Preparación ampliada de un producto intermedio de upatinib, ACT051-3

Upatinib se ha convertido en un inhibidor de la quinasa Janus 1 (JAK1) mundialmente popular para el tratamiento de trastornos inmunes en los últimos años ^1,2. Este fármaco ha demostrado efectos terapéuticos significativos sobre la artritis psoriásica (APs)^3,4, la artritis reumatoide (AR)^5,6,7 y la dermatitis atópica (EA)^8,9. Además, debido a su alta selectividad¹⁰, Upatinib tiene una amplia gama de aplicaciones clínicas. El carbamato de terc-butilo (ACT051-3) es un intermediario importante de Upatinib. Sus principales componentes estructurales son el anillo pirrol y el anillo de pirazina, que pueden ser utilizados en la preparación de nuevos inhibidores de la quinasa tricíclica que contienen nitrógeno para el tratamiento de enfermedades inmunes y tumorales¹¹.

El escalado piloto es un escalado de tamaño mediano (50x-100x) de la ruta del proceso y las condiciones determinadas por el estudio piloto de laboratorio, seguido de pruebas de proceso, investigación industrial y optimización para determinar las mejores condiciones de producción industrial y operación¹².

En la actualidad, las rutas de síntesis de laboratorio para este compuesto intermedio (ACT051-3) han sido reportadas, pero solo se han realizado a pequeña escala debido a problemas de bajo rendimiento, reacciones complejas y altos requisitos de equipos, que aún tienen mucho espacio para ser optimizados^11,13,14,15. Sin embargo, no se ha informado de ninguna ruta de proceso para el escalado piloto y la producción industrial del compuesto intermedio ACT051-3 en la actualidad.

Por lo tanto, en este estudio, investigamos la escala piloto y la ruta de producción del compuesto ACT051-3, con referencia a las rutas sintéticas de laboratorio mejor informadas. En comparación con la ruta de síntesis de laboratorio original, se realizaron muchos ajustes y mejoras apropiados en las condiciones de reacción, y se investigaron otros factores que pueden afectar los resultados de la reacción. Finalmente, se identificaron los parámetros de proceso más adecuados para la ruta óptima, y obtuvimos una ruta de proceso que es simple de operar, de bajo costo y respetuosa con el medio ambiente, que es adecuada para el escalado piloto y la producción de ACT051-3.

1. Síntesis a escala piloto de los compuestos ACT051-2 y ACT051-3

1. Síntesis de 2-bromo-5-tosil-5H-pirrolo[2,3-b]pirazina (ACT051-2)
   1. En un matraz de fondo redondo, disolver 50,0 g del compuesto 2-bromo-5H-pirrolo[2,3-b]pirazina (ACT051-1; 0,25 M) en 15 ml de N,N-dimetilformamida (DMF; 3 V).
   2. Añadir 65,3 g de diisopropiletilamina (DIPEA; 0,51 M) a la solución de reacción bajo protección nitrogenada (proporcionar una barrera contra el gas y la humedad) y enfriar la temperatura a 0-5 °C a través de un baño de agua fría. Para la protección del nitrógeno, bombee la presión del reactor a -0.75--0.8 MPa, luego pase N₂ para equilibrar la presión a 0.1 MPa.
   3. Añadir 60,20 g de TsCl disuelto en 12 mL de DMF (0,32 M). Elevar la temperatura a 20-30 °C a través del baño de agua tibia y remover durante aproximadamente 1 h. Añadir agua fría (600,0 ml, 0-10 °C) a la mezcla y remover durante 1 h más.
   4. Filtre el producto al vacío utilizando un embudo de vidrio con una tabla de lijar acolchada con papel de filtro. Lavar con agua (200.0 mL) varias veces y secar usando un horno de secado termostático eléctrico para obtener un sólido amarillo pálido (ACT051-2) con un rendimiento del 78%.
2. Síntesis de terc-butilo (5-toluenosulfonil-5H-pirrol [2,3-b] pirazina-2-il) carbamato (ACT051-3)
   1. Disolver 176,11 g de ACT051-2 en 366,31 g de 1,4-dioxano en un matraz de fondo redondo de tres puertos.
   2. Agregue 65.75 g de carbamato de terc-butilo, 138.21 g de carbonato de potasio granular (2.0 eq), 11.57 g de xantphos (0.04 eq) y 2.25 g de Pd (OAc) ₂ (1.28% pto) a la solución.
   3. Calentar la mezcla a 105 °C y remover durante 7 h bajo una atmósfera de nitrógeno. Deje que la mezcla se enfríe a temperatura ambiente y filtre el producto con un embudo Buchner (la abertura del papel de filtro es de 80-120 μm).
   4. Lavar el residuo del filtro con acetato de etilo (200 ml). Utilice una bomba de vacío de agua circulante para concentrar el producto a presión reducida a 50-60 °C con un valor de presión de -0,095 MPa. Mantenga la bomba funcionando para mantener la presión y obtener un aceite de color marrón oscuro.
   5. Purificar el producto crudo con cromatografía en columna, eluyendo con éter de petróleo y acetato de etilo (V/V, 10/1) para obtener el compuesto objetivo como un sólido blanco con un rendimiento del 93,5%.

2. Síntesis piloto a escala de los compuestos ACT051-2 y ACT051-3

1. Síntesis piloto a escala de 2-bromo-5-tosil-5H-pirrolo[2,3-b]pirazina (ACT051-2)
   1. Añadir 1,0 kg de ACT051-1 (5,05 M) y 1,305 kg de DIPEA (10,1 M) a un matraz de fondo redondo de tres puertos. Añadir 3 L de DMF (3 V) al matraz y disolver el sólido. Calentar la mezcla de reacción a 35 °C.
   2. Añadir 1,203 kg de TsCl (6,31 M) a la solución de reacción y agitar durante 1 h. Revuelva la mezcla hasta que la finalización de la reacción se confirme mediante cromatografía en capa fina (TLC) y cromatografía líquida de alta resolución (HPLC). En resumen, tome una pequeña cantidad de producto de reacción y sométalo a monitoreo de TLC. Cuando el TLC muestre que casi no queda materia prima, envíe la muestra al control central de HPLC y detecte que la reacción a la materia prima o la relación del producto sea 0.1 / 99.9.
   3. Vierta 8,4 L de agua fría y revuelva durante otras 0,5 h. Filtre todos los líquidos con un embudo Buchner (la abertura del papel de filtro es de 80-120 μm) y enjuague el producto crudo con 600 ml de agua.
   4. Secar el producto resultante a 70 °C durante la noche utilizando un horno de secado termostático eléctrico y obtener un producto con un rendimiento del 94,9%.
2. Síntesis piloto a escala de terc-butilo (5-toluenosulfonil-5H-pirrol [2,3-b] pirazina-2-il) carbamato (ACT051-3)
   1. Añadir 3,31 L de alcohol terc-amílico y 4,97 L de tolueno (V/V, 2/3) al hervidor de reacción.
   2. A la solución, agregue 1,66 kg de ACT051-2, 0,83 kg de carbamato de terc-butilo, 1,301 kg de carbonato de potasio en polvo, 0,11 kg de xantphos y 0,31 kg de DIPEA.
   3. Evacuar nitrógeno tres veces, como en el paso 1.1.2, repetir esto 3x, y añadir 10 g de Pd(OAc)₂ (0,60% en peso) a la solución de reacción bajo protección nitrogenada.
   4. Calentar la mezcla de reacción a 90 °C y remover durante 4 h. Enfriar la mezcla a 40 °C o menos.
   5. Filtrar la solución de reacción con un embudo Buchner (la abertura del papel de filtro es de 80-120 μm) utilizando diatomita como ayuda de filtro y lavando la torta de filtro con tolueno.
   6. Recoger y concentrar el filtrado. Utilice una bomba de vacío de agua circulante para concentrar el filtrado a presión reducida a 50-60 °C con un valor de presión de -0,095 MPa. Mantenga la bomba funcionando para mantener la presión.
   7. Agregue 300 ml de heptano y revuelva durante 20 minutos. Filtrar de nuevo la solución de reacción con un embudo Buchner (la abertura del papel de filtro es de 80-120 μm) y enjuagar el producto crudo con heptano (50 ml, tres veces). Secar y obtener el producto con un rendimiento del 96,3%.

3. Producción industrial de compuestos ACT051-2 y ACT051-3

1. Producción industrial de 2-bromo-5-tosil-5H-pirrolo[2,3-b]pirazina (ACT051-2)
   1. Confirme que el reactor esté limpio y libre de agua, y asegúrese de que el dispositivo mezclador no haga ruido al encender y que la válvula de descarga inferior del reactor esté cerrada.
   2. Agregue 355.50 kg de DMF (3 V) en el reactor de esmalte de 2,000 L y comience a agitar. Añadir 125,04 kg de ACT051-1 (1,0 eq) y 164,8 kg de DIPEA (2,0 eq) a la solución.
   3. Baje la temperatura a 20-25 °C bajo protección nitrogenada. Añadir 150,22 kg de TsCl (1,25 eq) a 25-35 °C en 10 lotes en un plazo de 3 h.
   4. Dejar que la mezcla permanezca a 25-35 °C y remover durante 2 h. Preparar 750,20 kg de agua fría (3-4 °C) en otro reactor de 2.000 L.
   5. Monitoree la reacción por HPLC y confirme la finalización de la reacción cuando la materia prima restante sea del 0,5%.
   6. Añadir el agua fría ( 3-4 °C) a la mezcla de reacción y agitar a 15-30 °C durante 1,5 h. Recoja el filtrado y enjuague con agua (250-500 kg, 2-4 V) hasta que se vuelva neutro (probado con papel de pH).
   7. Secar el producto a 60-65 °C durante 30,5 h para obtener un sólido de color marrón claro con un rendimiento del 95,5%.
2. Producción industrial de terc-butilo (5-toluenosulfonil-5H-pirrol [2,3-b] pirazina-2-il) carbamato (ACT051-3)
   1. Confirme que el reactor esté limpio y libre de agua, y asegúrese de que el dispositivo de mezcla sea normal y que la válvula de descarga inferior del reactor esté cerrada.
   2. Agregue 340.10 kg de alcohol terc-amílico (2 V) y 552.50 kg de tolueno (3 V) en un reactor de esmalte de 2,000 L y comience a agitar.
   3. Añadir 212,40 kg de ACT051-2 (1,0 eq), 106,00 kg de carbamato de terc-butilo (1,5 eq), 166,70 kg de carbonato de potasio en polvo (2,0 eq), 14,10 kg de xantphos (0,04 eq), 39,40 kg de DIPEA (0,5 eq) y 1,06 kg de Pd(OAc)₂ (0,5% peso) a la solución.
   4. Reemplace el nitrógeno cuatro veces, deje que la mezcla se caliente a 85-95 ° C bajo protección nitrogenada y revuelva durante 3 h. Monitoree la reacción por HPLC y confirme la finalización de la reacción cuando la materia prima restante sea del 0,44%.
   5. Enfriar la temperatura de reacción a 20-30 °C. Recoja la solución en lotes y colóquela en un cubo de plástico de 125 L durante 30 minutos.
   6. Filtrar la solución de reacción con un barril de filtro de succión química (la abertura de la bolsa del filtro es de 10-15 μm) utilizando diatomita como coadyuvante filtrante y lavando la torta de filtro con tolueno (185.20-370.40 kg, 1-2 V).
   7. Recoja el filtrado en un recipiente de esmalte y utilice una bomba de vacío de agua circulante a presión reducida a 55-65 °C durante 10 h con un valor de presión de -0,095 MPa. Mantenga la bomba funcionando para mantener la presión y obtener el compuesto del producto como un líquido viscoso.
   8. Evaporar el producto dos veces bombeando tolueno y continuando la reacción. Concentrar el producto final durante 4 h. Purificar el producto resultante con cromatografía en columna, eluyendo con heptano y acetato de etilo (V/V, 10/1-3/1), para obtener un sólido con un rendimiento del 98,5%.

Este estudio proporciona el proceso de síntesis ampliado para el importante intermediario ACT051-3 de Upatinib (Figura 1 y Figura 2). La sección del protocolo (pasos 1-3) muestra específicamente la síntesis gram-grado, la síntesis de kilogramo a escala piloto y el paso de producción de escala del compuesto ACT051-2 y el intermedio ACT051-3.

En el curso de la exploración de la ruta óptima para el compuesto ACT051-2, como se muestra en la Tabla 1, se encontró que el TsCl sólido estaba más involucrado en la reacción que el TsCl líquido (disuelto en DMF, paso 3.1 del protocolo) y redujo significativamente la cantidad de DMF en casi tres veces. Además, el rendimiento del producto se incrementó de 97.49% a 98.44% al aumentar la temperatura de la solución mezclada cuando se agregó TsCl de 0-5 °C a 23-35 °C (se muestra en la Tabla 2). Además, se realizaron experimentos sobre el consumo de agua después del tratamiento. Como se muestra en la Tabla 3, después de una reducción de 2,5 veces en el consumo de agua (de 15 ml / g ACT051-2 a 6 ml / g ACT051-2), el rendimiento de reacción disminuyó en un 2,5%, pero la generación de solución de residuos se redujo y la eficiencia de la reacción mejoró significativamente.

Se desarrollaron una serie de condiciones experimentales para obtener la ruta de proceso optimizada para el intermedio ACT051-3. Como se muestra en la Tabla 4, al introducir DIPEA en la reacción y reemplazar el solvente de reacción con alcohol terc-amílico / tolueno (V / V, 2/3), la cantidad de Pd (OAc) 2 se redujo 2.5 veces (de 1.28% en peso a 0.5% en peso), lo que redujo significativamente el costo de producción y mejoró aún más la viabilidad de ampliar la producción. Además, al cambiar el estado de K2CO 3 involucrado en la reacción, el tiempo de reacción se redujo de 7 h a3.5 h, lo que mejoró enormemente la eficiencia de la reacción (como se muestra en la Tabla 5). Además, al cambiar de alcohol terc-amílico/1,4-dioxano (V/V, 1/4) a alcohol terc-amílico/tolueno (V/V, 2/3), el tiempo de reacción se acortó a 3 h, el área pico del producto aumentó de 84,22% a 88,52%, y el tiempo que tardó el producto en concentrarse se acortó significativamente, todo lo cual mejoró la eficiencia de la reacción (ver Tabla 6).

Ambos compuestos ACT051-2 y ACT051-3 se caracterizaron químicamente mediante resonancia magnética nuclear de protones (1H NMR), HPLC y espectrometría de masas de alta resolución. Los métodos de análisis (HPLC, RMN 1 H y espectroscopia de ionización por electrospray [ESI]) de ACT051-2 y ACT051-3 se pueden encontrar en el trabajo de apoyo (Tabla suplementaria 1, Figura suplementaria 1, Figura complementaria 2, Figura complementaria 3, Figura suplementaria 4, Figura complementaria 5 y Figura complementaria 6). Los datos de caracterización para ACT051-2 y ACT051-3 se informan a continuación:

2-bromo-5-tosil-5H-pirrolo[2,3-b]pirazina (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 calculado para C13 H 10BrN3O2S [M] + 352.21, encontrado como 352.00.

Carbamato de terc-butilo (5-toluenosulfonil-5H-pirrol [2,3-b] piracina-2-il) (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 calculado para C 18 H20N 4 O4S [M+H] + 389.12, encontrado como 389.15.

Figura 1: Ruta de síntesis del intermedio ACT051-3. (A) La ruta de reacción y las condiciones de ACT051-3 antes de la optimización: i) DMF, DIPEA, TsCl; ii) xantfos, Pd(OAc)2, K2CO3, alcohol terc-amílico/1,4-dioxano (V/V, 1/4); (B) La ruta de reacción y las condiciones de ACT051-3 después de la optimización: i) DMF, DIPEA, TsCl; ii) xantfos, Pd(OAc)2, K 2 CO3, DIPEA, alcohol terc-amílico/tolueno (V/V, 2/3). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: El diagrama de flujo del proceso de los compuestos ACT051-2 y ACT051-3 en la producción a escala. (A) Diagrama de flujo de proceso de ACT051-2 en producción de escalado. (B) Diagrama de flujo de proceso de ACT051-3 en producción a escala. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Tabla 1: Efecto de diferentes formas de TsCl sobre el compuesto sintético ACT051-2. Los diferentes estados de TsCl incluyen TsCl líquido (disuelto en DMF) y TsCl sólido. Los resultados experimentales muestran que el TsCl sólido es más propicio para la producción industrial.

Tabla 2: Efecto de la adición de TsCl a diferentes temperaturas sobre la síntesis de ACT051-2. Añadir TsCl a la reacción a 0-5 °C o 23-35 °C.

Tabla 3: Efecto de diferentes consumos de agua post-tratamiento sobre la síntesis de ACT051-2. Pruebe los diferentes consumos de agua posteriores al tratamiento, incluidos 15 ml / g ACT051-1, 9 ml / g ACT051-1 y 6 ml / g ACT051-1. Las condiciones óptimas se lograron con un volumen de agua post-tratamiento de 6 mL/g ACT051-2.

Tabla 4: Efecto de añadir DIPEA a la reacción para la síntesis de ACT051-3. Explorar el efecto de la adición o no de DIPEA en la reacción. Los resultados mostraron que la introducción de DIPEA redujo la cantidad de Pd(OAc)2 en un factor de 2,5 (de 1,28% en peso a 0,5% en peso).

Tabla 5: Efecto de diferentes estados deK2CO3 sobre la reacción del compuesto sintético ACT051-3. Seleccione carbonato de potasio en forma granular o en polvo para participar en la reacción.

Tabla 6: Efecto de diferentes disolventes de reacción sobre la reacción del compuesto sintético ACT051-3. El alcohol tercílico/1,4-dioxano (V/V, 1/4) y el alcohol terc-amílico/tolueno (V/V, 2/3) se seleccionan como disolventes de reacción.

Tabla complementaria 1: Método analítico de los compuestos ACT051-2 y ACT051-3. Condiciones cromatográficas específicas para el análisis de compuestos ACT051-2 y ACT051-3, incluyendo el instrumento, el nombre del método, la columna de fase líquida, la fase móvil, la temperatura de la columna, la velocidad de corriente y la longitud de onda. Haga clic aquí para descargar este archivo.

Figura complementaria 1: Los cromatogramas líquidos de alta resolución de ACT051-2. Los resultados de los datos fueron detectados por HPLC. Haga clic aquí para descargar este archivo.

Figura complementaria 2: Los cromatogramas líquidos de alta resolución de ACT051-3. Los resultados de los datos fueron detectados por HPLC. Haga clic aquí para descargar este archivo.

Figura complementaria 3: Espectro MS de ACT051-2. Los resultados de los datos fueron detectados por espectroscopia ESI. Haga clic aquí para descargar este archivo.

Figura complementaria 4: Espectro MS de ACT051-3. Los resultados de los datos fueron detectados por espectroscopia ESI. Haga clic aquí para descargar este archivo.

Figura complementaria 5: espectrode RMN 1 H de ACT051-2. Los resultados de los datos se analizaron utilizando MestReNova. Haga clic aquí para descargar este archivo.

Figura suplementaria 6: espectro de RMN 1H de ACT051-3. Los resultados de los datos se analizaron utilizando MestReNova. Haga clic aquí para descargar este archivo.

Los autores no tienen nada que revelar.