Determination of Interconversion Barriers of Enantiomers and Epimers by Dynamic Electromigration Techniques and Computer Simulation

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wird die Theorie und Anwendung dynamischer Elektromigrations-methoden zur Bestimmung von Enantiomerisierungs- und Isomerisierungsbarrieren stereolabiler Verbindungen beschrieben. Für die Durchführung temperaturabhäniger Messungen wurde zunächst ein effizientes Temperiersystem für die Trennkapillaren entwickelt, das die Durchführung dynamischer Experimente in einem Temperaturbereich von -25 bis 150°C erlaubt. Unterschiedliche elektrokinetische chromatographische und elektrophoretische Trennmethoden wurden erstmals für dynamische Untersuchungen angewandt, und die erhaltenen Messwerte einer statistischen Fehler Analyse unterzogen und durch Vergleich mit Daten aus unabhängigen Messungen validiert. Mittels DMEKC, DEKC und DCE und anschließender Computersimulation mit ChromWin konnten die Enantiomerisierungsbarrieren der Arzneistoffe Oxazepam, Temazepam, Lorazepam, Chlorthalidon und Thalidomid sowie der Trögerschen Base und eines ihrer benzylierten Derivate und die Isomerisierungsbarrieren der Dipeptide L-Alanyl-L-Prolin, L-Leucyl-L-Prolin und L-Phenylalanyl-L-Prolin untersucht werden. Durch temperaturabhängige Messungen konnten die jeweiligen Aktivierungsparameter bestimmt werden und über teils pH-abhängige Messungen waren Aussagen zum Interkonversionsmechanismus dieser Verbindungen möglich. Die hier vorgestellten Methoden sind für die Arzneimittelforschung von besonderem Interesse, da auf vergleichsweise einfache (ohne vorherige Enantiomeren-/Isomerentrennung) und kostengünstige Art und Weise die Interkonversionsbarrieren chiraler oder isomerer Verbindungen in biogenen Medien untersucht werden können. Die erhaltenen Aktivierungsparameter erlauben Rückschlüsse auf die jeweiligen Interkonversionsmechanismen, und erlauben so Aussagen hinsichtlich der Stabilität strukturverwandter Verbindungen. Diese Daten sind insbesondere für die Leitstrukturoptimierung von großem Interesse.In the present work the theory and application of dynamic electromigration techniques for the determination of enantiomerization and isomerization barriers is described. In order to conduct temperature dependent measurements an efficient thermostating system for the separation capillaries was developed. It allows the execution of experiments in a temperature range of -25°C to 150°C. Different electrokinetic chromatographic and electrophoretic separation methods were applied for the first time for dynamic investigations. The experimental results were evaluated by statistical error analysis and validated by comparison with results obtained by independent methods. By DMEKC, DEKC and DCE followed by computer simulation with ChromWin the enantiomerization barriers of the chiral drugs oxazepam, temazepam, lorazepam, chlorthalidone and thalidomide as well as Trögers base and one of its benzylated derivatives, and the isomerization barrier of the dipeptides L-alanyl-L-proline, L-leucyl-L-proline und L-phenylalanyl-L-proline could be determined. By temperature dependent measurements the respective activation parameters could be obtained and in some cases interconversion mechanisms could be proposed. The here presented methods are of special interest for drug research because interconversion barriers of chiral or isomeric substances can be determined in a comparatively simple (no prior enantiomer/isomer separation) and inexpensive approach. The obtained activation parameters allow to draw conclusions about the respective interconversion mechanism and the stereochemical stability of structurally related compounds. These data is especially interesting of the optimisation of key structures