Study of the structure-retention relationships in chiral separations applying potential pharmacons as model compounds  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
108847
Type K
Principal investigator Ilisz, István
Title in Hungarian A szerkezet-retenció összefüggéseinek tanulmányozása királis elválasztások esetén, lehetséges farmakonok, mint modellvegyületek alkalmazásával
Title in English Study of the structure-retention relationships in chiral separations applying potential pharmacons as model compounds
Keywords in Hungarian királis elválasztás, nagyhatékonyságú folyadékkromatográfia, kapilláris elektroforézis,
Keywords in English chiral separations, high-performance liquid chromatography, capillary electrophoresis
Discipline
Analytical Chemistry (Council of Physical Sciences)90 %
Ortelius classification: Instrumental analysis
Experimental pharmacology, drug discovery and design (Council of Medical and Biological Sciences)10 %
Ortelius classification: Pharmacological sciences
Panel Chemistry 1
Department or equivalent Institute of Pharmaceutical Analytics (University of Szeged)
Participants Péter, Antal
Starting date 2014-01-01
Closing date 2017-12-31
Funding (in million HUF) 13.786
FTE (full time equivalent) 4.00
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A tervezett kutatásokban alapvető célunk nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiás és kapilláris elektroforetikus módszerek fejlesztése gyógyszeripari, biológiai és kémiai jelentőséggel rendelkező racém vegyületek (pl. nemtermészetes aminosavak, naftolszármazékok) enantiomerjeinek analízisére. Szisztematikus vizsgálatok elvégzésén keresztül összefüggést tárunk fel a sztereoizomerek retenciós viselkedése és a molekuláris paraméterek között.
A folyadékkromatográfián és a kapilláris elektroforézisen alapuló analízisekkel vizsgálni kívánjuk az együttműködő partnereink által fejlesztett királis állófázisok, ill. mozgófázis adalékok alkalmazási lehetőségeit. Eredményeinkre alapozva lehetőség nyílik új, hatékony királis állófázisok kifejlesztésére.
Alapkutatásnak megfelelően a projekt során kapott eredményeink jelentősen hozzájárulhatnak a királis elválasztástechnika területének fejlődéséhez.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Az ún. „Contergan” botrány óta igen jelentős erőfeszítés folyik –főleg a gyógyszeriparban– az egyes izomerek „királisan tiszta” formában való kinyerésére, hiszen az enantiomerek biológiai hatása nagymértékben különbözhet egymástól. Ahhoz, hogy ennek az évről-évre fokozódó elvárásnak az analitikai kémia megfelelhessen újabb és újabb királis elválasztástechnikai módszer, királis állófázis, ill. állófázis adalék kifejlesztése szükséges.
A projekt során az egyik legfontosabb megoldandó probléma az együttműködő partnerek által előállított racemátok megfelelő hatékonysággal történő elválasztása.
Alapkutatási szinten fel kívánjuk térképezni a molekuláris paraméterek és a királis kölcsönhatások közötti összefüggéseket.
A retenciós mechanizmus mélyebb megértése révén hatékonyabb királis állófázisok, ill. mozgófázis adalékok kifejlesztéséhez járulunk hozzá.
Kísérleteink során kiindulási hipotézisül meglevő (immáron kétévtizedes) tapasztalataink szolgálnak, melyeket a királis elválasztás területén szereztünk.
Eredményeink választ adnak a királis állófázisok és mozgófázis adalékok fejlesztésének mikéntjére, a királis vegyületek szintézisének hatékonyabbá tételének hogyanjára.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A megfogalmazott feladatok megvalósulásának valószínűsége igen magas, hiszen az adekvát eszközpark rendelkezésünkre áll, partnereink a pályázat beadásakor a vizsgálandó modellvegyületek egy részét előállították, ill. a futamidő alatt folyamatosan szintetizálják és rendelkezésünkre bocsátják azokat.
Hozzájárulásunk ezen a tudományterületen főleg a retenció-szerkezet adatokból és az elválasztások hőmérsékletfüggéséből származik, a kísérleti adatok alapján számított termodinamikai adatok felhasználásával. Jelenleg nem tisztázott még az egyre nagyobb jelentőséggel bíró ß-aminosav enantiomerek elválasztásának mechanizmusa. Bármely előrelépés ezen a területen jelentősen hozzájárul a hatékony állófázisok tervezéséhez. Ezen kívül megpróbálunk összefüggéseket keresni a sztereoizomerek retenciós viselkedése és a szubsztituenseket jellemző molekuláris paraméterek között. Királis vegyületekre alig történtek eddig ilyen jellegű vizsgálatok. Eredményeink különféle gyógyszerkémiai és biológiai jelentőséggel rendelkező vegyületek társadalmi hasznosításának tudományos alapját teremtik meg.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A természetben a legtöbb vegyületnek különböző megjelenési formái léteznek, vannak közülük olyanak, amelyek ugyanazzal az alapszerkezettel rendelkeznek, csak az atomok, atomcsoportok térbeli elhelyezkedése különböző. Az ilyen vegyületeket sztereoizomereknek nevezzük, melyek egy speciális csoportjánál az egyes izomerek tárgy-tükörképi viszonyban állnak egymással. Az ilyen típusú vegyületeket királis vegyületeknek, képviselőiket enantiomereknek nevezzük. Habár az enantiomerek megegyező fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek, valamely élőszervezetbe bejutva eltérőképpen viselkedhetnek a kialakuló sztereoszelektív kölcsönhatások miatt. Az élő szervezetekben a királis molekulák kiemelkedő jelentőséggel bírnak. A fehérjék, a fehérjéket alkotó aminosavak, a cukrok, az enzimek mind királis vegyületek. Nem véletlen tehát, hogy a gyógyszeripar a megfelelő hatással rendelkező biológiailag aktív anyagok kutatása területén megkülönböztetett figyelmet szentel a királis vegyületeknek. Az enantiomerek különböző viselkedésének feltérképezése a gyógyszermolekulák esetében óriási jelentőségű, hiszen amíg az enantiomer molekula párok egyik tagja pozitív hatást fejt ki az emberi szervezetben, addig a másik hatástalan, rosszabb esetben akár negatív hatással is rendelkezhet. Ezért bír igazán nagy fontossággal az enantiomerek elválasztása. Munkánk során olyan új speciális módszereket dolgozunk ki, melyek alkalmasak az enantiomerek elválasztására. Eredményeinket hasznosítva lehetőség nyílik gyógyszerkémiai és biológiai jelentőséggel rendelkező vegyületek élő szervezetekben kifejtett hatásának tanulmányozására, illetve célzott hatású, készítmények kifejlesztésére.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The main objective of this project is to develop new separation methods for the resolution and identification of chiral analytes possessing pharmaceutical, biological or chemical importance (e.g. unnatural amino acids, naphthol analogs). Through systematic investigations exploring the connection between retention behavior and molecular parameters will be possible.
Based on direct high-performance liquid chromatographic (HPLC) and capillary electrophoretic (CE) measurements the study of the application possibilities of chiral stationary phases and mobile phase additives will be carried out. On the basis of our results new and highly efficient chiral stationary phases might be designed.
As a basic research the obtained results will significantly contribute to the evolution of the field of chiral separation techniques.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Since the „Contergan” scandal more and more effort has been focused on obtaining chirally pure isomers in drug development. Based on the FDA’s guidelines today a new chiral drug must be commercialized in a chirally pure form. This is the main reason why the development of new analytical methods able to discriminate chiral impurities became so important.
1. Through the investigation of structure-retention (selectivity) relationship, based on temperature dependence measurements, molecular parameters of analytes and NMR studies, a deeper understanding of retention mechanisms is expected.
2. The deeper knowledge of the separation mechanism contributes to the planning of more effective chiral stationary phases (CSPs) and better synthetic processes.
3. Besides achieving resolution by CE, seeking for correlation between mobility, structure and complex stability as well as stereoselectivity of CD derivatives are aimed.
4. One of the main goals of this project is to develop new HPLC and capillary electrophoretic (CE) separation methods for the resolution and identification of new chiral analytes, mainly amino acids and related compounds. The analytes planned to be investigated are biologically and pharmaceutically important compounds, they are potential substances in drug design.
Our experiences obtained in the field of chiral analysis during the last two decades may serve as initial hypothesis for these experiments.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
The importance of the proposed project comes on one hand from the retention-structure studies and on the other hand from the study of the temperature effect on the separation through calculating thermodynamic parameters. The separation mechanism of highly important ß-amino acids is unclear today. Any information obtained in this field will contribute to the design of more efficient chiral selectors. Besides the above mentioned goals the investigation of the correlations between molecular parameters and retention behavior of the stereoisomers is planned. Studies focusing on this area are rather rare in chiral analyses. Results obtained may serve as a basis for the practical utilization of compounds possessing pharmaceutical or biological importance. As a basic research our results will contribute to the growth and evolution of the knowledge in the field of chiral analysis.
The probability of the realization of the expected results is fairly high, since all the necessary instrumentation and the majority of the model compounds are available or will be synthesized under the duration of the project.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
The physical, biological and chemical properties determined by the symmetry and asymmetry play an especially important role in nature. Many compounds of biological and pharmacological interest are asymmetric, and they exist in different forms, special representatives of them are called chiral. The term chiral in general is used to describe an object that is non-superposable on its mirror image. In chemistry, chirality usually refers to molecules. Two mirror images of a chiral molecule are called enantiomers.
In pharmaceutical industry one of the highest challenges nowadays is the discovery of new, biologically active molecules. Many of the organic materials from which different organisms are built up are chiral, so it is easy to understand that chiral compounds have distinguished role in pharmacological research. It is well established that the pharmacological activity is mostly restricted to one of the enantiomers. In several cases, unwanted side effects or even toxic effects may occur with the inactive enantiomers. The administration of pure, pharmacologically active enantiomers is therefore of great importance. The ideal way to get to pure enantiomers would be by enantioselective synthesis. However, this approach is usually expensive and not often practicable. Usually, the racemates (mixtures of enantiomers) are obtained in a synthesis, must be separated somehow.
Accordingly, a demand has arisen in pharmaceutical and other therapeutic fundamental research for the analytical qualification and quantification of chiral products. One of the main goals of this project is to develop new separation methods for the resolution and identification of chiral analytes.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A királis molekulák és a belőlük felépülő komplex rendszerek az élőszervezetekben fontos élettani szerepet töltenek be. Ezt a szerepet felismerve a gyógyszeripar már évtizedek óta fejleszt olyan királis molekulákat, amelyek valamilyen pozitív élettani hatással rendelkeznek. Bármilyen úton is történik a királis molekula előállítása, a királis tisztaság ellenőrzése elengedhetetlen feladat. A királis felismerés folyamatának mélyebb megismerése szükséges az enantioszelektív elválasztások tervezéséhez, új állófázisok kialakításához. A kutatómunkánk során tanulmányoztuk potenciális farmakonok (pl. ß-aminosavak, N-védett -aminosavak, 1,2,3,4-tetrahidroizokonilin analógok, ß-karbolin analógok) enantioszelektív elválasztására alkalmazható királis állófázisokat. A modellvegyületek kromatográfiás paramétereinek meghatározásán keresztül az eluensösszetétel és a különféle adalékok minősége és mennyisége elválasztásra gyakorolt hatását értelmeztük. Jelentős szerkezeti analógiát mutató vegyületek segítségével tanulmányoztuk a szerkezeti jellemzők változtatásával járó hatásokat, értelmeztük a szerkezet királis felismerésre gyakorolt hatását. Vizsgáltuk a hőmérséklet kromatográfiás paraméterekre gyakorolt hatását, termodinamikai paramétereket meghatározva jellemeztük az elválasztási folyamatokat.
Results in English
Chiral molecules and the complex systems based on them play important roles in living organisms. As a result of the awareness of the importance of stereoselective bioactivity phenomena such as pharmacodynamics and pharmacokinetics, a strong demand has arisen in life and pharmaceutical sciences for chiral molecules possessing various biological activities. Therefore, there is considerable pressure to develop analytical methods for enantiomeric purity control. To be able to design enantioselective separations and develop chiral stationary phases in-depth understanding of the chiral recognition is needed. In this project we focused on the applicability of different chiral stationary phases for the enantioselective separations of various modelcompounds (e.g. ß-amino acids, N-protected -amino acids, 1,2,3,4-tetrahydroisoquinoline analogs, ß-carbolines). The influence of mobile phase composition and nature and concentration of different modifiers on the enantiorecognition was elucidated on the basis of the measured chromatographic parameters. The effects of structural characteristics of the applied analytes on the chiral recognition process were studied and some mechanistic aspects were recognized. The effects of temperature on the chromatographic performance and enantioselectivity were studied and described on the basis of the calculated thermodynamic parameters.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=108847
Decision
Yes





 

List of publications

  
Grecsó N, Ilisz I, Gecse Z, Schönstein L, Fülöp F, Péter A: High-performance liquid chromatographic enantioseparation of amino alcohol analogues possessing 1,2,3,4-tetrahydroisoquinoline skeleton on polysaccharide-based chiral stationary phases, BIOMED CHROMATOGR 29: (5) 788-796, 2015
Ilisz I, Gecse Z, Lajkõ G, Forrõ E, Fülöp F, Lindner W, Péter A: High-Performance Liquid Chromatographic Enantioseparation of Cyclic β-Amino Acids on Zwitterionic Chiral Stationary Phases Based on Cinchona Alkaloids, CHIRALITY 27: (9) 563-570, 2015
Ilisz I, Gecse Z, Lajkó G, Nonn M, Fülöp F, Lindner W, Péter A: Investigation of the structure-selectivity relationships and van't Hoff analysis of chromatographic stereoisomer separations of unusual isoxazoline-fused 2-aminocyclopentanecarboxylic acids on Cinchona alkaloid-based chiral stationary phases, J CHROMATOGR A 1384: 67-75, 2015
Ilisz I, Grecsó N, Forró E, Fülöp F, Armstrong DW, Péter A: High-performance liquid chromatographic separation of paclitaxel intermediate phenylisoserine derivatives on macrocyclic glycopeptide and cyclofructan-based chiral stationary phases, J PHARMACEUT BIOMED ANAL 114: 312-320, 2015
Ilisz I, Grecsó N, Misicka A, Tymecka D, Lázár L, Lindner W, Péter A: Comparison of the separation performances of cinchona alkaloid-based zwitterionic stationary phases in the enantioseparation of β2- And β3-amino acids, MOLECULES 20: (1) 70-87, 2015
Ilisz I, Grecsó N, Papoušek R, Pataj Z, Barták P, Lázár L, Fülöp F, Lindner W, Péter A: High-performance liquid chromatographic separation of unusual β3-amino acid enantiomers in different chromatographic modes on Cinchona alkaloid-based zwitterionic chiral stationary phases, AMINO ACIDS 47: (11) 2279-2291, 2015
Ilisz Istvan, Grecso Nora, Fueloep Ferenc, Lindner Wolfgang, Peter Antal: High-performance liquid chromatographic enantioseparation of cationic 1,2,3,4-tetrahydroisoquinoline analogs on Cinchona alkaloid-based zwitterionic chiral stationary phases, ANAL BIOANAL CHEM 407: (3) 961-972, 2015
Lajko Gyula, Ilisz Istvan, Toth Gabor, Fueloep Ferenc, Lindner Wolfgang, Peter Antal: Application of Cinchona alkaloid-based zwitterionic chiral stationary phases in supercritical fluid chromatography for the enantioseparation of N-alpha-protected proteinogenic amino acids, J CHROMATOGR A 1415: 134-145, 2015
Grecso N, Forro E, Fulop F, Peter A, Ilisz I, Lindner W: Combinatorial effects of the configuration of the cationic and the anionic chiral subunits of four zwitterionic chiral stationary phases leading to reversal of elution order of cyclic beta(3)-amino acid enantiomers as ampholytic model compounds, J CHROMATOGR A 1467: 178-187, 2016
Grecsó N, Kohout M, Carotti A, Sardella R, Natalini B, Fülöp F, Lindner W, Péter A, Ilisz I: Mechanistic considerations of enantiorecognition on novel Cinchona alkaloid-based zwitterionic chiral stationary phases from the aspect of the separation of trans-paroxetine enantiomers as model compounds, J PHARMACEUT BIOMED ANAL 124: 164-173, 2016
Ilisz I, Peter A, Lindner W: State-of-the-art enantioseparations of natural and unnatural amino acids by high-performance liquid chromatography, TRAC-TREND ANAL CHEM 81: 11-22, 2016
Lajkó G, Grecsó N, Megyesi R, Forró E, Fülöp F, Wolrab D, Lindner W, Péter A, Ilisz I: Enantioseparation of ß-carboline derivatives on polysaccharide- and strong cation exchanger-based chiral stationary phases. A comparative study, J CHROMATOGR A 1467: 188-198, 2016
Lajkó G, Grecsó N, Tóth G, Fülöp F, Lindner W, Péter A, Ilisz I: A comparative study of enantioseparations of Nα-Fmoc proteinogenic amino acids on Quinine-based zwitterionic and anion exchanger-type chiral stationary phases under hydro-organic liquid and subcritical fluid chromatographic conditions, MOLECULES 21: (11) , 2016
Lajkó G, Orosz T, Grecsó N, Fekete B, Palkó M, Fülöp F, Lindner W, Péter A, Ilisz I: High-performance liquid chromatographic enantioseparation of cyclic β-aminohydroxamic acids on zwitterionic chiral stationary phases based on Cinchona alkaloids, ANAL CHIM ACTA 921: 84-94, 2016
Lajkó G, Orosz T, Kiss L, Forró Ea, Fülöp F, Péter A, Ilisz I: High-performance liquid chromatographic enantioseparation of fluorinated cyclic β3-amino acid derivatives on polysaccharide-based chiral stationary phases. Comparison with nonfluorinated counterparts, BIOMED CHROMATOGR 30: 1441-1448, 2016
Péter A, Grecsó N, Tóth G, Fülöp F, Lindner W, Ilisz I: Ultra-trace Analysis of Enantiomeric Impurities in Proteinogenic N-Fmoc-Amino-acid Samples on Cinchona Alkaloid-based Chiral Stationary Phases, ISR J CHEM 56: (11-12) 1042-1051, 2016
Lajkó G, Orosz T, Ugrai I, Szakonyi Z, Fülöp F, Lindner W, Péter A, Ilisz I: Liquid chromatographic enantioseparation of limonene-based carbocyclic β-amino acids on zwitterionic Cinchona alkaloid-based chiral stationary phases, J SEP SCI 40: (16) 3196-3204, 2017
Lajko Gyula, Grecso Nora, Toth Gabor, Fueloep Ferenc, Lindner Wolfgang, Ilisz Istvan, Peter Antal: Liquid and subcritical fluid chromatographic enantioseparation of Nα-Fmoc proteinogenic amino acids on Quinidine-based zwitterionic and anion-exchanger type chiral stationary phases. A comparative study., CHIRALITY 29: (6) 225-238, 2017
Orosz T, Grecsó N, Lajkó G, Szakonyi Z, Fülöp F, Armstrong DW, Ilisz I, Péter A: Liquid chromatographic enantioseparation of carbocyclic β-amino acids possessing limonene skeleton on macrocyclic glycopeptide-based chiral stationary phases, J PHARMACEUT BIOMED ANAL 145: 119-126, 2017
Tímea Orosz, Enikő Forró, Ferenc Fülöp, Wolfgang Lindner, István Ilisz, Antal Péter: Effects of N-methylation and amidination of cyclic ß-amino acids on enantioselectivity and retention characteristics using Cinchona alkaloid- and sulfonic acid-based chiral zwitterionic stationary phases, Journal of Chromatography A: közlésre elfogadva, 2018
Gyula Lajkó1,2, Tímea Orosz, Imre Ugrai, Zsolt Szakonyi, Ferenc Fülöp, Wolfgang Lindner, Antal Péter, István Ilisz: Liquid chromatographic enantioseparation of limonene-based carbocyclic β-amino acids on zwitterionic Cinchona alkaloid-based chiral stationary phases, Journal of Separation Science: közlésre elfogadva, 2018
Aranyi A, Péter A, Ilisz I, Fülöp F, Scriba GKE: Cyclodextrin-mediated enantioseparation of phenylalanine amide derivatives and amino alcohols by capillary electrophoresis-Role of complexation constants and complex mobilities, ELECTROPHORESIS 35: (19) 2848-2854, 2014
Ilisz I, Gecse Z, Pataj Z, Fulop F, Toth G, Lindner W, Peter A: Direct high-performance liquid chromatographic enantioseparation of secondary amino acids on Cinchona alkaloid-based chiral zwitterionic stationary phases. Unusual temperature behavior, J CHROMATOGR A 1363: 169-177, 2014
Ilisz I, Grecsó N, Aranyi A, Suchotin P, Tymecka D, Wilenska B, Misicka A, Fülöp F, Lindner W, Péter A: Enantioseparation of β2-amino acids on cinchona alkaloid-based zwitterionic chiral stationary phases. Structural and temperature effects, J CHROMATOGR A 1334: 44-54, 2014
Ilisz I, Grecsó N, Palkó M, Fülöp F, Lindner W, Péter A: Structural and temperature effects on enantiomer separations of bicyclo[2.2.2]octane-based 3-amino-2-carboxylic acids on cinchona alkaloid-based zwitterionic chiral stationary phases, J PHARMACEUT BIOMED ANAL 98: 130-139, 2014
Ilisz I, Pataj Z, Gecse Z, Szakonyi Z, Fulop F, Lindner W, Peter A: Unusual Temperature-Induced Retention Behavior of Constrained beta-Amino Acid Enantiomers on the Zwitterionic Chiral Stationary Phases ZWIX(+) and ZWIX(-), CHIRALITY 26: (8) 385-393, 2014
Pataj Z, Ilisz I, Gecse Z, Szakonyi Z, Fülöp F, Lindner W, Péter A: Effect of mobile phase composition on the liquid chromatographic enantioseparation of bulky monoterpene-based β-amino acids by applying chiral stationary phases based on Cinchona alkaloid., J SEP SCI 37: (9-10) 1075, 2014
Zoltán Patai, István Ilisz, Nóra Grecsó, Márta Palkó, Ferenc Fülöp, Daniel W Armstrong, Antal Péter: Enantiomeric Separation of Bicyclo[2.2.2]octane-Based 2-Amino-3-Carboxylic Acids on Macrocyclic Glycopeptide Chiral Stationary Phases, CHIRALITY 26: 200-208, 2014




 

Events of the project

  
2019-04-23 09:10:21
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék (Szegedi Tudományegyetem), Új kutatóhely: Gyógyszeranalitikai Intézet (Szegedi Tudományegyetem).



Back »