Summary
Qui, presentiamo un protocollo per la sintesi su larga scala del terz-butile intermedio (5-toluenesulfonil-5h-pirrolo [2,3-b] pirazina-2-il) carbammato (ACT051-3) di Upatinib.
Abstract
Upatinib, un farmaco inibitore della chinasi Janus, è stato sviluppato da una società biotecnologica per il trattamento delle malattie immunitarie. Il composto terz-butile (5-toluenesulfonil-5H-pirrolo [2,3-b] pirazina-2-il) carbammato (ACT051-3) è un importante intermedio di Upatinib. Ad oggi, la produzione industriale costante di questo composto intermedio (ACT051-3) non è stata segnalata. In questo studio, abbiamo descritto il metodo di sintesi specifico e il processo del composto ACT051-3 in termini di sintesi di laboratorio, scale-up pilota e produzione industriale. Durante l'esplorazione del percorso di processo per ACT051-3, sono state apportate molte modifiche e miglioramenti appropriati alle condizioni di reazione, portando infine allo sviluppo di successo del processo di produzione industriale ottimale per ACT051-3. Il tempo di reazione è stato quasi raddoppiato modificando lo stato del carbonato di potassio coinvolto nella reazione, che ha notevolmente migliorato l'efficienza della reazione. Inoltre, introducendo N,N-diisopropiletilammina (DIPEA) nella reazione, la quantità del costoso catalizzatore Pd(OAc)2 è stata ridotta di 2,5 volte, riducendo significativamente i costi di produzione, confermando la fattibilità di questo percorso di processo e la produzione industriale di ACT051-3 e soddisfacendo la domanda del mercato per questo importante intermedio.
Introduction
Upatinib è diventato un inibitore della Janus chinasi 1 (JAK1) popolare a livello mondiale per il trattamento dei disturbi immunitari negli ultimi anni 1,2. Questo farmaco ha dimostrato significativi effetti terapeutici sull'artrite psoriasica (PsA)3,4, artrite reumatoide (RA)5,6,7, e dermatite atopica (AD)8,9. Inoltre, grazie alla sua elevata selettività10, Upatinib ha una vasta gamma di applicazioni cliniche. Il carbammato di terz-butile (5-tosil-5h-pirolo [2,3-b] pirazina-2-il) (ACT051-3) è un importante intermedio di Upatinib. I suoi principali componenti strutturali sono l'anello pirrolico e l'anello pirazinico, che possono essere utilizzati nella preparazione di nuovi inibitori delle chinasi triciclici contenenti azoto per il trattamento di malattie immunitarie e tumorali11.
Lo scale-up pilota è uno scale-up di medie dimensioni (50x-100x) del percorso di processo e delle condizioni determinate dallo studio pilota di laboratorio, seguito da test di processo, indagini industriali e ottimizzazione per determinare le migliori condizioni operative e di produzione industriale12.
Allo stato attuale, le vie di sintesi di laboratorio per questo composto intermedio (ACT051-3) sono state riportate, ma sono state eseguite solo su piccola scala a causa di problemi di bassa resa, reazioni complesse e requisiti elevati delle apparecchiature, che hanno ancora molto spazio per essere ottimizzate11,13,14,15. Tuttavia, al momento non è stato segnalato alcun percorso di processo per lo scale-up pilota e la produzione industriale del composto intermedio ACT051-3.
Pertanto, in questo studio, abbiamo studiato lo scale-up pilota e il percorso di produzione del composto ACT051-3, con riferimento alle vie sintetiche di laboratorio meglio riportate. Rispetto alla via di sintesi originale di laboratorio, sono stati apportati molti aggiustamenti e miglioramenti appropriati alle condizioni di reazione e sono stati studiati altri fattori che possono influenzare i risultati della reazione. Infine, sono stati identificati i parametri di processo più adatti per il percorso ottimale e abbiamo ottenuto un percorso di processo semplice da utilizzare, a basso costo e rispettoso dell'ambiente, adatto allo scale-up pilota e alla produzione di ACT051-3.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Sintesi su scala pilota dei composti ACT051-2 e ACT051-3
- Sintesi della 2-bromo-5-tosil-5H-pirrolo[2,3-b]pirazina (ACT051-2)
- In un matraccio a fondo tondo, sciogliere 50,0 g del composto 2-bromo-5H-pirrolo[2,3-b]pirazina (ACT051-1; 0,25 M) in 15 mL di N,N-dimetilformammide (DMF; 3 V).
- Aggiungere 65,3 g di diisopropiletilammina (DIPEA; 0,51 M) alla soluzione di reazione sotto protezione azotata (fornire una barriera contro gas e umidità) e raffreddare la temperatura a 0-5 °C attraverso un bagno d'acqua fredda. Per la protezione dall'azoto, pompare la pressione del reattore a -0,75--0,8 MPa, quindi passare N2 per bilanciare la pressione a 0,1 MPa.
- Aggiungere 60,20 g di TsCl sciolto in 12 ml di DMF (0,32 M). Portare la temperatura a 20-30 °C attraverso il bagnomaria e mescolare per circa 1 ora. Aggiungere acqua fredda (600,0 ml, 0-10 °C) alla miscela e mescolare per altre 1 ora.
- Filtrare il prodotto sottovuoto utilizzando un imbuto di vetro con un pannello abrasivo imbottito con carta da filtro. Lavare con acqua (200,0 ml) più volte e asciugare utilizzando un forno elettrico termostatico per ottenere un solido giallo pallido (ACT051-2) con una resa del 78%.
- Sintesi del terz-butile (5-toluensulfonil-5H-pirrolo [2,3-b] pirazina-2-il) carbammato (ACT051-3)
- Sciogliere 176,11 g di ACT051-2 in 366,31 g di 1,4-diossano in un matraccio a fondo tondo a tre porte.
- Aggiungere alla soluzione 65,75 g di terz-butilcarbammato, 138,21 g di carbonato di potassio granulare (2,0 eq), 11,57 g di xantphos (0,04 eq) e 2,25 g di Pd(OAc)2 (1,28% in peso).
- Riscaldare la miscela a 105 °C e mescolare per 7 ore in atmosfera di azoto. Lasciare raffreddare la miscela a temperatura ambiente e filtrare il prodotto con un imbuto Buchner (l'apertura della carta da filtro è 80-120 μm).
- Lavare il residuo filtrante con acetato di etile (200 ml). Utilizzare una pompa per vuoto ad acqua circolante per concentrare il prodotto a pressione ridotta a 50-60 °C con un valore di pressione di -0,095 MPa. Mantenere la pompa in funzione per mantenere la pressione e ottenere un olio marrone scuro.
- Purificare il prodotto grezzo con cromatografia su colonna, eluendo con etere di petrolio e acetato di etile (V/V, 10/1) per ottenere il composto target come solido bianco con una resa del 93,5%.
2. Sintesi pilota scale-up dei composti ACT051-2 e ACT051-3
- Sintesi pilota di scale-up di 2-bromo-5-tosil-5H-pirrolo[2,3-b]pirazina (ACT051-2)
- Aggiungere 1,0 kg di ACT051-1 (5,05 M) e 1,305 kg di DIPEA (10,1 M) a un matraccio a fondo tondo a tre porte. Aggiungere 3 L di DMF (3 V) al matraccio e sciogliere il solido. Riscaldare la miscela di reazione a 35 °C.
- Aggiungere 1,203 kg di TsCl (6,31 M) alla soluzione di reazione e agitare per 1 ora. Mescolare la miscela fino a quando il completamento della reazione è confermato dalla cromatografia su strato sottile (TLC) e dalla cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC). In breve, prendere una piccola quantità di prodotto di reazione e sottoporlo al monitoraggio TLC. Quando il TLC mostra che non è rimasta quasi nessuna materia prima, inviare il campione al controllo centrale HPLC e rilevare la reazione alla materia prima o il rapporto del prodotto pari a 0,1/99,9.
- Versare 8,4 L di acqua fredda e mescolare per altri 0,5 h. Filtrare tutti i liquidi con un imbuto Buchner (l'apertura della carta da filtro è 80-120 μm) e sciacquare il prodotto grezzo con 600 ml di acqua.
- Asciugare il prodotto ottenuto a 70 °C durante la notte utilizzando un forno elettrico termostatico e ottenere un prodotto con una resa del 94,9%.
- Sintesi pilota su scale-up del terz-butile (5-toluenesulfonil-5H-pirrolo [2,3-b] pirazina-2-il) carbammato (ACT051-3)
- Aggiungere 3,31 L di alcool terz-amilico e 4,97 L di toluene (V/V, 2/3) al bollitore di reazione.
- Alla soluzione, aggiungere 1,66 kg di ACT051-2, 0,83 kg di terz-butilcarbammato, 1,301 kg di carbonato di potassio in polvere, 0,11 kg di xantphos e 0,31 kg di DIPEA.
- Evacuare l'azoto tre volte, come al punto 1.1.2, ripetere questa operazione 3x e aggiungere 10 g di Pd(OAc)2 (0,60% in peso) alla soluzione di reazione sotto protezione azotata.
- Riscaldare la miscela di reazione a 90 °C e mescolare per 4 ore. Raffreddare la miscela a 40 °C o inferiore.
- Filtrare la soluzione di reazione con un imbuto di Buchner (l'apertura della carta da filtro è 80-120 μm) usando la diatomite come coadiuvante filtrante e lavando la torta filtrante con toluene.
- Raccogliere e concentrare il filtrato. Utilizzare una pompa per vuoto ad acqua circolante per concentrare il filtrato a pressione ridotta a 50-60 °C con un valore di pressione di -0,095 MPa. Mantenere la pompa in funzione per mantenere la pressione.
- Aggiungere 300 ml di eptano e mescolare per 20 minuti. Filtrare nuovamente la soluzione di reazione con un imbuto di Buchner (l'apertura della carta da filtro è 80-120 μm) e sciacquare il prodotto grezzo con eptano (50 ml, tre volte). Asciugare e ottenere il prodotto con una resa del 96,3%.
3. Produzione industriale di composti ACT051-2 e ACT051-3
- Produzione industriale di 2-bromo-5-tosil-5H-pirrolo[2,3-b]pirazina (ACT051-2)
- Verificare che il reattore sia pulito e privo di acqua e assicurarsi che il dispositivo di miscelazione non emetta rumore all'accensione e che la valvola di scarico inferiore del reattore sia stata chiusa.
- Aggiungere 355,50 kg di DMF (3 V) nel reattore smaltato da 2.000 L e iniziare a mescolare. Aggiungere alla soluzione 125,04 kg di ACT051-1 (1,0 eq) e 164,8 kg di DIPEA (2,0 eq).
- Abbassare la temperatura a 20-25 °C sotto protezione da azoto. Aggiungere 150,22 kg di TsCl (1,25 eq) a 25-35 °C in 10 lotti entro 3 ore.
- Lasciare che la miscela rimanga a 25-35 °C e mescolare per 2 ore. Preparare 750,20 kg di acqua fredda (3-4 °C) in un altro reattore da 2.000 L.
- Monitorare la reazione mediante HPLC e confermare il completamento della reazione quando la materia prima rimanente è dello 0,5%.
- Aggiungere l'acqua fredda (3-4 °C) alla miscela di reazione e mescolare a 15-30 °C per 1,5 h. Raccogliere il filtrato e risciacquare con acqua (250-500 kg, 2-4 V) fino a quando non diventa neutro (testato con carta pH).
- Asciugare il prodotto a 60-65 °C per 30,5 h per ottenere un solido marrone chiaro con una resa del 95,5%.
- Produzione industriale di terz-butile (5-toluensulfonil-5H-pirrolo [2,3-b] pirazina-2-il) carbammato (ACT051-3)
- Verificare che il reattore sia pulito e privo di acqua e assicurarsi che il dispositivo di miscelazione sia normale e che la valvola di scarico inferiore del reattore sia stata chiusa.
- Aggiungere 340,10 kg di alcool terz-amilico (2 V) e 552,50 kg di toluene (3 V) in un reattore smaltato da 2.000 L e iniziare a mescolare.
- Aggiungere alla soluzione 212,40 kg di ACT051-2 (1,0 eq), 106,00 kg di terz-butilcarbammato (1,5 eq), 166,70 kg di carbonato di potassio in polvere (2,0 eq), 14,10 kg di xantphos (0,04 eq), 39,40 kg di DIPEA (0,5 eq) e 1,06 kg di Pd(OAc)2 (0,5% in peso).
- Sostituire l'azoto quattro volte, lasciare riscaldare la miscela a 85-95 °C sotto protezione azotata e mescolare per 3 ore. Monitorare la reazione mediante HPLC e confermare il completamento della reazione quando la materia prima rimanente è dello 0,44%.
- Raffreddare la temperatura di reazione a 20-30 °C. Raccogliere la soluzione in lotti e metterla in un secchio di plastica da 125 L per 30 minuti.
- Filtrare la soluzione di reazione con un cilindro del filtro di aspirazione chimica (l'apertura del sacchetto del filtro è 10-15 μm) usando la diatomite come coadiuvante filtrante e lavando la torta del filtro con toluene (185,20-370,40 kg, 1-2 V).
- Raccogliere il filtrato in un recipiente di smalto e utilizzare una pompa per vuoto ad acqua circolante a pressione ridotta a 55-65 °C per 10 h con un valore di pressione di -0,095 MPa. Mantenere la pompa in funzione per mantenere la pressione e ottenere il composto del prodotto come liquido viscoso.
- Far evaporare il prodotto due volte pompando toluene e continuando la reazione. Concentrare il prodotto finale per 4 ore. Purificare il prodotto ottenuto mediante cromatografia su colonna, eluendo con eptano e acetato di etile (V/V, 10/1-3/1), per ottenere un solido con una resa del 98,5%.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Questo studio fornisce il processo di sintesi scalato per l'importante intermedio ACT051-3 di Upatinib (Figura 1 e Figura 2). La sezione del protocollo (fasi 1-3) mostra specificamente la sintesi gram-grade, la sintesi su scala pilota di chilogrammo e la fase di produzione scale-up del composto ACT051-2 e dell'intermedio ACT051-3.
Nel corso dell'esplorazione del percorso ottimale per il composto ACT051-2, come mostrato nella Tabella 1, è stato riscontrato che il TsCl solido era più coinvolto nella reazione rispetto al TsCl liquido (disciolto in DMF, fase 3.1 del protocollo) e riduceva significativamente la quantità di DMF di quasi tre volte. Inoltre, la resa del prodotto è stata aumentata dal 97,49% al 98,44% aumentando la temperatura della soluzione miscelata quando TsCl è stato aggiunto da 0-5 °C a 23-35 °C (mostrato nella Tabella 2). Inoltre, sono stati condotti esperimenti sul consumo di acqua post-trattamento. Come mostrato nella Tabella 3, dopo una riduzione di 2,5 volte del consumo di acqua (da 15 ml / g ACT051-2 a 6 ml / g ACT051-2), la resa di reazione è diminuita del 2,5%, ma la generazione di soluzione di scarto è stata ridotta e l'efficienza di reazione è stata significativamente migliorata.
Sono state sviluppate una serie di condizioni sperimentali per ottenere il percorso di processo ottimizzato per l'intermedio ACT051-3. Come mostrato nella Tabella 4, introducendo DIPEA nella reazione e sostituendo il solvente di reazione con alcool tert-amilico / toluene (V / V, 2/3), la quantità di Pd (OAc) 2 è stata ridotta di 2,5 volte (da 1,28% in peso a 0,5% in peso), il che ha ridotto significativamente il costo di produzione e ulteriormente migliorato la fattibilità di aumentare la produzione. Inoltre, modificando lo stato di K2CO 3 coinvolto nella reazione, il tempo di reazione è stato ridotto da 7 ore a3,5 ore, il che ha notevolmente migliorato l'efficienza della reazione (come mostrato nella Tabella 5). Inoltre, passando dall'alcool terz-amilico/1,4-diossano (V/V, 1/4) all'alcol terz-amilico/toluene (V/V, 2/3), il tempo di reazione è stato ridotto a 3 ore, l'area di picco del prodotto è aumentata dall'84,22% all'88,52% e il tempo necessario per concentrare il prodotto è stato significativamente ridotto, il che ha migliorato l'efficienza della reazione (vedere Tabella 6).
Entrambi i composti ACT051-2 e ACT051-3 sono stati caratterizzati chimicamente da risonanza magnetica nucleare protonica (1H NMR), HPLC e spettrometria di massa ad alta risoluzione. I metodi di analisi (HPLC, 1 H NMR e spettroscopia di ionizzazione elettrospray [ESI]) di ACT051-2 e ACT051-3 possono essere trovati nel lavoro di supporto (Tabella supplementare 1, Figura supplementare 1, Figura supplementare 2, Figura supplementare 3, Figura supplementare 4, Figura supplementare 5 e Figura supplementare 6). I dati di caratterizzazione per ACT051-2 e ACT051-3 sono riportati di seguito:
2-bromo-5-tosil-5H-pirrolo[2,3-b]pirazina (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 calcolato per C13 H 10BrN3O2S [M] + 352,21, risultato 352,00.
Carbammato di terz-butile (5-toluensulfonil-5H-pirrolo [2,3-b] pirazina-2-il) (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 calcolato per C 18 H20N 4 O4S [M+H] + 389,12, risultato essere389,15.
Figura 1: Via di sintesi dell'intermedio ACT051-3. (A) La via di reazione e le condizioni di ACT051-3 prima dell'ottimizzazione: i) DMF, DIPEA, TsCl; ii) xantphos, Pd(OAc)2, K2CO3, alcool terz-amilico/1,4-diossano (V/V, 1/4); (B) La via di reazione e le condizioni di ACT051-3 dopo ottimizzazione: i) DMF, DIPEA, TsCl; ii) xantphos, Pd(OAc)2, K2 CO 3, DIPEA, alcool tert-amilico/toluene (V/V, 2/3). Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 2: Il diagramma di flusso del processo dei composti ACT051-2 e ACT051-3 nella produzione scale-up. (A) Diagramma di flusso del processo di ACT051-2 nella produzione scale-up. (B) Diagramma di flusso del processo di ACT051-3 nella produzione scale-up. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
| Numero | Stato di TsCl | V(DMF) (Test di laboratorio) | V(DMF) (Scala pilota) |
| 1 | dissolvere in DMF | 8,5 V | 54 V |
| 2 | solido | 3,0 V | 18 V |
Tabella 1: Effetto di diverse forme di TsCl sul composto sintetico ACT051-2. I diversi stati di TsCl includono TsCl liquido (disciolto in DMF) e TsCl solido. I risultati sperimentali mostrano che il TsCl solido è più favorevole alla produzione industriale.
| Numero | Temperatura (°C) | Condizioni della miscela | Se ha un processo di chiarimento | Cedere | Purezza |
| 1 | 0-5 | viscoso | No | 97.49% | 96.85% |
| 2 | 25-35 | buona miscelazione | Sì | 98.44% | 96.99% |
Tabella 2: Effetto dell'aggiunta di TsCl a diverse temperature sulla sintesi di ACT051-2. Aggiungere TsCl alla reazione a 0-5 °C o 23-35 °C.
| Numero | Consumo di acqua | Cedere | Purezza |
| 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% |
Tabella 3: Effetto del diverso consumo di acqua post-trattamento sulla sintesi di ACT051-2. Prova i diversi consumi di acqua post-trattamento, tra cui 15 ml / g ACT051-1, 9 ml / g ACT051-1 e 6 ml / g ACT051-1. Le condizioni ottimali sono state raggiunte con un volume d'acqua post-trattamento di 6 ml/g ACT051-2.
| Numero | Equivalente di DIEPA | Equivalente a K2CO3 | Equivalente di Pd(OAc)2 |
| 1 | 0,0 eq | 3,0 EQ | 1.28% peso |
| 2 | 2,0 EQ | 2,0 EQ | 0.60% peso |
| 3 | 1,0 EQ | 2,0 EQ | 0.60% peso |
| 4 | 0,5 eq | 2,0 EQ | 0.60% peso |
Tabella 4: Effetto dell'aggiunta di DIPEA alla reazione per la sintesi di ACT051-3. Esplorare l'effetto dell'addizione o meno di DIPEA sulla reazione. I risultati hanno mostrato che l'introduzione di DIPEA ha ridotto la quantità di Pd(OAc)2 di un fattore di 2,5 (dall'1,28% in peso allo 0,5% in peso).
| Numero | Stato di K2CO3 | Equivalente | Tempo di reazione (h) |
| 1 | solido | 2,0 EQ | 7 |
| 2 | Polvere | 2,0 EQ | 3.5 |
Tabella 5: Effetto dei diversi stati di K2CO 3 sulla reazione del composto sintetico ACT051-3. Selezionare carbonato di potassio in forma granulare o in polvere per partecipare alla reazione.
| Numero | Dosaggio di Pd(OAc)2 | Solvente di reazione | V/V | Tempo di reazione / h | Area di picco del prodotto/ % |
| 1 | 0.60% peso | tert alcool amilico / 1,4-diossano | 1-4 | 3.5 | 84.22 |
| 2 | 0.60% peso | tert alcool amilico / 1,4-diossano | 2-3 | 3.5 | 83.34 |
| 3 | 0.60% peso | tert alcol amilico / Toluene | 2-3 | 3 | 88.52 |
| 4 | 0.50% peso | tert alcol amilico / Toluene | 2-3 | 2.25 | 87.11 |
Tabella 6: Effetto dei diversi solventi di reazione sulla reazione del composto sintetico ACT051-3. L'alcol terz-amilico/1,4-diossano (V/V, 1/4) e l'alcol terz-amilico/toluene (V/V, 2/3) sono selezionati come risolutori di reazione.
Tabella supplementare 1: Metodo analitico dei composti ACT051-2 e ACT051-3. Condizioni cromatografiche specifiche per l'analisi dei composti ACT051-2 e ACT051-3, inclusi lo strumento, il nome del metodo, la colonna di fase liquida, la fase mobile, la temperatura della colonna, la velocità di corrente e la lunghezza d'onda. Clicca qui per scaricare questo file.
Figura supplementare 1: I cromatogrammi liquidi ad alte prestazioni di ACT051-2. I risultati per i dati sono stati rilevati da HPLC. Clicca qui per scaricare questo file.
Figura supplementare 2: I cromatogrammi liquidi ad alte prestazioni di ACT051-3. I risultati per i dati sono stati rilevati da HPLC. Clicca qui per scaricare questo file.
Figura supplementare 3: spettro MS di ACT051-2. I risultati per i dati sono stati rilevati mediante spettroscopia ESI. Clicca qui per scaricare questo file.
Figura supplementare 4: spettro MS di ACT051-3. I risultati per i dati sono stati rilevati mediante spettroscopia ESI. Clicca qui per scaricare questo file.
Figura supplementare 5: spettro NMR 1H di ACT051-2. I risultati per i dati sono stati analizzati utilizzando MestReNova. Clicca qui per scaricare questo file.
Figura supplementare 6: spettro NMR 1H di ACT051-3. I risultati per i dati sono stati analizzati utilizzando MestReNova. Clicca qui per scaricare questo file.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Le condizioni di reazione della sintesi, tra cui la temperatura di reazione, il tempo, la selezione dei reagenti di reazione e il rapporto tra i materiali, influenzano la fattibilità della reazione, le rese, la purezza e il costo di produzione, in particolare per la produzione su larga scala.
Nella sintesi di laboratorio di ACT051-2, TsCl in forma liquida (disciolto in DMF; passo 1.1.3) può essere utilizzato nella reazione; tuttavia, non è adatto per la sintesi pilota su scala o la produzione industriale, poiché l'uso di TsCl liquido per questa reazione aumenta la quantità di solvente nel sistema di reazione, con conseguente maggiore fluido di scarto. Di conseguenza, abbiamo scelto TsCl solido per la reazione nello scale-up pilota e nella produzione industriale (fasi 2.1.2 e 3.1.3 del protocollo, rispettivamente) e ottenuto buoni risultati sperimentali, tenendo presente il concetto di protezione ambientale e chimica verde (Tabella 1).
Inoltre, è stato riscontrato negli esperimenti pilota di scale-up che l'aggiunta di una grande quantità di TsCl a bassa temperatura rende il sistema di reazione troppo viscoso per essere agitato, con conseguente rischio di incapsulamento della materia prima. Per affrontare questo rischio, la temperatura è stata aumentata da 0-5 °C a 25-35 °C (fasi 2.1.1 o 3.1.4 del protocollo), è stata ottenuta un'agitazione sufficiente per il TsCl solido aggiunto, il sistema della soluzione di reazione aveva una buona fluidità e la reazione è proceduta senza intoppi (Tabella 2).
Inoltre, è stata necessaria una grande quantità di acqua (15 ml / g ACT051-1) per gli esperimenti di post-trattamento di ACT051-2, che non era adatta per gli esperimenti di produzione su larga scala e generava più soluzione di scarto. Pertanto, dal punto di vista della protezione ambientale, la quantità ottimale di acqua utilizzata per il post-trattamento è stata immediatamente studiata nell'esplorazione delle condizioni del processo produttivo. Come mostrato nella Tabella 3, quando la quantità di acqua post-trattamento è stata ridotta a 6 ml / g ACT051-1, la resa dell'esperimento ha mostrato un piccolo impatto, ma potrebbe migliorare notevolmente l'efficienza e ridurre la generazione di liquido di scarto.
Nell'esplorare il percorso del processo di produzione industriale dell'intermedio ACT051-3, abbiamo condotto un gran numero di esperimenti di ottimizzazione del processo e risolto molti problemi di ridimensionamento. Nella sintesi di ACT051-3, ACT051-2 ha subito una reazione di accoppiamento di Buchwald-Hartwig con tert-butilcarbammato catalizzato da Pd(OAc)2 e xanthphos per dare il composto ACT051-3. Pd(0) è una specie attiva di palladio comunemente usata nelle risposte di accoppiamento come Suzuki e Buchwald16,17,18,19. Tuttavia, Pd(II) è comunemente usato per catalizzare la reazione. Di conseguenza, abbiamo utilizzato un composto amminico (DIPEA) per ridurre Pd(II) a Pd(0), lasciando il sistema catalitico dell'intera reazione in un ciclo catalitico Pd(0) e Pd(II). Con l'aggiunta di DIPEA, la quantità del costoso catalizzatore Pd (OAc) 2 è stata notevolmente ridotta dall'1,28% allo 0,5% (Tabella 4), il che ha notevolmente ridotto il costo della produzione in scale-up e ha ulteriormente rafforzato la razionalità e la fattibilità del metodo.
Il lungo tempo di reazione provoca un gran numero di reazioni collaterali e genera impurità, il che non favorisce l'aumento della produzione. Attraverso approfonditi studi di laboratorio, è stato riscontrato che il cambiamento dello stato del carbonato di potassio da granulare a polvere (fasi 1.2.2 o 2.2.2 del protocollo) ha comportato un'adeguata riduzione del tempo di reazione, che è più favorevole per la produzione industriale (Tabella 5). Inoltre, considerando che l'1,4-diossano utilizzato nell'esperimento pilota su piccola scala era più difficile da concentrare (fase 1.2.1 del protocollo), abbiamo considerato la combinazione di toluene e terz-butanolo (fasi 2.2.1 o 3.2.2 del protocollo; V/V, 2/3), che sono solventi meglio concentrati, come solventi di reazione per la produzione industriale. I risultati hanno mostrato che la reazione ha ottenuto un grande tasso di promozione, ha ridotto il tempo di reazione e ha migliorato l'efficienza della reazione (vedi Tabella 6).
In conclusione, dopo ripetute esplorazioni delle condizioni sperimentali, sono state finalmente ottenute le condizioni ottimali di scale-up del processo per i composti ACT051-2 e ACT051-3 e il diagramma di flusso del processo di questa produzione scale-up è mostrato nella Figura 2. I risultati della produzione su scala hanno mostrato che l'intero processo era stabile e la resa del prodotto era normale (fasi 3.1.7 o 3.2.8 del protocollo).
Il percorso di produzione industriale ottenuto in questo studio è un nuovo percorso disponibile ed è stata confermata anche la fattibilità di questo percorso di processo nella futura produzione industriale. Inoltre, i risultati ottenuti in questo studio forniscono alcune basi di ricerca tecnica per la ricerca futura del percorso di produzione industriale dei composti ACT051-2 e ACT051-3.
Tuttavia, c'è ancora spazio per l'ottimizzazione e il miglioramento del percorso di processo, come la quantità di TsCl (1,25 eq), che è eccessiva nella sintesi di ACT051-2 e può essere ulteriormente ridotta. Inoltre, nella sintesi di ACT051-3, solo il toluene può essere utilizzato come solvente di reazione per facilitare la post-elaborazione e la quantità di catalizzatore Pd (OAc) 2 può continuare a diminuire. Le questioni tecniche di cui sopra possono essere ulteriormente studiate ed esplorate in lavori futuri per aumentare meglio la produzione del composto sintetico ACT051-3.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Acknowledgments
Non ci sono riconoscimenti da menzionare qui.
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).
