Préparation à grande échelle d’un intermédiaire d’upatinib, ACT051-3

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’exploitation^{industrielles 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 optimisées^11,13,14,15. 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.

1. Synthèse à l’échelle pilote des composés ACT051-2 et ACT051-3

1. Synthèse de la 2-bromo-5-tosyl-5H-pyrrolo[2,3-b]pyrazine (ACT051-2)
   1. 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).
   2. 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.
   3. 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.
   4. 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%.
2. Synthèse du tert-butyl (5-toluènesulfonyl-5H-pyrrole [2,3-b]pyrazine-2-yl) carbamate (ACT051-3)
   1. Dissoudre 176,11 g d’ACT051-2 dans 366,31 g de 1,4-dioxane dans une fiole à fond rond à trois orifices.
   2. 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.
   3. 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).
   4. 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.
   5. 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

1. Synthèse pilote à grande échelle de la 2-bromo-5-tosyl-5H-pyrrolo[2,3-b]pyrazine (ACT051-2)
   1. 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.
   2. 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.
   3. 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.
   4. 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%.
2. Synthèse pilote à grande échelle du tert-butyl (5-toluènesulfonyl-5H-pyrrole [2,3-b] pyrazine-2-yl) carbamate (ACT051-3)
   1. Ajouter 3,31 L d’alcool tert-amylique et 4,97 L de toluène (V/V, 2/3) à la bouilloire réactionnelle.
   2. 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.
   3. 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.
   4. Chauffer le mélange réactionnel à 90 °C et agiter pendant 4 h. Refroidir le mélange à 40 °C ou moins.
   5. 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.
   6. 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.
   7. 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

1. Production industrielle de 2-bromo-5-tosyl-5H-pyrrolo[2,3-b]pyrazine (ACT051-2)
   1. 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.
   2. 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.
   3. 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.
   4. 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.
   5. Surveiller la réaction par CLHP et confirmer l’achèvement de la réaction lorsque la matière première restante est de 0,5%.
   6. 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).
   7. Sécher le produit à 60-65 °C pendant 30,5 h pour obtenir un solide brun clair avec un rendement de 95,5%.
2. Production industrielle de tert-butyl (5-toluènesulfonyl-5H-pyrrole [2,3-b]pyrazine-2-yl) carbamate (ACT051-3)
   1. 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.
   2. 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.
   3. 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.
   4. 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%.
   5. 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.
   6. 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).
   7. 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.
   8. 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%.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

Les auteurs n’ont rien à divulguer.