Kimia medisinal adalah disiplin yang berkaitan dengan desain, sintesis, dan optimasi senyawa aktif biologis. Analisis hubungan struktur-aktivitas (SAR) adalah alat utama untuk memahami bagaimana struktur kimia mempengaruhi aktivitas biologis dan untuk memandu optimasi senyawa utama.

SAR dimulai dengan senyawa utama yang diidentifikasi melalui skrining atau desain rasional. Modifikasi sistematis pada kerangka inti, gugus fungsi, dan stereokimia dilakukan untuk menyelidiki kantong pengikatan dan menetapkan tren SAR. SAR klasik menggunakan penggantian isosterik di mana satu gugus fungsi diganti dengan yang lain dengan ukuran dan distribusi elektron yang serupa. Bioisoster adalah substituen dengan sifat fisikokimia serupa yang menghasilkan efek biologis yang sebanding.

Optimasi senyawa utama mengevaluasi beberapa parameter secara simultan. Potensi diukur dengan nilai IC50 atau Ki dari uji in vitro. Selektivitas terhadap target terkait mengurangi toksisitas di luar target. Efisiensi ligan menormalkan potensi dengan berat molekul. Efisiensi lipofilik menggabungkan potensi dengan lipofilisitas untuk menilai kualitas seperti obat. Sifat ADME termasuk kelarutan, permeabilitas, stabilitas metabolik, dan pengikatan protein plasma dioptimalkan melalui modifikasi struktural.

Proses optimasi berulang melalui siklus desain, sintesis, pengujian, dan analisis. Alat komputasi termasuk penambatan molekuler, pemodelan farmakofor, dan kalkulasi perturbasi energi bebas memandu modifikasi struktural. Sintesis paralel dan desain berbasis struktur mempercepat jadwal optimasi. Tujuannya adalah kandidat pengembangan dengan potensi, selektivitas, farmakokinetik, dan keamanan yang sesuai untuk evaluasi klinis.