Upatinib 중간체의 확대 준비, ACT051-3

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.

1. 화합물 ACT051-2 및 ACT051-3의 파일럿 규모 합성

1. 2-브로모-5-토실-5H-피롤로[2,3-b]피라진(ACT051-2)의 합성
   1. 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.
   2. 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.
   3. 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.
   4. 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.
2. tert-부틸 (5-톨루엔설포닐-5H-피롤[2,3-b]피라진-2-일)카바메이트(ACT051-3)의 합성
   1. 176.11g의 ACT051-2를 366.31g의 1,4-디옥산에 3포트 둥근 바닥 플라스크에 녹입니다.
   2. 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.
   3. 혼합물을 105°C로 가열하고 질소 분위기 하에서 7시간 동안 교반한다. 혼합물을 실온으로 식히고 Buchner 깔때기 (여과지 구멍은 80-120 μm)로 제품을 여과하십시오.
   4. 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.
   5. 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

1. 2-브로모-5-토실-5H-피롤로[2,3-b]피라진(ACT051-2)의 파일럿 스케일업 합성
   1. 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.
   2. 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.
   3. 찬물 8.4L를 붓고 0.5시간 더 저어줍니다. Buchner 깔때기(여과지 구멍은 80-120μm)로 모든 액체를 여과하고 600mL의 물로 원유 제품을 헹굽니다.
   4. 얻어진 생성물을 전기 항온건조 오븐을 사용하여 70°C에서 하룻밤 동안 건조시키고, 94.9%의 수율로 생성물을 얻었다.
2. tert-부틸(5-톨루엔설포닐-5H-피롤[2,3-b]피라진-2-일)카바메이트(ACT051-3)의 파일럿 스케일업 합성
   1. 3.31L의 tert-아밀 알코올과 4.97L의 톨루엔(V/V, 2/3)을 반응 케틀에 추가합니다.
   2. 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.
   3. 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.
   4. 반응 혼합물을 90°C로 가열하고 4시간 동안 교반한다. 혼합물을 40°C 이하로 냉각시킨다.
   5. 규조토를 필터 보조제로서 사용하여 Buchner 깔때기(여과지 개구는 80-120μm)로 반응 용액을 여과하고, 필터 케이크를 톨루엔으로 세척한다.
   6. 여과액을 수집하고 농축합니다. 순환수 진공 펌프를 사용하여 50-60°C에서 -0.095MPa의 압력 값으로 감압 하에서 여과액을 농축합니다. 압력을 유지하기 위해 펌프를 계속 작동시키십시오.
   7. 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

1. 2-브로모-5-토실-5H-피롤로[2,3-b]피라진(ACT051-2)의 공업생산
   1. 반응기가 깨끗하고 물이 없는지 확인하고 전원을 켤 때 혼합 장치에서 소음이 나지 않고 반응기의 하단 배출 밸브가 닫혀 있는지 확인하십시오.
   2. 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.
   3. 질소 보호 하에서 온도를 20-25 °C로 떨어 뜨립니다. 25-35°C에서 150.22kg의 TsCl(1.25eq)을 3시간 이내에 10회 배치로 추가합니다.
   4. 혼합물을 25-35°C에 두고 2시간 동안 저어줍니다. 750.20kg의 찬물(3-4°C)을 다른 2,000L 반응기에 준비합니다.
   5. HPLC로 반응을 모니터링하고 잔여 원료가 0.5%일 때 반응의 완료를 확인합니다.
   6. 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).
   7. 생성물을 60-65°C에서 30.5시간 동안 건조시켜 95.5%의 수율로 밝은 갈색 고체를 얻었다.
2. tert- 부틸 (5- 톨루엔 설 포닐 -5H- 피롤 [2,3-b] 피라진 -2- 일) 카바 메이트 (ACT051-3)의 산업 생산
   1. 반응기가 깨끗하고 물이 없는지 확인하고 혼합 장치가 정상이고 반응기의 하단 배출 밸브가 닫혀 있는지 확인합니다.
   2. 340.10kg의 tert-아밀 알코올(2V)과 552.50kg의 톨루엔(3V)을 2,000L 에나멜 반응기에 넣고 교반을 시작합니다.
   3. 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.
   4. 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.
   5. 반응 온도를 20-30°C로 냉각시킨다. 용액을 일괄적으로 모아 125L 플라스틱 통에 30분 동안 넣습니다.
   6. 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.
   7. 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.
   8. 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.

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.

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.

표 2 : ACT051-2의 합성에 대한 상이한 온도에서 TsCl 첨가의 효과. 0-5°C 또는 23-35°C에서 반응에 TsCl을 첨가한다.

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.

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.

표 5: 합성 화합물 ACT051-3의 반응에 대한K2CO3의 상이한 상태의 영향. 반응에 참여하기 위해 과립 또는 분말 형태의 탄산 칼륨을 선택하십시오.

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.

저자는 공개 할 것이 없습니다.