Summary
Här presenterar vi ett protokoll för uppskalad syntes av intermediärt tert-butyl (5-toluensulfonyl-5h-pyrrol [2,3-b] pyrazin-2-yl) karbamat (ACT051-3) av Upatinib.
Abstract
Upatinib, ett januskinashämmande läkemedel, utvecklades av ett bioteknikföretag för att behandla immunsjukdomar. Föreningen tert-butyl (5-toluensulfonyl-5h-pyrrol [2,3-b] pyrazin-2-yl) karbamat (ACT051-3) är en viktig intermediär av Upatinib. Hittills har den stadiga industriella produktionen av denna intermediära förening (ACT051-3) inte rapporterats. I denna studie beskrev vi den specifika syntesmetoden och processen för föreningen ACT051-3 i termer av laboratoriesyntes, pilotuppskalning och industriell produktion. Under utforskningen av processvägen för ACT051-3 gjordes många lämpliga justeringar och förbättringar av reaktionsförhållandena, vilket slutligen ledde till en framgångsrik utveckling av den optimala industriella produktionsprocessen för ACT051-3. Reaktionstiden fördubblades nästan genom att ändra tillståndet för kaliumkarbonatet som var involverat i reaktionen, vilket avsevärt förbättrade reaktionseffektiviteten. Dessutom, genom att införa N,N-diisopropyletylamin (DIPEA) till reaktionen, reducerades mängden av den dyra katalysatorn Pd(OAc)2 2,5 gånger, vilket avsevärt sänkte produktionskostnaderna, vilket bekräftade genomförbarheten av denna processväg och industriproduktionen av ACT051-3 och tillfredsställde marknadens efterfrågan på denna viktiga mellanprodukt.
Introduction
Upatinib har blivit en globalt populär januskinas 1 (JAK1) hämmare för behandling av immunsjukdomar under de senaste åren 1,2. Detta läkemedel har visat signifikanta terapeutiska effekter på psoriasisartrit (PsA)3,4, reumatoid artrit (RA)5,6,7 och atopisk dermatit (AD)8,9. Dessutom, på grund av sin höga selektivitet10, har Upatinib ett brett spektrum av kliniska tillämpningar. Tert-butyl (5-tosyl-5h-pyrolo [2,3-b] pyrazin-2-yl) karbamat (ACT051-3) är en viktig mellanprodukt av Upatinib. Dess huvudsakliga strukturella komponenter är pyrrolringen och pyrazinringen, som kan användas vid framställning av nya kväveinnehållande tricykliska kinashämmare för behandling av immun- och tumörsjukdomar11.
Pilotuppskalning är en medelstor uppskalning (50x-100x) av processvägen och förhållandena som bestäms av laboratoriepilotstudien, följt av processtestning, industriell undersökning och optimering för att bestämma de bästa industriella produktions- och driftsförhållandena12.
För närvarande har laboratoriesyntesvägarna för denna intermediära förening (ACT051-3) rapporterats, men de har endast utförts i liten skala på grund av problem med lågt utbyte, komplexa reaktioner och höga utrustningskrav, som fortfarande har mycket utrymme att optimeras11,13,14,15. För närvarande har dock ingen processväg rapporterats för pilotuppskalning och industriell produktion av intermediärsubstansen ACT051-3.
Därför undersökte vi i denna studie pilotuppskalningen och produktionsvägen för substansen ACT051-3, med hänvisning till de bättre rapporterade syntetiska laboratorievägarna. Jämfört med den ursprungliga laboratoriesyntesvägen gjordes många lämpliga justeringar och förbättringar av reaktionsbetingelserna, och andra faktorer som kan påverka reaktionsresultaten undersöktes. Slutligen identifierades de mest lämpliga processparametrarna för den optimala rutten, och vi fick en processväg som är enkel att använda, låg kostnad och miljövänlig, som är lämplig för pilotuppskalning och produktion av ACT051-3.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Pilotskalesyntes av föreningar ACT051-2 och ACT051-3
- Syntes av 2-brom-5-tosyl-5H-pyrrolo[2,3-b]pyrazin (ACT051-2)
- Lös 50,0 g av föreningen 2-brom-5H-pyrrolo[2,3-b]pyrazin (ACT051-1; 0,25 M) i 15 ml N,N-dimetylformamid (DMF; 3 V) i en rundkolv.
- Tillsätt 65,3 g diisopropyletylamin (DIPEA; 0,51 M) till reaktionslösningen under kväveskydd (ge en gas- och fuktbarriär) och kyl temperaturen till 0-5 °C genom ett kallt vattenbad. För kväveskydd, pumpa reaktorns tryck till -0,75--0,8 MPa och passera sedanN2 för att balansera trycket vid 0,1 MPa.
- Tillsätt 60,20 g TsCl upplöst i 12 ml DMF (0,32 M). Höj temperaturen till 20-30 °C genom varmvattenbadet och rör om i ca 1 h. Tillsätt kallt vatten (600,0 ml, 0-10 ° C) till blandningen och rör om i ytterligare 1 timme.
- Filtrera produkten under vakuum med en glastratt med en slipbräda vadderad med filterpapper. Tvätta med vatten (200,0 ml) flera gånger och torka med en elektrisk termostattorkugn för att få ett ljusgult fast ämne (ACT051-2) med ett utbyte på 78%.
- Syntes av tert-butyl (5-toluensulfonyl-5H-pyrrol [2,3-b] pyrazin-2-yl)karbamat (ACT051-3)
- Lös 176,11 g ACT051-2 i 366,31 g 1,4-dioxan i en rundkolv med tre portar.
- Tillsätt 65,75 g tert-butylkarbamat, 138,21 g granulärt kaliumkarbonat (2,0 ekv), 11,57 g xantfos (0,04 ekv) och 2,25 g Pd(OAc)2 (1,28 % vikt) till lösningen.
- Värm blandningen till 105 °C och rör om i 7 timmar i kväveatmosfär. Låt blandningen svalna till rumstemperatur och filtrera produkten med en Buchner-tratt (filterpappersöppningen är 80-120 μm).
- Tvätta filterresterna med etylacetat (200 ml). Använd en cirkulerande vattenvakuumpump för att koncentrera produkten under reducerat tryck vid 50-60 °C med ett tryckvärde på -0,095 MPa. Håll pumpen i arbete för att bibehålla trycket och få en mörkbrun olja.
- Rena råprodukten med kolonnkromatografi, eluering med petroleumeter och etylacetat (V / V, 10/1) för att erhålla målföreningen som ett vitt fast ämne med ett utbyte av 93,5%.
2. Pilotuppskalningssyntes av föreningarna ACT051-2 och ACT051-3
- Pilotuppskalningssyntes av 2-brom-5-tosyl-5H-pyrrolo[2,3-b]pyrazin (ACT051-2)
- Tillsätt 1,0 kg ACT051-1 (5,05 M) och 1,305 kg DIPEA (10,1 M) till en rundkolv med tre portar. Tillsätt 3 l DMF (3 V) till kolven och lös upp det fasta ämnet. Värm reaktionsblandningen till 35 °C.
- Tillsätt 1,203 kg TsCl (6,31 M) till reaktionslösningen och rör om i 1 timme. Rör om blandningen tills reaktionens fullbordan har bekräftats med tunnskiktskromatografi (TLC) och högpresterande vätskekromatografi (HPLC). Kort sagt, ta en liten mängd reaktionsprodukt och utsätt detta för TLC-övervakning. När TLC visar att det nästan inte finns något råmaterial kvar, skicka provet till HPLC: s centrala kontroll och detektera reaktionen på råmaterial eller produktförhållandet att vara 0,1 / 99,9.
- Häll i 8,4 liter kallt vatten och rör om i ytterligare 0,5 timmar. Filtrera alla vätskor med en Buchner-tratt (filterpappersöppningen är 80-120 μm) och skölj råprodukten med 600 ml vatten.
- Torka den resulterande produkten vid 70 °C över natten med en elektrisk termostattorkugn och erhåll en produkt med ett utbyte på 94,9%.
- Pilotuppskalningssyntes av tert-butyl (5-toluensulfonyl-5H-pyrrol [2,3-b] pyrazin-2-yl)karbamat (ACT051-3)
- Tillsätt 3,31 liter tert-amylalkohol och 4,97 liter toluen (V/V, 2/3) i reaktionskokaren.
- Till lösningen tillsätt 1,66 kg ACT051-2, 0,83 kg tert-butylkarbamat, 1,301 kg pulveriserat kaliumkarbonat, 0,11 kg xantfos och 0,31 kg DIPEA.
- Evakuera kväve tre gånger, som i steg 1.1.2, upprepa detta 3x och tillsätt 10 g Pd (OAc) 2 (0,60% vikt) till reaktionslösningen under kväveskydd.
- Värm reaktionsblandningen till 90 °C och rör om i 4 timmar. Kyl blandningen till 40 °C eller lägre.
- Filtrera reaktionslösningen med en Buchner-tratt (filterpappersöppningen är 80-120 μm) med diatomit som filterhjälpmedel och tvätta filterkakan med toluen.
- Samla upp och koncentrera filtratet. Använd en cirkulerande vattenvakuumpump för att koncentrera filtratet under reducerat tryck vid 50-60 °C med ett tryckvärde på -0,095 MPa. Håll pumpen i arbete för att bibehålla trycket.
- Tillsätt 300 ml heptan och rör om i 20 minuter. Filtrera reaktionslösningen igen med en Buchner-tratt (filterpappersöppningen är 80-120 μm) och skölj råprodukten med heptan (50 ml, tre gånger). Torka och få produkten med ett utbyte på 96,3%.
3. Industriell produktion av föreningarna ACT051-2 och ACT051-3
- Industriell produktion av 2-brom-5-tosyl-5H-pyrrolo[2,3-b]pyrazin (ACT051-2)
- Kontrollera att reaktorn är ren och fri från vatten och se till att blandningsanordningen inte ger något ljud när den slås på och att reaktorns bottenutloppsventil har stängts.
- Tillsätt 355,50 kg DMF (3 V) i emaljreaktorn på 2 000 liter och börja röra. Tillsätt 125,04 kg ACT051-1 (1,0 ekv) och 164,8 kg DIPEA (2,0 ekv) till lösningen.
- Sänk temperaturen till 20-25 °C under kväveskydd. Tillsätt 150,22 kg TsCl (1,25 ekv) vid 25–35 °C i 10 satser inom 3 timmar.
- Låt blandningen stå kvar vid 25–35 °C och rör om i 2 timmar. Bered 750,20 kg kallt vatten (3–4 °C) i ytterligare en reaktor på 2 000 liter.
- Övervaka reaktionen med HPLC och bekräfta slutförandet av reaktionen när det återstående råmaterialet är 0,5%.
- Tillsätt det kalla vattnet ( 3-4 ° C) till reaktionsblandningen och rör om vid 15-30 ° C i 1,5 timmar. Samla upp filtratet och skölj med vatten (250-500 kg, 2-4 V) tills det blir neutralt (testat med pH-papper).
- Torka produkten vid 60-65 °C i 30,5 timmar för att erhålla ett ljusbrunt fast ämne med ett utbyte på 95,5%.
- Industriell produktion av tertbutyl (5-toluensulfonyl-5H-pyrrol [2,3-b]pyrazin-2-yl)karbamat (ACT051-3)
- Kontrollera att reaktorn är ren och fri från vatten och se till att blandningsanordningen är normal och att reaktorns bottenutloppsventil har stängts.
- Tillsätt 340,10 kg tert-amylalkohol (2 V) och 552,50 kg toluen (3 V) i en 2 000 L emaljreaktor och börja röra.
- Tillsätt 212,40 kg ACT051-2 (1,0 ekv), 106,00 kg tert-butylkarbamat (1,5 ekv), 166,70 kg pulveriserat kaliumkarbonat (2,0 ekv), 14,10 kg xantfos (0,04 ekv), 39,40 kg DIPEA (0,5 ekv) och 1,06 kg Pd(OAc)2 (0,5 % vikt) till lösningen.
- Byt ut kvävet fyra gånger, låt blandningen värmas till 85-95 °C under kväveskydd och rör om i 3 timmar. Övervaka reaktionen med HPLC och bekräfta slutförandet av reaktionen när det återstående råmaterialet är 0,44%.
- Kyl reaktionstemperaturen till 20-30 °C. Samla lösningen i omgångar och placera den i en 125 L plasthink i 30 minuter.
- Filtrera reaktionslösningen med ett kemiskt sugfilterfat (filterpåsens öppning är 10-15 μm) med diatomit som filterhjälpmedel och tvätta filterkakan med toluen (185,20-370,40 kg, 1-2 V).
- Samla upp filtratet i ett emaljkärl och använd en cirkulerande vattenvakuumpump under reducerat tryck vid 55-65 °C i 10 timmar med ett tryckvärde på -0,095 MPa. Håll pumpen i arbete för att bibehålla trycket och erhålla produktföreningen som en viskös vätska.
- Indunsta produkten två gånger genom att pumpa toluen och fortsätta reaktionen. Koncentrera slutprodukten i 4 timmar. Rena den resulterande produkten med kolonnkromatografi, eluering med heptan och etylacetat (V / V, 10/1-3/1) för att erhålla ett fast ämne med ett utbyte av 98,5%.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Denna studie ger den uppskalade syntesprocessen för den viktiga intermediära ACT051-3 av Upatinib (figur 1 och figur 2). Protokollavsnittet (steg 1-3) visar specifikt gram-grade syntes, pilotskala kilogram-grade syntes och uppskalning produktionssteg för föreningen ACT051-2 och mellanliggande ACT051-3.
Under undersökningen av den optimala vägen för föreningen ACT051-2, som visas i tabell 1, fann man att fast TsCl var mer involverad i reaktionen än flytande TsCl (upplöst i DMF, steg 3.1 i protokollet) och signifikant minskade mängden DMF med nästan trefaldigt. Dessutom ökades produktutbytet från 97,49% till 98,44% genom att öka temperaturen på den blandade lösningen när TsCl tillsattes från 0-5 °C till 23-35 °C (visas i tabell 2). Vidare genomfördes experiment på förbrukningen av efterbehandlingsvatten. Som visas i tabell 3, efter en 2,5-faldig minskning av vattenförbrukningen (från 15 ml / g ACT051-2 till 6 ml / g ACT051-2), minskade reaktionsutbytet med 2,5%, men genereringen av avfallslösningen minskade och reaktionseffektiviteten förbättrades avsevärt.
En serie experimentella förhållanden utvecklades för att erhålla den optimerade processvägen för den mellanliggande ACT051-3. Som framgår av tabell 4 minskade mängden Pd(OAc)2 2,5 gånger (från 1,28 % till 0,5 viktprocent), vilket avsevärt minskade produktionskostnaden och ytterligare förbättrade möjligheten att skala upp produktionen, genom att införa DIPEA i reaktionen och ersätta reaktionslösningsmedlet med tert-amylalkohol/toluen (V/V, 2/3), vilket avsevärt minskade produktionskostnaden och ytterligare förbättrade möjligheten att skala upp produktionen. Dessutom, genom att ändra tillståndet förK2CO3som är involverat i reaktionen, reducerades reaktionstiden från 7 timmar till 3,5 timmar, vilket avsevärt förbättrade reaktionseffektiviteten (som visas i tabell 5). Genom att byta från tert-amylalkohol/1,4-dioxan (V/V, 1/4) till tert-amylalkohol/toluen (V/V, 2/3) förkortades reaktionstiden till 3 timmar, produktens topparea ökade från 84,22 % till 88,52 % och den tid det tog för produkten att koncentrera sig förkortades avsevärt, vilket förbättrade reaktionens effektivitet (se tabell 6).
Båda föreningarna ACT051-2 och ACT051-3 kännetecknades kemiskt av protonkärnmagnetisk resonans (1H NMR), HPLC och högupplöst masspektrometri. Analysmetoderna (HPLC, 1 H NMR och elektrosprayjoniseringsspektroskopi) för ACT051-2 och ACT051-3 finns i stödarbetet (kompletterande tabell 1, kompletterande figur 1, kompletterande figur 2, kompletterande figur 3, kompletterande figur 4, kompletterande figur 5 och kompletterande figur 6). Karakteriseringsdata för ACT051-2 och ACT051-3 rapporteras nedan:
2-brom-5-tosyl-5H-pyrrolo[2,3-b]pyrazin (ACT051-2):
1H NMR (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 beräknat för C13 H 10BrN3O2S [M] + 352,21, befunnits vara 352,00.
Tert-butyl (5-toluensulfonyl-5H-pyrrol [2,3-b] pyrazin-2-yl)karbamat (ACT051-3):
1H NMR (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 beräknat för C 18 H20N 4 O4S [M+H] + 389,12, befunnits vara 389,15.
Figur 1: Syntesväg för intermediär ACT051-3. a) Reaktionsväg och förhållanden för ACT051-3 före optimering: i) DMF, DIPEA, TsCl; ii) xantfos, Pd(OAc)2,K2CO3, tert-amylalkohol/1,4-dioxan (V/V, 1/4), (B) Reaktionsväg och förhållanden för ACT051-3 efter optimering: i) DMF, DIPEA, TsCl; ii) xantfos, Pd(OAc)2,K2CO3, DIPEA, tert-amylalkohol/toluen (V/V, 2/3). Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 2: Processflödesdiagrammet för föreningarna ACT051-2 och ACT051-3 i uppskalningsproduktion. (A) Processflödesdiagram för ACT051-2 i uppskalningsproduktion. (B) Processflödesdiagram för ACT051-3 i uppskalningsproduktion. Klicka här för att se en större version av denna figur.
| Nummer | Tillstånd för TsCl | V(DMF) (Laboratorietest) | V(DMF) (pilotuppskalning) |
| 1 | lös upp i DMF | 8,5 V | 54 V |
| 2 | solid | 3,0 V | 18 V |
Tabell 1: Effekt av olika former av TsCl på den syntetiska föreningen ACT051-2. De olika tillstånden av TsCl inkluderar flytande TsCl (upplöst i DMF) och fast TsCl. Experimentella resultat visar att fast TsCl är mer gynnsam för industriell produktion.
| Nummer | Temperatur (°C) | Villkor för blandning | Huruvida har en förtydligande process | Avkastning | Renhet |
| 1 | 0-5 | viskös | Nej | 97.49% | 96.85% |
| 2 | 25-35 | bra blandning | Ja | 98.44% | 96.99% |
Tabell 2: Effekt av tillsats av TsCl vid olika temperaturer på syntesen av ACT051-2. Tillsätt TsCl till reaktionen vid 0-5 °C eller 23-35 °C.
| Nummer | Vattenförbrukning | Avkastning | Renhet |
| 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% |
Tabell 3: Effekt av olika vattenförbrukning efter behandling på syntesen av ACT051-2. Prova de olika vattenförbrukningarna efter behandling, inklusive 15 ml / g ACT051-1, 9 ml / g ACT051-1 och 6 ml / g ACT051-1. De optimala förhållandena uppnåddes vid en efterbehandlingsvattenvolym på 6 ml/g ACT051-2.
| Nummer | Motsvarar DIEPA | Motsvarar K2CO3 | Motsvarar Pd(OAc)2 |
| 1 | 0.0 ekv | 3.0 EQ | 1,28% viktprocent |
| 2 | 2.0 ekv | 2.0 ekv | 0,60% viktprocent |
| 3 | 1.0 ekv | 2.0 ekv | 0,60% viktprocent |
| 4 | 0,5 ekv | 2.0 ekv | 0,60% viktprocent |
Tabell 4: Effekt av att tillsätta DIPEA till reaktionen för syntesen av ACT051-3. Utforska effekten av DIPEA tillsats eller inte på reaktionen. Resultaten visade att införandet av DIPEA minskade mängden Pd(OAc)2 med en faktor på 2,5 (från 1,28 % till 0,5 % vikt).
| Nummer | Tillstånd för K2CO3 | Ekvivalent | Reaktionstid (h) |
| 1 | solid | 2.0 ekv | 7 |
| 2 | pulvriserad | 2.0 ekv | 3.5 |
Tabell 5: Effekt av olika tillstånd avK2CO3på reaktionen av den syntetiska föreningen ACT051-3. Välj kaliumkarbonat i granulär eller pulverform för att delta i reaktionen.
| Nummer | Dosering av Pd(OAc)2 | Reaktionslösningsmedel | V/V | Reaktionstid / h | Produktens toppareal/ % |
| 1 | 0,60% viktprocent | tertamylalkohol / 1,4-dioxan | 1-4 | 3.5 | 84.22 |
| 2 | 0,60% viktprocent | tertamylalkohol / 1,4-dioxan | 2-3 | 3.5 | 83.34 |
| 3 | 0,60% viktprocent | tert amylalkohol / toluen | 2-3 | 3 | 88.52 |
| 4 | 0,50% viktprocent | tert amylalkohol / toluen | 2-3 | 2.25 | 87.11 |
Tabell 6: Effekt av olika reaktionslösningsmedel på reaktionen av den syntetiska föreningen ACT051-3. Tert-amylalkohol/1,4-dioxan (V/V, 1/4) och tert-amylalkohol/toluen (V/V, 2/3) väljs som reaktionslösningsmedel.
Kompletterande tabell 1: Analysmetod för föreningarna ACT051-2 och ACT051-3. Specifika kromatografiska förhållanden för analys av föreningarna ACT051-2 och ACT051-3, inklusive instrument, metodnamn, vätskefaskolonn, mobil fas, kolonntemperatur, strömhastighet och våglängd. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande figur 1: Vätskekromatogrammen med hög prestanda för ACT051-2. Resultaten för data detekterades av HPLC. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande figur 2: De högpresterande vätskekromatogrammen för ACT051-3. Resultaten för data detekterades av HPLC. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande figur 3: MS-spektrum för ACT051-2. Resultaten för data detekterades med ESI-spektroskopi. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande figur 4: MS-spektrum för ACT051-3. Resultaten för data detekterades med ESI-spektroskopi. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande figur 5: 1H NMR-spektrum för ACT051-2. Resultaten för datan analyserades med hjälp av MestReNova. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande figur 6: 1H NMR-spektrum för ACT051-3. Resultaten för datan analyserades med hjälp av MestReNova. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Reaktionsbetingelserna för syntes, inklusive reaktionstemperatur, tid, val av reaktionsreagens och materialförhållandet, påverkar genomförbarheten av reaktionen, utbyten, renhet och produktionskostnad, särskilt för uppskalningsproduktion.
I laboratoriesyntesen av ACT051-2 kan TsCl i flytande form (upplöst i DMF; steg 1.1.3) användas för att i reaktionen; Det är dock inte lämpligt för pilotuppskalningssyntes eller industriell produktion, eftersom användning av flytande TsCl för denna reaktion ökar mängden lösningsmedel i reaktionssystemet, vilket resulterar i mer spillvätska. Som ett resultat valde vi fast TsCl för reaktionen i pilotuppskalningen och industriell produktion (steg 2.1.2 respektive 3.1.3 i protokollet) och fick goda experimentella resultat, med tanke på begreppet miljöskydd och grön kemi (tabell 1).
Dessutom fann man i pilotuppskalningsexperimenten att tillsats av en stor mängd TsCl vid låg temperatur gör reaktionssystemet för visköst för att omröras, vilket resulterar i risken för inkapsling av råmaterialet. För att hantera denna risk ökades temperaturen från 0-5 °C till 25-35 °C (steg 2.1.1 eller 3.1.4 i protokollet), tillräcklig omrörning erhölls för det fasta TsCl som tillsattes, reaktionslösningssystemet hade god fluiditet och reaktionen fortskred smidigt (tabell 2).
Dessutom krävdes en stor mängd vatten (15 ml/g ACT051-1) för efterbehandlingsexperimenten med ACT051-2, vilket inte var lämpligt för uppskalning av produktionsexperiment och genererade mer avfallslösning. Ur miljöskyddssynpunkt undersöktes därför omedelbart den optimala mängden vatten som användes för efterbehandling vid undersökningen av produktionsprocessförhållandena. Som visas i tabell 3, när mängden efterbehandlingsvatten reducerades till 6 ml / g ACT051-1, visade utbytet av experimentet en liten inverkan, men kunde avsevärt förbättra effektiviteten och minska genereringen av avfallsvätska.
När vi undersökte den industriella produktionsprocessvägen för den mellanliggande ACT051-3 genomförde vi ett stort antal processoptimeringsexperiment och löste många skalningsproblem. I syntesen av ACT051-3 genomgick ACT051-2 en Buchwald-Hartwig-kopplingsreaktion med tert-butylkarbamat katalyserat av Pd (OAc) 2 och xanthphos för att ge föreningen ACT051-3. Pd(0) är en aktiv art av palladium som vanligen används vid kopplingssvar som Suzuki och Buchwald16,17,18,19. Pd(II) används emellertid ofta för att katalysera reaktionen. Som ett resultat använde vi en aminförening (DIPEA) för att reducera Pd (II) till Pd (0) och lämnade det katalytiska systemet för hela reaktionen i en Pd (0) och Pd (II) katalytisk cykel. Med tillägget av DIPEA minskade mängden av den dyra katalysatorn Pd(OAc)2 kraftigt från 1,28% till 0,5% (tabell 4), vilket kraftigt minskade kostnaden för uppskalningsproduktion och ytterligare stärkte metodens rationalitet och genomförbarhet.
Den långa reaktionstiden medför ett stort antal sidoreaktioner och genererar föroreningar, vilket inte bidrar till att skala upp produktionen. Genom omfattande laboratoriestudier fann man att förändring av tillståndet för kaliumkarbonat från granulat till pulver (steg 1.2.2 eller 2.2.2 i protokollet) resulterade i en lämplig minskning av reaktionstiden, vilket är mer gynnsamt för industriell produktion (tabell 5). Med tanke på att det 1,4-dioxan som användes i det småskaliga pilotförsöket var svårare att koncentrera (steg 1.2.1 i protokollet) övervägde vi dessutom kombinationen av toluen och tert-butanol (steg 2.2.1 eller 3.2.2 i protokollet; V/V, 2/3), som är bättre koncentrerade lösningsmedel, som reaktionslösningsmedel för industriell produktion. Resultaten visade att reaktionen uppnådde en hög befordringshastighet, minskade reaktionstiden och förbättrade reaktionens effektivitet (se tabell 6).
Sammanfattningsvis, efter upprepad undersökning av experimentella förhållanden, erhölls slutligen de optimala processuppskalningsförhållandena för föreningarna ACT051-2 och ACT051-3, och processflödesdiagrammet för denna uppskalningsproduktion visas i figur 2. Resultaten av den uppskalade produktionen visade att hela processen var stabil och produktutbytet var normalt (steg 3.1.7 eller 3.2.8 i protokollet).
Den industriella produktionsväg som erhållits i denna studie är en ny väg tillgänglig, och genomförbarheten av denna processväg i framtida industriell produktion bekräftades också. Dessutom ger resultaten från denna studie en viss teknisk forskningsgrund för framtida forskning om den industriella produktionsvägen för föreningarna ACT051-2 och ACT051-3.
Det finns dock fortfarande utrymme för optimering och förbättring av processvägen, såsom mängden TsCl (1,25 ekv), vilket är överdrivet i syntesen av ACT051-2 och kan minskas ytterligare. Vid syntesen av ACT051-3 kan dessutom endast toluen användas som reaktionslösningsmedel för att underlätta efterbearbetning, och mängden katalysator Pd(OAc)2 kan fortsätta att minska. Ovanstående tekniska frågor kan studeras och utforskas ytterligare i framtida arbete för att bättre skala upp produktionen av den syntetiska föreningen ACT051-3.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inget att avslöja.
Acknowledgments
Det finns inga bekräftelser att nämna här.
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).
