Summary

Hochskalierte Herstellung eines Zwischenprodukts von Upatinib, ACT051-3

Published: April 07, 2023
doi:

Summary

In dieser Arbeit stellen wir ein Protokoll für die skalierte Synthese des tert.-Butyl-(5-Toluolsulfonyl-5h-pyrrol[2,3-b]pyrazin-2-yl)carbamat (ACT051-3) von Upatinib vor.

Abstract

Upatinib, ein Januskinase-Hemmer, wurde von einem Biotech-Unternehmen zur Behandlung von Immunerkrankungen entwickelt. Die Verbindung tert.-Butyl(5-Toluolsulfonyl-5h-pyrrol[2,3-b]pyrazin-2-yl)carbamat (ACT051-3) ist ein wichtiges Zwischenprodukt von Upatinib. Über die stetige industrielle Produktion dieses Zwischenprodukts (ACT051-3) wurde bisher nicht berichtet. In dieser Studie haben wir die spezifische Synthesemethode und den Prozess der Verbindung ACT051-3 in Bezug auf Laborsynthese, Pilot-Scale-up und industrielle Produktion beschrieben. Während der Erkundung der Prozessroute für ACT051-3 wurden viele entsprechende Anpassungen und Verbesserungen der Reaktionsbedingungen vorgenommen, was schließlich zur erfolgreichen Entwicklung des optimalen industriellen Produktionsprozesses für ACT051-3 führte. Die Reaktionszeit wurde durch die Änderung des Zustands des an der Reaktion beteiligten Kaliumcarbonats nahezu verdoppelt, was die Reaktionseffizienz erheblich verbesserte. Darüber hinaus wurde durch die Einführung von N,N-Diisopropylethylamin (DIPEA) in die Reaktion die Menge des teuren Katalysators Pd(OAc)2 um das 2,5-fache reduziert, was die Produktionskosten erheblich senkte, was die Machbarkeit dieser Prozessroute und der industriellen Produktion von ACT051-3 bestätigte und die Marktnachfrage nach diesem wichtigen Zwischenprodukt befriedigte.

Introduction

Upatinib hat sich in den letzten Jahren zu einem weltweit beliebten Januskinase-1-Inhibitor (JAK1) zur Behandlung von Immunerkrankungen entwickelt 1,2. Dieses Medikament hat signifikante therapeutische Wirkungen bei Psoriasisarthritis (PsA)3,4, rheumatoider Arthritis (RA)5,6,7 und atopischer Dermatitis (AD)8,9 gezeigt. Darüber hinaus hat Upatinib aufgrund seiner hohen Selektivität10 ein breites Spektrum klinischer Anwendungen. Tert-Butyl-(5-Tosyl-5h-pyrolo[2,3-b]pyrazin-2-yl)carbamat (ACT051-3) ist ein wichtiges Zwischenprodukt von Upatinib. Seine wichtigsten Strukturbestandteile sind der Pyrrolring und der Pyrazinring, der bei der Herstellung neuer stickstoffhaltiger trizyklischer Kinase-Inhibitoren zur Behandlung von Immun- und Tumorerkrankungen eingesetzt werden kann11.

Pilot-Scale-up ist ein mittelgroßes Scale-up (50x-100x) der Prozessroute und der Bedingungen, die durch die Labor-Pilotstudie ermittelt wurden, gefolgt von Prozesstests, industriellen Untersuchungen und Optimierungen, um die besten industriellen Produktions- und Betriebsbedingungen zu ermitteln12.

Gegenwärtig wurden die Laborsyntheserouten für diese Zwischenverbindung (ACT051-3) beschrieben, aber sie wurden aufgrund von Problemen mit geringer Ausbeute, komplexen Reaktionen und hohen Ausrüstungsanforderungen, die noch viel Raum zur Optimierung haben, nur in kleinem Maßstab durchgeführt 11,13,14,15. Für den Pilot-Scale-up und die industrielle Produktion des Zwischenprodukts ACT051-3 wurde derzeit jedoch keine Prozessroute gemeldet.

Daher haben wir in dieser Studie die Pilot-Scale-up- und Produktionsroute der Verbindung ACT051-3 unter Bezugnahme auf die besser berichteten Syntheserouten im Labor untersucht. Im Vergleich zur ursprünglichen Syntheseroute im Labor wurden viele geeignete Anpassungen und Verbesserungen an den Reaktionsbedingungen vorgenommen und weitere Faktoren untersucht, die die Reaktionsergebnisse beeinflussen können. Schließlich wurden die am besten geeigneten Prozessparameter für die optimale Route identifiziert, und wir erhielten eine Prozessroute, die einfach zu bedienen, kostengünstig und umweltfreundlich ist und für das Pilot-Scale-up und die Produktion von ACT051-3 geeignet ist.

Protocol

1. Synthese der Verbindungen ACT051-2 und ACT051-3 im Pilotmaßstab Synthese von 2-Brom-5-tosyl-5H-pyrrolo[2,3-b]pyrazin (ACT051-2)In einem Rundkolben werden 50,0 g der Verbindung 2-Brom-5H-pyrrolo[2,3-b]pyrazin (ACT051-1; 0,25 M) in 15 ml N,N-Dimethylformamid (DMF; 3 V) gelöst. 65,3 g Diisopropylethylamin (DIPEA; 0,51 M) werden unter Stickstoffschutz in die Reaktionslösung gegeben (Gas- und Feuchtigkeitsbarriere geschaffen) und die Temperatur durch ein kaltes Wasserbad auf…

Representative Results

Diese Studie liefert den hochskalierten Syntheseprozess für das wichtige Zwischenprodukt ACT051-3 von Upatinib (Abbildung 1 und Abbildung 2). Der Protokollabschnitt (Schritte 1-3) zeigt insbesondere den Syntheseschritt in Grammqualität, die Synthese in Kilogrammqualität im Pilotmaßstab und den Scale-up-Produktionsschritt der Verbindung ACT051-2 und des Zwischenprodukts ACT051-3. Im Zuge der Untersuchung des optima…

Discussion

Die Reaktionsbedingungen der Synthese, einschließlich der Reaktionstemperatur, der Zeit, der Auswahl der Reaktionsreagenzien und des Verhältnisses der Materialien, beeinflussen die Durchführbarkeit der Reaktion, die Ausbeute, die Reinheit und die Produktionskosten, insbesondere bei der Scale-up-Produktion.

Bei der Laborsynthese von ACT051-2 kann TsCl in flüssiger Form (gelöst in DMF; Schritt 1.1.3) verwendet werden, um in der Reaktion zu sein; Es ist jedoch nicht für die Pilotsynthese im…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Es gibt keine Danksagungen, die hier erwähnt werden müssen.

Materials

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(Equation 1)
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

Referenzen

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Stamatis, P., Bogdanos, D. P., Sakka, L. I. Upadacitinib tartrate in rheumatoid arthritis. Drugs of Today. 56 (11), 723-732 (2020).
  7. Rubbert-Roth, A., et al. Trial of upadacitinib or abatacept in rheumatoid arthritis. The New England Journal of Medicine. 383 (16), 1511-1521 (2020).
  8. 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).
  9. Cantelli, M., et al. Upadacitinib improved alopecia areata in a patient with atopic dermatitis: A case report. Dermatologic Therapy. 35 (4), e15346 (2022).
  10. 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).
  11. Rozema, M. J., et al. Development of a scalable enantioselective synthesis of JAK inhibitor upadacitinib. Organic Process Research & Development. 26 (3), 949-962 (2022).
  12. 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. , 101-119 (2016).
  13. Tang, C., et al. . Influenza virus replication inhibitor and use thereof. , (2020).
  14. Ren, Q., et al. Inhibitors of influenza virus replication and uses thereof. Center for Biotechnology Information. , (2020).
  15. Van Epps, S., et al. Design and synthesis of tricyclic cores for kinase inhibition. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 23 (3), 693-698 (2013).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).

Play Video

Diesen Artikel zitieren
Zhang, L., Xue, W., Li, Q., Liu, H., Xie, D. Scaled-Up Preparation of an Intermediate of Upatinib, ACT051-3. J. Vis. Exp. (194), e64514, doi:10.3791/64514 (2023).

View Video