Summary
여기에서 우리는 Upatinib의 중간체 tert-부틸(5-톨루엔설포닐-5h-피롤[2,3-b]피라진-2-일)카바메이트(ACT051-3)의 스케일 업 합성을 위한 프로토콜을 제시합니다.
Abstract
야누스 키나제 억제제 약물인 우파티닙은 면역 질환을 치료하기 위해 생명공학 회사에서 개발했습니다. 화합물 tert- 부틸 (5- 톨루엔 설 포닐 -5h- 피롤 [2,3-b] 피라진 -2- 일) 카바 메이트 (ACT051-3)는 우파티 닙의 중요한 중간체이다. 현재까지, 이 중간체 화합물(ACT051-3)의 꾸준한 산업적 생산은 보고되지 않았다. 이 연구에서는 실험실 합성, 파일럿 스케일 업 및 산업 생산 측면에서 화합물 ACT051-3의 특정 합성 방법 및 공정을 설명했습니다. ACT051-3의 공정 경로를 탐색하는 동안 반응 조건에 대한 많은 적절한 조정 및 개선이 이루어졌으며 마침내 ACT051-3에 대한 최적의 산업 생산 공정의 성공적인 개발로 이어졌습니다. 반응에 관여하는 탄산칼륨의 상태를 변화시켜 반응시간을 거의 2배로 늘려 반응효율을 크게 향상시켰다. 또한 N,N-디이소프로필에틸아민(DIPEA)을 반응에 도입하여 고가의 촉매 Pd(OAc)2의 양을 2.5 배 감소시켜 생산 비용을 크게 낮추고 이 공정 경로의 타당성과 ACT051-3의 산업 생산을 확인하고 이 중요한 중간체에 대한 시장 수요를 충족시킵니다.
Introduction
우파티닙은 최근 몇 년 동안 면역 질환 치료를 위한 세계적으로 인기 있는 야누스 키나제 1(JAK1) 억제제가 되었습니다 1,2. 이 약물은 건선관절염(PsA)3,4, 류마티스 관절염(RA)5,6,7 및 아토피 피부염(AD)8,9에 대한 상당한 치료 효과를 입증했습니다. 또한, 높은 선택성10으로 인해, 우파티닙은 광범위한 임상 적용을 가지고 있다. tert- 부틸 (5- 토실 -5h- 파이롤로 [2,3-b] 피라진 -2- 일) 카바 메이트 (ACT051-3)는 우파티닙의 중요한 중간체입니다. 주요 구조적 구성 요소는 피롤 고리와 피라진 고리이며, 이는 면역 및 종양 질환 치료를 위한 새로운 질소 함유 삼환계 키나아제 억제제의 제조에 사용될 수 있다11.
파일럿 스케일 업(pilot scale-up)은 실험실 파일럿 연구에 의해 결정된 공정 경로 및 조건의 중간 규모 스케일 업(50x-100x)이며, 공정 테스트, 산업 조사 및 최적화를 통해 최상의 산업 생산 및 운영 조건을 결정합니다12.
현재, 이 중간 화합물(ACT051-3)에 대한 실험실 합성 경로가 보고되었지만 낮은 수율, 복잡한 반응 및 높은 장비 요구 사항의 문제로 인해 소규모로만 수행되었으며 여전히 최적화해야 할 여지가 많습니다(11,13,14,15). 그러나 현재 중간 화합물 ACT051-3의 파일럿 스케일 업 및 산업 생산을 위한 공정 경로는 보고되지 않았습니다.
따라서 본 연구에서는 더 잘 보고된 실험실 합성 경로를 참조하여 화합물 ACT051-3의 파일럿 스케일 업 및 생산 경로를 조사했습니다. 원래의 실험실 합성 경로와 비교하여 반응 조건에 많은 적절한 조정 및 개선이 이루어졌으며 반응 결과에 영향을 미칠 수 있는 기타 요인이 조사되었습니다. 마지막으로 최적의 경로에 가장 적합한 공정 파라미터를 파악하여 작동이 간편하고 비용이 저렴하며 환경 친화적인 공정 경로를 확보하여 ACT051-3의 파일럿 스케일업 및 생산에 적합했습니다.
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Protocol
1. 화합물 ACT051-2 및 ACT051-3의 파일럿 규모 합성
- 2-브로모-5-토실-5H-피롤로[2,3-b]피라진(ACT051-2)의 합성
- 둥근 바닥 플라스크에서 화합물 2-브로모-5H-피롤로[2,3-b]피라진(ACT051-1; 0.25 M) 50.0g을 N,N-디메틸포름아미드(DMF; 3 V) 15mL에 녹입니다.
- 65.3g의 디이소프로필에틸아민(DIPEA; 0.51M)을 질소 보호(가스 및 수분 장벽 제공) 하에서 반응 용액에 첨가하고 냉수 수조를 통해 온도를 0-5°C로 냉각합니다. 질소 보호를 위해 반응기의 압력을 -0.75--0.8 MPa로 펌핑 한 다음 N2 를 통과시켜 0.1 MPa에서 압력의 균형을 맞 춥니 다.
- 12mL의 DMF(0.32M)에 용해된 60.20g의 TsCl을 추가합니다. 온수 수조를 통해 온도를 20-30°C로 올리고 약 1시간 동안 저어줍니다. 혼합물에 찬물(600.0mL, 0-10°C)을 넣고 1시간 더 저어줍니다.
- 여과지로 덧대어진 샌딩 보드가 있는 유리 깔때기를 사용하여 진공 상태에서 제품을 여과합니다. 물(200.0mL)로 여러 번 세척하고 전기 항온건조오븐을 사용하여 건조시켜 78%의 수율로 담황색 고체(ACT051-2)를 얻었다.
- tert-부틸 (5-톨루엔설포닐-5H-피롤[2,3-b]피라진-2-일)카바메이트(ACT051-3)의 합성
- 176.11g의 ACT051-2를 366.31g의 1,4-디옥산에 3포트 둥근 바닥 플라스크에 녹입니다.
- 65.75g의 tert-부틸 카바메이트, 138.21g의 과립상 탄산칼륨(2.0eq), 11.57g의 크산포스(0.04eq) 및 2.25g의 Pd(OAc)2 (1.28% 중량)를 용액에 추가합니다.
- 혼합물을 105°C로 가열하고 질소 분위기 하에서 7시간 동안 교반한다. 혼합물을 실온으로 식히고 Buchner 깔때기 (여과지 구멍은 80-120 μm)로 제품을 여과하십시오.
- 필터 잔류물을 에틸 아세테이트(200mL)로 세척합니다. 순환수 진공 펌프를 사용하여 -0.095MPa의 압력 값으로 50-60°C에서 감압 상태에서 제품을 농축합니다. 압력을 유지하고 짙은 갈색 오일을 얻기 위해 펌프를 계속 작동시키십시오.
- 원유 생성물을 석유 에테르와 에틸 아세테이트(V/V, 10/1)로 용출한 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 목적 화합물을 93.5%의 수율로 백색 고체로 얻었다.
2. 화합물 ACT051-2 및 ACT051-3의 파일럿 스케일 업 합성
- 2-브로모-5-토실-5H-피롤로[2,3-b]피라진(ACT051-2)의 파일럿 스케일업 합성
- 1.0kg의 ACT051-1(5.05M)과 1.305kg의 DIPEA(10.1M)를 3포트 둥근 바닥 플라스크에 추가합니다. 플라스크에 3L의 DMF(3V)를 넣고 고체를 용해시킵니다. 반응 혼합물을 35°C로 가열한다.
- 반응 용액에 1.203kg의 TsCl(6.31M)을 넣고 1시간 동안 교반합니다. 반응의 완결이 박층크로마토그래피(TLC)와 고속액체크로마토그래피(HPLC)로 확인될 때까지 혼합물을 교반한다. 간단히 말해서, 소량의 반응 생성물을 취하여 TLC 모니터링을 실시하십시오. TLC에 남은 원료가 거의 없다고 표시되면 샘플을 HPLC 중앙 제어로 보내고 원료에 대한 반응 또는 제품 비율을 0.1/99.9로 감지합니다.
- 찬물 8.4L를 붓고 0.5시간 더 저어줍니다. Buchner 깔때기(여과지 구멍은 80-120μm)로 모든 액체를 여과하고 600mL의 물로 원유 제품을 헹굽니다.
- 얻어진 생성물을 전기 항온건조 오븐을 사용하여 70°C에서 하룻밤 동안 건조시키고, 94.9%의 수율로 생성물을 얻었다.
- tert-부틸(5-톨루엔설포닐-5H-피롤[2,3-b]피라진-2-일)카바메이트(ACT051-3)의 파일럿 스케일업 합성
- 3.31L의 tert-아밀 알코올과 4.97L의 톨루엔(V/V, 2/3)을 반응 케틀에 추가합니다.
- 용액에 ACT051-2 1.66 kg, tert- 부틸 카바 메이트 0.83 kg, 분말 탄산 칼륨 1.301 kg, 크 산포스 0.11 kg 및 DIPEA 0.31 kg을 첨가한다.
- 1.1.2단계에서와 같이 질소를 세 번 배출하고 이 3x를 반복한 다음 질소 보호 하에 반응 용액에 10g의 Pd(OAc)2 (0.60% wt)를 추가합니다.
- 반응 혼합물을 90°C로 가열하고 4시간 동안 교반한다. 혼합물을 40°C 이하로 냉각시킨다.
- 규조토를 필터 보조제로서 사용하여 Buchner 깔때기(여과지 개구는 80-120μm)로 반응 용액을 여과하고, 필터 케이크를 톨루엔으로 세척한다.
- 여과액을 수집하고 농축합니다. 순환수 진공 펌프를 사용하여 50-60°C에서 -0.095MPa의 압력 값으로 감압 하에서 여과액을 농축합니다. 압력을 유지하기 위해 펌프를 계속 작동시키십시오.
- 헵탄 300mL를 넣고 20분간 저어줍니다. 반응 용액을 Buchner 깔때기(여과지 구멍은 80-120μm)로 다시 여과하고 조 생성물을 헵탄(50mL, 3회)으로 헹굽니다. 건조하고 96.3 %의 수율로 생성물을 얻는다.
3. 화합물 ACT051-2 및 ACT051-3의 산업 생산
- 2-브로모-5-토실-5H-피롤로[2,3-b]피라진(ACT051-2)의 공업생산
- 반응기가 깨끗하고 물이 없는지 확인하고 전원을 켤 때 혼합 장치에서 소음이 나지 않고 반응기의 하단 배출 밸브가 닫혀 있는지 확인하십시오.
- 355.50kg의 DMF(3V)를 2,000L 에나멜 반응기에 넣고 교반을 시작합니다. 용액에 125.04kg의 ACT051-1(1.0eq)과 164.8kg의 DIPEA(2.0eq)를 추가합니다.
- 질소 보호 하에서 온도를 20-25 °C로 떨어 뜨립니다. 25-35°C에서 150.22kg의 TsCl(1.25eq)을 3시간 이내에 10회 배치로 추가합니다.
- 혼합물을 25-35°C에 두고 2시간 동안 저어줍니다. 750.20kg의 찬물(3-4°C)을 다른 2,000L 반응기에 준비합니다.
- HPLC로 반응을 모니터링하고 잔여 원료가 0.5%일 때 반응의 완료를 확인합니다.
- 반응 혼합물에 냉각수(3-4°C)를 넣고 15-30°C에서 1.5시간 동안 교반합니다. 여과액을 모으고 중성이 될 때까지 물(250-500kg, 2-4V)로 헹굽니다(pH 종이를 사용하여 테스트).
- 생성물을 60-65°C에서 30.5시간 동안 건조시켜 95.5%의 수율로 밝은 갈색 고체를 얻었다.
- tert- 부틸 (5- 톨루엔 설 포닐 -5H- 피롤 [2,3-b] 피라진 -2- 일) 카바 메이트 (ACT051-3)의 산업 생산
- 반응기가 깨끗하고 물이 없는지 확인하고 혼합 장치가 정상이고 반응기의 하단 배출 밸브가 닫혀 있는지 확인합니다.
- 340.10kg의 tert-아밀 알코올(2V)과 552.50kg의 톨루엔(3V)을 2,000L 에나멜 반응기에 넣고 교반을 시작합니다.
- 212.40 kg의 ACT051-2 (1.0 eq), 106.00 kg의 tert- 부틸 카바 메이트 (1.5 eq), 166.70 kg의 분말 탄산 칼륨 (2.0 eq), 14.10 kg의 크 산포스 (0.04 eq), 39.40 kg의 DIPEA (0.5 eq) 및 1.06 kg의 Pd (OAc) 2 (0.5 % wt)를 용액에 첨가한다.
- 질소를 4회 교체하고 혼합물을 질소 보호 하에 85-95°C로 가열하고 3시간 동안 저어줍니다. HPLC로 반응을 모니터링하고 잔여 원료가 0.44%일 때 반응의 완료를 확인합니다.
- 반응 온도를 20-30°C로 냉각시킨다. 용액을 일괄적으로 모아 125L 플라스틱 통에 30분 동안 넣습니다.
- 규조토를 필터 보조제로서 사용하여 화학 흡입 필터 배럴(필터 백 개구는 10-15μm)로 반응 용액을 여과하고, 필터 케이크를 톨루엔(185.20-370.40 kg, 1-2 V)으로 세척한다.
- 에나멜 용기에 여과액을 모으고 -0.095 MPa의 압력 값으로 55-65 °C에서 10 시간 동안 감압 하에서 순환 수 진공 펌프를 사용합니다. 압력을 유지하고 제품 화합물을 점성 액체로 얻기 위해 펌프를 계속 작동시키십시오.
- 톨루엔을 펌핑하고 반응을 계속하여 생성물을 두 번 증발시킨다. 최종 생성물을 4 시간 동안 농축한다. 생성된 생성물을 헵탄과 에틸 아세테이트(V/V, 10/1-3/1)로 용리하는 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 98.5%의 수율로 고체를 얻었다.
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Representative Results
이 연구는 Upatinib의 중요한 중간체 ACT051-3에 대한 확장된 합성 과정을 제공합니다(그림 1 및 그림 2). 프로토콜 섹션(단계 1-3)은 화합물 ACT051-2 및 중간체 ACT051-3의 그램 등급 합성, 파일럿 스케일 킬로그램 등급 합성 및 스케일 업 생산 단계를 구체적으로 보여줍니다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 화합물 ACT051-2에 대한 최적 경로를 탐색하는 과정에서, 고체 TsCl이 액체 TsCl(DMF에 용해됨, 프로토콜의 단계 3.1)보다 반응에 더 많이 관여하고 DMF의 양을 거의 3배로 현저히 감소시킨다는 것을 발견하였다. 또한, TsCl을 첨가하였을 때 혼합용액의 온도를 0-5°C에서 23-35°C로 증가시킴으로써 생성물 수율이 97.49%에서 98.44%로 증가하였다( 표 2 참조). 또한, 후처리수의 소비량에 관한 실험을 수행하였다. 표 3에 나타난 바와 같이, 물 소비량을 2.5배 감소시킨 후(15mL/g ACT051-2에서 6mL/g ACT051-2로), 반응 수율은 2.5% 감소하였으나, 폐액 발생은 감소하였고, 반응 효율은 현저히 향상되었다.
중간 ACT051-3에 대한 최적화된 공정 경로를 얻기 위해 일련의 실험 조건이 개발되었습니다. 표 4에 나타난 바와 같이, DIPEA를 반응물에 도입하고 반응 용매를 tert-아밀 알코올/톨루엔(V/V, 2/3)으로 대체함으로써, Pd(OAc)2의 양이 2.5배 감소하여(1.28% wt에서 0.5% wt로) 생산 원가를 크게 절감하고 생산 규모 확대 가능성을 더욱 향상시켰습니다. 추가적으로, 반응에 관여하는K2CO3의 상태를 변화시킴으로써, 반응 시간을 7 h에서 3.5 h로 감소시키고, 이는 반응 효율을 크게 향상시켰다(표 5에 나타낸 바와 같이). 또한, tert-아밀 알코올/1,4-디옥산(V/V, 1/4)에서 tert-아밀 알코올/톨루엔(V/V, 2/3)으로 전환함으로써 반응 시간이 3시간으로 단축되었고, 생성물 피크 면적이 84.22%에서 88.52%로 증가했으며, 생성물이 농축되는 데 걸리는 시간이 현저히 단축되어 반응 효율이 향상되었습니다(표 6 참조).
화합물 ACT051-2 및 ACT051-3 모두 양성자 핵 자기 공명 (1H NMR), HPLC 및 고분해능 질량 분석법에 의해 화학적으로 특성화되었다. ACT051-2 및 ACT051-3의 분석 방법(HPLC, 1HNMR 및 전기분무 이온화[ESI] 분광법)은 지원 작업에서 찾을 수 있다(보충 표 1, 보충 그림 1, 보충 그림 2, 보충 그림 3, 보충 그림 4, 보충 그림 5 및 보충 그림 6). ACT051-2 및 ACT051-3의 특성화 데이터는 다음과 같습니다.
2-브로모-5-토실-5H-피롤로[2,3-b]피라진(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: C13H10BrN3O2S[M] + 352.21에 대해 계산된 m/z는 352.00인 것으로 나타났다.
tert-부틸 (5-톨루엔설포닐-5H-피롤[2,3-b]피라진-2-일)카바메이트(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: c18H20N4O4S[M+H] + 389.12에 대해 계산된 m/z,389.15로 확인됨.
그림 1: 중간체 ACT051-3의 합성 경로. (a) 최적화 전 ACT051-3의 반응 경로 및 조건: i) DMF, DIPEA, TsCl; ii) 크산포스, Pd(OAc)2, K2CO3, tert-아밀 알코올/1,4-디옥산(V/V, 1/4); (b) 최적화 후 ACT051-3의 반응 경로 및 조건: i) DMF, DIPEA, TsCl; ii) 크산포스, Pd(OAc)2, K 2CO 3, DIPEA, tert-아밀 알코올/톨루엔(V/V, 2/3). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 스케일업 생산에서 화합물 ACT051-2 및 ACT051-3의 공정 흐름도. (A) 스케일업 생산에서 ACT051-2의 공정 흐름도. (B) 스케일 업 생산에서 ACT051-3의 프로세스 흐름도. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 수 | TsCl 상태 | V(DMF) (실험실 테스트) | V(DMF) (파일럿 스케일 업) |
| 1 | DMF에 용해 | 8.5 볼트 | 54의 볼트 |
| 2 | 고체 | 3.0 볼트 | 18 볼트 |
표 1 : 합성 화합물 ACT051-2에 대한 다양한 형태의 TsCl의 영향. TsCl의 다른 상태에는 액체 TsCl (DMF에 용해 됨)과 고체 TsCl이 포함됩니다. 실험 결과는 고체 TsCl이 산업 생산에 더 도움이된다는 것을 보여줍니다.
| 수 | 온도(°C) | 혼합 조건 | 설명 프로세스가 있는지 여부 | 양도하다 | 순도 |
| 1 | 0-5 | 점성 | 아니요 | 97.49% | 96.85% |
| 2 | 25-35 | 좋은 혼합 | 예 | 98.44% | 96.99% |
표 2 : ACT051-2의 합성에 대한 상이한 온도에서 TsCl 첨가의 효과. 0-5°C 또는 23-35°C에서 반응에 TsCl을 첨가한다.
| 수 | 물 소비량 | 양도하다 | 순도 |
| 1 | 15mL/g ACT051-1 | 97.49% | 96.85% |
| 2 | 6mL/g ACT051-1 | 94.90% | 97.69% |
| 3 | 9mL/g ACT051-1 | 95.07% | 96.71% |
표 3: ACT051-2의 합성에 대한 다양한 후처리 물 소비의 영향. 15mL/g ACT051-1, 9mL/g ACT051-1 및 6mL/g ACT051-1을 포함한 다양한 후처리 물 소비량을 시도해 보십시오. 최적 조건은 6mL/g ACT051-2의 후처리 용수에서 달성되었습니다.
| 수 | DIEPA와 동등 | K2CO3등가 | Pd(OAc)2와 동등 |
| 1 | 0.0 등분 | 3.0 등분 | 1.28% 중량 |
| 2 | 2.0 등분 | 2.0 등분 | 0.60% 중량 |
| 3 | 1.0 감정 | 2.0 등분 | 0.60% 중량 |
| 4 | 0.5 등분 | 2.0 등분 | 0.60% 중량 |
표 4: ACT051-3의 합성을 위한 반응에 DIPEA를 첨가하는 효과. 반응에 대한 DIPEA 첨가 여부의 효과를 탐색합니다. 그 결과 DIPEA를 도입하면 Pd(OAc)2의 양이 2.5 배(1.28% wt에서 0.5% wt로) 감소하는 것으로 나타났습니다.
| 수 | K2CO3의 상태 | 해당 | 반응시간(h) |
| 1 | 고체 | 2.0 등분 | 7 |
| 2 | 가루 | 2.0 등분 | 3.5 |
표 5: 합성 화합물 ACT051-3의 반응에 대한K2CO3의 상이한 상태의 영향. 반응에 참여하기 위해 과립 또는 분말 형태의 탄산 칼륨을 선택하십시오.
| 수 | Pd (OAc)의 복용량 2 | 반응 용매 | V/V (브/브이) | 반응시간/h | 제품 피크 면적/% |
| 1 | 0.60% 중량 | tert 아밀 알코올 / 1,4-다이옥산 | 1-4 | 3.5 | 84.22 |
| 2 | 0.60% 중량 | tert 아밀 알코올 / 1,4-다이옥산 | 2-3 | 3.5 | 83.34 |
| 3 | 0.60% 중량 | tert 아밀 알코올 / 톨루엔 | 2-3 | 3 | 88.52 |
| 4 | 0.50% 중량 | tert 아밀 알코올 / 톨루엔 | 2-3 | 2.25 | 87.11 |
표 6: 합성 화합물 ACT051-3의 반응에 대한 상이한 반응 용매의 영향. tert-아밀 알코올/1,4-디옥산(V/V, 1/4) 및 tert-아밀 알코올/톨루엔(V/V, 2/3)이 반응 용매로 선택됩니다.
보충표 1: 화합물 ACT051-2 및 ACT051-3의 분석 방법. 화합물 ACT051-2 및 ACT051-3의 분석을 위한 특정 크로마토그래피 조건(기기, 분석법명, 액상 컬럼, 이동상, 컬럼 온도, 전류 속도 및 파장 포함). 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 그림 1: ACT051-2의 고성능 액체 크로마토그램. 데이터에 대한 결과는 HPLC에 의해 검출되었다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 그림 2: ACT051-3의 고성능 액체 크로마토그램. 데이터에 대한 결과는 HPLC에 의해 검출되었다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 그림 3: ACT051-2의 MS 스펙트럼. 데이터에 대한 결과는 ESI 분광법에 의해 검출되었다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 그림 4: ACT051-3의 MS 스펙트럼. 데이터에 대한 결과는 ESI 분광법에 의해 검출되었다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 그림 5: ACT051-2의 1HNMR 스펙트럼. 데이터에 대한 결과는 MestReNova를 사용하여 분석되었습니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 그림 6: ACT051-3의 1HNMR 스펙트럼. 데이터에 대한 결과는 MestReNova를 사용하여 분석되었습니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
반응 온도, 시간, 반응 시약 선택 및 물질 비율을 포함한 합성 반응 조건은 특히 스케일 업 생산의 경우 반응의 타당성, 수율, 순도 및 생산 비용에 영향을 미칩니다.
ACT051-2의 실험실 합성에서, 액체 형태의 TsCl (DMF에 용해, 단계 1.1.3)을 반응에 사용할 수 있습니다. 그러나 이 반응에 액체 TsCl을 사용하면 반응 시스템의 용매 양이 증가하여 더 많은 폐액이 발생하기 때문에 파일럿 스케일 업 합성 또는 산업 생산에는 적합하지 않습니다. 그 결과, 파일럿 스케일 업 및 산업 생산(각각 프로토콜의 2.1.2 및 3.1.3 단계)에서 반응을 위해 고체 TsCl을 선택하고 환경 보호 및 녹색 화학의 개념을 염두에 두고 좋은 실험 결과를 얻었습니다(표 1).
또한, 파일럿 스케일 업 실험에서 저온에서 다량의 TsCl을 첨가하면 반응 시스템이 너무 점성이 높아져 교반 할 수 없어 원료가 캡슐화 될 위험이 있음이 밝혀졌습니다. 이러한 위험을 해결하기 위해, 온도를 0-5°C에서 25-35°C로 증가시켰고(프로토콜의 단계 2.1.1 또는 3.1.4), 고체 TsCl 첨가에 대해 충분한 교반이 얻어졌고, 반응 용액 시스템은 양호한 유동성을 가졌고, 반응은 원활하게 진행되었다(표 2).
또한, ACT051-2의 후처리 실험에는 다량의 물(15mL/g ACT051-1)이 필요했는데, 이는 스케일 업 생산 실험에 적합하지 않고 더 많은 폐기물 용액을 발생시켰습니다. 따라서 환경 보호의 관점에서 후처리에 사용되는 최적의 물의 양은 생산 공정 조건 탐색에서 즉시 조사되었습니다. 표 3에서 보는 바와 같이, 처리 후 물의 양을 6 mL/g ACT051-1로 감소시켰을 때, 실험의 수율은 약간의 영향을 보였으나, 효율을 크게 향상시키고 폐액 발생을 감소시킬 수 있었다.
중간 ACT051-3의 산업 생산 공정 경로를 탐색하면서 많은 공정 최적화 실험을 수행하고 많은 스케일링 문제를 해결했습니다. ACT051-3의 합성에서, ACT051-2는 Pd (OAc) 2 및 크 산포스에 의해 촉매 된 tert- 부틸 카바 메이트와 Buchwald-Hartwig 커플 링 반응을 거쳐 화합물 ACT051-3을 얻었다. Pd(0)은 Suzuki 및 Buchwald16,17,18,19와 같은 커플링 반응에 일반적으로 사용되는 팔라듐의 활성 종입니다. 그러나, Pd (II)는 일반적으로 반응을 촉매하기 위해 사용된다. 그 결과, 아민 화합물(DIPEA)을 사용하여 Pd(II)를 Pd(0)으로 환원시켜 전체 반응의 촉매 시스템을 Pd(0) 및 Pd(II) 촉매 사이클로 남겼습니다. DIPEA를 첨가함으로써 고가의 촉매 Pd(OAc)2의 양이 1.28%에서 0.5%로 크게 감소하여(표 4), 스케일업 생산 비용을 크게 절감하고 방법의 합리성과 타당성을 더욱 강화했습니다.
반응 시간이 길면 많은 부반응이 발생하고 불순물이 생성되어 생산 규모를 늘리는 데 도움이 되지 않습니다. 광범위한 실험실 연구를 통해 탄산칼륨의 상태를 과립에서 분말로 변경하면(프로토콜의 단계 1.2.2 또는 2.2.2) 반응 시간이 적절하게 감소하여 산업 생산에 더 유리하다는 것이 밝혀졌습니다(표 5). 또한, 소규모 파일럿 실험에 사용된 1,4-다이옥산이 농축하기가 더 어렵다는 것을 고려하여(프로토콜의 단계 1.2.1), 톨루엔과 tert-부탄올의 조합을 고려했습니다(프로토콜의 단계 2.2.1 또는 3.2.2; V/V, 2/3), 산업 생산을 위한 반응 용매로서 더 나은 농축 용매입니다. 그 결과 반응이 높은 촉진 속도를 얻고, 반응 시간을 단축하며, 반응 효율을 향상시키는 것으로 나타났다( 표 6 참조).
결론적으로, 실험 조건의 반복적인 탐색 끝에 화합물 ACT051-2 및 ACT051-3에 대한 최적의 공정 스케일 업 조건을 최종적으로 얻었고, 이 스케일 업 생산의 공정 흐름도는 그림 2에 나와 있습니다. 스케일 업 생산의 결과는 전체 공정이 안정적이었고 제품 수율이 정상임을 보여주었습니다 (프로토콜의 3.1.7 또는 3.2.8 단계).
본 연구에서 얻은 산업 생산 경로는 이용 가능한 새로운 경로이며, 향후 산업 생산에서 이 공정 경로의 타당성도 확인되었습니다. 또한, 본 연구에서 얻어진 결과는 화합물 ACT051-2 및 ACT051-3의 산업적 생산 경로에 대한 향후 연구를 위한 기술적 연구 기초를 제공한다.
그러나, ACT051-2의 합성에서 과도하고 더 감소될 수 있는 TsCl(1.25 eq)의 양과 같은 공정 경로의 최적화 및 개선의 여지가 여전히 존재한다. 또한, ACT051-3의 합성에 있어서, 후처리를 용이하게 하기 위해 반응 용매로서 톨루엔만을 사용할 수 있으며, 촉매 Pd(OAc)2 의 양은 지속적으로 감소할 수 있다. 위의 기술적 문제는 합성 화합물 ACT051-3의 생산을 더 잘 확장하기 위해 향후 연구에서 더 연구되고 탐구될 수 있습니다.
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Disclosures
저자는 공개 할 것이 없습니다.
Acknowledgments
여기에 언급할 승인이 없습니다.
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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