ウパチニブACT051-3中間体のスケールアップ調製

ウパチニブは、近年、免疫疾患を治療するための世界的に人気のあるヤヌスキナーゼ1(JAK1)阻害剤になりました^1,2。この薬剤は、乾癬性関節炎(PsA)^3,4、関節リウマチ(RA)5,6,7、およびアトピー性皮膚炎(AD)^8,9に対して有意な治療効果を示しています。さらに、その高い選択性¹⁰により、ウパチニブは幅広い臨床用途があります。tert-ブチル(5-トシル-5H-ピロロ[2,3-b]ピラジン-2-イル)カルバメート(ACT051-3)はウパチニブの重要な中間体です。その主な構造成分はピロール環とピラジン環であり、免疫疾患および腫瘍疾患の治療のための新しい窒素含有三環式キナーゼ阻害剤の調製に使用できます¹¹。

パイロットスケールアップは、実験室のパイロット研究によって決定されたプロセスルートと条件の中規模のスケールアップ(50x-100x)であり、その後、プロセステスト、産業調査、および最適化が続き、最良の工業生産と運用条件を決定します¹²。

現在、この中間体化合物(ACT051-3)のラボ合成ルートが報告されていますが、低収率、複雑な反応、および高い装置要件の問題により、小規模でしか実行されておらず、最適化の余地はまだたくさんあります11,13,14,15。しかし、現在、中間体化合物ACT051-3のパイロットスケールアップおよび工業生産のプロセスルートは報告されていません。

そこで本研究では、化合物ACT051-3のパイロットスケールアップと生産経路を、よりよく報告された実験室での合成経路を参照して調査しました。当初の実験室合成ルートと比較して、反応条件に多くの適切な調整と改善が加えられ、反応結果に影響を与える可能性のある他の要因が調査されました。最終的に、最適ルートに最適なプロセスパラメータが特定され、ACT051-3のパイロットスケールアップと生産に適した、操作が簡単で低コストで環境に優しいプロセスルートが得られました。

1. ACT051-2およびACT051-3化合物のパイロットスケール合成

1. 2-ブロモ-5-トシル-5H-ピロロ[2,3-b]ピラジン(ACT051-2)の合成
   1. 丸底フラスコに、化合物2-ブロモ-5H-ピロロ[2,3-b]ピラジン(ACT051-1;0.25 M)50.0 gを15 mLのN,N-ジメチルホルムアミド(DMF;3 V)に溶解します。
   2. 窒素保護下で65.3 gのジイソプロピルエチルアミン(DIPEA;0.51 M)を反応溶液に加え(ガスおよび水分バリアを提供する)、冷水浴を通して温度を0〜5°Cに冷却する。窒素保護のために、反応器の圧力を-0.75〜-0.8MPaにポンプで送り、次にN₂ を通過させて0.1MPaで圧力のバランスをとる。
   3. 12 mLのDMF(0.32 M)に溶解した60.20 gのTsClを追加します。温水浴を通して温度を20〜30°Cに上げ、約1時間攪拌します。混合物に冷水(600.0 mL、0-10°C)を加え、さらに1時間攪拌します。
   4. ろ紙を詰めたサンディングボードを備えたガラス漏斗を使用して、真空下で製品をろ過します。水(200.0mL)で数回洗浄し、電気恒温乾燥炉を用いて乾燥すると、収率78%の淡黄色固体(ACT051-2)を得た。
2. tert-ブチル(5-トルエンスルホニル-5H-ピロール[2,3-b]ピラジン-2-イル)カルバメート(ACT051-3)の合成
   1. 3ポート丸底フラスコで176.11 gのACT051-2を366.31 gの1,4-ジオキサンに溶解します。
   2. 65.75 gのtert-ブチルカルバメート、138.21 gの粒状炭酸カリウム(2.0当量)、11.57 gのキサントホス(0.04当量)、および2.25 gのPd(OAc)₂ (1.28%重量)を溶液に加えます。
   3. 混合物を105°Cに加熱し、窒素雰囲気下で7時間撹拌する。混合物を室温まで冷却し、ブフナー漏斗で製品を濾過する(濾紙の開口部は80〜120μmである)。
   4. フィルター残渣を酢酸エチル(200mL)で洗浄する。循環水真空ポンプを使用して、-0.095MPaの圧力値で50〜60°Cの減圧下で製品を濃縮します。ポンプを作動させたままにして圧力を維持し、暗褐色のオイルを取得します。
   5. 粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製し、石油エーテルと酢酸エチル(V/V、10/1)で溶出し、目的化合物を収率93.5%の白色固体として得た。

2. 化合物ACT051-2およびACT051-3のパイロットスケールアップ合成

1. 2-ブロモ-5-トシル-5H-ピロロ[2,3-b]ピラジンのパイロットスケールアップ合成 (ACT051-2)
   1. 1.0 kgのACT051-1(5.05 M)と1.305 kgのDIPEA(10.1 M)を3ポート丸底フラスコに追加します。3 LのDMF(3 V)をフラスコに加え、固体を溶解します。反応混合物を35°Cに加熱する。
   2. 反応液に1.203 kgのTsCl(6.31 M)を加え、1時間撹拌します。反応の終了が薄層クロマトグラフィー(TLC)および高速液体クロマトグラフィー(HPLC)によって確認されるまで混合物を攪拌する。簡単に言うと、少量の反応生成物を取り、これをTLCモニタリングにかけます。TLCが原材料がほとんど残っていないことを示している場合は、サンプルをHPLC中央制御に送り、原材料に対する反応または生成物比が0.1 / 99.9であることを検出します。
   3. 8.4 Lの冷水を注ぎ、さらに0.5時間攪拌します。ブフナー漏斗(ろ紙の開口部は80〜120μm)ですべての液体をろ過し、粗生成物を600 mLの水ですすいでください。
   4. 得られた生成物を電気恒温乾燥炉を用いて70°Cで一晩乾燥し、収率94.9%の生成物を得た。
2. tert-ブチル(5-トルエンスルホニル-5H-ピロール[2,3-b]ピラジン-2-イル)カルバメート(ACT051-3)のパイロットスケールアップ合成
   1. 3.31 Lのtert-アミルアルコールと4.97 Lのトルエン(V / V、2/3)を反応ケトルに追加します。
   2. 溶液に、1.66kgのACT051-2、0.83kgのtert-ブチルカルバメート、1.301kgの粉末炭酸カリウム、0.11kgのキサントホス、および0.31kgのDIPEAを加える。
   3. ステップ1.1.2と同様に窒素を3回排気し、これを3回繰り返し、窒素保護下で10 gのPd(OAc)₂ (0.60%重量)を反応液に加えます。
   4. 反応混合物を90°Cに加熱し、4時間撹拌する。混合物を40°C以下に冷却する。
   5. 珪藻土をろ過助剤としてブフナー漏斗(ろ紙の開口部は80〜120μm)で反応溶液をろ過し、ろ過ケーキをトルエンで洗浄します。
   6. ろ液を集めて濃縮する。循環水真空ポンプを使用して、-0.095MPaの圧力値で50〜60°Cの減圧下でろ液を濃縮します。圧力を維持するためにポンプを作動させ続けます。
   7. 300 mLのヘプタンを加え、20分間攪拌します。反応溶液をブフナー漏斗(ろ紙の開口部は80〜120μm)で再度濾過し、粗生成物をヘプタン(50mL、3回)ですすいでください。乾燥し、96.3%の収率で生成物を得る。

3.化合物ACT051-2およびACT051-3の工業生産

1. 2-ブロモ-5-トシル-5H-ピロロ[2,3-b]ピラジンの工業生産 (ACT051-2)
   1. 反応器が清潔で水がないことを確認し、電源を入れたときに混合装置から音が聞こえず、反応器の下部排出バルブが閉じていることを確認してください。
   2. 355.50 kgのDMF(3 V)を2,000 Lエナメル反応器に加え、攪拌を開始します。125.04 kgのACT051-1(1.0当量)と164.8 kgのDIPEA(2.0当量)を溶液に加えます。
   3. 窒素保護下で温度を20〜25°Cに下げます。150.22 kgのTsCl(1.25 eq)を25〜35°Cで3時間以内に10バッチで追加します。
   4. 混合物を25〜35°Cに保ち、2時間攪拌します。 別の750.20 L反応器に3〜4 kgの冷水(2,000 kg)を準備します。
   5. HPLCで反応をモニターし、残原料が0.5%になった時点で反応終了を確認します。
   6. 反応混合物に冷水(3〜4°C)を加え、15〜30°Cで1.5時間撹拌する。ろ液を収集し、中性になるまで水(250〜500 kg、2〜4 V)ですすいでください(pH紙を使用してテスト)。
   7. 生成物を60〜65°Cで30.5時間乾燥し、収率95.5%の淡褐色固体を得た。
2. tert-ブチル(5-トルエンスルホニル-5H-ピロール[2,3-b]ピラジン-2-イル)カルバメート(ACT051-3)の工業的製造
   1. 反応器が清潔で水がないことを確認し、混合装置が正常で、反応器の下部排出バルブが閉じていることを確認します。
   2. 340.10 kgのtert-アミルアルコール(2 V)と552.50 kgのトルエン(3 V)を2,000 Lエナメル反応器に加え、攪拌を開始します。
   3. 212.40 kgのACT051-2(1.0当量)、106.00 kgのtert-ブチルカルバメート(1.5当量)、166.70 kgの粉末炭酸カリウム(2.0当量)、14.10 kgのキサントホス(0.04当量)、39.40 kgのDIPEA(0.5当量)、および1.06 kgのPd(OAc)₂ (0.5%重量)を溶液に加えます。
   4. 窒素を4回交換し、窒素保護下で混合物を85〜95°Cに加熱し、3時間攪拌します。HPLCで反応をモニターし、残りの原料が0.44%になった時点で反応終了を確認します。
   5. 反応温度を20〜30°Cに冷却する。 溶液をバッチで収集し、125 Lのプラスチック製のバケツに30分間入れます。
   6. 珪藻土をろ過助剤として使用した化学吸引フィルターバレル(フィルターバッグの開口部は10〜15μm)で反応溶液をろ過し、ろ過ケーキをトルエン(185.20〜370.40 kg、1〜2 V)で洗浄します。
   7. ろ液をエナメル容器に回収し、循環水真空ポンプを減圧下で55〜65°C、圧力値-0.095MPaで10時間使用します。ポンプを作動させて圧力を維持し、生成物化合物を粘性液体として得る。
   8. トルエンをポンピングして反応を継続することにより、生成物を2回蒸発させます。最終製品を4時間濃縮します。得られた生成物をカラムクロマトグラフィーで精製し、ヘプタンおよび酢酸エチル(V / V、10 / 1-3 / 1)で溶出し、収率98.5%の固体を得た。

この研究は、ウパチニブの重要な中間体ACT051-3のスケールアップ合成プロセスを提供します(図1および図2)。プロトコルセクション(ステップ1〜3)は、化合物ACT051−2および中間体ACT051−3のグラムグレード合成、パイロットスケールキログラムグレード合成、およびスケールアップ製造ステップを具体的に示しています。

化合物ACT051-2の最適経路を探索する過程で、 表1に示すように、液体TsCl(DMFに溶解、プロトコルのステップ3.1)よりも固体TsClが反応に関与し、DMFの量が約3倍に有意に減少することが判明しました。また、TsClを添加した際の混合溶液の温度を0-5°Cから23-35°Cに上げることにより、生成物収率が97.49%から98.44%に増加した( 表2に示す)。さらに、後処理水の消費量に関する実験を行った。 表3に示すように、水の消費量を2.5倍に削減(15 mL/g ACT051-2から6 mL/g ACT051-2)した後、反応収率は2.5%減少しましたが、廃液の発生が減少し、反応効率が大幅に向上しました。

中間体ACT051-3の最適化されたプロセスルートを得るために、一連の実験条件が開発されました。表4に示すように、反応中にDIPEAを導入し、反応溶媒をtert-アミルアルコール/トルエン(V/V,2/3)で置換することにより、Pd(OAc)2の量が2.5倍(1.28%wtから0.5%wt)に減少し、製造コストが大幅に削減され、生産スケールアップの実現性がさらに向上した。さらに、反応に関与するK2CO3の状態を変化させることで、反応時間が7時間から3.5時間に短縮され、反応効率が大幅に向上した(表5参照)。また,tert-アミルアルコール/1,4-ジオキサン(V/V,1/4)からtert-アミルアルコール/トルエン(V/V,2/3)に切り替えることで,反応時間を3時間に短縮し,生成物ピーク面積を84.22%から88.52%に増加させ,濃縮時間を大幅に短縮し,反応効率を向上させた(表6参照)。

化合物ACT051-2およびACT051-3はいずれも、プロトン核磁気共鳴(1HNMR)、HPLC、および高分解能質量分析によって化学的に特徴付けられました。ACT051-2およびACT051-3の分析方法(HPLC、 1HNMR、およびエレクトロスプレーイオン化[ESI]分光法)は、裏付けとなる研究(補足表1、補足図1、補足図2、補足図3、補足図4、補足図5、および 補足図6)に記載されています。ACT051-2およびACT051-3の特性評価データは以下のとおりです。

2-ブロモ-5-トシル-5H-ピロロ[2,3-b]ピラジン(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:C13 H 10BrN3O2S [M] + 352.21について計算されたm / zは、352.00であることがわかりました。

tert-ブチル(5-トルエンスルホニル-5H-ピロール[2,3-b]ピラジン-2-イル)カルバメート(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:C 18 H20N 4 O4S [M +H] + 389.12に対して計算されたm / zは、389.15であることがわかりました。

図1:中間体ACT051-3の合成経路。 (A)最適化前のACT051-3の反応経路と条件:i)DMF、DIPEA、TsCl;ii) キサントホス、Pd(OAc)2、K 2 CO3、tert-アミルアルコール/1,4-ジオキサン (V/V, 1/4);(B)最適化後のACT051-3の反応経路と条件:i)DMF、DIPEA、TsCl;ii) キサントホス, Pd(OAc)2,K 2 CO 3, DIPEA, tert-アミルアルコール/トルエン (V/V, 2/3).この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図2:スケールアップ生産における化合物ACT051-2およびACT051-3のプロセスフロー図。 (A)スケールアップ生産におけるACT051-2のプロセスフロー図。(B)スケールアップ生産におけるACT051-3のプロセスフロー図。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

表1:合成化合物ACT051-2に対する異なる形態のTsClの影響。 TsClのさまざまな状態には、液体TsCl(DMFに溶解)と固体TsClが含まれます。 実験結果は、固体TsClが工業生産をより助長することを示しています。

表2:ACT051-2の合成に及ぼす異なる温度でのTsCl添加の影響。 0-5°Cまたは23-35°Cで反応にTsClを添加する。

表3:ACT051-2の合成に対する処理後の水の消費量の違いの影響。 15 mL/g ACT051-1、9 mL/g ACT051-1、6 mL/g ACT051-1など、さまざまな処理後の水の消費量をお試しください。最適な条件は、6 mL / g ACT051-2の処理後の水量で達成されました。

表4:ACT051-3の合成反応に対するDIPEA添加の効果。 反応に対するDIPEA添加の有無の影響を探る。その結果、DIPEAの導入により、Pd(OAc)2の量が2.5 倍に減少(1.28%wtから0.5%wt)減少することが示されました。

表5:合成化合物ACT051-3の反応に対するK2CO3の異なる状態の影響。 反応に参加するために粒状または粉末状の炭酸カリウムを選択してください。

表6:合成化合物ACT051-3の反応に及ぼす反応溶媒の違い。 反応溶媒として、tert-アミルアルコール/1,4-ジオキサン(V/V, 1/4)およびtert-アミルアルコール/トルエン(V/V, 2/3)を選択します。

補足表1:化合物ACT051-2およびACT051-3の分析方法。 化合物ACT051-2およびACT051-3の分析のための特定のクロマトグラフィー条件(装置、メソッド名、液相カラム、移動相、カラム温度、電流速度、波長を含む)。 このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。

補足図1:ACT051-2の高速液体クロマトグラム。 データの結果はHPLCによって検出されました。 このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。

補足図2:ACT051-3の高速液体クロマトグラム。 データの結果はHPLCによって検出されました。 このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。

補足図3:ACT051-2のMSスペクトル。 データの結果はESI分光法によって検出されました。 このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。

補足図4:ACT051-3のMSスペクトル。 データの結果はESI分光法によって検出されました。 このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。

補足図5:ACT051-2の 1HNMRスペクトル。 データの結果は、MestReNovaを使用して分析されました。 このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。

補足図6:ACT051-3の 1HNMRスペクトル。 データの結果は、MestReNovaを使用して分析されました。 このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。

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