Summary
Aquí, presentamos un protocolo para la síntesis ampliada del intermediario terc-butilo (5-toluenosulfonil-5h-pirrol [2,3-b] pirazina-2-il) carbamato (ACT051-3) de Upatinib.
Abstract
Upatinib, un medicamento inhibidor de la cinasa Janus, fue desarrollado por una compañía de biotecnología para tratar enfermedades inmunes. El compuesto terc-butilo (5-toluenosulfonil-5h-pirrol [2,3-b] pirazina-2-il) carbamato (ACT051-3) es un intermediario importante de Upatinib. Hasta la fecha, no se ha informado de la producción industrial constante de este compuesto intermedio (ACT051-3). En este estudio, describimos el método y proceso de síntesis específico del compuesto ACT051-3 en términos de síntesis de laboratorio, escalado piloto y producción industrial. Durante la exploración de la ruta del proceso para ACT051-3, se realizaron muchos ajustes y mejoras apropiados en las condiciones de reacción, lo que finalmente condujo al desarrollo exitoso del proceso de producción industrial óptimo para ACT051-3. El tiempo de reacción casi se duplicó al cambiar el estado del carbonato de potasio involucrado en la reacción, lo que mejoró enormemente la eficiencia de la reacción. Además, al introducir N,N-diisopropiletilamina (DIPEA) en la reacción, la cantidad del costoso catalizador Pd(OAc)2 se redujo 2,5 veces, reduciendo significativamente los costos de producción, confirmando la viabilidad de esta ruta de proceso y la producción industrial de ACT051-3, y satisfaciendo la demanda del mercado de este importante intermediario.
Introduction
Upatinib se ha convertido en un inhibidor de la quinasa Janus 1 (JAK1) mundialmente popular para el tratamiento de trastornos inmunes en los últimos años 1,2. Este fármaco ha demostrado efectos terapéuticos significativos sobre la artritis psoriásica (APs)3,4, la artritis reumatoide (AR)5,6,7 y la dermatitis atópica (EA)8,9. Además, debido a su alta selectividad10, Upatinib tiene una amplia gama de aplicaciones clínicas. El carbamato de terc-butilo (ACT051-3) es un intermediario importante de Upatinib. Sus principales componentes estructurales son el anillo pirrol y el anillo de pirazina, que pueden ser utilizados en la preparación de nuevos inhibidores de la quinasa tricíclica que contienen nitrógeno para el tratamiento de enfermedades inmunes y tumorales11.
El escalado piloto es un escalado de tamaño mediano (50x-100x) de la ruta del proceso y las condiciones determinadas por el estudio piloto de laboratorio, seguido de pruebas de proceso, investigación industrial y optimización para determinar las mejores condiciones de producción industrial y operación12.
En la actualidad, las rutas de síntesis de laboratorio para este compuesto intermedio (ACT051-3) han sido reportadas, pero solo se han realizado a pequeña escala debido a problemas de bajo rendimiento, reacciones complejas y altos requisitos de equipos, que aún tienen mucho espacio para ser optimizados11,13,14,15. Sin embargo, no se ha informado de ninguna ruta de proceso para el escalado piloto y la producción industrial del compuesto intermedio ACT051-3 en la actualidad.
Por lo tanto, en este estudio, investigamos la escala piloto y la ruta de producción del compuesto ACT051-3, con referencia a las rutas sintéticas de laboratorio mejor informadas. En comparación con la ruta de síntesis de laboratorio original, se realizaron muchos ajustes y mejoras apropiados en las condiciones de reacción, y se investigaron otros factores que pueden afectar los resultados de la reacción. Finalmente, se identificaron los parámetros de proceso más adecuados para la ruta óptima, y obtuvimos una ruta de proceso que es simple de operar, de bajo costo y respetuosa con el medio ambiente, que es adecuada para el escalado piloto y la producción de ACT051-3.
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Protocol
1. Síntesis a escala piloto de los compuestos ACT051-2 y ACT051-3
- Síntesis de 2-bromo-5-tosil-5H-pirrolo[2,3-b]pirazina (ACT051-2)
- En un matraz de fondo redondo, disolver 50,0 g del compuesto 2-bromo-5H-pirrolo[2,3-b]pirazina (ACT051-1; 0,25 M) en 15 ml de N,N-dimetilformamida (DMF; 3 V).
- Añadir 65,3 g de diisopropiletilamina (DIPEA; 0,51 M) a la solución de reacción bajo protección nitrogenada (proporcionar una barrera contra el gas y la humedad) y enfriar la temperatura a 0-5 °C a través de un baño de agua fría. Para la protección del nitrógeno, bombee la presión del reactor a -0.75--0.8 MPa, luego pase N2 para equilibrar la presión a 0.1 MPa.
- Añadir 60,20 g de TsCl disuelto en 12 mL de DMF (0,32 M). Elevar la temperatura a 20-30 °C a través del baño de agua tibia y remover durante aproximadamente 1 h. Añadir agua fría (600,0 ml, 0-10 °C) a la mezcla y remover durante 1 h más.
- Filtre el producto al vacío utilizando un embudo de vidrio con una tabla de lijar acolchada con papel de filtro. Lavar con agua (200.0 mL) varias veces y secar usando un horno de secado termostático eléctrico para obtener un sólido amarillo pálido (ACT051-2) con un rendimiento del 78%.
- Síntesis de terc-butilo (5-toluenosulfonil-5H-pirrol [2,3-b] pirazina-2-il) carbamato (ACT051-3)
- Disolver 176,11 g de ACT051-2 en 366,31 g de 1,4-dioxano en un matraz de fondo redondo de tres puertos.
- Agregue 65.75 g de carbamato de terc-butilo, 138.21 g de carbonato de potasio granular (2.0 eq), 11.57 g de xantphos (0.04 eq) y 2.25 g de Pd (OAc) 2 (1.28% pto) a la solución.
- Calentar la mezcla a 105 °C y remover durante 7 h bajo una atmósfera de nitrógeno. Deje que la mezcla se enfríe a temperatura ambiente y filtre el producto con un embudo Buchner (la abertura del papel de filtro es de 80-120 μm).
- Lavar el residuo del filtro con acetato de etilo (200 ml). Utilice una bomba de vacío de agua circulante para concentrar el producto a presión reducida a 50-60 °C con un valor de presión de -0,095 MPa. Mantenga la bomba funcionando para mantener la presión y obtener un aceite de color marrón oscuro.
- Purificar el producto crudo con cromatografía en columna, eluyendo con éter de petróleo y acetato de etilo (V/V, 10/1) para obtener el compuesto objetivo como un sólido blanco con un rendimiento del 93,5%.
2. Síntesis piloto a escala de los compuestos ACT051-2 y ACT051-3
- Síntesis piloto a escala de 2-bromo-5-tosil-5H-pirrolo[2,3-b]pirazina (ACT051-2)
- Añadir 1,0 kg de ACT051-1 (5,05 M) y 1,305 kg de DIPEA (10,1 M) a un matraz de fondo redondo de tres puertos. Añadir 3 L de DMF (3 V) al matraz y disolver el sólido. Calentar la mezcla de reacción a 35 °C.
- Añadir 1,203 kg de TsCl (6,31 M) a la solución de reacción y agitar durante 1 h. Revuelva la mezcla hasta que la finalización de la reacción se confirme mediante cromatografía en capa fina (TLC) y cromatografía líquida de alta resolución (HPLC). En resumen, tome una pequeña cantidad de producto de reacción y sométalo a monitoreo de TLC. Cuando el TLC muestre que casi no queda materia prima, envíe la muestra al control central de HPLC y detecte que la reacción a la materia prima o la relación del producto sea 0.1 / 99.9.
- Vierta 8,4 L de agua fría y revuelva durante otras 0,5 h. Filtre todos los líquidos con un embudo Buchner (la abertura del papel de filtro es de 80-120 μm) y enjuague el producto crudo con 600 ml de agua.
- Secar el producto resultante a 70 °C durante la noche utilizando un horno de secado termostático eléctrico y obtener un producto con un rendimiento del 94,9%.
- Síntesis piloto a escala de terc-butilo (5-toluenosulfonil-5H-pirrol [2,3-b] pirazina-2-il) carbamato (ACT051-3)
- Añadir 3,31 L de alcohol terc-amílico y 4,97 L de tolueno (V/V, 2/3) al hervidor de reacción.
- A la solución, agregue 1,66 kg de ACT051-2, 0,83 kg de carbamato de terc-butilo, 1,301 kg de carbonato de potasio en polvo, 0,11 kg de xantphos y 0,31 kg de DIPEA.
- Evacuar nitrógeno tres veces, como en el paso 1.1.2, repetir esto 3x, y añadir 10 g de Pd(OAc)2 (0,60% en peso) a la solución de reacción bajo protección nitrogenada.
- Calentar la mezcla de reacción a 90 °C y remover durante 4 h. Enfriar la mezcla a 40 °C o menos.
- Filtrar la solución de reacción con un embudo Buchner (la abertura del papel de filtro es de 80-120 μm) utilizando diatomita como ayuda de filtro y lavando la torta de filtro con tolueno.
- Recoger y concentrar el filtrado. Utilice una bomba de vacío de agua circulante para concentrar el filtrado a presión reducida a 50-60 °C con un valor de presión de -0,095 MPa. Mantenga la bomba funcionando para mantener la presión.
- Agregue 300 ml de heptano y revuelva durante 20 minutos. Filtrar de nuevo la solución de reacción con un embudo Buchner (la abertura del papel de filtro es de 80-120 μm) y enjuagar el producto crudo con heptano (50 ml, tres veces). Secar y obtener el producto con un rendimiento del 96,3%.
3. Producción industrial de compuestos ACT051-2 y ACT051-3
- Producción industrial de 2-bromo-5-tosil-5H-pirrolo[2,3-b]pirazina (ACT051-2)
- Confirme que el reactor esté limpio y libre de agua, y asegúrese de que el dispositivo mezclador no haga ruido al encender y que la válvula de descarga inferior del reactor esté cerrada.
- Agregue 355.50 kg de DMF (3 V) en el reactor de esmalte de 2,000 L y comience a agitar. Añadir 125,04 kg de ACT051-1 (1,0 eq) y 164,8 kg de DIPEA (2,0 eq) a la solución.
- Baje la temperatura a 20-25 °C bajo protección nitrogenada. Añadir 150,22 kg de TsCl (1,25 eq) a 25-35 °C en 10 lotes en un plazo de 3 h.
- Dejar que la mezcla permanezca a 25-35 °C y remover durante 2 h. Preparar 750,20 kg de agua fría (3-4 °C) en otro reactor de 2.000 L.
- Monitoree la reacción por HPLC y confirme la finalización de la reacción cuando la materia prima restante sea del 0,5%.
- Añadir el agua fría ( 3-4 °C) a la mezcla de reacción y agitar a 15-30 °C durante 1,5 h. Recoja el filtrado y enjuague con agua (250-500 kg, 2-4 V) hasta que se vuelva neutro (probado con papel de pH).
- Secar el producto a 60-65 °C durante 30,5 h para obtener un sólido de color marrón claro con un rendimiento del 95,5%.
- Producción industrial de terc-butilo (5-toluenosulfonil-5H-pirrol [2,3-b] pirazina-2-il) carbamato (ACT051-3)
- Confirme que el reactor esté limpio y libre de agua, y asegúrese de que el dispositivo de mezcla sea normal y que la válvula de descarga inferior del reactor esté cerrada.
- Agregue 340.10 kg de alcohol terc-amílico (2 V) y 552.50 kg de tolueno (3 V) en un reactor de esmalte de 2,000 L y comience a agitar.
- Añadir 212,40 kg de ACT051-2 (1,0 eq), 106,00 kg de carbamato de terc-butilo (1,5 eq), 166,70 kg de carbonato de potasio en polvo (2,0 eq), 14,10 kg de xantphos (0,04 eq), 39,40 kg de DIPEA (0,5 eq) y 1,06 kg de Pd(OAc)2 (0,5% peso) a la solución.
- Reemplace el nitrógeno cuatro veces, deje que la mezcla se caliente a 85-95 ° C bajo protección nitrogenada y revuelva durante 3 h. Monitoree la reacción por HPLC y confirme la finalización de la reacción cuando la materia prima restante sea del 0,44%.
- Enfriar la temperatura de reacción a 20-30 °C. Recoja la solución en lotes y colóquela en un cubo de plástico de 125 L durante 30 minutos.
- Filtrar la solución de reacción con un barril de filtro de succión química (la abertura de la bolsa del filtro es de 10-15 μm) utilizando diatomita como coadyuvante filtrante y lavando la torta de filtro con tolueno (185.20-370.40 kg, 1-2 V).
- Recoja el filtrado en un recipiente de esmalte y utilice una bomba de vacío de agua circulante a presión reducida a 55-65 °C durante 10 h con un valor de presión de -0,095 MPa. Mantenga la bomba funcionando para mantener la presión y obtener el compuesto del producto como un líquido viscoso.
- Evaporar el producto dos veces bombeando tolueno y continuando la reacción. Concentrar el producto final durante 4 h. Purificar el producto resultante con cromatografía en columna, eluyendo con heptano y acetato de etilo (V/V, 10/1-3/1), para obtener un sólido con un rendimiento del 98,5%.
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Representative Results
Este estudio proporciona el proceso de síntesis ampliado para el importante intermediario ACT051-3 de Upatinib (Figura 1 y Figura 2). La sección del protocolo (pasos 1-3) muestra específicamente la síntesis gram-grado, la síntesis de kilogramo a escala piloto y el paso de producción de escala del compuesto ACT051-2 y el intermedio ACT051-3.
En el curso de la exploración de la ruta óptima para el compuesto ACT051-2, como se muestra en la Tabla 1, se encontró que el TsCl sólido estaba más involucrado en la reacción que el TsCl líquido (disuelto en DMF, paso 3.1 del protocolo) y redujo significativamente la cantidad de DMF en casi tres veces. Además, el rendimiento del producto se incrementó de 97.49% a 98.44% al aumentar la temperatura de la solución mezclada cuando se agregó TsCl de 0-5 °C a 23-35 °C (se muestra en la Tabla 2). Además, se realizaron experimentos sobre el consumo de agua después del tratamiento. Como se muestra en la Tabla 3, después de una reducción de 2,5 veces en el consumo de agua (de 15 ml / g ACT051-2 a 6 ml / g ACT051-2), el rendimiento de reacción disminuyó en un 2,5%, pero la generación de solución de residuos se redujo y la eficiencia de la reacción mejoró significativamente.
Se desarrollaron una serie de condiciones experimentales para obtener la ruta de proceso optimizada para el intermedio ACT051-3. Como se muestra en la Tabla 4, al introducir DIPEA en la reacción y reemplazar el solvente de reacción con alcohol terc-amílico / tolueno (V / V, 2/3), la cantidad de Pd (OAc) 2 se redujo 2.5 veces (de 1.28% en peso a 0.5% en peso), lo que redujo significativamente el costo de producción y mejoró aún más la viabilidad de ampliar la producción. Además, al cambiar el estado de K2CO 3 involucrado en la reacción, el tiempo de reacción se redujo de 7 h a3.5 h, lo que mejoró enormemente la eficiencia de la reacción (como se muestra en la Tabla 5). Además, al cambiar de alcohol terc-amílico/1,4-dioxano (V/V, 1/4) a alcohol terc-amílico/tolueno (V/V, 2/3), el tiempo de reacción se acortó a 3 h, el área pico del producto aumentó de 84,22% a 88,52%, y el tiempo que tardó el producto en concentrarse se acortó significativamente, todo lo cual mejoró la eficiencia de la reacción (ver Tabla 6).
Ambos compuestos ACT051-2 y ACT051-3 se caracterizaron químicamente mediante resonancia magnética nuclear de protones (1H NMR), HPLC y espectrometría de masas de alta resolución. Los métodos de análisis (HPLC, RMN 1 H y espectroscopia de ionización por electrospray [ESI]) de ACT051-2 y ACT051-3 se pueden encontrar en el trabajo de apoyo (Tabla suplementaria 1, Figura suplementaria 1, Figura complementaria 2, Figura complementaria 3, Figura suplementaria 4, Figura complementaria 5 y Figura complementaria 6). Los datos de caracterización para ACT051-2 y ACT051-3 se informan a continuación:
2-bromo-5-tosil-5H-pirrolo[2,3-b]pirazina (ACT051-2):
1H RMN (500 MHz, DMSO-d 6)δ8.59 (s,1H), 8.37 (d, J = 4.1 Hz, 1H), 8.00 (d, J = 8.2 Hz, 2H), 7.46 (d, J = 8.2 Hz, 2H), 7.02 (d, J = 4.0 Hz, 1H), 3.29 (d, J = 11.9 Hz, 3H). ESI: m/z calculado para C13 H 10BrN3O2S [M] + 352.21, encontrado como 352.00.
Carbamato de terc-butilo (5-toluenosulfonil-5H-pirrol [2,3-b] piracina-2-il) (ACT051-3):
1H RMN (500 MHz, CDCl3) δ8.98 (s, 1H), 7.95 (d, J = 8.4 Hz, 2H), 7.84 (d, J = 4.1 Hz, 1H), 7.21 (s, 1H), 7.19-7.17 (m, 1H), 6.53 (d, J = 4.1 Hz, 1H), 2.30 (s, 3H), 1.45 (s, 9H). ESI: m/z calculado para C 18 H20N 4 O4S [M+H] + 389.12, encontrado como 389.15.
Figura 1: Ruta de síntesis del intermedio ACT051-3. (A) La ruta de reacción y las condiciones de ACT051-3 antes de la optimización: i) DMF, DIPEA, TsCl; ii) xantfos, Pd(OAc)2, K2CO3, alcohol terc-amílico/1,4-dioxano (V/V, 1/4); (B) La ruta de reacción y las condiciones de ACT051-3 después de la optimización: i) DMF, DIPEA, TsCl; ii) xantfos, Pd(OAc)2, K 2 CO3, DIPEA, alcohol terc-amílico/tolueno (V/V, 2/3). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: El diagrama de flujo del proceso de los compuestos ACT051-2 y ACT051-3 en la producción a escala. (A) Diagrama de flujo de proceso de ACT051-2 en producción de escalado. (B) Diagrama de flujo de proceso de ACT051-3 en producción a escala. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| Número | Estado de TsCl | V(DMF) (Prueba de laboratorio) | V(DMF) (Escala piloto) |
| 1 | disolver en DMF | 8,5 V | 54 V |
| 2 | sólido | 3,0 V | 18 V |
Tabla 1: Efecto de diferentes formas de TsCl sobre el compuesto sintético ACT051-2. Los diferentes estados de TsCl incluyen TsCl líquido (disuelto en DMF) y TsCl sólido. Los resultados experimentales muestran que el TsCl sólido es más propicio para la producción industrial.
| Número | Temperatura (°C) | Condición de la mezcla | Si tiene un proceso de aclaración | Rendimiento | Pureza |
| 1 | 0-5 | viscoso | No | 97.49% | 96.85% |
| 2 | 25-35 | Buena mezcla | Sí | 98.44% | 96.99% |
Tabla 2: Efecto de la adición de TsCl a diferentes temperaturas sobre la síntesis de ACT051-2. Añadir TsCl a la reacción a 0-5 °C o 23-35 °C.
| Número | Consumo de agua | Rendimiento | Pureza |
| 1 | 15 mL/g ACT051-1 | 97.49% | 96.85% |
| 2 | 6 mL/g ACT051-1 | 94.90% | 97.69% |
| 3 | 9 mL/g ACT051-1 | 95.07% | 96.71% |
Tabla 3: Efecto de diferentes consumos de agua post-tratamiento sobre la síntesis de ACT051-2. Pruebe los diferentes consumos de agua posteriores al tratamiento, incluidos 15 ml / g ACT051-1, 9 ml / g ACT051-1 y 6 ml / g ACT051-1. Las condiciones óptimas se lograron con un volumen de agua post-tratamiento de 6 mL/g ACT051-2.
| Número | Equivalente de DIEPA | Equivalente a K2CO3 | Equivalente de Pd(OAc)2 |
| 1 | 0.0 ecualizador | 3.0 ecualizador | 1,28% peso |
| 2 | 2.0 ecualizador | 2.0 ecualizador | 0,60% peso |
| 3 | 1.0 ecualizador | 2.0 ecualizador | 0,60% peso |
| 4 | 0.5 ecualizador | 2.0 ecualizador | 0,60% peso |
Tabla 4: Efecto de añadir DIPEA a la reacción para la síntesis de ACT051-3. Explorar el efecto de la adición o no de DIPEA en la reacción. Los resultados mostraron que la introducción de DIPEA redujo la cantidad de Pd(OAc)2 en un factor de 2,5 (de 1,28% en peso a 0,5% en peso).
| Número | Estado de K2CO3 | Equivalente | Tiempo de reacción (h) |
| 1 | sólido | 2.0 ecualizador | 7 |
| 2 | Pulverizado | 2.0 ecualizador | 3.5 |
Tabla 5: Efecto de diferentes estados deK2CO3 sobre la reacción del compuesto sintético ACT051-3. Seleccione carbonato de potasio en forma granular o en polvo para participar en la reacción.
| Número | Dosis de Pd(OAc)2 | Disolvente de reacción | V/V | Tiempo de reacción / h | Área pico del producto/ % |
| 1 | 0,60% peso | Alcohol tert amílico / 1,4-dioxano | 1-4 | 3.5 | 84.22 |
| 2 | 0,60% peso | Alcohol tert amílico / 1,4-dioxano | 2-3 | 3.5 | 83.34 |
| 3 | 0,60% peso | alcohol tert amílico / tolueno | 2-3 | 3 | 88.52 |
| 4 | 0,50% peso | alcohol tert amílico / tolueno | 2-3 | 2.25 | 87.11 |
Tabla 6: Efecto de diferentes disolventes de reacción sobre la reacción del compuesto sintético ACT051-3. El alcohol tercílico/1,4-dioxano (V/V, 1/4) y el alcohol terc-amílico/tolueno (V/V, 2/3) se seleccionan como disolventes de reacción.
Tabla complementaria 1: Método analítico de los compuestos ACT051-2 y ACT051-3. Condiciones cromatográficas específicas para el análisis de compuestos ACT051-2 y ACT051-3, incluyendo el instrumento, el nombre del método, la columna de fase líquida, la fase móvil, la temperatura de la columna, la velocidad de corriente y la longitud de onda. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Figura complementaria 1: Los cromatogramas líquidos de alta resolución de ACT051-2. Los resultados de los datos fueron detectados por HPLC. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Figura complementaria 2: Los cromatogramas líquidos de alta resolución de ACT051-3. Los resultados de los datos fueron detectados por HPLC. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Figura complementaria 3: Espectro MS de ACT051-2. Los resultados de los datos fueron detectados por espectroscopia ESI. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Figura complementaria 4: Espectro MS de ACT051-3. Los resultados de los datos fueron detectados por espectroscopia ESI. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Figura complementaria 5: espectrode RMN 1 H de ACT051-2. Los resultados de los datos se analizaron utilizando MestReNova. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Figura suplementaria 6: espectro de RMN 1H de ACT051-3. Los resultados de los datos se analizaron utilizando MestReNova. Haga clic aquí para descargar este archivo.
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Discussion
Las condiciones de síntesis de reacción, incluida la temperatura de reacción, el tiempo, la selección de reactivos de reacción y la proporción de materiales, afectan la viabilidad de la reacción, los rendimientos, la pureza y el costo de producción, especialmente para la producción a escala.
En la síntesis de laboratorio de ACT051-2, se puede utilizar TsCl en forma líquida (disuelto en DMF; paso 1.1.3) en la reacción; sin embargo, no es adecuado para la síntesis a escala piloto o la producción industrial, ya que el uso de TsCl líquido para esta reacción aumenta la cantidad de disolvente en el sistema de reacción, lo que resulta en más fluido residual. Como resultado, elegimos TsCl sólido para la reacción en el escalado piloto y la producción industrial (pasos 2.1.2 y 3.1.3 del protocolo, respectivamente) y obtuvimos buenos resultados experimentales, teniendo en cuenta el concepto de protección ambiental y química verde (Tabla 1).
Además, se encontró en los experimentos piloto de escalado que agregar una gran cantidad de TsCl a baja temperatura hace que el sistema de reacción sea demasiado viscoso para agitarse, lo que resulta en el riesgo de encapsulación de la materia prima. Para hacer frente a este riesgo, la temperatura se incrementó de 0-5 °C a 25-35 °C (pasos 2.1.1 o 3.1.4 del protocolo), se obtuvo suficiente agitación para el sólido TsCl añadido, el sistema de solución de reacción tuvo buena fluidez y la reacción se desarrolló sin problemas (Tabla 2).
Además, se requirió una gran cantidad de agua (15 ml / g ACT051-1) para los experimentos posteriores al tratamiento de ACT051-2, que no fue adecuada para los experimentos de producción a escala y generó más solución de desecho. Por lo tanto, desde la perspectiva de la protección del medio ambiente, la cantidad óptima de agua utilizada para el tratamiento posterior se investigó inmediatamente en la exploración de las condiciones del proceso de producción. Como se muestra en la Tabla 3, cuando la cantidad de agua post-tratamiento se redujo a 6 mL/g ACT051-1, el rendimiento del experimento mostró un pequeño impacto, pero pudo mejorar en gran medida la eficiencia y reducir la generación de líquido residual.
Al explorar la ruta del proceso de producción industrial del intermedio ACT051-3, realizamos una gran cantidad de experimentos de optimización de procesos y resolvimos muchos problemas de escalado. En la síntesis de ACT051-3, ACT051-2 sufrió una reacción de acoplamiento de Buchwald-Hartwig con carbamato de terc-butilo catalizado por Pd(OAc)2 y xanthphos para dar el compuesto ACT051-3. Pd(0) es una especie activa de paladio comúnmente utilizada en respuestas de acoplamiento como Suzuki y Buchwald16,17,18,19. Sin embargo, Pd(II) se usa comúnmente para catalizar la reacción. Como resultado, utilizamos un compuesto de amina (DIPEA) para reducir Pd(II) a Pd(0), dejando el sistema catalítico de toda la reacción en un ciclo catalítico de Pd(0) y Pd(II). Con la adición de DIPEA, la cantidad del costoso catalizador Pd(OAc)2 se redujo considerablemente de 1.28% a 0.5% (Tabla 4), lo que redujo en gran medida el costo de la producción a escala y fortaleció aún más la racionalidad y viabilidad del método.
El largo tiempo de reacción provoca un gran número de reacciones secundarias y genera impurezas, lo que no es propicio para aumentar la producción. A través de extensos estudios de laboratorio, se encontró que cambiar el estado del carbonato de potasio de granular a polvo (pasos 1.2.2 o 2.2.2 del protocolo) resultó en una reducción adecuada del tiempo de reacción, que es más favorable para la producción industrial (Tabla 5). Además, considerando que el 1,4-dioxano utilizado en el experimento piloto a pequeña escala fue más difícil de concentrar (paso 1.2.1 del protocolo), consideramos la combinación de tolueno y terc-butanol (pasos 2.2.1 o 3.2.2 del protocolo; V/V, 2/3), que son disolventes mejor concentrados, como disolventes de reacción para la producción industrial. Los resultados mostraron que la reacción obtuvo una gran tasa de promoción, redujo el tiempo de reacción y mejoró la eficiencia de la reacción (ver Tabla 6).
En conclusión, después de la exploración repetida de las condiciones experimentales, finalmente se obtuvieron las condiciones óptimas de escalado del proceso para los compuestos ACT051-2 y ACT051-3, y el diagrama de flujo del proceso de esta producción de escalado se muestra en la Figura 2. Los resultados de la producción ampliada mostraron que todo el proceso era estable y que el rendimiento del producto era normal (pasos 3.1.7 o 3.2.8 del protocolo).
La ruta de producción industrial obtenida en este estudio es una nueva ruta disponible, y también se confirmó la viabilidad de esta ruta de proceso en la producción industrial futura. Además, los resultados obtenidos en este estudio proporcionan una base de investigación técnica para futuras investigaciones de la ruta de producción industrial de los compuestos ACT051-2 y ACT051-3.
Sin embargo, todavía hay espacio para la optimización y mejora de la ruta del proceso, como la cantidad de TsCl (1.25 eq), que es excesiva en la síntesis de ACT051-2 y puede reducirse aún más. Además, en la síntesis de ACT051-3, solo se puede usar tolueno como disolvente de reacción para facilitar el procesamiento posterior, y la cantidad de catalizador Pd (OAc) 2 puede continuar disminuyendo. Las cuestiones técnicas anteriores pueden estudiarse y explorarse más a fondo en trabajos futuros para ampliar mejor la producción del compuesto sintético ACT051-3.
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Disclosures
Los autores no tienen nada que revelar.
Acknowledgments
No hay reconocimientos que mencionar aquí.
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).
