Summary
Nous présentons ici un protocole pour la synthèse à grande échelle du tert-butyl intermédiaire (5-toluènesulfonyl-5h-pyrrole [2,3-b] pyrazine-2-yl) carbamate (ACT051-3) de l’upatinib.
Abstract
Upatinib, un inhibiteur de Janus kinase, a été développé par une société de biotechnologie pour traiter les maladies immunitaires. Le composé tert-butyl (5-toluènesulfonyl-5h-pyrrole [2,3-b] pyrazine-2-yl) carbamate (ACT051-3) est un intermédiaire important de l’upatinib. À ce jour, la production industrielle stable de ce composé intermédiaire (ACT051-3) n’a pas été signalée. Dans cette étude, nous avons décrit la méthode et le processus de synthèse spécifiques du composé ACT051-3 en termes de synthèse en laboratoire, de mise à l’échelle pilote et de production industrielle. Au cours de l’exploration de la voie de traitement pour ACT051-3, de nombreux ajustements et améliorations appropriés ont été apportés aux conditions de réaction, conduisant finalement au développement réussi du procédé de production industrielle optimal pour ACT051-3. Le temps de réaction a été presque doublé en changeant l’état du carbonate de potassium impliqué dans la réaction, ce qui a grandement amélioré l’efficacité de la réaction. De plus, en introduisant la N,N-diisopropyléthylamine (DIPEA) dans la réaction, la quantité du catalyseur coûteux(OAc)2 a été réduite de 2,5 fois, ce qui a considérablement réduit les coûts de production, confirmant la faisabilité de cette voie de traitement et de la production industrielle d’ACT051-3, et satisfaisant la demande du marché pour cet important intermédiaire.
Introduction
L’upatinib est devenu un inhibiteur de Janus kinase 1 (JAK1) mondialement populaire pour le traitement des troubles immunitaires au cours des dernières années 1,2. Ce médicament a démontré des effets thérapeutiques significatifs sur le rhumatisme psoriasique (RP)3,4, la polyarthrite rhumatoïde (PR)5,6,7 et la dermatite atopique (AD)8,9. De plus, en raison de sa sélectivité élevée10, Upatinib dispose d’un large éventail d’applications cliniques. Le tert-butyl (5-tosyl-5h-pyrolo [2,3-b] pyrazin-2-yl) carbamate (ACT051-3) est un intermédiaire important de l’upatinib. Ses principaux composants structurels sont le cycle pyrrole et le cycle pyrazine, qui peuvent être utilisés dans la préparation de nouveaux inhibiteurs de kinases tricycliques contenant de l’azote pour le traitement des maladies immunitaires et tumorales11.
La mise à l’échelle pilote est une mise à l’échelle de taille moyenne (50x-100x) de la route et des conditions du procédé déterminées par l’étude pilote en laboratoire, suivie d’essais de procédé, d’une enquête industrielle et d’une optimisation pour déterminer les meilleures conditions de production et d’exploitationindustrielles 12.
À l’heure actuelle, les voies de synthèse en laboratoire pour ce composé intermédiaire (ACT051-3) ont été rapportées, mais elles n’ont été effectuées qu’à petite échelle en raison de problèmes de faible rendement, de réactions complexes et d’exigences élevées en équipement, qui ont encore beaucoup de place pour être optimisées11,13,14,15. Cependant, aucune voie de traitement n’a été signalée pour la mise à l’échelle pilote et la production industrielle du composé intermédiaire ACT051-3 à l’heure actuelle.
Par conséquent, dans cette étude, nous avons étudié la mise à l’échelle pilote et la voie de production du composé ACT051-3, en référence aux voies synthétiques de laboratoire les mieux rapportées. Par rapport à la voie de synthèse initiale en laboratoire, de nombreux ajustements et améliorations appropriés ont été apportés aux conditions de réaction, et d’autres facteurs susceptibles d’affecter les résultats de la réaction ont été étudiés. Enfin, les paramètres de procédé les plus appropriés pour l’itinéraire optimal ont été identifiés et nous avons obtenu un itinéraire de processus simple à utiliser, peu coûteux et respectueux de l’environnement, adapté à la mise à l’échelle pilote et à la production d’ACT051-3.
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Protocol
1. Synthèse à l’échelle pilote des composés ACT051-2 et ACT051-3
- Synthèse de la 2-bromo-5-tosyl-5H-pyrrolo[2,3-b]pyrazine (ACT051-2)
- Dans une fiole à fond rond, dissoudre 50,0 g du composé 2-bromo-5H-pyrrolo[2,3-b]pyrazine (ACT051-1; 0,25 M) dans 15 mL de N,N-diméthylformamide (DMF; 3 V).
- Ajouter 65,3 g de diisopropyléthylamine (DIPEA; 0,51 M) à la solution réactionnelle sous protection à l’azote (fournir une barrière contre les gaz et l’humidité) et refroidir la température à 0-5 °C au bain-marie. Pour la protection de l’azote, pomper la pression du réacteur à -0,75-0,8 MPa, puis passer N2 pour équilibrer la pression à 0,1 MPa.
- Ajouter 60,20 g de TsCl dissous dans 12 mL de DMF (0,32 M). Augmenter la température à 20-30 °C à travers le bain-marie tiède et remuer pendant environ 1 h. Ajouter de l’eau froide (600,0 mL, 0-10 °C) au mélange et remuer encore 1 h.
- Filtrer le produit sous vide à l’aide d’un entonnoir en verre muni d’une planche à poncer rembourrée de papier filtre. Laver à l’eau (200,0 mL) plusieurs fois et sécher à l’aide d’un four de séchage thermostatique électrique pour obtenir un solide jaune pâle (ACT051-2) avec un rendement de 78%.
- Synthèse du tert-butyl (5-toluènesulfonyl-5H-pyrrole [2,3-b]pyrazine-2-yl) carbamate (ACT051-3)
- Dissoudre 176,11 g d’ACT051-2 dans 366,31 g de 1,4-dioxane dans une fiole à fond rond à trois orifices.
- Ajouter 65,75 g de carbamate de tert-butyle, 138,21 g de carbonate de potassium granulaire (2,0 eq), 11,57 g de xantphos (0,04 eq) et 2,25 g de(OAc)2 (1,28 % poids humide) à la solution.
- Chauffer le mélange à 105 °C et agiter pendant 7 h sous atmosphère d’azote. Laisser refroidir le mélange à température ambiante et filtrer le produit avec un entonnoir Buchner (l’ouverture du papier filtre est de 80-120 μm).
- Laver le résidu filtrant avec de l’acétate d’éthyle (200 mL). Utilisez une pompe à vide à eau de circulation pour concentrer le produit sous pression réduite à 50-60 °C avec une valeur de pression de -0,095 MPa. Maintenez la pompe en marche pour maintenir la pression et obtenir une huile brun foncé.
- Purifier le produit brut par chromatographie sur colonne, en éluant avec de l’éther de pétrole et de l’acétate d’éthyle (V/V, 10/1) pour obtenir le composé cible sous forme de solide blanc avec un rendement de 93,5%.
2. Synthèse pilote à grande échelle des composés ACT051-2 et ACT051-3
- Synthèse pilote à grande échelle de la 2-bromo-5-tosyl-5H-pyrrolo[2,3-b]pyrazine (ACT051-2)
- Ajouter 1,0 kg d’ACT051-1 (5,05 M) et 1,305 kg de DIPEA (10,1 M) dans une fiole à fond rond à trois orifices. Ajouter 3 L de DMF (3 V) dans la fiole et dissoudre le solide. Chauffer le mélange réactionnel à 35 °C.
- Ajouter 1,203 kg de TsCl (6,31 M) à la solution réactionnelle et agiter pendant 1 h. Remuer le mélange jusqu’à ce que la fin de la réaction soit confirmée par chromatographie sur couche mince (CCM) et chromatographie liquide à haute performance (CLHP). En bref, prenez une petite quantité de produit de réaction et soumettez-le à une surveillance TLC. Lorsque le TLC montre qu’il ne reste presque plus de matière première, envoyez l’échantillon à la commande centrale HPLC et détectez la réaction à la matière première ou le rapport produit à 0,1/99,9.
- Verser 8,4 L d’eau froide et remuer encore 0,5 h. Filtrer tous les liquides avec un entonnoir Buchner (l’ouverture du papier filtre est de 80-120 μm) et rincer le produit brut avec 600 ml d’eau.
- Sécher le produit obtenu à 70 °C pendant une nuit à l’aide d’une étuve de séchage thermostatique électrique et obtenir un produit avec un rendement de 94,9%.
- Synthèse pilote à grande échelle du tert-butyl (5-toluènesulfonyl-5H-pyrrole [2,3-b] pyrazine-2-yl) carbamate (ACT051-3)
- Ajouter 3,31 L d’alcool tert-amylique et 4,97 L de toluène (V/V, 2/3) à la bouilloire réactionnelle.
- À la solution, ajouter 1,66 kg d’ACT051-2, 0,83 kg de carbamate de tert-butyle, 1,301 kg de carbonate de potassium en poudre, 0,11 kg de xantphos et 0,31 kg de DIPEA.
- Évacuer l’azote trois fois, comme à l’étape 1.1.2, répéter ce 3x, et ajouter 10 g de(OAc)2 (0,60% pt) à la solution réactionnelle sous protection azotée.
- Chauffer le mélange réactionnel à 90 °C et agiter pendant 4 h. Refroidir le mélange à 40 °C ou moins.
- Filtrer la solution réactionnelle avec un entonnoir Buchner (l’ouverture du papier filtre est de 80-120 μm) en utilisant la diatomite comme auxiliaire filtrant et laver le gâteau de filtration avec du toluène.
- Recueillir et concentrer le filtrat. Utiliser une pompe à vide à eau circulante pour concentrer le filtrat sous pression réduite à 50-60 °C avec une valeur de pression de -0,095 MPa. Maintenez la pompe en marche pour maintenir la pression.
- Ajouter 300 ml d’heptane et remuer pendant 20 min. Filtrer à nouveau la solution réactionnelle avec un entonnoir Buchner (l’ouverture du papier filtre est de 80-120 μm) et rincer le produit brut avec de l’heptane (50 mL, trois fois). Sécher et obtenir le produit avec un rendement de 96,3%.
3. Production industrielle des composés ACT051-2 et ACT051-3
- Production industrielle de 2-bromo-5-tosyl-5H-pyrrolo[2,3-b]pyrazine (ACT051-2)
- Confirmer que le réacteur est propre et exempt d’eau, et assurez-vous que le dispositif de mélange ne fait aucun bruit lors de la mise en marche et que la soupape de décharge inférieure du réacteur a été fermée.
- Ajouter 355,50 kg de DMF (3 V) dans le réacteur en émail de 2 000 L et commencer à agiter. Ajouter 125,04 kg d’ACT051-1 (1,0 eq) et 164,8 kg de DIPEA (2,0 eq) à la solution.
- Abaissez la température à 20-25 °C sous protection contre l’azote. Ajouter 150,22 kg de TsCl (1,25 eq) à 25-35 °C en 10 lots en 3 h.
- Laisser le mélange rester à 25-35 °C et agiter pendant 2 h. Préparer 750,20 kg d’eau froide (3-4 °C) dans un autre réacteur de 2 000 L.
- Surveiller la réaction par CLHP et confirmer l’achèvement de la réaction lorsque la matière première restante est de 0,5%.
- Ajouter l’eau froide (3-4 °C) au mélange réactionnel et agiter à 15-30 °C pendant 1,5 h. Recueillir le filtrat et rincer à l’eau (250-500 kg, 2-4 V) jusqu’à ce qu’il devienne neutre (testé avec du papier pH).
- Sécher le produit à 60-65 °C pendant 30,5 h pour obtenir un solide brun clair avec un rendement de 95,5%.
- Production industrielle de tert-butyl (5-toluènesulfonyl-5H-pyrrole [2,3-b]pyrazine-2-yl) carbamate (ACT051-3)
- Confirmer que le réacteur est propre et exempt d’eau, et assurez-vous que le dispositif de mélange est normal et que la soupape de décharge inférieure du réacteur a été fermée.
- Ajouter 340,10 kg d’alcool tert-amylique (2 V) et 552,50 kg de toluène (3 V) dans un réacteur émail de 2 000 L et commencer à agiter.
- Ajouter 212,40 kg d’ACT051-2 (1,0 eq), 106,00 kg de carbamate de tert-butyle (1,5 eq), 166,70 kg de carbonate de potassium en poudre (2,0 eq), 14,10 kg de xantphos (0,04 eq), 39,40 kg de DIPEA (0,5 eq) et 1,06 kg de(OAc)2 (0,5 % poids) à la solution.
- Remplacez l’azote quatre fois, laissez chauffer le mélange à 85-95 °C sous protection contre l’azote et remuez pendant 3 h. Surveiller la réaction par CLHP et confirmer l’achèvement de la réaction lorsque la matière première restante est de 0,44%.
- Refroidir la température de réaction à 20-30 °C. Recueillir la solution par lots et la placer dans un seau en plastique de 125 L pendant 30 min.
- Filtrer la solution réactionnelle avec un baril filtrant à aspiration chimique (l’ouverture du sac filtrant est de 10-15 μm) en utilisant de la diatomite comme auxiliaire filtrant et laver le gâteau de filtration avec du toluène (185,20-370,40 kg, 1-2 V).
- Recueillir le filtrat dans un récipient en émail et utiliser une pompe à vide à eau de circulation sous pression réduite à 55-65 °C pendant 10 h avec une valeur de pression de -0,095 MPa. Maintenez la pompe en marche pour maintenir la pression et obtenir le composé du produit sous forme de liquide visqueux.
- Évaporer le produit deux fois en pompant du toluène et en poursuivant la réaction. Concentrer le produit final pendant 4 h. Purifier le produit obtenu par chromatographie sur colonne, en éluant avec de l’heptane et de l’acétate d’éthyle (V/V, 10/1-3/1), pour obtenir un solide avec un rendement de 98,5%.
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Representative Results
Cette étude fournit le processus de synthèse à grande échelle pour l’important intermédiaire ACT051-3 de l’upatinib (Figure 1 et Figure 2). La section du protocole (étapes 1 à 3) montre spécifiquement la synthèse grammaticale, la synthèse à l’échelle pilote en kilogramme et l’étape de production à grande échelle du composé ACT051-2 et de l’intermédiaire ACT051-3.
Au cours de l’exploration de la voie optimale pour le composé ACT051-2, comme le montre le tableau 1, il a été constaté que la TsCl solide était plus impliquée dans la réaction que la TsCl liquide (dissoute dans le DMF, étape 3.1 du protocole) et réduisait significativement la quantité de DMF de près de trois fois. En outre, le rendement du produit a été augmenté de 97,49 % à 98,44 % en augmentant la température de la solution mélangée lorsque TsCl a été ajouté de 0-5 °C à 23-35 °C (voir tableau 2). En outre, des expériences sur la consommation d’eau post-traitement ont été menées. Comme le montre le tableau 3, après une réduction de 2,5 fois de la consommation d’eau (de 15 mL/g ACT051-2 à 6 mL/g ACT051-2), le rendement de réaction a diminué de 2,5 %, mais la production de solution de déchets a été réduite et l’efficacité de la réaction a été considérablement améliorée.
Une série de conditions expérimentales ont été développées pour obtenir la voie de procédé optimisée pour l’intermédiaire ACT051-3. Comme le montre le tableau 4, en introduisant du DIPEA dans la réaction et en remplaçant le solvant réactionnel par de l’alcool tert-amylique/toluène (V/V, 2/3), la quantité de(OAc)2 a été réduite de 2,5 fois (de 1,28 % en poids à 0,5 % en poids), ce qui a considérablement réduit le coût de production et amélioré la faisabilité de l’augmentation de la production. De plus, en changeant l’état deK2CO3 impliqué dans la réaction, le temps de réaction a été réduit de 7 h à3,5 h, ce qui a considérablement amélioré l’efficacité de la réaction (comme indiqué dans le tableau 5). De plus, en passant de l’alcool tert-amylique/1,4-dioxane (V/V, 1/4) à l’alcool tert-amylique/toluène (V/V, 2/3), le temps de réaction a été réduit à 3 h, la zone de pointe du produit est passée de 84,22 % à 88,52 % et le temps nécessaire pour que le produit se concentre a été considérablement raccourci, ce qui a amélioré l’efficacité de la réaction (voir le tableau 6).
Les deux composés ACT051-2 et ACT051-3 ont été chimiquement caractérisés par résonance magnétique nucléaire protonique (RMN 1H), CLHP et spectrométrie de masse à haute résolution. Les méthodes d’analyse (HPLC, RMN 1 H et spectroscopie par ionisation par électronébulisation [ESI]) des normes ACT051-2 et ACT051-3 se trouvent dans les travaux d’appui (tableau supplémentaire 1, figure supplémentaire 1, figure supplémentaire 2, figure supplémentaire 3, figure supplémentaire 4, figure supplémentaire 5 et figure supplémentaire 6). Les données de caractérisation pour ACT051-2 et ACT051-3 sont présentées ci-dessous :
2-bromo-5-tosyl-5H-pyrrolo[2,3-b]pyrazine (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 calculé pour C13 H 10BrN3O2S [M] + 352,21, soit 352,00.
Tert-butyl (5-toluènesulfonyl-5H-pyrrole [2,3-b] pyrazine-2-yl) carbamate (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 calculé pour C 18 H20N 4 O4S [M+H] + 389,12, soit 389,15.
Figure 1 : Voie de synthèse de l’intermédiaire ACT051-3. (A) La voie de réaction et les conditions d’ACT051-3 avant optimisation: i) DMF, DIPEA, TsCl; ii) xantphos,(OAc)2,K2CO3, alcool tert-amylique/1,4-dioxane (V/V, 1/4); (B) La voie de réaction et les conditions d’ACT051-3 après optimisation: i) DMF, DIPEA, TsCl; ii) xantphos,(OAc)2,K2CO3, DIPEA, alcool tert-amylique/toluène (V/V, 2/3). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : Organigramme des composés ACT051-2 et ACT051-3 dans la production à grande échelle. (A) Organigramme de procédé de l’ACT051-2 dans la production à grande échelle. (B) Organigramme du procédé ACT051-3 dans la production à grande échelle. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
| Nombre | État de TsCl | V(DMF) (Test de laboratoire) | V(DMF) (Mise à l’échelle pilote) |
| 1 | dissoudre dans le DMF | 8,5 V | 54 V |
| 2 | solide | 3,0 V | 18 V |
Tableau 1 : Effet de différentes formes de TsCl sur le composé synthétique ACT051-2. Les différents états de TsCl comprennent le TsCl liquide (dissous dans le DMF) et le TsCl solide. Les résultats expérimentaux montrent que le TsCl solide est plus propice à la production industrielle.
| Nombre | Température (°C) | État du mélange | S’il y a un processus de clarification | Rendement | Pureté |
| 1 | 0-5 | visqueux | Non | 97.49% | 96.85% |
| 2 | 25-35 | Bon mélange | Oui | 98.44% | 96.99% |
Tableau 2 : Effet de l’ajout de TsCl à différentes températures sur la synthèse d’ACT051-2. Ajouter TsCl à la réaction à 0-5 °C ou 23-35 °C.
| Nombre | Consommation d’eau | Rendement | Pureté |
| 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% |
Tableau 3 : Effet des différentes consommations d’eau post-traitement sur la synthèse de l’ACT051-2. Essayez les différentes consommations d’eau post-traitement, y compris 15 mL/g ACT051-1, 9 mL/g ACT051-1 et 6 mL/g ACT051-1. Les conditions optimales ont été obtenues à un volume d’eau post-traitement de 6 mL/g ACT051-2.
| Nombre | Équivalent de DIEPA | Équivalent de K2CO3 | Équivalent de(OAc)2 |
| 1 | 0,0 éq | 3.0 éq | 1,28 % poids |
| 2 | 2.0 EQ | 2.0 EQ | 0,60 % poids à chaud |
| 3 | 1.0 éq | 2.0 EQ | 0,60 % poids à chaud |
| 4 | 0,5 éq | 2.0 EQ | 0,60 % poids à chaud |
Tableau 4 : Effet de l’ajout de DIPEA à la réaction pour la synthèse d’ACT051-3. Explorer l’effet de l’ajout ou non de DIPEA sur la réaction. Les résultats ont montré que l’introduction de DIPEA réduisait la quantité de(OAc)2 d’un facteur de 2,5 (de 1,28 % en poids à 0,5 % en poids).
| Nombre | État de K2CO3 | Équivalent | Temps de réaction (h) |
| 1 | solide | 2.0 EQ | 7 |
| 2 | Poudre | 2.0 EQ | 3.5 |
Tableau 5 : Effet de différents états deK2CO3sur la réaction du composé synthétique ACT051-3. Sélectionnez le carbonate de potassium sous forme de granulés ou de poudre pour participer à la réaction.
| Nombre | Dosage de(OAc)2 | Solvant réactionnel | V/V | Temps de réaction / h | Zone de pic de produit/ % |
| 1 | 0,60 % poids à chaud | Tert Amyl Alcohol / 1,4-dioxane | 1-4 | 3.5 | 84.22 |
| 2 | 0,60 % poids à chaud | Tert Amyl Alcohol / 1,4-dioxane | 2-3 | 3.5 | 83.34 |
| 3 | 0,60 % poids à chaud | tert amyl alcool / toluène | 2-3 | 3 | 88.52 |
| 4 | 0,50 % poids | tert amyl alcool / toluène | 2-3 | 2.25 | 87.11 |
Tableau 6 : Effet de différents solvants réactionnels sur la réaction du composé synthétique ACT051-3. L’alcool tert-amylique/1,4-dioxane (V/V, 1/4) et l’alcool tert-amylique/toluène (V/V, 2/3) sont choisis comme résolvants réactionnels.
Tableau supplémentaire 1 : Méthode d’analyse des composés ACT051-2 et ACT051-3. Conditions chromatographiques spécifiques pour l’analyse des composés ACT051-2 et ACT051-3, y compris l’instrument, le nom de la méthode, la colonne de phase liquide, la phase mobile, la température de la colonne, la vitesse du courant et la longueur d’onde. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Figure supplémentaire 1 : Les chromatogrammes liquides à haute performance d’ACT051-2. Les résultats des données ont été détectés par HPLC. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Figure supplémentaire 2 : Les chromatogrammes liquides à haute performance de la norme ACT051-3. Les résultats des données ont été détectés par HPLC. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Figure supplémentaire 3 : spectre MS d’ACT051-2. Les résultats des données ont été détectés par spectroscopie ESI. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Figure supplémentaire 4 : spectre MS de ACT051-3. Les résultats des données ont été détectés par spectroscopie ESI. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Figure supplémentaire 5 : spectre RMN de 1H d’ACT051-2. Les résultats des données ont été analysés à l’aide de MestReNova. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Figure supplémentaire 6 : spectreRMN 1 H d’ACT051-3. Les résultats des données ont été analysés à l’aide de MestReNova. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
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Discussion
Les conditions de réaction de synthèse, y compris la température de réaction, le temps, la sélection des réactifs réactionnels et le rapport des matériaux, affectent la faisabilité de la réaction, les rendements, la pureté et le coût de production, en particulier pour la production à grande échelle.
Dans la synthèse en laboratoire d’ACT051-2, TsCl sous forme liquide (dissous dans le DMF; étape 1.1.3) peut être utilisé dans la réaction; cependant, il ne convient pas à la synthèse pilote à l’échelle ou à la production industrielle, car l’utilisation de TsCl liquide pour cette réaction augmente la quantité de solvant dans le système de réaction, ce qui entraîne une augmentation du fluide résiduel. En conséquence, nous avons choisi le TsCl solide pour la réaction dans la mise à l’échelle pilote et la production industrielle (étapes 2.1.2 et 3.1.3 du protocole, respectivement) et obtenu de bons résultats expérimentaux, en gardant à l’esprit le concept de protection de l’environnement et de chimie verte (tableau 1).
En outre, il a été constaté dans les expériences pilotes de mise à l’échelle que l’ajout d’une grande quantité de TsCl à basse température rend le système de réaction trop visqueux pour être agité, ce qui entraîne un risque d’encapsulation de la matière première. Pour faire face à ce risque, la température a été augmentée de 0-5 °C à 25-35 °C (étapes 2.1.1 ou 3.1.4 du protocole), une agitation suffisante a été obtenue pour le TsCl solide ajouté, le système de solution réactionnelle avait une bonne fluidité et la réaction s’est déroulée sans heurts (tableau 2).
De plus, une grande quantité d’eau (15 mL/g ACT051-1) a été nécessaire pour les expériences de post-traitement de l’ACT051-2, ce qui n’était pas adapté à la mise à l’échelle des expériences de production et a généré plus de solution de déchets. Par conséquent, du point de vue de la protection de l’environnement, la quantité optimale d’eau utilisée pour le post-traitement a été immédiatement étudiée dans l’exploration des conditions du processus de production. Comme le montre le tableau 3, lorsque la quantité d’eau post-traitement a été réduite à 6 mL/g ACT051-1, le rendement de l’expérience a montré un faible impact, mais pourrait grandement améliorer l’efficacité et réduire la production de déchets liquides.
En explorant la voie du processus de production industrielle de l’intermédiaire ACT051-3, nous avons mené un grand nombre d’expériences d’optimisation de processus et résolu de nombreux problèmes de mise à l’échelle. Dans la synthèse d’ACT051-3, ACT051-2 a subi une réaction de couplage de Buchwald-Hartwig avec le carbamate de tert-butyle catalysé par(OAc)2 et xanthphos pour donner le composé ACT051-3. (0) est une espèce active de palladium couramment utilisée dans les réponses de couplage comme Suzuki et Buchwald16,17,18,19. Cependant,(II) est couramment utilisé pour catalyser la réaction. En conséquence, nous avons utilisé un composé amine (DIPEA) pour réduire(II) en(0), laissant le système catalytique de l’ensemble de la réaction dans un cycle catalytique(0) et(II). Avec l’ajout de DIPEA, la quantité du catalyseur coûteux(OAc)2 a été considérablement réduite, passant de 1,28 % à 0,5 % (tableau 4), ce qui a considérablement réduit le coût de la production à grande échelle et renforcé la rationalité et la faisabilité de la méthode.
Le long temps de réaction entraîne un grand nombre de réactions secondaires et génère des impuretés, ce qui n’est pas propice à l’augmentation de la production. Grâce à des études approfondies en laboratoire, il a été constaté que le changement de l’état du carbonate de potassium de granulaire à poudre (étapes 1.2.2 ou 2.2.2 du protocole) entraînait une réduction appropriée du temps de réaction, ce qui est plus favorable pour la production industrielle (tableau 5). De plus, étant donné que le 1,4-dioxane utilisé dans l’expérience pilote à petite échelle était plus difficile à concentrer (étape 1.2.1 du protocole), nous avons considéré la combinaison de toluène et de tert-butanol (étapes 2.2.1 ou 3.2.2 du protocole; V/V, 2/3), qui sont des solvants mieux concentrés, comme solvants de réaction pour la production industrielle. Les résultats ont montré que la réaction a obtenu un taux de promotion élevé, a réduit le temps de réaction et a amélioré l’efficacité de la réaction (voir tableau 6).
En conclusion, après une exploration répétée des conditions expérimentales, les conditions optimales de mise à l’échelle du procédé pour les composés ACT051-2 et ACT051-3 ont finalement été obtenues, et le diagramme de flux du procédé de cette production de mise à l’échelle est illustré à la figure 2. Les résultats de la production à grande échelle ont montré que l’ensemble du processus était stable et que le rendement du produit était normal (étapes 3.1.7 ou 3.2.8 du protocole).
La voie de production industrielle obtenue dans cette étude est une nouvelle voie disponible, et la faisabilité de cette voie de traitement dans la production industrielle future a également été confirmée. En outre, les résultats obtenus dans cette étude fournissent une base de recherche technique pour les recherches futures sur la voie de production industrielle des composés ACT051-2 et ACT051-3.
Cependant, il y a encore place à l’optimisation et à l’amélioration de la voie de traitement, comme la quantité de TsCl (1,25 eq), qui est excessive dans la synthèse de l’ACT051-2 et peut être encore réduite. De plus, dans la synthèse d’ACT051-3, seul le toluène peut être utilisé comme solvant réactionnel pour faciliter le post-traitement, et la quantité de catalyseur(OAc)2 peut continuer à diminuer. Les questions techniques ci-dessus peuvent être étudiées et explorées plus en détail dans les travaux futurs visant à mieux intensifier la production du composé synthétique ACT051-3.
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Disclosures
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Acknowledgments
Il n’y a aucune reconnaissance à mentionner ici.
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 |
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