Determinació de constants d’acidesa de substàncies d’interès biològic per electroforesi capil·lar

Abstract

Aquesta Tesi es titula Determinació de constants d’acidesa de substàncies d’interès biològic per electroforesi capil·lar. La Dissertació es focalitza llavors en l’estudi de la determinació de la constant d’acidesa de fàrmacs utilitzant aquesta tècnica d’electroseparació, l’electroforesi capil·lar. La constant d’acidesa o pKa és una propietat fisicoquímica útil en el descobriment i desenvolupament de fàrmacs, on el coneixement de l’estat de ionització d’un grup funcional és sovint essencial per a comprendre les propietats farmacocinètiques i farmacodinàmiques de nous fàrmacs potencials. Gràcies a l’ús d’un patró intern (IS), es va desenvolupar una nova metodologia per a la determinació d’aquestes constants per electroforesi capil·lar (CE), el mètode IS-CE. No obstant això, aquest mètode només es va desenvolupar per a substàncies simples monopròtiques. Així doncs, l’objectiu principal d’aquesta Tesi és establir el mètode IS-CE com a mètode d’alt rendiment per a la determinació de constants d’acidesa de compostos bioactius, així com també dissenyar un prototip específic per aquest mètode per tal d’implementar-lo per a l’anàlisi rutinari de fàrmacs potencials en laboratoris d’anàlisis fisicoquímiques. Aquesta fita ha estat perseguida al llarg d’aquesta Dissertació, cobrint durant el seu desenvolupament cada necessitat que presentava el mètode.

Per començar, en aquesta Tesi s’estableix el pKa d’un llistat de patrons interns àcids i bàsics de diferent estructura que cobreixi tot l’interval de pH útil en electroforesi capil·lar i s’amplia l’aplicabilitat del mètode a compostos amb diverses constants d’acidesa. Posteriorment s’optimitzen els paràmetres instrumentals per tal de convertir l’IS-CE en un mètode high throughput IS-CE. Després s’avalua la capacitat del mètode per a la determinació de compostos de baixa solubilitat en aigua i s’amplia per a la determinació de constants d’acidesa de compostos de molt baixa solubilitat utilitzant mescles metanol-aigua. Arribat aquest punt es dissenya una instrumentació específica adaptable al mètode IS-CE, tot simplificant i agilitzant el procés per a la determinació del pKa.

En conjunt, aquest treball d’investigació científica ha permès el desenvolupament consolidat d’un mètode ràpid, robust, precís i acurat per a la determinació de constants d’acidesa de compostos bioactius. Així mateix, també ha permès dissenyar un nou prototip per a la implementació d’aquest mètode a l’anàlisi rutinari de fàrmacs potencials en laboratoris de mesures fisicoquímiques i de drug discovery and development.

The Dissertation is then focused on the study of the acidity constant determination of drugs using this electroseparation technique, capillary electrophoresis. The acidity constant or pKa is a useful physicochemical property in drug discovery and development, where the knowledge of the ionization state of a functional group is often essential to understand the pharmacodynamic and pharmacokinetic properties of new potential drugs. In the past, a new method to determine acidity constants by capillary electrophoresis (CE) was developed by the use of an internal standard (IS), the IS-CE method. However, this method was only developed for simple monoprotic compounds. Thus, the main objective of this Thesis is to establish the IS-CE method as a high throughput method for the determination of acidity constants of bioactive compounds as well as to design a specific prototype for this method in order to implement it for the routine analysis of potential drugs in physicochemical analysis laboratories. This goal has been pursued throughout this Dissertation in order to meet the need during the development of this method. First of all, this Thesis establishes the pKa of a list of acidic and basic internal standards with different structures that covers the entire pH-range useful in capillary electrophoresis, and expands the applicability of this method to compounds with several acidity constants. Afterwards, instrumental parameters and experimental conditions are optimized in order to transform the IS-CE method into a high throughput method. Subsequently, the method is evaluated for sparingly soluble compounds in water and extended for the determination of acidity constants of highly insoluble compounds using methanol-water mixtures. At this point a specific instrumentation is designed and adapted to the IS-CE method, simplifying and accelerating the pKa determination process. Overall, the conducted scientific research has allowed the development of a consolidated fast, robust, precise and accurate method for the determination of acidity constants of bioactive compounds. Likewise, a new prototype has been designed for the implementation of this method to the analysis of potential drugs in routine laboratory of physicochemical measurements and drug discovery and development.