの転換マニホールド位置中に放出される。
iv) 放出チューブおよび転換マニホールドが同期的に時計方向に1ステップ回転し、それら両方がi)におけるそれらの元の位置から離れた1本の受領チューブにインデックスされるように再配置される。
v)プロセスはii) ヘループバックし、そしてプロセスはすべての対象セットが受領チューブへ放出され終るまで繰り返される。終りに、対象セットはそれぞれのチューブの各自から反応チューブ中へ押出されることができ(対象セットのトップからトップへの配向を維持するように飛び出させて)、またはネックレース上に回収し、そしてネックレース上で反応させるかまたはネックレースから反応容器中に移すことができる。放出チューブからマイクロプレートまたは他の受領チューブへの移送の場合、ウエルまたはチューブあたり一つの対象(ウエルあたり1化合物を放出することを望む時の合成の終りのような)で、各ii) の後受領プレート(x線形方向に、y列の深さのチューブよりなる)は1チューブづつy方向にわたってインデックスされることができ、または空のチューブの他のセットを接続輸送チューブの下に配置することができる。
【0062】
96ウエルプレート中へ支持体の分布:
12の受領チューブの代りに、96ウエルプレートが合成終了後ウエル中へのランタンの最終分配のために転換マニホールドの下に置かれる。チューブ内の対象セットのカラムからマイクロプレートの各ウエル中の単一対象セットへのこの分配は、反応容器のどんな数の構成についても、円形であろうとまたは他の2次元配置であろうと、しばしば共通であり、そして使用されるソーターに(転換マニホールド)の複数について異なる構成によって容易化されるであろう。
【0063】
化学:
リンカーによるランタンのアシル化:
50mLシリンジが50ランタンで装填され、ランタンはDMF中50%ピペリジンで中和され、そしてDMFで5回洗浄される。Fmoc−4−メトキシ−4−(γーカルボキシプロピルオキシ)ベンズヒドリルアミン(5mmol,2.69g)とHOBt.H2 O(5mmol,0.765g)がNMP15mLに溶かされ、そしてDIC(5mmol,0.782mL)が添加される。この溶液をランタンを保持するシリンジへ加え、そして1夜(16h)タンブラー上で保つ。ランタンをDMF,THFおよびDCMで5回洗い、そして窒素気流によって乾燥する。各ランタン上の利用可能なリンカーの量(リンカー置換度)を定量するため、50%ピペリジン/DMF溶液0.5mLを2.5mLシリンジ中の一つのランタンへ加え、そして10分間タンブラー上に保つ。ランタンをDMFで5回洗い、そして全部の洗液を集め、希釈し、302nmにおけるDMFに対する吸光度が測定される。Fmoc遊離が37μmol/ランタンのリンカー置換度を指示する。
【0064】
ニトロアニリン:ステップ1
20mLシリンジへ10個のランタン(上に記載したようにリンカーでアシル化した)を装填し、そして50%ピペリジン/DMF溶液を加える。10分後ランタンをDMFで5回、乾燥DMSOで3回洗い、DMSO中のo−フロロニトロベンゼン1MとDIEA(0.17mL)の溶液5mLをシリンジへ加える。シリンジを75℃でインキュベーター中一夜(16h)シェーキングに放置する。ランタンをDMSO,DMF,DCMで5回洗い、窒素で乾燥する。ランタンから1リングをカットし、生成物をTFAにより1時間開裂し、分析的勾配HPLC280nmにおいて分析する。
【0065】
o−フェニレンジアミン:ステップ2
ステップ1からのランタン10個を入れた20mLシリンジにMMP中の塩化スズ(II) 2水塩の2M溶液の5mLを仕込み、アルゴンで15分間泡立てる。シリンジを一夜タンブラー上に放置し、NMP,DMF,DMF/水,DMF,THF,DCMで3回洗い、窒素により乾燥する。ランタンから1リングをカットし、生成物をTFAで1時間開裂し、そして分析的勾配HPLCで220nmにおいて分析する。
【0066】
チオ尿素:ステップ3
ステップ2からのランタン10個を入れた20mLシリンジにNMP中の1Mイソチオシアネート溶液5mLを仕込む。シリンジを一夜タンブラー上に放置し、DMF,THF,DCMで3回洗い、窒素により乾燥する。ランタンからの1リングをカットし、生成物をTFAにより1時間開裂し、そして分析的勾配HPLCにより280nmにおいて分析する。
【0067】
ベンズイミダゾール:ステップ4
ステップ3からのランタン10個を入れた20mLシリンジにDMF中1M DIC溶液5mLを仕込む。シリンジをタンブラー上に一夜放置し、DMF,THF,DCMで3回洗い、窒素で乾燥する。ランタンから1リングをカットし、生成物をTFAにより1時間開裂し、分析的勾配HPLCにより280nmにおいて分析する。
【0068】
尿素:ステップ5
ステップ4からのランタン10個を入れた20mLシリンジにDMF中1Mイソシアネート溶液5mLを仕込む。シリンジをタンブラー上に一夜放置し、DMF,THF,DCMで3回洗い、窒素で乾燥する。ランタンから1リングをカットし、生成物をTFAにより1時間開裂し、分析的勾配HPLCにより280nmにおいて分析する。
【0069】
バーチャルチューブセット:
図13に描写するように、1本の長いチューブの代りに多数の短いチューブを使用することができる。短いチューブの各セットは、垂直線の左に示したように先頭を後尾へ整列させた後バーチャルチューブを形成する。垂直線の右側は、各自3対象セットを含んでおりそしてバーチャルチューブセットを構成する短いチューブを用いる、3×3×3ライブラリの合成の最初の2ステップの、右側の各自の対象セットを含んでいる1本の長いチューブに対する比較である。構築ブロックは第1の反応についてBB1,BB2,BB3として、そして第2の反応のためにBB4,BB5,BB6として示されている。対象セットは、それらのチューブ内および選択間の位置が追跡できるように番号が付されている。最初バーチャル短チューブ合成に焦点を当てると、3本のチューブは各自めいめいの構築ブロックと反応させられる。各3チューブセットは、先頭対後尾に順序づけられる時、BB1短チューブのための番号を右側のBB1に対応する長いチューブと比較(点線矢印を見よ)することによって見ることができるように、9対象セットを含んでいる“バーチャルチューブ”を表している。次にチューブの反応のめいめいの反応セットBBの一つのチューブが他の反応セットチューブの各自の一つと組合わされ(示したように)、3チューブ放出チューブセットを生成する準備のために、3回の3チューブ選択が実施される。“バーチャルチューブ”の先頭対後尾レイアウトは選択前これらチューブがどのように再組合わせされるかを命令する。三つの個々の選択が示したようにチューブのこれらの異なるセットについて実施され、そして生じた受領チューブは次の三つの構築ブロック(BB4,BB5,BB6)との反応のため先頭対後尾“バーチャルチューブ”に再び組合わされる。右側には単一の3チューブ選択をもって同じ合成ステップのための3本の長いチューブの使用が示されている。各反応BB4,BB5,BB6における先頭対後尾“バーチャルチューブ”と、BB4,BB5,BB6反応における長いチューブとの比較(点線矢印)は、同一の構成および順序を示し、チューブ長さを便利な長さ(例えば200対象セットチューブを4本の50対象セットチューブにまで分割)に保つための手段としてソーターと共に“バーチャルチューブ”思想の使用を証明する。
【0070】
ここに引用したすべての出願、特許および発表のすべての、および「組合わせ合成における有向選択のための方法および装置」と題する対応する米国仮出願No.60/307,186の全体の開示を参照としてここに取入れる。
【0071】
以上の実施例は本発明の一般的にまたは特定的に記載された反応剤および/または反応条件を以上の実施例に使用したそれらに置換することによって同様の成功度をもって繰り返すことができる。
【0072】
以上の説明から、当業者は本発明の本質的特徴を容易に確かめることができ、そしてその精神および範囲から逸脱することなく種々の用途および条件に適応させるため本発明の種々の変更および修飾をなすことができる。
【図面の簡単な説明】
【0073】
【図1a】反応容器、分配容器および受領容器および受領容器としてのテフロンチューブを示す。
【図1b】反応容器、分配容器および受領容器としてのテフロンチューブを示す。
【図2】選択アルゴリズムを示し、各ひもは異なる反応容器を表し、各文字は構築ブロックの付加を表し、各対象セット上の数字は各混ぜなおし前の対象セットの順番に対応する。
【図2a】図2のアルゴリズムをさらに示し、各ネックレースは異なる反応容器を表し、各文字は構築ブロックの付加を表す。各混ぜなおし後および各構築ブロック付加後の構築ブロックの関係が示されている。
【図3a】ランタンのような対象セットを放出チューブから選ばれた受領チューブへ1つづつ移送するために使用することができるディスペンサーの詳細を描写する。
【図3b】2次元回転配置を使用して対象セットを1つづつ放出チューブのセットから受領チューブのセットへ分布するため慣用の転換マニホールド中で複数のディスペンサーを使用する配置を描写する。
【図3c】2次元平面配置を使用して対象セットを1つづつ放出チューブのセットから受領チューブのセットへ分布するため慣用の転換マニホール中で複数のディスペンサーを使用する配置を描写する。
【図3d】線形配置を使用して対象セットを1つづつ放出チューブのセットから受領チューブのセットへ分布するため慣用の転換マニホール中で複数のディスペンサーを使用する配置を描写する。
【図4】12チャンネル再シャッフラーを図示する。
【図5】ベンズイミダゾールの追跡なし合成を図示する。
【図6】粗製ベンズイミダゾールの分析的勾配HPLCのプロフィルである。
【図7】合成ステップ間で対象セットを簡単に選択するために使用される、放出チューブ、転換マニホールド、受領チューブの線形配置を描写する。
【図7b】図7に示した装置の詳細である。
【図8】各反応容器がバルブによって最も近い隣接する反応容器から分離される3次元アレイである。
【図9】3構築ブロック×4構築ブロックライブラリの図である。
【図10】4構築ブロック×3構築ブロックライブラリの図である。
【図11】各ステップにおいて3構築ブロックを使用する3ステッププロセスを描写する。各ひもは各自9支持体を有する別々の反応容器である。
【図12】図11の3ステッププロセスを描写する。構築ブロックの関係を示している。
【図13】1本の長いチューブの代りに、バーチャルチューブを形成する多数の短いチューブの使用を描写する。
【Technical field】
[0001]
(Background technology)
Protocols have recently been developed for combinatorial synthesis in which a large number of compounds are synthesized individually. These methods proceed by a sequence of steps where each step is added to a plurality of building blocks, ie a specific selected one of small organic molecules, to the growing intermediate compound. The number of possible final compounds thereby is a product of mathematical terms, and each synthesis step term represents the number of possible building blocks that can be added in that step.
[0002]
In combinatorial synthesis, the addition step reaction typically proceeds by combining a partially synthesized intermediate compound with a building block that has an attached activated residue. (Hereafter, it is assumed that the building block has the necessary activated residues attached.) Activation reagents and other reagents and solvents are also added to the addition step reaction. Building blocks are often added in molar excess over the partially synthesized compounds present so that the thermodynamically favorable building block addition reaction is substantially complete. After the addition of one building block, the intermediate compound is separated from the spent reaction solution and prepared for further building blocks. The intermediate compound is often attached to the solid support by a linking group that can be cleaved, for example, to simplify its separation from the spent reaction. In such a solid phase protocol, the final step of cleaving the linking group releases the final compound.
[0003]
Building blocks (activated as needed), activation and other reagents, and reaction conditions have recently been completed for many classes of final compounds. Examples of such reactions and protocols are the following for the addition of natural and artificial amino acids to produce peptides.
Lam et al. , 1991, Nature 354: 82-84 “A new type of synthetic peptide library for identifying ligand binding activity”.
Lam et al. , US Pat. No. 5,510,240 “Peptide Library Screening Method”
Lam et al. , 1994, Selectide Technology 6: 372-380 “Bead Binding Screening Method: Comparison with Enzymatic Methods”
[0004]
See, for example, the following for protrols for the synthesis of benzodiazepine compounds.
Bunin et al. 1992, J. Am. Amer. Chem. Soc. , 114: 10997-10998 “General and Convenient Method for Solid-Phase Synthesis of 1,4-Benzodiacepine Derivatives”
Ellman US Pat. No. 288,514 “Solid-phase combined synthesis of benzodiazepine compounds on solid phase”
See also, for example, for protocols for the addition of N-substituted glycines to produce peptoids.
Simon et al. , 1992, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 89: 9367-9371 “Modular Approach to Drug Discovery”
Zuckermann et. al. 1992, J. Am. Amer. Chem. Soc. 114: 10646-10647 “Efficient method for the preparation of peptoids [oligo (N-substituted glycines)] by submonomer solid phase synthesis”
Moos et al. , WO 94/06451 “Synthesis of N-substituted polyamide monomers useful as solvents, food additives, enzyme inhibitors, etc.”
[0005]
Recently, approaches for the synthesis of small molecule libraries have been summarized, for example, in the following literature.
Krchnak et al. , 1669, Molecular Diversity, 1: 193-216-216 “Synthetic Library Technique: Subjective Thinking”
Ellman, 1996, Account, Chem. Res. 29: 132-143 “Design, synthesis and evaluation of small molecule libraries”
Armstrong et al. , 1996, Account, Chem. . Res. , C29: 123-131 “Multiple Component Strategy for Combinatorial Library Synthesis”
Fruchtel et al. , 1996, Angew. Chem. Int. Ed. 35: 17-42 “Chemistry on Solid Supports”
Thompson et al. , 1996, Chem. Rev. 96: 555-600 “Synthesis and application of small molecule libraries”
Rinnova et al. , 1996 Collect. Czech. Chem. Commun. 61: 171-231 “Molecular Diversity and Structure Library”
Hermkens et. al. Tetrahedron. 52: 4527-4554 “Solid-phase organic reactions: a review of recent literature”
[0006]
The predictable synthesis of a large number of individual compounds that are later collected in a library of compounds is of interest and useful in several fields, especially in drug discovery, agriculture, health, veterinary medicine, nutritional chemistry and material chemistry libraries . Identifying active compounds that provide structural information for use in the development of approved or commercially available therapeutic compounds and compound series validates the function of the molecule and makes the medicinal group (active molecular structural element) Of particular interest is the establishment of structure-activity relationship data to identify and identify active compounds, particularly in the field of pharmaceutical example compound selection. Pharmaceutical example compounds for certain drugs exhibit specific biological activities of pharmaceutical interest and are in addition to specific biological activities, pharmacological and suitable for administration to humans or animals. A compound that can serve as a starting point for the selection and synthesis of drug compounds having toxicological properties. It is clear that the synthesis of a large number of compounds and the screening of their biological activity in a controlled biological system can help in the selection of example compounds. Instead of turning to plants or other natural resources, medicinal chemists can use combinatorial protocols to create laboratory compounds to screen for the desired activity. See, for example, Borman, Chemical & Engineering News, Feb. 12, 1996, 29-54 "Combined chemists focus on small molecules, molecular recognition and automation."
[0007]
In order to benefit from these developed combination protocols, automated synthesizers are beneficial. Manual handling of hundreds, thousands, or perhaps tens of thousands of separate compounds is expensive, time consuming, and error prone. Therefore, synthetic robots have recently been developed for the automation of one or more steps of combinatorial protocols. An example of such a recently developed robot is Cargil et al. , 1996, Automated Combinatory Chemistry on Solid-Phase, Laboratory Robotics and Automation, 8: 139-148; Sugarman et al. , U. S. Pat. 5, 503, 805; Zuckermann et al. , U. S. Pat. 5,252,296, Methods and apparatus for biopolymer synthesis; Zuckermann et al. , WO 93 / 12,427, Automated apparel for use in peptide synthesis; Krchnak et al. , MARS-Multiple Automatic Robot Synthesizer-Continuous Flow of Peptide, Peptide Res. 9: 45-49.
[0008]
The most efficient and least demanding combinatorial chemistry method for the synthesis of multi-compound arrays was introduced by Arpad Furka (Furka et al. 1988b; Furka et al. 1988a; Furka et al. 1991). And later used independently by Kit Lam (Lam et al. 1991) and Richard Houghten (Houghten et al. 1991). This method is subject to limitations. For example, the amount of compound synthesized is limited by the loading of the solid support particles, and the chemical history of each particle must be recorded or determined by analytical methods (Lam et al., 1997).
[0009]
Split combinatorial methods develop on resin beads, and they typically support nanomolar amounts of material at best. Two different routes were implemented to increase the amount of compound. Richard Houghten invented a T-bag (Houghten 1985) in which resin beads are enclosed in a permeable container. IRORI MicroKans is based on the same idea. Another choice is M.M. H. Applying a microscopic group support introduced by Geysen (Geysen et al., 1984; Geysen et al., 1986; Geysen et al., 1987) and Ronald Frank (Frank and Doring, 1988). In order to increase loading and improve reaction kinetics, polypropylene moldings were grafted with polystyrene to produce SynPhase with a large surface area and very convenient shape and immediately followed by SynPhase lanthanum. The reaction kinetics and product yield from lanthanum are comparable to resin beads, but the handling of lanthanum provides unique benefits especially for the synthesis of fairly large libraries containing mg amounts of each compound.
[0010]
Various methods were used to identify each compound after synthesis. After each combination step, the chemical history lost due to mixing of individual particles is addressed by chemical coating on the beads (Kerretal., 1993; Nikolaev et al., 1993; Ohlmyer et al., 1993), T-bags were manually labeled (Houghten, 1985), and radio frequency tags were attached to MicroKans or lanterns (Moran et al., 1995; Nicolav et al., 1995). Recently (Smith et al., 1999) and others (Furka et al., 2000; Furka 2000) have described one-dimensional position tracking of solid-phase particles called necklace coding.
[0011]
In general, solid phase synthesis is a well-known procedure, reaction vessels are typically conventional, and solvents and reaction temperatures can range from -100 to + 200 ° C, and the reaction is complete. Inexpensive commercial containers, microtiter plates, syringes, etc. that can withstand the reaction conditions used in synthesis protocols that can take minutes or even days. In a preferred embodiment, the reaction vessel is a threaded teflon tube surrounded on both sides by luer fittings. The reaction vessel train is sealed with various sealing means. However, the reaction vessel can be tailored to withstand any harsh reaction conditions (ie high or low temperature, high or low pressure, or a closed system).
[0012]
Solid phase combinatorial synthesis typically proceeds according to the following steps. In the first step, the reaction vessel is charged with one or more solid supports and a first of a plurality of building blocks or linkers is covalently linked to the solid phase. Subsequent building block addition steps are performed, all of which involve iterative execution of the following substeps in the sequence chosen to synthesize the desired compound. Initially, a sufficient amount of solution containing the building block selected for addition is added to the reaction vessel such that the building block is present in a molar excess relative to the intermediate compound. The reaction is initiated and facilitated by activating reagents and other reagents and solvents that are also added to the reaction vessel. The reaction vessel is then incubated for a period of time, typically minutes to 24 hours, sometimes days, at a controlled temperature sufficient to allow the building block addition reaction to proceed to substantial completion. Optionally, the reaction vessel can be intermittently stirred during this incubation. Finally, in the final building block addition substep, the reaction vessel containing the solid support with the intermediate compound attached is prepared for the addition of the next building block by removal and reconditioning of the spent reaction solution. The Optionally, during this addition step, multiple building blocks can be added to a single reaction vessel to perform two or more synthesis steps on a single solid support. After the desired number of building block addition steps, the final compound is attached to a solid support and is present in the reaction vessel. The final compounds can be attached directly to their synthetic support and used directly, or alternatively cleaved from the support. In the latter case, the linker attaching the compound to the support is cleaved and the library compound is extracted.
[0013]
The advent of combinatorial chemical technology has led to the need to simultaneously handle a number of different solid phases (supports) with bound intermediates. Module solid phase supports are particularly useful for combinatorial arrays of compounds because of their advantageous physicochemical properties and the possibility of applying a directed selection approach that distributes the support during the combinatorial synthesis step. It has become popular for synthesis. These methods can also be applied to select a container that holds a resin or solution phase where the container is treated as a single support. To identify each support during combinatorial synthesis on lanterns, others have described the necklace coding principle. The necklace can be a string, wire, rod or instrument inserted into an aligned hole in each subject set. In order to select a lantern prior to the subsequent combination step, Applicants treat lanterns packed in tubes as a result of the directed selection device described in this disclosure, particularly compared to lantern strings. Found to provide benefits.
DISCLOSURE OF THE INVENTION
[0014]
The present invention relates to a selection apparatus and method for directed selective combinatorial chemical synthesis, and more particularly directed and flexible selection apparatus and method for combinatorial chemical synthesis using directed splitting and recombination processes. About. This process utilizes a universal algorithm for directing and selecting libraries of any size.
[0015]
In one aspect, the present invention discharges one or more supports organized in a one-dimensional linear array into one or more reaction vessels into an isolation and transfer chamber, each of the reaction vessels. Transferring one or more supports from one to one or more subsequent reaction vessels in a patterned distribution, wherein the patterned distribution of the supports in each subsequent transfer is the same , And the location of each support in one reaction vessel provides a method of selecting a solid support for combinatorial chemical synthesis where the previous synthesis history is encoded.
[0016]
In another aspect, the invention relates to two or more reaction vessels for holding one or more target sets organized in a first ordered pattern, and subjects from each of the reaction vessels. An isolation and transfer chamber for directed redistribution of the target set to one or more subsequent reaction vessels to receive the set from the isolation and transfer chamber, and a step for each building block added A directed selection apparatus for performing a combined solid phase synthesis of compounds, including iterating.
[0017]
In another aspect, the invention performs a reaction in each of one or more first reaction vessels to hold one or more sets of objects organized in a one-dimensional linear array. And releasing the target set from the reaction vessel to the isolation and transfer chamber for directed redistribution of the target set to one or more subsequent reaction vessels for receiving from the isolation and transfer chamber A directed selection apparatus for performing a combined solid phase synthesis of compounds comprising repeating the steps for each building block.
[0018]
In another aspect, the present invention provides a directed selection device in which all members of a set of subjects are reacted with the same chemical building block throughout the synthesis at a given point in time.
[0019]
The directed combinatorial synthesis of the present invention is a method for split mixed chemical synthesis. A single compound per support or multiple compounds per support can be used to produce large quantities of each compound with great efficiency, simplicity and speed. The solid support can be released for reaction in a flow-through tube or for handling in a microplate. The selection device follows an algorithm that is universal for directed selection of any library selection regardless of size. A single support can be selected at a time, or multiple supports, ie, subject sets, can be used to increase the scale / yield of each compound synthesized. The problem of chemical history lost due to the mixing of individual supports after each combination step is addressed by preserving the support sequence.
[0020]
In addition to solid phase synthesis, through the remixing process, this algorithm can be used to select any target including a vessel for liquid phase synthesis, or even to control a valve for directing reagents to a specific reaction vessel. Can be used. The use of a single universal algorithm only requires the chemist to enter the library design (ie the number of steps and the number of building blocks at each step). A computer following this algorithm can then design the synthesis and synthesis batch size. All building blocks can be validated, allowing increased quality control.
[0021]
Combinatorial chemical synthesis protocols direct the stepwise sequential addition of building blocks to partially synthesized intermediate compounds to synthesize final compounds. These protocols are generally divided into liquid phase protocols and solid phase protocols. In a liquid phase protocol, the final compound is synthesized in solution. In solid phase synthesis, the final compound is synthesized attached to a solid support that allows the use of simple mechanical means to separate the intermediate or partially synthesized intermediate compound during the synthesis step. The A preferred solid support for the present invention comprises SynPhase lanthanum, which can optionally be functionalized to attach the intermediate compound covalently. However, any support such as made from various glasses, plastics or resins can be used.
[0022]
Directed selective combinatorial synthesis provides a low-cost alternative to radiolabels. This method enables individual solid phase particles to be tracked or directed to the efficiency of the fission-mixing approach, for example, the position of the support itself through each step of the synthesis and the final distribution to the vessel for cleavage and compound extraction / storage. Combines the convenience of recording chemical histories.
[0023]
In further embodiments, the invention consists of other combinations and subcombinations of the elements described above that function in combination with other devices or independently of any device. Directed combinatorial synthesis is based on the directed selection of supports or reaction vessels as they are moved, or in other embodiments they are not moved but rather on the support or reaction vessel where the addition of reagents is commanded. Or a combination of both. One skilled in the art can foresee many ways to control the release of the reagent to the position described by the algorithm (eg, control of a valve that commands the addition of the reagent to a particular reaction vessel). In a further embodiment, the reaction vessel array, eg, a three-dimensional array, eg, FIG. 8, is separated from the nearest reaction vessel by a valve. Recognizing that a similarly functioning array can also be constructed by reaction vessels not physically in one array but connected by tubes and valves to create the same functional connection between sets of reaction vessels. Should.
[0024]
A person skilled in the art can index the receiving container instead of indexing the releasing container and fixing the receiving container, and fix the discharging container or other mechanical, valve control or support transport means the same It can be appreciated that it can be used to obtain directed selection results and that the isolation and transfer chambers can be replaced by other support transport means such as valves or electromotive transport of the support in a microfluidic system.
[0025]
Similarly, instead of using a support, one of ordinary skill in the art would be able to use multiple solid phases such as an actual reaction vessel in which a solution phase reaction takes place, or a MicroKan or closed reaction vessel accessed through a stopper included in the reaction vessel, for example. It can be seen that a reaction vessel containing resin particles can be used.
[0026]
Throughout this disclosure, the following terminology has the following conventional meaning.
[0027]
A “chemical library” or “combination library” or “compound library” or “array” is the intentional creation of different compounds, usually prepared in parallel and screened for biological activity in a variety of different formats. Collection.
[0028]
“Building block” refers to any molecule that can be covalently attached to another molecule to produce a structurally different compound, generally a small organic molecule. Addition of chemical building blocks is often referred to as subunit addition or substitution addition.
[0029]
“Combined chemistry” or “combined synthesis” refers to a directed strategy for the parallel synthesis of various molecules leading to the generation of chemical libraries. This strategy consists of covalently connecting sequential structurally different building blocks to each other sequentially and repeatedly to obtain a large array of compounds.
[0030]
“Linker” refers to a molecule or group of molecules covalently attached at one end to a solid phase and at the other end to a first building block. Linkers have different molecular structures and therefore have different lengths, shapes, sizes, degrees of hydrophobicity and hydrophilicity, steric bulk, and chemical reactivity. The choice of linker in solid phase synthesis depends on the synthesis scheme and the biological screening format.
[0031]
“Solid support” refers to a material or group of materials having a rigid or semi-rigid surface, appropriate size, shape and porosity, and high chemical resistance. Examples of solid phases are glass, silica, cellulose, polystyrene crosslinked with divinylbenzene, polystyrene-polyethylene glycol copolymer, silica gel, alumina gel, plastic, polyamide, polyimide, polytetrafluoroethylene, phenol formaldehyde polymer, poly (chlorotrimethyl). Fluoroethylene), halogenated polyolefins, and other support materials commonly used in peptide, polymer and small molecule solid phase synthesis.
[0032]
“Resin” refers to a solid support material grafted with a linker for attachment of a first building block. Examples of preferred resins are IRORI MicroKans, Wang resin (polystyrene resin with 4-alkoxybenzyl alcohol linker) and Sasrin resin (polystyrene resin with 2-methoxy-4-alkoxybenzyl alcohol linker). Other preferred resins are NovaBiochem, La Jolla, Calif. Published by Combinatorial Chemistry & Solid Phase Organic Chemistry Handbook, Solid Phase Science, San Rafael, Calif. It is described in the published Solid Phase Science catalog or the Rapp Polymers catalog issued by Rapp Polymer GmbH, Tubingen, Germany.
[0033]
“Reaction vessel” refers to a vessel in which a reaction takes place. In some cases it can act as a holder for the “solid support”. The reaction vessel can resist the solvents and reaction conditions used in the synthesis protocol.
[0034]
A “subject set” also refers to one or more solid supports, resins, or reaction vessels in the case of liquid phase synthesis that share the same chemical history. The members of the target set move together through the combined chemical synthesis process. A target set may be just one support, container or resin can, or if multiple scales are desired to increase the yield of each compound produced, multiple supports, containers or resin cans can be used. Can be used. Each member of the subject set will have the same number and order of building blocks, resulting in the same final compound.
[0035]
These and other features and benefits of the present invention will be better understood by reference to the accompanying drawings and the following description.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0036]
For clarity of disclosure and not limitation, a detailed description of the invention will now be provided with reference to the figures illustrating preferred embodiments of elements of the invention. However, the present invention includes alternative embodiments of these elements that perform similar functions in a similar manner apparent to those skilled in the art from the provided disclosure. In addition, the present invention is disclosed with respect to its preferred application to solid phase combinatorial chemical synthesis. The present invention is not so limited and includes the application of the various disclosed elements to other chemical protocols that also have similar functional steps that will be apparent to those skilled in the art. For example, the components of the present invention can be applied to appropriate liquid phase combinatorial chemical synthesis, to other solid phase chemical protocols, or any combination thereof.
[Selection algorithm]
[0037]
The present invention applies (i) the same algorithm before any combination step of synthesis, (ii) regardless of the number of building blocks in each step, and (iii) synthesizes any size library In order to do so, a general selection protocol can be employed that allows for the dispensing of standard volumes (or lengths) and multiple uses of receiving tubes. For example, lanterns can be organized into a one-dimensional or linear array in each distribution tube (FIG. 2). The first receiving tube has n receiving tubes x = N tot / BB x The lanterns from the distribution tube are filled by transferring one lantern at a time from each of the distribution tubes until it contains lanthanum (FIG. 3). Where n x Is the number of lanterns in the tube for the xth combination step, n tot Is the total number of compounds (this number is equal to the number of lanthanums unless multiple supports per compound are used to increase the amount of compound produced) and BB x Is the number of building blocks in the xth step. This algorithm is described schematically with an example of a library synthesized in a three-stage combinatorial step that uses 2, 3 and 4 building blocks in the first, second and third steps, respectively (FIG. 2). Rather than transfer directly between reaction vessels, the target set column is transferred onto a necklace (ie, string, wire, rod, or instrument inserted through aligned holes in each target set) and then the reaction vessel's The next set can be transferred, or the necklace can be used to transfer the subject set from the reaction vessel to the distribution device.
[0038]
This algorithm can be applied to directed selection by any process including the directed selection device described in this disclosure. In the example algorithm of FIG. 2, two tubes (or threaded necklaces) are depicted, each representing a representative “A” (light) or “B” (dark) building block, ie, reagent or building. Contains 12 lanthanum that is reacted with the block. Then all the lanterns are jumbled onto three new necklaces. One lantern was taken from each distribution tube and placed in the receiving tube (the last lantern from the first tube ends at the bottom of the first receiving tube and the last lantern in the second tube is the first End up as the second lantern from the bottom of the receiving tube, etc.). A total of 8 lanterns are transferred to the first receiving container. The same process is repeated twice more. The result was three new tubes containing the same array of lanterns.
[0039]
Each of these three tubes is reacted with the appropriate building block (eg, “C”, “D” or “E”) and then re-mixed using the exact same algorithm as before. The result is four new tubes each containing the same array of self-generated lanterns, which then each have four building blocks (eg, representative “F”, “G” ”,“ H ”and“ I ”). This process results in all 24 “letter” combinations, and the position in the last four tubes (or on the necklace if used) is undoubtedly a chemical history (each step in the process). The type of building block that reacted with lanthanum), or the putative structure synthesized on each lanthanum. FIG. 2a depicts the relationship of building blocks (eg characters) as the lantern moves through the synthesis step.
[0040]
In the example algorithm of FIG. 12, each of the representative “A”, “B” or “C” building blocks, ie, three tubes (or threaded) containing 9 lanthanum that is reacted with the reagent or building block. Necklace) is drawn. All lanterns are then remixed in 3 new tubes (or on 3 new necklaces). A total of 9 lanterns are transferred to the first receiving tube. The same process is repeated twice more. The result was three new tubes containing the same array of lanterns.
[0041]
These three tubes are again reacted with the appropriate building block (eg “D”, “E” or “F”) respectively and then the mess is repeated using the exact same algorithm as before. The result is three new tubes, each containing the same array (object set) of lanterns, which are then each possible three building blocks (eg representative “G”, “H” and “I”) ) And the last combination step. This process results in all 27 “letter” combinations, and the position of any lantern within the last three tubes (or on the necklace if used) is the chemical history (lanthanum at each step of the process). The type of building block reacted with) or the putative structure synthesized on each lanthanum is undoubtedly determined. The lanterns (target sets) in FIG. 11 are numbered to indicate the correlation between the positions of the lanterns after each jumble. FIG. 12 further depicts the relationship of building blocks (eg characters) as the lantern moves through the synthesis step.
[0042]
The tube-to-tube selection provides a handling benefit compared to selection on a string or necklace. For this reason, a selection tube can be used as a reaction vessel. In addition to being compatible with the directed selection device described in this disclosure, tubes have been recognized as highly efficient for many years (Lukas et al, 1981; Pryland and Sheppard 1986; Krchnak et al., 1987; Frank and Doring, 1988), and provides a convenient reaction vessel that has the benefit of using a continuous flow method for washing resin beads used in commercial synthesis.
[0043]
(apparatus)
A directed selection device can be used to select a lantern between each successive combination step. Such a device simply allows lanterns to be selected one at a time from one dispensing tube and to transfer the respective appropriate receiving tube (FIG. 3). FIG. 3a depicts details of a dispenser that can be used to transfer a set of objects, such as a lantern, one by one from the discharge tube to the receiving tube. Two-dimensional rotation uses position (Fig. 3b), two-dimensional planar arrangement (Fig. 3), or linear arrangement (Fig. 3d) to distribute the target set one by one from the discharge tube set to the receiving tube set. Multiple dispensers can be used in a single conversion manifold.
[0044]
However, for efficiency, a selection device such as a directed selection device can handle multiple dispensing and receiving tubes simultaneously (FIG. 4). The receiving tube can be used as a reactor and can instead be a distribution tube for distribution before the next round of synthesis. Alternatively, the lantern from each receiving tube can be transferred to the reaction vessel as long as the order is maintained. Finally, at the end of the synthesis, lanthanum can be transferred into a cleavage or storage vessel such as a 96 well plate at 1 lanthanum per well using this directed selection device. Therefore, for purely practical reasons, which conveniently accommodates the 96-well plate format, the apparatus accommodates 12 tube reactors at a time, and lanthanum is synthesized and distributed into the 96-well plate at the end of the synthesis. It can be made to allow lantern selection in between. The algorithm of the present invention allows any reasonable size synthesis of combinatorial libraries in a batch fashion with a 12 tube directed selector.
[0045]
(Chemistry)
A chemical route to the untracked synthesis of trisubstituted benzimidazoles with SynPhase lanthanum was developed according to FIG. Aminomethylated lanthanum is acylated with Emoc-4-methoxy-4- (γ-carboxypropyloxy) benzhydrylamine. Aromatic nucleophilic substitution of fluorine in o-fluoronitrobenzene with an immobilized amino group provides o-nitroaniline 1. Nitroaniline is reduced with tin (II) chloride dihydrate in N-methylpyrrolidone (NMP) and then reacted with isothiocyanate to produce thiourea 2 supported on the polymer. Cyclization to 2-arylaminobenzimidazole 3 is accomplished by diisopropylcarbodiimide (DIC). In order to introduce a third combination step, the resin-bound 2-arylaminobenzimidazole is reacted with an isocyanate to obtain the lanthanum bond product 4. Target compound 5 is obtained by cleavage from lanthanum using TFA. FIG. 6 shows the purity of the crude product.
[0046]
Directed selective combinatorial synthesis is directed through the directed selection of a support or reaction vessel in which the support or reaction vessel is physically moved, or in other embodiments they do not move, but rather the addition of reagents. This can be achieved through directed selection of the support or reaction vessel, or a combination of both. A person skilled in the art can accomplish a number of ways to control the release of the reagent to the location described by the algorithm of the present invention instead of directly selecting the support to achieve the same directed synthesis (eg, the release of the reagent in a constant reaction vessel). Can be foreseen. It is also recognized that similar functional arrays can be constructed that are physically connected by tubes and valves to produce the same functional relationship of connections between sets of reaction vessels, rather than physically to the array. One can foresee the use of an array of reaction vessels, for example a three-dimensional array (FIG. 8), in which the reaction vessels are separated from the nearest reaction vessel. For example, a reaction vessel only needs to have a single pair of valves or ports (for entry and exit of reagents, gases, etc.), but selectively access a combination of reaction vessels, for example as described by the algorithm There is a valve assembly or valve switching mechanism for the purpose.
[0047]
For illustrative purposes, an actual regular three-dimensional array of interconnected reaction vessels can be drawn, as shown for the synthesis of the 3 × 3 × 3 library of FIG. Each reaction vessel has six valves for the flow of reagents through from the valve a to the valve c, from the valve b to the valve d, and from the valve f to the valve e in the x-axis, y-axis, and z-axis directions, respectively. For illustrative purposes, the horizontal layers of the three-dimensional array of reaction vessels are x, y. z and the respective vertical layers of the three-dimensional array of reaction vessels are labeled 1,2,3. Thus, i) the opening of valves b and d allows the reagent to flow in the x-axis direction from the reaction vessel in the horizontal layer x to the vessel in the horizontal layer y to the vessel in the horizontal layer z, substantially Ii) Opening valves a and c allows the reagent to flow in the y-axis direction and re-uses an effective reaction vessel. And (iii) opening valves f and e will allow the reagent to flow in the x-axis direction and again reconfigure a valid reaction vessel.
[0048]
Therefore, three building blocks are included in each reaction (BB 1, 2, 3 in reaction 1, BB 4, 5, 6 in reaction 2 and BB 7, 8, 9 in reaction 3). Example of a synthetic reaction for a three-step reaction I) enter through open valve a and drain through open valve c of all reaction vessels in layer x (recycle if desired) to add BB1 and carry out reaction 1 , Run through open valve a and drain through open valve c of all reaction vessels in layer y (recycle if desired), add BB2, perform reaction 1 and open Enter through valve a and drain through open valve c of all reaction vessels in layer z (recycle if desired) and add BB3 to carry out reaction 1, ii) open valve f Through and open through open valve e of all reaction vessels in layer x (recycle if desired), add BB4 to carry out reaction 2 and enter through open valve f And drain through open valve e of all reaction vessels in layer y (recycle if desired) and add BB5 to perform reaction 2, enter through open valve f, and Drain through open valve e of all reaction vessels at z (recycle if desired) and add BB6 to carry out reaction 2, iii) enter through open valve b, and vertical layer Drain through open valve d of all reaction vessels in 1 (recycle if desired), add BB7 to perform reaction 3, enter through open valve b, and enter vertical layer 2 All reactions Drain through the open valve d of the vessel (recycle if desired) and add BB8 to carry out reaction 3, enter through open valve b, and all reaction vessels in vertical layer 3 Drain (through recycling if desired) through open valve d and add BB9 to carry out reaction 3. In this way all compounds are identified through opening and shutting off valves, effective reaction vessel sorting and re-partitioning, and effective selection of individual reaction vessels and the support contained within them (in the case of solid phase synthesis). Is synthesized at the position of.
[0049]
Without further consideration, it is believed that one skilled in the art can utilize the present invention to its extent using the above description. The following preferred specific embodiments are therefore to be considered merely illustrative and not limiting of the remainder of the disclosure.
[0050]
In the examples above and below, all temperatures are stated in uncorrected Celsius, and all parts and percentages are by weight unless otherwise specified.
【Example】
[0051]
Directed selective Teflon reactor:
A -28 UNF thread is cut on both ends of a Teflon tube (Cole-Palmer, Vernon Hill, IL; outer diameter 8 mm, inner diameter 5.6 mm). The length of the tube is cut to allow 5.3 mm for each lantern and 5 mm x 2 for both screws. The tube is filled with lantern and sealed from both sides using two female luer fittings with -28 UNF threads (Figure 1a). FIG. 1a depicts the use of a Teflon tube as a reaction vessel that can be capped at both ends after the target set is filled. The object set is accommodated so as to maintain the tube diameter in an ordered linear array to prevent mixing. Reagents can flow into or through the tubes, and in the case of lanterns, hollow aligned cores contain necklaces, or catalysts, etc. or serve as catalysts for handling each subject set Allow lace insertion.
[0052]
FIG. 1b shows the basic idea of the various types of reaction or discharge and receiving vessels, including lanterns, simple tubes, tubes contained in microplates, or syringes depicting its hollow core, and necklaces Describes the ability to discharge a target set into or remove a target set into such a tube. The ability to add or remove reagents is depicted as the ability to use a tube that is capped or minimally occluded enough to hold the subject set unless pressure is applied.
[0053]
Reaction on SynPhase Lanthanum:
Two lanthanum sizes are available, an L-series lantern for loading 15 mmol (5 × 5 mm size) and a D-series lantern for loading 35 mmol (5 × 12.5 m size). The concept described is applicable to either series of lanterns, but L-series lanterns are used. Both lanterns can fit into the same tube, and each has a central hole that is convenient to pass the wire and pass the lantern.
[0054]
One L-series lanthanum weighs 38 mg and gives a nominal substitution of about 0.4 mmol / g. Since lanthanum does not swell, the use of solvent is substantially lower when compared to resin beads. 67 lanterns represent 1 mmol and fill a volume of 12 mL. Lanthanum does not swell under standard conditions, so 5 mL of solvent is sufficient to wash all lanthanum. The same volume is also used to carry out each reaction. In most solid phase reactions, an excess of reagent is used, and 5 mL for lanthanum synthesis at a concentration of 0.5 M makes the reagent 2.5 mmol (2.5 molar excess). To be sufficient for synthesis to keep the same concentration with the resin, the reagent volume would have to be doubled. This is because 1 g of resin (usually loaded at 1 mmol / g) typically requires 10 mL of solvent per solvent exchange.
[0055]
Lantern cleaning:
The lanthanum-filled tube reactor is attached to the two Teflon distribution valves used to operate the Domino Blocks using 1/8 Teflon tubing. The four ports of the solvent selection valve are connected to four containers of solvent using 1/8 Teflon tubing. The common port is connected to a tube reactor selection valve. The common port of this valve was connected to the tube reactor. The second end of the tube reactor is connected to a tube reactor selection valve. The common port of this valve is connected to a vacuum drain. In order to wash the lanthanum, a suitable solvent is selected by a solvent selection valve. The flow through the tube reactor is regulated by a tube reactor selection valve. A typical volume of wash solvent is 200 mL per 50 lanthanum tube reactor.
[0056]
Support (lantern) directed selection device:
Two sorters are tested. The first uses a three-chamber principle, a support release chamber (Teflon tube), a support isolation and transfer chamber, and a support receiving chamber (Teflon tube). The discharge and receiving chambers are offset so that the support in the discharge chamber cannot pass directly into the receiving chamber. The support isolation and transfer chamber allows only one or any desired number of supports to pass from the release chamber into the isolation and transfer chamber and then these supports are transferred into this chamber or the isolation and transfer chamber It repositions itself and separates the release and reception chambers in a manner that allows the support to be transferred to the reception chamber. In the first device, the isolation and transfer chamber is incorporated into a push rod as shown in FIG. The push rod structure is a simple way to move one or a defined number of supports (regulated by the dimensions of the isolation and transfer chambers) from side to side in any desired series of steps from the discharge chamber to the receiving chamber. . Reliable transfer without clogging or transfer failure is for library synthesis, which is based on knowing the location of each support throughout the synthesis process rather than an analytical question of the label with identification of each synthesized compound. Important for the directed selection used. This reciprocating mechanism provides this reliability. Multiple reaction vessels and sorters can be used to transfer a set of objects simultaneously but individually from one set of reaction vessels to another. Multiple sorters can be arranged as a two-dimensional or three-dimensional diverting manifold. In a preferred embodiment, one such arrangement utilizes a two-dimensional circular set of sorters as a diverting manifold and a circular rotatable set of reaction or discharge vessels above a second circular set of reaction or receiving vessels. To do. If reaction vessels are used, they can be inserted. If the discharge vessel is different from the reaction vessel, a method such as the use of necklaces (rods with grippers / stops, just wires, strings, or pillars) is used for each discharge from the respective reaction vessel of the target set of columns. Can be used to transfer to a container.
[0057]
The second device is suitable for large library synthesis (FIG. 4). This directed selection device is designed to move lanterns simultaneously from 12 (or any desired number) discharge tubes (chambers) into 12 (or the same desired number) receiving vessels (chambers). Twelve distribution tubes are attached to the top of a circular stainless steel distribution manifold. The receiving tube is connected in a linear manner to the bottom of the conversion manifold. A conversion chamber containing 12 (or the same desired number) isolation and transfer chambers is connected to the circular distribution manifold by 12 tubes. The diverting manifold serves to convert the circular arrangement of distribution tubes into a linear arrangement of receiving tubes. Inside the circular distribution manifold, a spring-loaded circular section with 12 lantern-sized openings moves a single lantern from below each of the distribution tubes to a position above each of the receiving diverter tubes. When the lantern reaches the top of each receiving conversion tube, it passes through the conversion manifold into the receiving tube. The circular array of isolation and transfer chambers is designed with one isolation and transfer chamber for each of the distribution tubes and rotates by half a step from under each discharge tube to above each receiving tube. Thus, each isolation and transfer chamber directs support selection from one discharge tube to a specific receiving tube. The discharge tubes rotate on the conversion manifold so that the support from each discharge tube is discharged into all 12 receiving tubes according to any desired selection pattern. A stainless steel 2 g weight is placed on top of the lantern in all distribution tubes to ensure reliable repositioning of the lantern. Although not required, the passage of the lantern from the isolation and transfer chamber to the receiving tube is curved to translate the circular array of discharge tubes into the linear array of receiving tubes, and the receiving tube is reliable for lanthanum transfer through the curved tube. Connected to the vacuum tank via a solenoid valve to apply negative pressure or air flow to increase performance. The solenoid valve is opened for a fraction of a second as soon as the moving lantern is positioned over the receiving tube. The negative pressure gradient / air flow helps the lantern move into the receiving tube.
[0058]
One skilled in the art can appreciate that there are various ways of applying positive pressure to the top of the dispensing stack in addition to just a weight, and that positive pressure (rod or air) can be used to push the target set out of the sorter.
[0059]
FIG. 7a depicts a two-dimensional circular arrangement of the discharge tube, diverting manifold and receiving tube used for easy selection of the subject set between synthesis steps. In this embodiment, the discharge tube rotates in a circular fashion in such a manner that the discharge tube changes its position while the conversion manifold and receiving tube are stationary. Instead, the diverting manifold rotates a portion (eg half) back and forth in one step (where one step is the distance between two discharge or receiving tubes) and consists of as many chambers as there are discharge tubes, each The chamber can receive a single target set in a first position and release the target set into a receiving tube when rotated.
[0060]
FIG. 7b is a detail of the apparatus shown in FIG. 7a. The first step depicts the conversion manifold in a first position aligned with the discharge tube. Within each discharge tube is a weight that ensures that the target set enters the conversion manifold. A circular array of discharge tubes and diverting manifolds is paired with a linear array of receiving tubes (arranged in the X direction) by a flexible tube (connecting transport tube), with a vacuum at the bottom of each receiving tube . There is also a hole above the second position of the diverter manifold, to which positive pressure (atmospheric pressure or physical instrument) can be applied to push the set of objects from the diverter manifold to the receiving tube.
[0061]
Operation:
i) In the first position, the target set (from each building block labeled 1, 2, 3) for the respective discharge tube enters the conversion manifold, but is not aligned with the receiving tube Can't pass. The next operation is described between the left and right panels.
ii) The conversion manifold rotates part (half) of the step counterclockwise (viewed from above) to the second position now aligned with the respective connecting transport tube for each receiving tube A vacuum is applied transiently to the bottom of the tube, and the target set falls into each receiving tube.
iii) The conversion manifold reverses a partial step to its first position (not shown), and the target set is discharged from each reaction discharge tube into the respective conversion manifold position.
iv) The discharge tube and diverting manifold are synchronously rotated one step clockwise and are repositioned so that they are both indexed into one receiving tube away from their original position in i).
v) The process ii) hops back and the process is repeated until all target sets have been discharged into the receiving tube. At the end, the target set can be extruded from each of the respective tubes into the reaction tube (popping out to maintain the top-to-top orientation of the target set) or collected on the necklace, It can then be reacted on the necklace or transferred from the necklace into the reaction vessel. In the case of transfer from a release tube to a microplate or other receiving tube, after each ii) with one subject per well or tube (such as the end of synthesis when it is desired to release one compound per well) The receiving plate (consisting of x rows of tubes in the x linear direction) can be indexed one tube at a time over the y direction, or another set of empty tubes can be placed under the connecting transport tube Can do.
[0062]
Distribution of support into 96 well plate:
Instead of twelve receiving tubes, a 96 well plate is placed under the conversion manifold for the final distribution of lanthanum into the wells after synthesis is complete. This distribution from the column of the target set in the tube to the single target set in each well of the microplate, often in a circular or other two-dimensional arrangement, for any number of configurations of reaction vessels It will be common and will be facilitated by different configurations for multiple (conversion manifolds) in the sorter used.
[0063]
Chemistry:
Lanthanation acylation with a linker:
A 50 mL syringe is loaded with 50 lanthanum, which is neutralized with 50% piperidine in DMF and washed 5 times with DMF. Fmoc-4-methoxy-4- (γ-carboxypropyloxy) benzhydrylamine (5 mmol, 2.69 g) and HOBt. H 2 O (5 mmol, 0.765 g) is dissolved in 15 mL of NMP and DIC (5 mmol, 0.782 mL) is added. This solution is added to the syringe holding the lanthanum and kept on the tumbler overnight (16 h). The lanthanum is washed 5 times with DMF, THF and DCM and dried by a stream of nitrogen. To quantify the amount of linker available on each lanthanum (linker substitution degree), 0.5 mL of 50% piperidine / DMF solution is added to one lanthanum in a 2.5 mL syringe and kept on the tumbler for 10 minutes. The lanthanum is washed 5 times with DMF, and the entire wash is collected, diluted and the absorbance for DMF at 302 nm is measured. Fmoc release indicates a linker substitution degree of 37 μmol / lanthanum.
[0064]
Nitroaniline: Step 1
A 20 mL syringe is charged with 10 lanthanum (acylated with a linker as described above) and a 50% piperidine / DMF solution is added. After 10 minutes, the lanthanum is washed 5 times with DMF and 3 times with dry DMSO, and 5 mL of a solution of 1-M o-fluoronitrobenzene and DIEA (0.17 mL) in DMSO is added to the syringe. The syringe is left to shake at 75 ° C. overnight (16 h) in an incubator. The lanthanum is washed 5 times with DMSO, DMF, DCM and dried with nitrogen. One ring is cut from the lanthanum and the product is cleaved with TFA for 1 hour and analyzed on an analytical gradient HPLC at 280 nm.
[0065]
o-Phenylenediamine: Step 2
A 20 mL syringe containing 10 lanthanum from step 1 is charged with 5 mL of a 2M solution of tin (II) chloride dihydrate in MMP and bubbled with argon for 15 minutes. The syringe is left on the tumbler overnight, washed 3 times with NMP, DMF, DMF / water, DMF, THF, DCM and dried with nitrogen. One ring is cut from lanthanum, the product is cleaved with TFA for 1 hour and analyzed by analytical gradient HPLC at 220 nm.
[0066]
Thiourea: Step 3
A 20 mL syringe containing 10 lanthanum from step 2 is charged with 5 mL of 1M isothiocyanate solution in NMP. The syringe is left on the tumbler overnight, washed 3 times with DMF, THF, DCM and dried with nitrogen. One ring from the lanthanum is cut, the product is cleaved with TFA for 1 hour, and analyzed by analytical gradient HPLC at 280 nm.
[0067]
Benzimidazole: Step 4
Charge a 20 mL syringe containing 10 lanterns from step 3 with 5 mL of 1M DIC solution in DMF. The syringe is left on the tumbler overnight, washed 3 times with DMF, THF, DCM and dried with nitrogen. One ring is cut from the lanthanum and the product is cleaved with TFA for 1 hour and analyzed by analytical gradient HPLC at 280 nm.
[0068]
Urea: Step 5
A 20 mL syringe containing 10 lanthanum from step 4 is charged with 5 mL of 1M isocyanate solution in DMF. The syringe is left on the tumbler overnight, washed 3 times with DMF, THF, DCM and dried with nitrogen. One ring is cut from the lanthanum and the product is cleaved with TFA for 1 hour and analyzed by analytical gradient HPLC at 280 nm.
[0069]
Virtual tube set:
As depicted in FIG. 13, multiple short tubes can be used instead of a single long tube. Each set of short tubes forms a virtual tube after aligning the head to tail as shown to the left of the vertical line. The right side of the vertical line contains each 3 object set and includes each object set on the right side of the first two steps of the synthesis of the 3 × 3 × 3 library using the short tubes that make up the virtual tube set. This is a comparison to a single long tube. The building blocks are shown as BB1, BB2, BB3 for the first reaction and as BB4, BB5, BB6 for the second reaction. Object sets are numbered so that the location within their tubes and between selections can be tracked. Initially focusing on virtual short tube synthesis, three tubes are each reacted with their own building blocks. As each 3 tube set is ordered head-to-tail, 9 subjects can be seen by comparing the number for the BB1 short tube with the long tube corresponding to the right BB1 (see dotted arrow) Represents a “virtual tube” that contains a set. Next, one tube of each reaction set BB in the tube reaction is combined with each one of the other reaction set tubes (as shown) three times in preparation for generating a three tube discharge tube set. The three tube selection is performed. The “virtual tube” head-to-tail layout dictates how these tubes are recombined before selection. Three individual selections were performed on these different sets of tubes as indicated, and the resulting receiving tube was the first versus tail “virtual tube” for reaction with the next three building blocks (BB4, BB5, BB6). Will be joined again. On the right is shown the use of 3 long tubes for the same synthesis step with a single 3 tube selection. Comparison of the head-to-tail “virtual tube” in each reaction BB4, BB5, BB6 with the long tube in the BB4, BB5, BB6 reaction (dotted arrow) shows the same configuration and order, and the tube length is convenient length Prove the use of the “virtual tube” concept with the sorter as a means to keep it (e.g., divide the 200 target set tube into four 50 target set tubes).
[0070]
All applications, patents and publications cited herein, and the corresponding US provisional application No. 1 entitled “Methods and apparatus for directed selection in combinatorial synthesis”. The entire disclosure of 60 / 307,186 is incorporated herein by reference.
[0071]
The above examples can be repeated with similar success by substituting the generally or specifically described reactants and / or reaction conditions of the present invention with those used in the above examples.
[0072]
From the foregoing description, those skilled in the art can readily ascertain the essential characteristics of the present invention, and various modifications and alterations of the present invention can be made to adapt to various uses and conditions without departing from the spirit and scope thereof. Can be made.
[Brief description of the drawings]
[0073]
FIG. 1a shows a reaction vessel, a dispensing vessel and a receiving vessel and a Teflon tube as a receiving vessel.
FIG. 1b shows a Teflon tube as a reaction vessel, a dispensing vessel and a receiving vessel.
FIG. 2 shows a selection algorithm, where each string represents a different reaction vessel, each letter represents the addition of a building block, and the numbers on each target set correspond to the order of the target set before each remix.
2a further illustrates the algorithm of FIG. 2, where each necklace represents a different reaction vessel and each letter represents the addition of a building block. The relationship of building blocks after each remixing and after each building block is added is shown.
FIG. 3a depicts details of a dispenser that can be used to transfer a set of objects, such as a lantern, one by one from a discharge tube to a selected receiving tube.
FIG. 3b depicts an arrangement using multiple dispensers in a conventional diversion manifold to distribute a set of objects one by one from a set of discharge tubes to a set of receiving tubes using a two-dimensional rotational arrangement.
FIG. 3c depicts an arrangement using multiple dispensers in a conventional diverter manifold to distribute a set of objects one by one from a set of discharge tubes to a set of receiving tubes using a two-dimensional planar arrangement.
FIG. 3d depicts an arrangement using multiple dispensers in a conventional diverter manifold to distribute a set of objects one by one from a set of discharge tubes to a set of receiving tubes using a linear arrangement.
FIG. 4 illustrates a 12-channel reshuffler.
FIG. 5 illustrates the untracked synthesis of benzimidazole.
FIG. 6 is an analytical gradient HPLC profile of crude benzimidazole.
FIG. 7 depicts a linear arrangement of discharge tube, diverting manifold, and receiving tube that is used to easily select a target set between synthesis steps.
7b is a detail of the apparatus shown in FIG.
FIG. 8 is a three-dimensional array in which each reaction vessel is separated from the nearest adjacent reaction vessel by a valve.
FIG. 9 is a diagram of a 3 building block × 4 building block library.
FIG. 10 is a diagram of a 4 building block × 3 building block library.
FIG. 11 depicts a three step process using three building blocks at each step. Each string is a separate reaction vessel with its own 9 support.
12 depicts the three step process of FIG. The building block relationship is shown.
FIG. 13 depicts the use of multiple short tubes to form a virtual tube instead of a single long tube.

Claims (57)

構築ブロック分子の逐次的付加による組合わせ化合物合成のために対象セットをグループに選択する方法であって、
a)個々の対象セットが一定の第1の順序にある対象セットの第1のグループから対象セットの第2のグループへ再分布するステップであって、ここにおいて対象セットが異なる第2の順序に再分布され、その結果再分布後、対象セットの第2の順序のグループ内で隣接している、対象セットの第1の順序のグループから隣接する対象セットが存在しなくなるステップ;
b)前記再分布後、対象セットの各グループへ化学的構築ブロックを加えるステップ;および
c)各所望の構築ブロックを加えるためにステップa)およびb)を繰返すステップ;
を含んでいる方法。
A method of selecting a target set into a group for combinatorial compound synthesis by sequential addition of building block molecules comprising:
a) redistributing individual object sets from a first group of object sets in a fixed first order to a second group of object sets, wherein the object sets are in a different second order; Redistributed, so that after redistribution, there are no adjacent target sets from the first ordered group of target sets that are adjacent in the second ordered group of target sets;
b) after said redistribution, adding a chemical building block to each group of subject sets; and c) repeating steps a) and b) to add each desired building block;
Including methods.
対象セットは取扱いの間それらの順序を維持するため少なくとも一つのホルダー内に収容されている請求項1の方法。The method of claim 1, wherein the object sets are contained in at least one holder to maintain their order during handling. ホルダーの数はそのステップのための構築ブロック反応の数に等しい請求項2の方法。The method of claim 2 wherein the number of holders is equal to the number of building block reactions for that step. ホルダーは1つのセットが各構築ブロック反応のために線形セットに集団化され、そのため線形セットがバーチャルホルダーを形成している請求項2の方法。The method of claim 2, wherein the holders are grouped into a linear set for each building block reaction, such that the linear set forms a virtual holder. 対象セットはネックレースに挿入されている請求項2の方法。The method of claim 2, wherein the object set is inserted into a necklace. 対象セットはネックレースを用いて除去される請求項2の方法。3. The method of claim 2, wherein the target set is removed using a necklace. 対象セットは取扱い中それらの順序を維持するためネックレース上に含まれている請求項1の方法。The method of claim 1, wherein the object sets are included on the necklace to maintain their order during handling. ホルダーは両端において開いている請求項2の方法。The method of claim 2 wherein the holder is open at both ends. ホルダーは対象セットを保持するために圧迫することができる請求項8の方法。9. The method of claim 8, wherein the holder can be squeezed to hold the object set. 対象セットはホルダーの一端を通って挿入することができる請求項8の方法。9. The method of claim 8, wherein the object set can be inserted through one end of the holder. 対象セットはホルダーの一端から除去することができる請求項8の方法。9. The method of claim 8, wherein the object set can be removed from one end of the holder. ホルダーは一端において開いている請求項2の方法。The method of claim 2 wherein the holder is open at one end. 再分布の同じ順序が合成の各ステップにおいて繰返される請求項1の方法。The method of claim 1, wherein the same order of redistribution is repeated at each step of the synthesis. 再分布の同じ順序が合成の一つのステップを除くすべてにおいて繰返される請求項1の方法。The method of claim 1, wherein the same order of redistribution is repeated in all but one step of the synthesis. 最後の合成反応のステップのための再分布の順序が異なっている請求項14の方法。15. The method of claim 14, wherein the redistribution order for the last synthesis reaction step is different. 2番目の反応ステップ前の分布の順序が異なっている請求項14の方法。15. The method of claim 14, wherein the distribution order prior to the second reaction step is different. 各ステップにおける対象セットの数は合成される化合物の総数に等しい請求項1の方法。The method of claim 1, wherein the number of subject sets in each step is equal to the total number of compounds synthesized. 各対象セットを個々に位置決定することができ、そして構築ブロック付加の履歴がどんな時点でも同定可能である請求項1の方法。The method of claim 1, wherein each set of objects can be located individually, and the history of building block additions can be identified at any point in time. 各対象セットが単数より多い請求項1の方法。The method of claim 1, wherein each set of objects is greater than one. 与えられた時点における一つの対象セットのすべてのメンバーが合成全体を通じて同じ化学的構築ブロックと反応させられる請求項4の方法。The method of claim 4, wherein all members of a set of subjects at a given time are reacted with the same chemical building block throughout the synthesis. 一つの対象セットは1または1以上の反応容器または固相支持体を含んでいる請求項1の方法。The method of claim 1, wherein one subject set comprises one or more reaction vessels or solid supports. 対象セット自体がグループ間を物理的に動く請求項1の方法。The method of claim 1, wherein the object set itself moves physically between groups. 対象セットはどのグループへ向ってもそれ自身実際動かされることなく再分布され、その以前のおよび計画した化学的構築ブロック付加を反映し、そしてめいめいの対象セットへの前記試薬のアクセシビリティの組合わせはいつでも対象セットの位置によって規定および記述され、そして対象セットの分布は式Nx=NtotBBx対象セットに従い、ここで
Ntot=合成される化合物の総数
Nx=x番目の組合わせステップにおける反応容器中の対象セットの総数
BBx=x番目の反応ステップにおける構築ブロックの総数
である請求項1の方法。
The target set is redistributed to any group without actually moving itself, reflecting its previous and planned chemical building block additions, and the combination of accessibility of the reagents to each target set is Always defined and described by the position of the target set, and the distribution of the target set follows the formula Nx = NtotBBx target set, where Ntot = total number of compounds synthesized Nx = target set in the reaction vessel in the xth combination step The method of claim 1, wherein BBx = total number of building blocks in the xth reaction step.
対象セットの再分布の順序は、どのグループ内でも各構築ブロックの各対象セットへのアクセスがその以前のそして計画した化学的構築ブロック付加を反映する態様で前記グループ内の各対象セットへアクセスを変えることによって実行され、そして各対象セットへの前記試薬のアクセシビリティの組合わせはどの時でも対象セットの位置によって規定され、記述される請求項23の方法。The order of redistribution of target sets allows access to each target set in the group in such a way that access to each target set in each building block reflects its previous and planned chemical building block additions in any group. 24. The method of claim 23, wherein the combination of accessibility of the reagents to each target set is defined and described by the location of the target set at any time. 化合物の固相組合わせ合成を実行するための有向選択装置であって:
a)第1の順序のパターンに組織化された1または1以上の対象セットを保持するための1または1以上の第1の反応容器と、
b)前記反応容器の各自から対象セットの有向再分布のための1または1以上の隔離および移送チャンバーと、
c)前記隔離および移送チャンバーから再分布された対象セットを受領するため1または1以上の後続反応容器を含み、
ここでめいめい後続移送における対象セットの再分布パターンは同一であり、かつ1つの反応容器内の各対象セットの位置がその以前の合成履歴をコードし、そして対象セットは各反応容器からの1つの対象セットを後続の反応容器中へ、後続の各反応容器がNx対象セットを含むまで移送される繰返しプロセスを使用して移送され、ここで
Nx=Ntot/BBx対象セットであり、
Ntot=x番目の反応ステップにおける対象セットの数
BBx=x番目の反応ステップにおける構築ブロックの数
である有向選択装置。
A directed selection device for performing solid phase combinatorial synthesis of compounds comprising:
a) one or more first reaction vessels for holding one or more target sets organized in a first order pattern;
b) one or more isolation and transfer chambers for directed redistribution of the target set from each of the reaction vessels;
c) including one or more subsequent reaction vessels for receiving a redistributed subject set from said isolation and transfer chamber;
Here, the redistribution pattern of the target set in each subsequent transfer is the same, and the position of each target set in one reaction vessel encodes its previous synthesis history, and the target set is one from each reaction vessel. The target set is transferred into a subsequent reaction vessel using an iterative process in which each subsequent reaction vessel includes an Nx target set, where Nx = Ntot / BBx target set;
Ntot = Number of target sets in the xth reaction step BBx = Directed selection device that is the number of building blocks in the xth reaction step.
単一の対象セットは個々の対象もしくはその多数であり、そして各対象セットの各自はすべての再分布および構築ブロック付加を通じて隣接を維持している請求項25の有向選択装置。26. The directed selection device of claim 25, wherein the single object set is an individual object or a number thereof, and each object set maintains adjacency through all redistribution and building block additions. 単一の対象セットのすべてのメンバーは合成を通じて同じ化学的構築ブロックと反応させられる請求項25の有向選択装置。26. The directed selection device of claim 25, wherein all members of a single subject set are reacted with the same chemical building block throughout synthesis. 単一の対象セットは1または1以上の反応容器または固相支持体である請求項25の有向選択装置。26. The directed selection device of claim 25, wherein the single target set is one or more reaction vessels or solid supports. 化合物の組合わせ固相合成を実行するための請求項25の装置であって:
a)一次元線形アレイに組織化された1または1以上の対象セットを保持するための1または1以上の反応容器の内で反応を実施し、
b)前記反応容器の各自から対象セットを有向再分布のための隔離および移送チャンバーへ放出し、
c)対象セットを隔離および移送チャンバーから受領するための1または1以上の後続反応容器へ放出し、そして
d)各再分布の後、対象セットの第2のグループ内に隣接し続ける対象セットの第1のグループから隣接する対象セットが存在しないように、付加される各自の構築ブロックのためにステッフa),b),c)を繰返すことを含む有向選択装置。
26. The apparatus of claim 25 for performing a combined solid phase synthesis of compounds comprising:
a) performing the reaction in one or more reaction vessels for holding one or more sets of objects organized in a one-dimensional linear array;
b) discharging the target set from each of the reaction vessels into an isolation and transfer chamber for directed redistribution;
c) discharging the target set into one or more subsequent reaction vessels for receipt from the isolation and transfer chamber, and d) after each redistribution of the target set that remains adjacent in the second group of target sets. A directed selection device comprising repeating steps a), b), c) for each building block added so that there are no adjacent target sets from the first group.
単一の対象セットは個々の対象もしくはその多数であり、そして対象セットの各自はすべての再分布および構築ブロック付加を通じて隣接を維持している請求項29の有向選択装置。30. The directed selection device of claim 29, wherein the single object set is an individual object or a number thereof and each of the object sets maintains adjacency through all redistribution and building block additions. 単一の対象セットのすべてのメンバーは合成を通じて同じ化学的構築ブロックと反応させられる請求項29の有向選択装置。30. The directed selection device of claim 29, wherein all members of a single subject set are reacted with the same chemical building block throughout synthesis. 単一の対象セットは1または1以上の反応容器または固相支持体である請求項29の有向選択装置。30. The directed selection device of claim 29, wherein the single target set is one or more reaction vessels or solid supports. 各対象セットは放出ホルダーから受領ホルダーへ隔離および移送チャンバーによって個々に選択される請求項2の方法。The method of claim 2, wherein each target set is individually selected by an isolation and transfer chamber from the discharge holder to the receiving holder. 放出ホルダーおよび受領ホルダーは対象セットが分布器具なしではその間を通過できないように片寄っている請求項33の方法。34. The method of claim 33, wherein the discharge holder and receiving holder are offset so that the object set cannot pass between them without a distribution device. 化合物の組合わせ固相合成を実行するための有向選択装置であって:
a)各自ホルダー内に収容されており、第1の順序のパターンに組織化された1または1以上の対象セットを保持するための1または1以上の第1の反応容器と、
b)前記反応容器の各自から対象セットの有向再分布のための1または1以上の隔離および移送チャンバーと、
c)前記隔離および移送チャンバーから再分布された対象セットを受領するための1または1以上の後続反応容器とを含み、
d)付加される各構築ブロックのためにステップa),b),c)を繰返すことを含み、
ここでめいめいの後続移送における対象セットの再分布パターンは同一であり、かつ1つの反応容器内の各対象セットの位置がその以前の合成履歴をコードし、そして対象セットは各反応容器から1つの対象セットを後続の反応容器中へ、後続の各反応容器がNx対象セットを含むまで移送する繰返しプロセスを使用して移送され、ここで
Nx=Ntot/BBx対象セットであり、
Ntot=x番目の反応ステップにおける対象セットの数
BBx=x番目の反応ステップにおける構築ブロックの数
である有向選択装置。
A directed selection device for performing combined solid-phase synthesis of compounds comprising:
a) one or more first reaction vessels for holding one or more target sets contained in their respective holders and organized in a first order pattern;
b) one or more isolation and transfer chambers for directed redistribution of the target set from each of the reaction vessels;
c) one or more subsequent reaction vessels for receiving a set of redistributed objects from said isolation and transfer chamber;
d) repeating steps a), b), c) for each building block to be added,
Here, the redistribution pattern of the target set in each subsequent transfer is the same, and the position of each target set in one reaction vessel encodes its previous synthesis history, and the target set is one from each reaction vessel. The target set is transferred into subsequent reaction vessels using an iterative process to transfer each subsequent reaction vessel until it contains an Nx target set, where Nx = Ntot / BBx target set;
Ntot = Number of target sets in the xth reaction step BBx = Directed selection device that is the number of building blocks in the xth reaction step.
放出ホルダーおよび受領ホルダーは、対象セットが分布装置なしではそれらの間を通過できないように片寄っている請求項35の装置。36. The apparatus of claim 35, wherein the discharge holder and receiving holder are offset so that the object set cannot pass between them without the distribution device. 隔離および移送チャンバーは一時に放出ホルダーから単一の対象セットを収容し、放出ホルダー位置から受領ホルダー位置へ動かし、そしてその対象セットを受領ホルダーへ放出する請求項35の装置。36. The apparatus of claim 35, wherein the isolation and transfer chamber receives a single object set from the discharge holder at a time, moves from the discharge holder position to the receiving holder position, and discharges the object set to the receiving holder. 複数の放出ホルダーおよび受領ホルダーが使用される請求項33の方法。34. The method of claim 33, wherein a plurality of discharge holders and receiving holders are used. 複数の放出容器から複数の受領容器へ対象セットを移送するために複数の隔離および移送チャンバーが使用される請求項33の方法。34. The method of claim 33, wherein a plurality of isolation and transfer chambers are used to transfer a set of objects from a plurality of discharge containers to a plurality of receiving containers. 放出容器の各自は1以上の対象セットを収容する請求項1の方法。The method of claim 1, wherein each of the discharge containers accommodates one or more target sets. 受領容器の各自は1以上の対象セットを収容する請求項1の方法。The method of claim 1, wherein each receiving container contains one or more target sets. 受領容器の各自は単一の対象セットを収容する請求項1の方法。The method of claim 1, wherein each of the receiving containers contains a single set of objects. 各対象セットはネックレースから1つの受領ホルダー中へ個々に選択される請求項2の方法。The method of claim 2, wherein each object set is individually selected from a necklace into one receiving holder. 少なくとも1(または2およびすべて)の移送における対象再分布パターンは同一であり、かつ1つの反応容器中の各対象セットの位置がその以前の化学的履歴をコードし、そして対象セットは次の反応容器の各自がNx対象セットを含むまで各反応容器から次の反応容器中へ一時に一つづつ移送され、ここで
Nx=Ntot/BBx対象セットであり、
Ntot=合成すべき化合物の総数
Nx=x番目の組合わせステップにおける反応容器中の対象セットの数
BBx=x番目の反応ステップにおける構築ブロックの数
である請求項1の方法。
The target redistribution pattern in at least one (or two and all) transfers is the same, and the position of each target set in one reaction vessel encodes its previous chemical history, and the target set is the next reaction Each container is transported one at a time into the next reaction container until it contains the Nx target set, where Nx = Ntot / BBx target set,
2. The method of claim 1, wherein Ntot = total number of compounds to be synthesized Nx = number of target sets in the reaction vessel in the xth combination step BBx = number of building blocks in the xth reaction step.
各自の再分布後、受領容器中の対象の第2のグループへ隣接し続ける放出容器中の対象セットの第1のグループから隣接する対象セットが存在しない請求項44の方法。45. The method of claim 44, wherein after each redistribution, there are no adjacent object sets from the first group of object sets in the release container that continue to be adjacent to the second group of objects in the receiving container. 複数の反応容器はマイクロプレートの形にある請求項1の方法。The method of claim 1, wherein the plurality of reaction vessels are in the form of microplates. 反応容器はシリンジ、テフロンチューブ、閉鎖端チューブ、または開放端チューブである請求項1の方法。The method of claim 1, wherein the reaction vessel is a syringe, a Teflon tube, a closed end tube, or an open end tube. 対象セットは、各対象セットの穴がホルダー内のすべての対象セットを通る中空通路を形成するように整列している態様で順序づけされる請求項1の方法。The method of claim 1, wherein the object sets are ordered in a manner that the holes in each object set are aligned to form a hollow passage through all object sets in the holder. ホルダー内のすべての対象セットを通ってそしてそれらを廻って溶液が流れる請求項2の方法。The method of claim 2 wherein the solution flows through and around all object sets in the holder. 移送される対象セットは対象セットのスタックの端からである請求項1の方法。The method of claim 1, wherein the object set to be transferred is from the end of the stack of object sets. 対象セットは分配チューブを通って移送装置へ動く請求項1の方法。The method of claim 1, wherein the object set moves through the dispensing tube to the transfer device. 対象セットのカラムのトップ上の正圧またはおもりが積極的運動を確実にする請求項39の方法。40. The method of claim 39, wherein a positive pressure or weight on the top of the column of the subject set ensures active movement. 複数の正圧装置が複数の分配チューブへ接続される請求項42の方法。43. The method of claim 42, wherein a plurality of positive pressure devices are connected to a plurality of distribution tubes. 対象セットを位置換え装置中へ動かすため負圧が使用される請求項41の方法。42. The method of claim 41, wherein negative pressure is used to move the object set into the repositioning device. 対象セットは移送装置から受領チューブ中へ動く請求項1の方法。The method of claim 1, wherein the object set moves from the transfer device into the receiving tube. 対象セットを位置換え装置から受領チューブ内へ動かすため正圧が使用される請求項44の方法。45. The method of claim 44, wherein positive pressure is used to move the object set from the repositioning device into the receiving tube. 対応セットを位置換え装置から受領チューブ中へ動かすために受領チューブへ適用された負圧が使用される請求項44の方法。45. The method of claim 44, wherein a negative pressure applied to the receiving tube is used to move the correspondence set from the repositioning device into the receiving tube.
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