Summary
Her præsenterer vi en protokol for opskaleret syntese af den mellemliggende tert-butyl (5-toluensulfonyl-5h-pyrrol [2,3-b] pyrazin-2-yl) carbamat (ACT051-3) af Upatinib.
Abstract
Upatinib, et Janus kinasehæmmerlægemiddel, blev udviklet af et biotekfirma til behandling af immunsygdomme. Forbindelsen tert-butyl (5-toluensulfonyl-5h-pyrrol [2,3-b] pyrazin-2-yl) carbamat (ACT051-3) er et vigtigt mellemprodukt af upatinib. Til dato er den stabile industrielle produktion af denne mellemprodukt (ACT051-3) ikke blevet rapporteret. I denne undersøgelse beskrev vi den specifikke syntesemetode og proces for forbindelsen ACT051-3 med hensyn til laboratoriesyntese, pilotopskalering og industriel produktion. Under udforskningen af procesruten for ACT051-3 blev der foretaget mange passende justeringer og forbedringer af reaktionsbetingelserne, hvilket endelig førte til en vellykket udvikling af den optimale industrielle produktionsproces for ACT051-3. Reaktionstiden blev næsten fordoblet ved at ændre tilstanden af kaliumcarbonatet involveret i reaktionen, hvilket i høj grad forbedrede reaktionseffektiviteten. Ved at indføre N,N-diisopropylethylamin (DIPEA) i reaktionen blev mængden af den dyre katalysator Pd(OAc)2 desuden reduceret 2,5 gange, hvilket reducerede produktionsomkostningerne betydeligt, hvilket bekræftede gennemførligheden af denne procesvej og den industrielle produktion af ACT051-3 og opfyldte markedets efterspørgsel efter dette vigtige mellemprodukt.
Introduction
Upatinib er blevet en globalt populær Janus kinase 1 (JAK1) hæmmer til behandling af immunsygdomme i de senere år 1,2. Dette lægemiddel har vist signifikante terapeutiske virkninger på psoriasisartrit (PsA)3,4, reumatoid arthritis (RA)5,6,7 og atopisk dermatitis (AD)8,9. På grund af sin høje selektivitet10 har Upatinib desuden en bred vifte af kliniske anvendelser. Tert-butyl (5-tosyl-5h-pyrolo [2,3-b] pyrazin-2-yl) carbamat (ACT051-3) er et vigtigt mellemprodukt af Upatinib. Dets vigtigste strukturelle komponenter er pyrrolringen og pyrazinringen, som kan anvendes til fremstilling af nye nitrogenholdige tricykliske kinasehæmmere til behandling af immun- og tumorsygdomme11.
Pilotopskalering er en mellemstor opskalering (50x-100x) af procesruten og betingelserne bestemt af laboratoriepilotundersøgelsen efterfulgt af procestest, industriel undersøgelse og optimering for at bestemme de bedste industrielle produktions- og driftsforhold12.
På nuværende tidspunkt er laboratoriesynteseruterne for denne mellemforbindelse (ACT051-3) blevet rapporteret, men de er kun blevet udført i lille skala på grund af problemer med lavt udbytte, komplekse reaktioner og høje udstyrskrav, som stadig har meget plads til at blive optimeret11,13,14,15. Der er imidlertid ikke rapporteret om nogen procesvej for pilotopskalering og industriel produktion af mellemproduktet ACT051-3 på nuværende tidspunkt.
Derfor undersøgte vi i denne undersøgelse pilotopskaleringen og produktionsruten for forbindelsen ACT051-3 med henvisning til de bedre rapporterede laboratoriesyntetiske ruter. Sammenlignet med den oprindelige laboratoriesyntesevej blev der foretaget mange passende justeringer og forbedringer af reaktionsbetingelserne, og andre faktorer, der kan påvirke reaktionsresultaterne, blev undersøgt. Endelig blev de bedst egnede procesparametre for den optimale rute identificeret, og vi opnåede en procesrute, der er enkel at betjene, billig og miljøvenlig, og som er velegnet til pilotopskalering og produktion af ACT051-3.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Syntese i pilotskala af forbindelserne ACT051-2 og ACT051-3
- Syntese af 2-brom-5-tosyl-5H-pyrrolo[2,3-b]pyrazin (ACT051-2)
- I en rundbundet kolbe opløses 50,0 g af forbindelsen 2-brom-5H-pyrrolo[2,3-b]pyrazin (ACT051-1; 0,25 M) i 15 ml N,N-dimethylformamid (DMF; 3 V).
- Der tilsættes 65,3 g diisopropylethylamin (DIPEA; 0,51 M) til reaktionsopløsningen under nitrogenbeskyttelse (tilvejebringes en gas- og fugtbarriere), og temperaturen afkøles til 0-5 °C gennem et koldt vandbad. For nitrogenbeskyttelse pumpes reaktorens tryk til -0,75--0,8 MPa, og passér derefterN2 for at afbalancere trykket ved 0,1 MPa.
- Tilsæt 60,20 g TsCl opløst i 12 ml DMF (0,32 M). Hæv temperaturen til 20-30 °C gennem varmtvandsbadet og rør rundt i ca. 1 time. Tilsæt koldt vand (600,0 ml, 0-10 °C) til blandingen og rør i yderligere 1 time.
- Filtrer produktet under vakuum ved hjælp af en glastragt med en slibeplade polstret med filterpapir. Vask med vand (200,0 ml) flere gange og tør med en elektrisk termostatisk tørreovn for at opnå et lysegult fast stof (ACT051-2) med et udbytte på 78%.
- Syntese af tert-butyl (5-toluensulfonyl-5H-pyrrol [2,3-b] pyrazin-2-yl)carbamat (ACT051-3)
- 176,11 g ACT051-2 opløses i 366,31 g 1,4-dioxan i en rundbundet kolbe med tre porte.
- Der tilsættes 65,75 g tert-butylcarbamat, 138,21 g granuleret kaliumcarbonat (2,0 eq), 11,57 g xantphos (0,04 eq) og 2,25 g Pd(OAc)2 (1,28% vægt) til opløsningen.
- Blandingen opvarmes til 105 °C og omrøres i 7 timer under nitrogenatmosfære. Lad blandingen afkøle til stuetemperatur og filtrer produktet med en Buchner-tragt (filterpapiråbningen er 80-120 μm).
- Filterresten vaskes med ethylacetat (200 ml). Brug en cirkulationsvandvakuumpumpe til at koncentrere produktet under reduceret tryk ved 50-60 °C med en trykværdi på -0,095 MPa. Hold pumpen i gang for at opretholde trykket og opnå en mørkebrun olie.
- Råproduktet renses med søjlekromatografi, eluering med petroleumsether og ethylacetat (V / V, 10/1) for at opnå målforbindelsen som et hvidt fast stof med et udbytte på 93,5%.
2. Pilotopskaleringssyntese af forbindelserne ACT051-2 og ACT051-3
- Pilotopskaleringssyntese af 2-brom-5-tosyl-5H-pyrrolo[2,3-b]pyrazin (ACT051-2)
- Der tilsættes 1,0 kg ACT051-1 (5,05 M) og 1,305 kg DIPEA (10,1 M) til en rundbundet kolbe med tre porte. Der tilsættes 3 liter DMF (3 V) til kolben, og det faste stof opløses. Reaktionsblandingen opvarmes til 35 °C.
- Der tilsættes 1,203 kg TsCl (6,31 M) til reaktionsopløsningen og omrøres i 1 time. Blandingen omrøres, indtil reaktionens afslutning er bekræftet ved tyndtlagskromatografi (TLC) og højtydende væskekromatografi (HPLC). Kort sagt, tag en lille mængde reaktionsprodukt og underkast dette TLC-overvågning. Når TLC viser, at der næsten ikke er noget råmateriale tilbage, skal du sende prøven til HPLC's centrale kontrol og detektere reaktionen på råmaterialet eller produktforholdet til at være 0,1 / 99,9.
- Hæld 8,4 l koldt vand i og rør i yderligere 0,5 timer. Filtrer alle væsker med en Buchner-tragt (filterpapiråbningen er 80-120 μm) og skyl råproduktet med 600 ml vand.
- Det resulterende produkt tørres ved 70 °C natten over ved hjælp af en elektrisk termostatisk tørreovn, og opnå et produkt med et udbytte på 94,9%.
- Pilotopskaleringssyntese af tert-butyl (5-toluensulfonyl-5H-pyrrol [2,3-b] pyrazin-2-yl)carbamat (ACT051-3)
- Der tilsættes 3,31 l tert-amylalkohol og 4,97 l toluen (V/V, 2/3) til reaktionskedlen.
- Til opløsningen tilsættes 1,66 kg ACT051-2, 0,83 kg tert-butylcarbamat, 1,301 kg pulveriseret kaliumcarbonat, 0,11 kg xantphos, og 0,31 kg DIPEA.
- Nitrogen tømmes tre gange, som i trin 1.1.2, dette 3x gentages, og der tilsættes 10 g Pd(OAc)2 (0,60% vægt) til reaktionsopløsningen under nitrogenbeskyttelse.
- Reaktionsblandingen opvarmes til 90 °C og omrøres i 4 timer. Blandingen afkøles til 40 °C eller derunder.
- Reaktionsopløsningen filtreres med en Buchner-tragt (filterpapiråbningen er 80-120 μm) ved hjælp af diatomit som filterhjælpemiddel, og filterkagen vaskes med toluen.
- Opsaml og koncentrer filtratet. Brug en cirkulationsvandvakuumpumpe til at koncentrere filtratet under reduceret tryk ved 50-60 °C med en trykværdi på -0,095 MPa. Hold pumpen i gang for at opretholde trykket.
- Tilsæt 300 ml heptan og rør rundt i 20 min. Reaktionsopløsningen filtreres igen med en Buchner-tragt (filterpapiråbningen er 80-120 μm) og skylles råproduktet med heptan (50 ml, tre gange). Tør og opnå produktet med et udbytte på 96,3%.
3. Industriel produktion af forbindelserne ACT051-2 og ACT051-3
- Industriel produktion af 2-brom-5-tosyl-5H-pyrrolo[2,3-b]pyrazin (ACT051-2)
- Bekræft, at reaktoren er ren og fri for vand, og sørg for, at blandeanordningen ikke støjer, når den tændes, og reaktorens bundafgangsventil er lukket.
- Tilsæt 355,50 kg DMF (3 V) i 2.000 L emaljereaktoren og begynd at røre. Tilsæt 125,04 kg ACT051-1 (1,0 eq) og 164,8 kg DIPEA (2,0 eq) til opløsningen.
- Sænk temperaturen til 20-25 °C under nitrogenbeskyttelse. Der tilsættes 150,22 kg TsCl (1,25 eq) ved 25-35 °C i 10 batcher inden for 3 timer.
- Blandingen henstår ved 25-35 °C og omrøres i 2 timer. Der fremstilles 750,20 kg koldt vand (3-4 °C) i en anden 2.000 L reaktor.
- Overvåg reaktionen med HPLC, og bekræft afslutningen af reaktionen, når det resterende råmateriale er 0,5%.
- Der tilsættes koldt vand ( 3-4 °C) til reaktionsblandingen, og der omrøres ved 15-30 °C i 1,5 time. Saml filtratet og skyl med vand (250-500 kg, 2-4 V), indtil det bliver neutralt (testet med pH-papir).
- Produktet tørres ved 60-65 °C i 30,5 timer for at opnå et lysebrunt fast stof med et udbytte på 95,5%.
- Industriel produktion af tert-butyl (5-toluensulfonyl-5H-pyrrol [2,3-b] pyrazin-2-yl)carbamat (ACT051-3)
- Bekræft, at reaktoren er ren og fri for vand, og sørg for, at blandeanordningen er normal, og at reaktorens bundudløbsventil er lukket.
- Tilsæt 340,10 kg tert-amylalkohol (2 V) og 552,50 kg toluen (3 V) i en 2.000 L emaljereaktor og begynd at røre.
- Der tilsættes 212,40 kg ACT051-2 (1,0 eq), 106,00 kg tert-butylcarbamat (1,5 eq), 166,70 kg pulveriseret kaliumcarbonat (2,0 eq), 14,10 kg xantphos (0,04 eq), 39,40 kg DIPEA (0,5 eq) og 1,06 kg Pd(OAc)2 (0,5% vægt) til opløsningen.
- Udskift nitrogenet fire gange, lad blandingen varme op til 85-95 °C under nitrogenbeskyttelse, og rør i 3 timer. Overvåg reaktionen med HPLC, og bekræft afslutningen af reaktionen, når det resterende råmateriale er 0,44%.
- Reaktionstemperaturen afkøles til 20-30 °C. Saml opløsningen i portioner og læg den i en 125 L plastspand i 30 min.
- Reaktionsopløsningen filtreres med en kemisk sugefiltertønde (filterposeåbningen er 10-15 μm) ved hjælp af diatomit som filterhjælpemiddel og vask filterkagen med toluen (185,20-370,40 kg, 1-2 V).
- Filtratet opsamles i en emaljebeholder, og brug en cirkulerende vandvakuumpumpe under reduceret tryk ved 55-65 °C i 10 timer med en trykværdi på -0,095 MPa. Hold pumpen i gang for at opretholde trykket og opnå produktforbindelsen som en tyktflydende væske.
- Produktet inddampes to gange ved at pumpe toluen og fortsætte reaktionen. Koncentrer slutproduktet i 4 timer. Det resulterende produkt renses med søjlekromatografi, eluering med heptan og ethylacetat (V / V, 10/1-3/1) for at opnå et fast stof med et udbytte på 98,5%.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Denne undersøgelse giver den opskalerede synteseproces for det vigtige mellemliggende ACT051-3 af Upatinib (figur 1 og figur 2). Protokolafsnittet (trin 1-3) viser specifikt syntese i gramkvalitet, syntese i pilotskala kilogramkvalitet og opskaleringsproduktionstrin for forbindelsen ACT051-2 og den mellemliggende ACT051-3.
I løbet af undersøgelsen af den optimale rute for forbindelsen ACT051-2, som vist i tabel 1, blev det konstateret, at fast TsCl var mere involveret i reaktionen end flydende TsCl (opløst i DMF, trin 3.1 i protokollen) og signifikant reducerede mængden af DMF med næsten tre gange. Derudover blev produktudbyttet øget fra 97,49% til 98,44% ved at øge temperaturen af den blandede opløsning, når TsCl blev tilsat fra 0-5 °C til 23-35 °C (vist i tabel 2). Endvidere blev der udført forsøg på forbruget af efterbehandlingsvand. Som vist i tabel 3 faldt reaktionsudbyttet med 2,5% efter en 2,5 gange reduktion i vandforbruget (fra 15 ml/g ACT051-2 til 6 ml/g ACT051-2), men genereringen af affaldsopløsning blev reduceret, og reaktionseffektiviteten blev signifikant forbedret.
En række eksperimentelle betingelser blev udviklet for at opnå den optimerede procesrute for den mellemliggende ACT051-3. Som vist i tabel 4 blev mængden af Pd(OAc)2 reduceret 2,5 gange (fra 1,28% vægt til 0,5% vægt) ved at indføre DIPEA i reaktionen og erstatte reaktionsopløsningsmidlet med tert-amylalkohol/toluen (V/V, 2/3), hvilket reducerede produktionsomkostningerne betydeligt og yderligere forbedrede muligheden for at opskalere produktionen. Ved at ændre tilstanden afK2CO3 involveret i reaktionen blev reaktionstiden desuden reduceret fra 7 timer til 3, 5 timer, hvilket i høj grad forbedrede reaktionseffektiviteten (som vist i tabel 5). Ved at skifte fra tert-amylalkohol/1,4-dioxan (V/V, 1/4) til tert-amylalkohol/toluen (V/V, 2/3) blev reaktionstiden desuden forkortet til 3 timer, produktets topareal steg fra 84,22 % til 88,52 %, og den tid, det tog for produktet at koncentrere sig, blev signifikant forkortet, hvilket alt sammen forbedrede reaktionens effektivitet (se tabel 6).
Begge forbindelser ACT051-2 og ACT051-3 blev kemisk karakteriseret ved protonkernemagnetisk resonans (1H NMR), HPLC og massespektrometri med høj opløsning. Analysemetoderne (HPLC, 1 H NMR og elektrosprayionisering [ESI] spektroskopi) af ACT051-2 og ACT051-3 findes i det understøttende arbejde (supplerende tabel 1, supplerende figur 1, supplerende figur 2, supplerende figur 3, supplerende figur 4, supplerende figur 5 og supplerende figur 6). Karakteriseringsdataene for ACT051-2 og ACT051-3 er rapporteret nedenfor:
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 beregnet for C13 H 10BrN3O2S [M] + 352,21, fundet at være 352,00.
Tert-butyl (5-toluensulfonyl-5H-pyrrol [2,3-b] pyrazin-2-yl)carbamat (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 beregnet for C 18 H20N 4 O4S [M + H] + 389,12, fundet at være 389,15.
Figur 1: Syntesevej for det mellemliggende ACT051-3. (A) Reaktionsvej og betingelser for ACT051-3 før optimering: i) DMF, DIPEA, TsCl; ii) xantphos, Pd(OAc)2,K2CO3, tert-amylalkohol/1,4-dioxan (V/V, 1/4) (B) Reaktionsvej og betingelser for ACT051-3 efter optimering: i) DMF, DIPEA, TsCl; ii) xantphos, Pd(OAc)2,K2CO3, DIPEA, tert-amylalkohol/toluen (V/V, 2/3). Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 2: Procesflowdiagrammet for forbindelserne ACT051-2 og ACT051-3 i opskaleringsproduktion. (A) Procesflowdiagram for ACT051-2 i opskaleringsproduktion. (B) Procesflowdiagram for ACT051-3 i opskaleringsproduktion. Klik her for at se en større version af denne figur.
| Tal | Staten TsCl | V(DMF) (Laboratorietest) | V(DMF) (pilotopskalering) |
| 1 | opløses i DMF | 8,5 V | 54 V |
| 2 | fast | 3,0 V | 18 V |
Tabel 1: Effekt af forskellige former for TsCl på den syntetiske forbindelse ACT051-2. De forskellige tilstande af TsCl inkluderer flydende TsCl (opløst i DMF) og fast TsCl. Eksperimentelle resultater viser, at fast TsCl er mere befordrende for industriel produktion.
| Tal | Temperatur (°C) | Betingelse for blanding | Om der er en afklaringsproces | Give efter | Renhed |
| 1 | 0-5 | tyk | Nej | 97.49% | 96.85% |
| 2 | 25-35 | god blanding | Ja | 98.44% | 96.99% |
Tabel 2: Effekt af tilsætning af TsCl ved forskellige temperaturer på syntesen af ACT051-2. Tilsætning af TsCl til reaktionen ved 0-5 °C eller 23-35 °C.
| Tal | Vandforbrug | Give efter | Renhed |
| 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% |
Tabel 3: Effekt af forskelligt efterbehandlingsvandforbrug på syntesen af ACT051-2. Prøv de forskellige vandforbrug efter behandling, herunder 15 ml/g ACT051-1, 9 ml/g ACT051-1 og 6 ml/g ACT051-1. De optimale betingelser blev opnået ved et vandvolumen efter behandling på 6 ml/g ACT051-2.
| Tal | Ækvivalent med DIEPA | Ækvivalent medK2CO3 | Ækvivalent med Pd(OAc)2 |
| 1 | 0,0 ækv | 3,0 ækv | 1,28% vægt |
| 2 | 2.0 ækv. | 2.0 ækv. | 0,60% vægt |
| 3 | 1.0 ækv | 2.0 ækv. | 0,60% vægt |
| 4 | 0,5 ækv. | 2.0 ækv. | 0,60% vægt |
Tabel 4: Effekt af tilsætning af DIPEA til reaktionen til syntesen af ACT051-3. Undersøgelse af effekten af DIPEA tilsætning eller ej på reaktionen. Resultaterne viste, at indførelsen af DIPEA reducerede mængden af Pd(OAc)2 med en faktor på 2,5 (fra 1,28% vægt til 0,5% vægt).
| Tal | Tilstand af K2CO3 | Ækvivalent | Reaktionstid (h) |
| 1 | fast | 2.0 ækv. | 7 |
| 2 | Pulveriseret | 2.0 ækv. | 3.5 |
Tabel 5: Virkning af forskellige tilstande afK2CO3 på reaktionen af den syntetiske forbindelse ACT051-3. Vælg kaliumcarbonat i granulær eller pulverform for at deltage i reaktionen.
| Tal | Dosering af Pd (OAc)2 | Opløsningsmiddel til reaktion | V/V | Reaktionstid / h | Produktets spidsareal/ % |
| 1 | 0,60% vægt | Tert Amylalkohol / 1,4-dioxan | 1-4 | 3.5 | 84.22 |
| 2 | 0,60% vægt | Tert Amylalkohol / 1,4-dioxan | 2-3 | 3.5 | 83.34 |
| 3 | 0,60% vægt | tert amylalkohol / Toluen | 2-3 | 3 | 88.52 |
| 4 | 0,50% vægt | tert amylalkohol / Toluen | 2-3 | 2.25 | 87.11 |
Tabel 6: Virkning af forskellige reaktionsopløsningsmidler på reaktionen af den syntetiske forbindelse ACT051-3. Tert-amylalkohol/1,4-dioxan (V/V, 1/4) og tert-amylalkohol/toluen (V/V, 2/3) vælges som reaktionsopløsningsmidler.
Supplerende tabel 1: Analysemetode for forbindelserne ACT051-2 og ACT051-3. Specifikke kromatografiske betingelser for analyse af forbindelserne ACT051-2 og ACT051-3, herunder instrument, metodenavn, væskefasekolonne, mobilfase, søjletemperatur, strømhastighed og bølgelængde. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende figur 1: De højtydende væskekromatogrammer i ACT051-2. Resultaterne for dataene blev detekteret af HPLC. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende figur 2: De højtydende væskekromatogrammer i ACT051-3. Resultaterne for dataene blev detekteret af HPLC. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende figur 3: MS-spektrum af ACT051-2. Resultaterne for dataene blev påvist ved ESI-spektroskopi. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende figur 4: MS-spektrum af ACT051-3. Resultaterne for dataene blev påvist ved ESI-spektroskopi. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende figur 5: 1H NMR-spektrum af ACT051-2. Resultaterne for dataene blev analyseret ved hjælp af MestReNova. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende figur 6: 1H NMR-spektrum af ACT051-3. Resultaterne for dataene blev analyseret ved hjælp af MestReNova. Klik her for at downloade denne fil.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Syntesens reaktionsbetingelser, herunder reaktionstemperatur, tid, valg af reaktionsreagenser og forholdet mellem materialer, påvirker gennemførligheden af reaktionen, udbytter, renhed og produktionsomkostninger, især til opskaleringsproduktion.
I laboratoriesyntesen af ACT051-2 kan TsCl i flydende form (opløst i DMF; trin 1.1.3) anvendes i reaktionen; Det er imidlertid ikke egnet til pilotopskaleringssyntese eller industriel produktion, da anvendelse af flydende TsCl til denne reaktion øger mængden af opløsningsmiddel i reaktionssystemet, hvilket resulterer i mere spildvæske. Som et resultat valgte vi solid TsCl til reaktionen i pilotopskalering og industriel produktion (henholdsvis trin 2.1.2 og 3.1.3 i protokollen) og opnåede gode eksperimentelle resultater under hensyntagen til begrebet miljøbeskyttelse og grøn kemi (tabel 1).
Derudover blev det fundet i pilotopskaleringseksperimenterne, at tilsætning af en stor mængde TsCl ved lav temperatur gør reaktionssystemet for tyktflydende til at blive omrørt, hvilket resulterer i risikoen for indkapsling af råmaterialet. For at imødegå denne risiko blev temperaturen øget fra 0-5 °C til 25-35 °C (trin 2.1.1 eller 3.1.4 i protokollen), der blev opnået tilstrækkelig omrøring for det tilsatte faste TsCl, reaktionsopløsningssystemet havde god fluiditet, og reaktionen forløb jævnt (tabel 2).
Desuden var der behov for en stor mængde vand (15 ml/g ACT051-1) til efterbehandlingsforsøgene med ACT051-2, som ikke var egnet til opskalering af produktionseksperimenter og genererede mere affaldsopløsning. Ud fra et miljøbeskyttelsesperspektiv blev den optimale mængde vand, der blev anvendt til efterbehandling, derfor straks undersøgt i udforskningen af produktionsprocesbetingelserne. Som vist i tabel 3, da mængden af efterbehandlingsvand blev reduceret til 6 ml / g ACT051-1, viste udbyttet af eksperimentet en lille effekt, men kunne i høj grad forbedre effektiviteten og reducere dannelsen af affaldsvæske.
Ved at udforske den industrielle produktionsprocesrute for den mellemliggende ACT051-3 gennemførte vi et stort antal procesoptimeringseksperimenter og løste mange skaleringsproblemer. I syntesen af ACT051-3 gennemgik ACT051-2 en Buchwald-Hartwig-koblingsreaktion med tert-butylcarbamat katalyseret af Pd (OAc) 2 og xanthphos for at give forbindelsen ACT051-3. Pd(0) er en aktiv art af palladium, der almindeligvis anvendes til koblingsresponser som Suzuki og Buchwald16,17,18,19. Imidlertid bruges Pd (II) almindeligvis til at katalysere reaktionen. Som et resultat brugte vi en aminforbindelse (DIPEA) til at reducere Pd (II) til Pd (0), hvilket efterlod det katalytiske system af hele reaktionen i en Pd (0) og Pd (II) katalytisk cyklus. Med tilføjelsen af DIPEA blev mængden af den dyre katalysator Pd(OAc)2 kraftigt reduceret fra 1,28% til 0,5% (tabel 4), hvilket i høj grad reducerede omkostningerne ved opskaleringsproduktion og yderligere styrkede metodens rationalitet og gennemførlighed.
Den lange reaktionstid medfører et stort antal bivirkninger og genererer urenheder, hvilket ikke er befordrende for opskalering af produktionen. Gennem omfattende laboratorieundersøgelser blev det konstateret, at ændring af kaliumcarbonats tilstand fra granulat til pulver (trin 1.2.2 eller 2.2.2 i protokollen) resulterede i en passende reduktion af reaktionstiden, hvilket er mere gunstigt for industriel produktion (tabel 5). I betragtning af at det 1,4-dioxan, der blev anvendt i pilotforsøget i lille skala, var vanskeligere at koncentrere (trin 1.2.1 i protokollen), overvejede vi desuden kombinationen af toluen og tert-butanol (trin 2.2.1 eller 3.2.2 i protokollen; V/V, 2/3), som er bedre koncentrerede opløsningsmidler, som reaktionsopløsningsmidler til industriel produktion. Resultaterne viste, at reaktionen opnåede en stor forfremmelseshastighed, reducerede reaktionstiden og forbedrede reaktionens effektivitet (se tabel 6).
Efter gentagen udforskning af forsøgsbetingelserne blev de optimale procesopskaleringsbetingelser for forbindelserne ACT051-2 og ACT051-3 endelig opnået, og procesflowdiagrammet for denne opskaleringsproduktion er vist i figur 2. Resultaterne af den opskalerede produktion viste, at hele processen var stabil, og produktudbyttet var normalt (trin 3.1.7 eller 3.2.8 i protokollen).
Den industrielle produktionsrute, der er opnået i denne undersøgelse, er en ny tilgængelig rute, og gennemførligheden af denne procesvej i fremtidig industriproduktion blev også bekræftet. Desuden giver resultaterne opnået i denne undersøgelse et vist teknisk forskningsgrundlag for fremtidig forskning af den industrielle produktionsrute for forbindelser ACT051-2 og ACT051-3.
Der er dog stadig plads til optimering og forbedring af procesruten, såsom mængden af TsCl (1,25 eq), som er overdreven i syntesen af ACT051-2 og kan reduceres yderligere. Derudover kan kun toluen i syntesen af ACT051-3 anvendes som reaktionsopløsningsmiddel for at lette efterbehandlingen, og mængden af katalysator Pd (OAc)2 kan fortsætte med at falde. Ovennævnte tekniske spørgsmål kan undersøges yderligere og udforskes i det fremtidige arbejde for bedre at opskalere produktionen af den syntetiske forbindelse ACT051-3.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har intet at afsløre.
Acknowledgments
Der er ingen anerkendelser at nævne her.
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).
