Summary
Здесь мы представляем протокол расширенного синтеза промежуточного трет-бутила (5-толуолсульфонил-5h-пиррол [2,3-b]пиразин-2-ил) карбамата (ACT051-3) упатиниба.
Abstract
Упатиниб, препарат-ингибитор янус-киназы, был разработан биотехнологической компанией для лечения иммунных заболеваний. Соединение трет-бутил (5-толуолсульфонил-5h-пиррол [2,3-b] пиразин-2-ил) карбамат (ACT051-3) является важным промежуточным продуктом упатиниба. На сегодняшний день об устойчивом промышленном производстве этого промежуточного соединения (ACT051-3) не сообщалось. В этом исследовании мы описали конкретный метод синтеза и процесс синтеза соединения ACT051-3 с точки зрения лабораторного синтеза, пилотного масштабирования и промышленного производства. В ходе исследования технологического маршрута для ACT051-3 было внесено множество соответствующих корректировок и улучшений в условия реакции, что в конечном итоге привело к успешной разработке оптимального промышленного производственного процесса для ACT051-3. Время реакции было почти удвоено за счет изменения состояния карбоната калия, участвующего в реакции, что значительно повысило эффективность реакции. Кроме того, за счет введения в реакцию N,N-диизопропилэтиламина (DIPEA) количество дорогостоящего катализатора Pd(OAc)2 было уменьшено в 2,5 раза, что значительно снизило производственные затраты, подтвердило осуществимость этого технологического пути и промышленного производства ACT051-3 и удовлетворило рыночный спрос на этот важный промежуточный продукт.
Introduction
В последние годы упатиниб стал всемирно популярным ингибитором янус-киназы 1 (JAK1) для лечения иммунных расстройств 1,2. Этот препарат продемонстрировал значительные терапевтические эффекты при псориатическом артрите (ПСА)3,4, ревматоидном артрите (РА)5,6,7 и атопическом дерматите (АД)8,9. Кроме того, благодаря своей высокой селективности10, Упатиниб имеет широкий спектр клинических применений. Трет-бутил(5-тозил-5h-пироло [2,3-b] пиразин-2-ил) карбамат (ACT051-3) является важным промежуточным продуктом упатиниба. Его основными структурными компонентами являются пиррольное кольцо и пиразиновое кольцо, которые могут быть использованы при получении новых азотсодержащих ингибиторов трицикликкиназы для лечения иммунных и опухолевых заболеваний11.
Пилотное масштабирование — это масштабирование среднего масштаба (50x-100x) технологического маршрута и условий, определенных лабораторным пилотным исследованием, с последующим технологическим тестированием, промышленным исследованием и оптимизацией для определения наилучших промышленных условий производства и эксплуатации12.
В настоящее время сообщалось о путях лабораторного синтеза этого промежуточного соединения (ACT051-3), но они были выполнены только в небольших масштабах из-за проблем с низким выходом, сложными реакциями и высокими требованиями к оборудованию, которые все еще имеют много возможностей для оптимизации11,13,14,15. Однако в настоящее время не сообщалось о технологическом пути для пилотного масштабирования и промышленного производства промежуточного соединения ACT051-3.
Поэтому в этом исследовании мы исследовали пилотное масштабирование и путь производства соединения ACT051-3 со ссылкой на более известные лабораторные синтетические пути. По сравнению с первоначальным лабораторным путем синтеза было внесено много соответствующих корректировок и улучшений в условия реакции, а также исследованы другие факторы, которые могут повлиять на результаты реакции. Наконец, были определены наиболее подходящие параметры процесса для оптимального маршрута, и мы получили технологический маршрут, который прост в эксплуатации, недорог и экологичен, который подходит для пилотного масштабирования и производства ACT051-3.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Опытно-промышленный синтез соединений АКТ051-2 и АКТ051-3
- Синтез 2-бром-5-тозил-5Н-пирроло[2,3-b]пиразина (ACT051-2)
- В колбе с круглым дном растворяют 50,0 г соединения 2-бром-5Н-пирроло[2,3-b]пиразина (ACT051-1; 0,25 М) в 15 мл N,N-диметилформамида (ДМФ; 3 В).
- Добавить 65,3 г диизопропилэтиламина (DIPEA; 0,51 М) в реакционный раствор под защитой азота (обеспечить газо- и влагобарьер) и охладить температуру до 0-5 °C на водяной бане. Для защиты от азота перекачивают давление реактора до -0,75--0,8 МПа, затем пропускают N2 , чтобы сбалансировать давление при 0,1 МПа.
- Добавьте 60,20 г TsCl, растворенного в 12 мл ДМФА (0,32 М). Поднимите температуру до 20-30 °C на теплой водяной бане и помешивайте около 1 часа. Добавьте в смесь прохладную воду (600,0 мл, 0-10 °C) и помешивайте еще 1 ч.
- Отфильтруйте продукт под вакуумом с помощью стеклянной воронки с шлифовальной доской, обтянутой фильтровальной бумагой. Промыть водой (200,0 мл) несколько раз и высушить с помощью электрического термостатического сушильного шкафа до получения бледно-желтого твердого вещества (ACT051-2) с выходом 78%.
- Синтез трет-бутил(5-толуолсульфонил-5Н-пиррол[2,3-b]пиразин-2-ил)карбамата (ACT051-3)
- Растворите 176,11 г ACT051-2 в 366,31 г 1,4-диоксана в трехпортовой колбе с круглым дном.
- В раствор добавляют 65,75 г трет-бутилкарбамата, 138,21 г гранулированного карбоната калия (2,0 экв.), 11,57 г ксанфоса (0,04 экв.) и 2,25 г Pd(OAc)2 (1,28% мас.).
- Нагрейте смесь до 105 °C и перемешивайте в течение 7 ч в атмосфере азота. Дайте смеси остыть до комнатной температуры и отфильтруйте продукт воронкой Бюхнера (отверстие фильтровальной бумаги составляет 80-120 мкм).
- Остатки фильтра промыть этилацетатом (200 мл). Используйте вакуумный насос циркуляционной воды для концентрирования продукта при пониженном давлении при 50-60 °C при значении давления -0,095 МПа. Держите насос в рабочем состоянии, чтобы поддерживать давление и получать темно-коричневое масло.
- Очистите сырой продукт с помощью колоночной хроматографии, элюирования петролейным эфиром и этилацетатом (V/V, 10/1) для получения целевого соединения в виде белого твердого вещества с выходом 93,5%.
2. Опытно-промышленный масштабный синтез соединений АКТ051-2 и АКТ051-3
- Пилотный масштабный синтез 2-бром-5-тозил-5Н-пирроло[2,3-b]пиразина (ACT051-2)
- Добавьте 1,0 кг ACT051-1 (5,05 M) и 1,305 кг DIPEA (10,1 M) в трехпортовую колбу с круглым дном. Добавьте 3 л ДМФА (3 В) в колбу и растворите твердое вещество. Нагрейте реакционную смесь до 35 °C.
- Добавьте в реакционный раствор 1,203 кг TsCl (6,31 М) и перемешивайте в течение 1 ч. Перемешивают смесь до тех пор, пока завершение реакции не будет подтверждено тонкослойной хроматографией (ТСХ) и высокоэффективной жидкостной хроматографией (ВЭЖХ). Короче говоря, возьмите небольшое количество продукта реакции и подвергните его мониторингу TLC. Когда TLC покажет, что сырья почти не осталось, отправьте образец в центральный центр управления ВЭЖХ и определите, что реакция с сырьем или соотношение продуктов составляет 0,1 / 99,9.
- Влейте 8,4 л прохладной воды и помешивайте еще 0,5 ч. Отфильтруйте все жидкости с помощью воронки Бюхнера (отверстие фильтровальной бумаги 80-120 мкм) и промойте сырой продукт 600 мл воды.
- Высушите полученный продукт при температуре 70 °C в течение ночи с помощью электрического термостатического сушильного шкафа и получите продукт с выходом 94,9%.
- Пилотный масштабный синтез трет-бутила (5-толуолсульфонил-5H-пиррол [2,3-b] пиразин-2-ил) карбамата (ACT051-3)
- Добавьте в реакционный котел 3,31 л трет-амилового спирта и 4,97 л толуола (V/V, 2/3).
- К раствору добавляют 1,66 кг ACT051-2, 0,83 кг трет-бутилкарбамата, 1,301 кг порошкообразного карбоната калия, 0,11 кг ксанфоса и 0,31 кг DIPEA.
- Трижды эвакуируйте азот, как на шаге 1.1.2, повторите это 3 раза и добавьте 10 г Pd(OAc)2 (0,60% масс.) в реакционный раствор под защитой азота.
- Нагрейте реакционную смесь до 90 °C и перемешивайте в течение 4 ч. Охладите смесь до 40 °C или ниже.
- Отфильтруйте реакционный раствор с помощью воронки Бюхнера (отверстие фильтровальной бумаги составляет 80-120 мкм), используя диатомит в качестве вспомогательного средства и промывая фильтрационную корку толуолом.
- Соберите и сконцентрируйте фильтрат. Используйте вакуумный насос с циркуляцией воды для концентрирования фильтрата при пониженном давлении при 50-60 °C при значении давления -0,095 МПа. Поддерживайте насос в рабочем состоянии, чтобы поддерживать давление.
- Добавьте 300 мл гептана и помешивайте в течение 20 минут. Снова отфильтруйте реакционный раствор воронкой Бюхнера (отверстие фильтровальной бумаги 80-120 мкм) и промойте сырой продукт гептаном (50 мл, три раза). Высушите и получите продукт с выходом 96,3%.
3. Промышленное производство соединений АКТ051-2 и АКТ051-3
- Промышленное производство 2-бром-5-тозил-5Н-пирроло[2,3-b]пиразина (ACT051-2)
- Убедитесь, что реактор чистый и не содержит воды, и убедитесь, что смесительное устройство не издает шума при включении, а нижний выпускной клапан реактора закрыт.
- Добавьте 355,50 кг ДМФА (3 В) в эмалированный реактор объемом 2 000 л и начните перемешивать. Добавьте в раствор 125,04 кг ACT051-1 (1,0 экв.) и 164,8 кг DIPEA (2,0 экв.).
- Понизьте температуру до 20-25 °C под защитой азота. Добавьте 150,22 кг TsCl (1,25 экв.) при 25-35 °C 10 партиями в течение 3 часов.
- Дайте смеси постоять при температуре 25-35 °C и помешивайте в течение 2 ч. Приготовьте 750,20 кг холодной воды (3-4 °C) в другом реакторе объемом 2 000 л.
- Контролируйте реакцию с помощью ВЭЖХ и подтверждайте завершение реакции, когда оставшееся сырье составляет 0,5%.
- Добавьте прохладную воду (3-4 °C) в реакционную смесь и помешивайте при 15-30 °C в течение 1,5 часа. Соберите фильтрат и промойте водой (250-500 кг, 2-4 В) до тех пор, пока он не станет нейтральным (проверено с помощью бумаги pH).
- Сушат продукт при 60-65 °C в течение 30,5 ч до получения светло-коричневого твердого вещества с выходом 95,5%.
- Промышленное производство трет-бутила (5-толуолсульфонил-5Н-пиррол[2,3-b]пиразин-2-ил)карбамата (ACT051-3)
- Убедитесь, что реактор чистый и не содержит воды, и убедитесь, что смесительное устройство в норме, а нижний выпускной клапан реактора закрыт.
- Добавьте 340,10 кг трет-амилового спирта (2 В) и 552,50 кг толуола (3 В) в эмалированный реактор объемом 2 000 л и начните перемешивать.
- Добавьте в раствор 212,40 кг ACT051-2 (1,0 экв.), 106,00 кг трет-бутилкарбамата (1,5 экв.), 166,70 кг порошкообразного карбоната калия (2,0 экв.), 14,10 кг ксанфоса (0,04 экв.), 39,40 кг ДИПЭА (0,5 экв.) и 1,06 кг Pd(OAc)2 (0,5% мас.).
- Замените азот четыре раза, дайте смеси нагреться до 85-95 °C под защитой азота и помешивайте в течение 3 часов. Контролируйте реакцию с помощью ВЭЖХ и подтверждайте завершение реакции, когда оставшееся сырье составляет 0,44%.
- Охладите температуру реакции до 20-30 °C. Собирайте раствор партиями и поместите его в пластиковое ведро объемом 125 л на 30 минут.
- Отфильтруйте реакционный раствор с помощью цилиндра химического всасывающего фильтра (отверстие фильтрующего мешка составляет 10-15 мкм), используя диатомит в качестве вспомогательного средства и промывая фильтрационную корку толуолом (185,20-370,40 кг, 1-2 В).
- Соберите фильтрат в эмалированную емкость и используйте вакуумный насос циркуляции воды при пониженном давлении при 55-65 °С в течение 10 ч при значении давления -0,095 МПа. Поддерживайте работу насоса, чтобы поддерживать давление и получать соединение продукта в виде вязкой жидкости.
- Выпарите продукт дважды, перекачивая толуол и продолжая реакцию. Концентрируйте конечный продукт в течение 4 ч. Полученный продукт очищают колоночной хроматографией, элюируя гептаном и этилацетатом (V/V, 10/1-3/1), до получения твердого вещества с выходом 98,5%.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
В этом исследовании представлен расширенный процесс синтеза важного промежуточного ACT051-3 упатиниба (рис. 1 и рис. 2). В разделе протокола (этапы 1-3) конкретно показаны этап синтеза по граммам, синтез по килограммовому классу в пилотном масштабе и этап масштабирования производства соединения ACT051-2 и промежуточного продукта ACT051-3.
В ходе изучения оптимального пути для соединения ACT051-2, как показано в таблице 1, было обнаружено, что твердый TsCl был более вовлечен в реакцию, чем жидкий TsCl (растворенный в ДМФ, шаг 3.1 протокола) и значительно снижал количество ДМФА почти в три раза. Кроме того, выход продукта был увеличен с 97,49% до 98,44% за счет повышения температуры смешанного раствора при добавлении TsCl с 0-5 °C до 23-35 °C (показано в таблице 2). Далее были проведены эксперименты по потреблению воды доочистки. Как показано в таблице 3, после снижения расхода воды в 2,5 раза (с 15 мл/г ACT051-2 до 6 мл/г ACT051-2) выход реакции снизился на 2,5%, но образование отработанного раствора уменьшилось, а эффективность реакции значительно повысилась.
Разработана серия экспериментальных условий для получения оптимизированного технологического маршрута для промежуточного ACT051-3. Как показано в таблице 4, при введении ДИПЭА в реакцию и замене реакционного растворителя трет-амиловым спиртом/толуолом (V/V, 2/3) количество Pd(OAc)2 было уменьшено в 2,5 раза (с 1,28% мас.% до 0,5% мас.м.), что значительно снизило себестоимость продукции и еще больше улучшило целесообразность масштабирования производства. Кроме того, за счет изменения состоянияК2СО3, участвующего в реакции, время реакции сократилось с 7 ч до 3,5 ч, что значительно повысило эффективность реакции (как показано в таблице 5). Кроме того, при переходе с трет-амилового спирта/1,4-диоксана (об./об., 1/4) на трет-амиловый спирт/толуол (об./об., 2/3) время реакции сокращалось до 3 ч, площадь пика продукта увеличивалась с 84,22% до 88,52%, а время, необходимое для концентрирования продукта, значительно сокращалось, что повышало эффективность реакции (см. Таблицу 6).
Оба соединения ACT051-2 и ACT051-3 были химически охарактеризованы протонным ядерным магнитным резонансом (1H ЯМР), ВЭЖХ и масс-спектрометрией высокого разрешения. Методы анализа (ВЭЖХ, ЯМР1 H и спектроскопия с электрораспылением [ESI]) ACT051-2 и ACT051-3 можно найти во вспомогательной работе (Дополнительная таблица 1, Дополнительный рисунок 1, Дополнительный рисунок 2, Дополнительный рисунок 3, Дополнительный рисунок 4, Дополнительный рисунок 5 и Дополнительный рисунок 6). Данные о характеристиках ACT051-2 и ACT051-3 приведены ниже:
2-бром-5-тозил-5Н-пирроло[2,3-b]пиразин (ACT051-2):
1H ЯМР (500 МГц, ДМСО-d 6)δ8,59 (с, 1H), 8,37 (d, J = 4,1 Гц, 1H), 8,00 (d, J = 8,2 Гц, 2H), 7,46 (d, J = 8,2 Гц, 2H), 7,02 (d, J = 4,0 Гц, 1H), 3,29 (d, J = 11,9 Гц, 3H). ESI: m/z, рассчитанный для C13 H 10BrN3O2S [M] + 352,21, оказался равным 352,00.
Трет-бутил (5-толуолсульфонил-5Н-пиррол [2,3-b] пиразин-2-ил) карбамат (ACT051-3):
1H ЯМР (500 МГц, CDCl3) δ8,98 (с, 1H), 7,95 (d, J = 8,4 Гц, 2H), 7,84 (d, J = 4,1 Гц, 1H), 7,21 (с, 1H), 7,19-7,17 (м, 1H), 6,53 (d, J = 4,1 Гц, 1H), 2,30 (с, 3H), 1,45 (с, 9H). ESI: m/z, рассчитанный для C 18 H20N 4 O4S [M+ H] + 389,12, оказался равным 389,15.
Рисунок 1: Путь синтеза промежуточного ACT051-3. (A) Путь реакции и условия ACT051-3 до оптимизации: i) DMF, DIPEA, TsCl; ii) ксанфос, Pd(OAc)2,K2CO3, трет-амиловый спирт/1,4-диоксан (V/V, 1/4); (B) Путь реакции и условия ACT051-3 после оптимизации: i) DMF, DIPEA, TsCl; ii) ксанфос, Pd(OAc)2,K2CO3, DIPEA, трет-амиловый спирт/толуол (V/V, 2/3). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 2: Технологическая схема соединений ACT051-2 и ACT051-3 в масштабируемом производстве. (A) Технологическая схема ACT051-2 в масштабном производстве. (B) Технологическая схема ACT051-3 в масштабном производстве. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
| Число | Состояние ЦКЛ | V (DMF) (лабораторные испытания) | V(DMF) (пилотное масштабирование) |
| 1 | растворяются в ДМФА | 8,5 В | 54 В |
| 2 | сплошной | 3,0 В | 18 В |
Таблица 1: Влияние различных форм TsCl на синтетическое соединение ACT051-2. Различные состояния TsCl включают жидкий TsCl (растворенный в ДМФ) и твердый TsCl. Экспериментальные результаты показывают, что твердый TsCl более благоприятен для промышленного производства.
| Число | Температура (°C) | Состояние смеси | Есть ли процесс уточнения | Урожай | Чистота |
| 1 | 0-5 | вязкий | Нет | 97.49% | 96.85% |
| 2 | 25-35 | Хорошее микширование | Да | 98.44% | 96.99% |
Таблица 2: Влияние добавления TsCl при различных температурах на синтез ACT051-2. Добавление TsCl в реакцию при 0-5 °C или 23-35 °C.
| Число | Потребление воды | Урожай | Чистота |
| 1 | 15 мл / г ACT051-1 | 97.49% | 96.85% |
| 2 | 6 мл / г ACT051-1 | 94.90% | 97.69% |
| 3 | 9 мл / г ACT051-1 | 95.07% | 96.71% |
Таблица 3: Влияние различного потребления воды после обработки на синтез ACT051-2. Попробуйте различные виды потребления воды после обработки, в том числе 15 мл/г ACT051-1, 9 мл/г ACT051-1 и 6 мл/г ACT051-1. Оптимальные условия были достигнуты при объеме воды после обработки 6 мл/г ACT051-2.
| Число | Эквивалент DIEPA | Эквивалент K2CO3 | Эквивалент Pd(OAc)2 |
| 1 | 0,0 эквалайзера | 3.0 эквалайзера | 1,28% веса |
| 2 | Эквалайзер 2.0 | Эквалайзер 2.0 | 0,60% мас. |
| 3 | 1.0 эквалайзера | Эквалайзер 2.0 | 0,60% мас. |
| 4 | 0,5 эквалайзера | Эквалайзер 2.0 | 0,60% мас. |
Таблица 4: Эффект добавления DIPEA в реакцию для синтеза ACT051-3. Изучение влияния добавления ДИПЭА на реакцию. Результаты показали, что введение ДИПЭА снижало количество Pd(OAc)2 в 2,5 раза (с 1,28% мас.% до 0,5% мас.).
| Число | СостояниеК2СО3 | Эквивалентный | Время реакции (ч) |
| 1 | сплошной | Эквалайзер 2.0 | 7 |
| 2 | порошковый | Эквалайзер 2.0 | 3.5 |
Таблица 5: Влияние различных состоянийК2СО3на реакцию синтетического соединения АКТ051-3. Выберите карбонат калия в гранулированной или порошкообразной форме для участия в реакции.
| Число | Дозировка Pd (OAc) 2 | Реакционный растворитель | В/В | Время реакции/ч | Площадь пика продукта / % |
| 1 | 0,60% мас. | трет-амиловый спирт / 1,4-диоксан | 1-4 | 3.5 | 84.22 |
| 2 | 0,60% мас. | трет-амиловый спирт / 1,4-диоксан | 2-3 | 3.5 | 83.34 |
| 3 | 0,60% мас. | трет-амиловый спирт / толуол | 2-3 | 3 | 88.52 |
| 4 | 0,50% мас. | трет-амиловый спирт / толуол | 2-3 | 2.25 | 87.11 |
Таблица 6: Влияние различных реакционных растворителей на реакцию синтетического соединения ACT051-3. В качестве реакционных растворителей выбраны трет-амиловый спирт/1,4-диоксан (об./об., 1/4) и трет-амиловый спирт/толуол (об./об., 2/3).
Дополнительная таблица 1: Аналитический метод соединений ACT051-2 и ACT051-3. Конкретные хроматографические условия для анализа соединений ACT051-2 и ACT051-3, включая прибор, название метода, столб жидкой фазы, подвижную фазу, температуру колонки, скорость тока и длину волны. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный рисунок 1: Высокоэффективные жидкостные хроматограммы ACT051-2. Результаты для данных были обнаружены с помощью ВЭЖХ. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный рисунок 2: Высокоэффективные жидкостные хроматограммы ACT051-3. Результаты для данных были обнаружены с помощью ВЭЖХ. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный рисунок 3: Спектр рассеянного склероза ACT051-2. Результаты для данных были обнаружены с помощью спектроскопии ESI. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный рисунок 4: Спектр МС ACT051-3. Результаты для данных были обнаружены с помощью спектроскопии ESI. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный рисунок 5: 1H спектр ЯМР ACT051-2. Результаты для данных были проанализированы с помощью MestReNova. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный рисунок 6: 1H спектр ЯМР ACT051-3. Результаты для данных были проанализированы с помощью MestReNova. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Условия реакции синтеза, включая температуру реакции, время, выбор реагентов для реакции и соотношение материалов, влияют на осуществимость реакции, выходы, чистоту и производственные затраты, особенно при масштабировании производства.
В лабораторном синтезе ACT051-2 TsCl в жидкой форме (растворенный в ДМФА; стадия 1.1.3) может быть использован в реакции; однако он не подходит для пилотного масштабного синтеза или промышленного производства, так как использование жидкого TsCl для этой реакции увеличивает количество растворителя в реакционной системе, что приводит к увеличению количества отработанной жидкости. В результате мы выбрали твердый TsCl для реакции в опытно-промышленном масштабировании и промышленном производстве (этапы 2.1.2 и 3.1.3 протокола соответственно) и получили хорошие экспериментальные результаты, учитывая концепцию охраны окружающей среды и зеленой химии (табл. 1).
Кроме того, в пилотных экспериментах по масштабированию было обнаружено, что добавление большого количества TsCl при низкой температуре делает реакционную систему слишком вязкой для перемешивания, что приводит к риску инкапсуляции сырья. Чтобы устранить этот риск, температуру повышали с 0-5 °C до 25-35 °C (этапы 2.1.1 или 3.1.4 протокола), было получено достаточное перемешивание для добавленного твердого TsCl, система реакционного раствора имела хорошую текучесть, и реакция протекала гладко (таблица 2).
Кроме того, для экспериментов по последующей обработке ACT051-2 требовалось большое количество воды (15 мл / г ACT051-1), что не подходило для экспериментов по расширению производства и генерировало больше отработанного раствора. Поэтому, с точки зрения охраны окружающей среды, оптимальное количество воды, используемой для доочистки, было немедленно исследовано при исследовании условий производственного процесса. Как показано в таблице 3, когда количество воды после обработки было уменьшено до 6 мл / г ACT051-1, выход эксперимента показал небольшое влияние, но мог значительно повысить эффективность и уменьшить образование отработанной жидкости.
Исследуя маршрут промышленного производственного процесса промежуточного ACT051-3, мы провели большое количество экспериментов по оптимизации процессов и решили множество проблем масштабирования. При синтезе ACT051-3 ACT051-2 подвергался реакции связывания Бухвальда-Хартвига с трет-бутилкарбаматом, катализируемой Pd(OAc)2 и ксантфосом с образованием соединения ACT051-3. Pd(0) является активным видом палладия, обычно используемым в ответах связи, таких как Suzuki и Buchwald16,17,18,19. Однако Pd (II) обычно используется для катализа реакции. В результате мы использовали аминовое соединение (DIPEA) для восстановления Pd(II) до Pd(0), оставляя каталитическую систему всей реакции в каталитическом цикле Pd(0) и Pd(II). С добавлением DIPEA количество дорогостоящего катализатора Pd(OAc)2 было значительно снижено с 1,28% до 0,5% (табл. 4), что значительно снизило стоимость масштабирования производства и еще больше укрепило рациональность и осуществимость метода.
Длительное время реакции приводит к большому количеству побочных реакций и образует примеси, что не способствует расширению производства. Путем обширных лабораторных исследований было установлено, что изменение состояния карбоната калия с гранулированного на порошкообразное (этапы 1.2.2 или 2.2.2 протокола) приводило к соответствующему сокращению времени реакции, что более благоприятно для промышленного производства (табл. 5). Кроме того, учитывая, что 1,4-диоксан, использованный в мелкомасштабном пилотном эксперименте, было труднее концентрировать (этап 1.2.1 протокола), мы рассмотрели комбинацию толуола и трет-бутанола (этапы 2.2.1 или 3.2.2 протокола; V/V, 2/3), которые являются более концентрированными растворителями, в качестве реакционных растворителей для промышленного производства. Результаты показали, что реакция получила большую скорость продвижения, сократила время реакции и повысила эффективность реакции (см. Таблицу 6).
В заключение, после неоднократного изучения условий эксперимента, были окончательно получены оптимальные условия масштабирования процесса для соединений АКТ051-2 и АКТ051-3, и технологическая схема этого масштабного производства показана на рисунке 2. Результаты масштабированного производства показали, что весь процесс был стабильным, а выход продукта нормальным (этапы 3.1.7 или 3.2.8 протокола).
Маршрут промышленного производства, полученный в этом исследовании, является новым доступным маршрутом, и также была подтверждена осуществимость этого технологического маршрута в будущем промышленном производстве. Кроме того, результаты, полученные в этом исследовании, обеспечивают некоторую техническую основу для будущих исследований пути промышленного производства соединений ACT051-2 и ACT051-3.
Тем не менее, все еще есть возможности для оптимизации и улучшения технологического маршрута, например, количество TsCl (1,25 экв.), которое является избыточным в синтезе ACT051-2 и может быть дополнительно уменьшено. Кроме того, в синтезе ACT051-3 в качестве реакционного растворителя можно использовать только толуол для облегчения последующей обработки, и количество катализатора Pd(OAc)2 может продолжать уменьшаться. Вышеуказанные технические вопросы могут быть дополнительно изучены и изучены в будущей работе по более эффективному расширению производства синтетического соединения ACT051-3.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторам раскрывать нечего.
Acknowledgments
Здесь нет никаких подтверждений, о которых можно было бы упомянуть.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2-bromo-5H-pyrrolo[2,3-b]pyrazine | Nanjing Cook Biotechnology Co., Ltd. | 19120110 | |
| 1,4-dioxane | Liaoning cook Biotechnology Co., Ltd | General Reagent | |
| 1H NMR | Bruker AVIII 500 | ||
| 37% chloride acid molecular grade | NEON | 02618 NEON | |
| 4-toluenesulfonyl chloride (TsCl) | Nanjing Cook Biotechnology Co., Ltd. | AR A2010137 | |
| Anti-Chicken IgY (H+L), highly cross-adsorbed, CF 488A antibody produced in donkey | Sigma-Aldrich | SAB4600031 | |
| Anti-mouse IgG (H+L), F(ab′)2 | Sigma-Aldrich | SAB4600388 | |
| BD FACSCanto II | BD Biosciences | BF-FACSC2 | |
| BD FACSDiva CS&T research beads (CS&T research beads) | BD Biosciences | 655050 | |
| BD FACSDiva software 7.0 | BD Biosciences | 655677 | |
| Bovine serum albumin | Sigma-Aldrich | A4503 | |
| Centrifuge 5702 R | Eppendorf | Z606936 | |
| Circulating water vacuum pump | Guangzhou Zhiyan Instrument Co., Ltd | SHZ-D( ) |
|
| CML latex, 4% w/v | Invitrogen | C37253 | |
| Diatomite | Guangzhou Qishuo Chemical Co., Ltd. | / | |
| Double cone rotary vacuum dryer | Jiangsu Yang-Yang Chemical Equipment Plant Inc | SZE-500T | |
| enamel kettle | Jiangsu Yang-Yang Chemical Equipment Plant Inc | CS-03-002 | 1000L / 2000L |
| heptane | Nanjing Cook Biotechnology Co., Ltd. | General Reagent | |
| HPLC | Guangzhou aoyi Technology Trading Co., Ltd | LC-2030C 3D | |
| Large scale rotary evaporators | Guangzhou Xingshuo Instrument Co.,Ltd. | RE-2002 | |
| Low temperature and constant temperature stirring reaction bath | Guangzhou Yuhua Instrument Co., Ltd | XHDHJF-3005 | |
| Low temperature coolant circulating pump | Guangzhou Jincheng Scientific Instrument Co., Ltd | XHDLSB-5/25 | |
| Megafuge 8R | Thermo Scientific | TS-HM8R | |
| N, N-Diisopropyl ethylamine (DIPEA) | Apicci Pharm | General Reagent | |
| N-dimethylformamide (DMF) | Guangzhou bell Biotechnology Co., Ltd | General Reagent | |
| Octanoid acid | Sigma-Aldrich | O3907 | |
| Pd(OAc)2 | Xi'an Catalyst New Materials Co.,ltd. | 200704 | |
| Phosphate buffered saline | Sigma-Aldrich | 1003335620 | |
| Potassium carbonate (K2CO3) | Guangzhou Zhonghua Trade Co.,Ltd. | General Reagent | |
| Tert amyl alcohol | Nanjing Cook Biotechnology Co., Ltd. | General Reagent | |
| tert-Butyl carbamate | Nanjing Cook Biotechnology Co., Ltd. | General Reagent | |
| Thermo Mixer Heat/Cool | KASVI | K80-120R | |
| toluene | Liaoning cook Biotechnology Co., Ltd | General Reagent | |
| Vacuum drying oven | Guangzhou Yuhua Instrument Co., Ltd | DZF-6090 | |
| Water | / | / | |
| Xantphos | Liaoning cook Biotechnology Co., Ltd | Asp20-44892 |
References
- Kerschbaumer, A., et al. Points to consider for the treatment of immune-mediated inflammatory diseases with Janus kinase inhibitors: a systematic literature research. RMD Open. 6 (3), e001374 (2020).
- Fragoulis, G. E., Brock, J., Basu, N., McInnes, I. B., Siebert, S. The role for JAK inhibitors in the treatment of immune- mediated rheumatic and related conditions. The Journal of Allergy and Clinical Immunology. 148 (4), 941-952 (2021).
- Shaw, T., et al. P220 Long-term safety profile of upadacitinib in patients with rheumatoid arthritis, psoriatic arthritis, or ankylosing spondylitis. Rheumatology. 61, 133 (2022).
- Keeling, S., Maksymowych, W. P. JAK inhibitors, psoriatic arthritis, and axial spondyloarthritis: a critical review of clinical trials. Expert Review of Clinical Immunology. 17 (7), 701-715 (2021).
- Fleischmann, R., et al. Safety and efficacy of elsubrutinib or upadacitinib alone or in combination (ABBV-599) in patients with rheumatoid arthritis and inadequate response or intolerance to biological therapies: a multicentre, double-blind, randomised, controlled, phase 2 trial. The Lancet Rheumatology. 4 (6), e395-e406 (2022).
- Stamatis, P., Bogdanos, D. P., Sakka, L. I.
- Rubbert-Roth, A., et al. Trial of upadacitinib or abatacept in rheumatoid arthritis. The New England Journal of Medicine. 383 (16), 1511-1521 (2020).
- Asfour, L., Getsos Colla, T., Moussa, A., Sinclair, R. D. Concurrent chronic alopecia areata and severe atopic dermatitis successfully treated with upadacitinib. International Journal of Dermatology. 61 (11), e416-e417 (2022).
- Cantelli, M., et al. Upadacitinib improved alopecia areata in a patient with atopic dermatitis: A case report. Dermatologic Therapy. 35 (4), e15346 (2022).
- Traves, P. G., et al. JAK selectivity and the implications for clinical inhibition of pharmacodynamic cytokine signalling by filgotinib, upadacitinib, tofacitinib and baricitinib. Annals of the Rheumatic Diseases. 80 (7), 865-875 (2021).
- Rozema, M. J., et al. Development of a scalable enantioselective synthesis of JAK inhibitor upadacitinib. Organic Process Research & Development. 26 (3), 949-962 (2022).
- Wynn, J. P., Hanchar, R., Kleff, S., Senyk, D., Tiedje, T. Biobased technology commercialization: the importance of lab to pilot scale-up. Metabolic Engineering for Bioprocess Commercialization. , Springer. 101-119 (2016).
- Tang, C., et al. Influenza virus replication inhibitor and use thereof. , US202000283454A1 (2020).
- Ren, Q., et al. Inhibitors of influenza virus replication and uses thereof. Center for Biotechnology Information. , US20200339564A1 (2020).
- Van Epps, S., et al. Design and synthesis of tricyclic cores for kinase inhibition. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 23 (3), 693-698 (2013).
- Paul, F., Patt, J., Hartwig, J. F. Palladium-catalyzed formation of carbon-nitrogen bonds. Reaction intermediates and catalyst improvements in the hetero cross-coupling of aryl halides and tin amides. Journal of the American Chemical Society. 116 (13), 5969-5970 (1994).
- Zhou, T., Ji, C. L., Hong, X., Szostak, M. Palladium-catalyzed decarbonylative Suzuki-Miyaura cross-coupling of amides by carbon-nitrogen bond activation. Chemical Science. 10 (42), 9865-9871 (2019).
- Sain, S., Jain, S., Srivastava, M., Vishwakarma, R., Dwivedi, J. Application of palladium-catalyzed cross-coupling reactions in organic synthesis. Current Organic Synthesis. 16 (8), 1105-1142 (2019).
- Takale, B. S., Kong, F. Y., Thakore, R. R. Recent applications of Pd-catalyzed Suzuki-Miyaura and Buchwald-Hartwig couplings in pharmaceutical process chemistry. Organics. 3 (1), 1-21 (2021).
