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Article de méthode

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

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DOI :

10.3791/64514

⸱

7 avril 2023

 ,  ,  ,  , 
1Aneo Chem-Tech Co., Ltd

Dans cet article

Résumé

Nous présentons ici un protocole pour la synthèse à grande échelle du tert-butyl intermédiaire (5-toluènesulfonyl-5h-pyrrole [2,3-b] pyrazine-2-yl) carbamate (ACT051-3) de l’upatinib.

Résumé

Upatinib, un inhibiteur de Janus kinase, a été développé par une société de biotechnologie pour traiter les maladies immunitaires. Le composé tert-butyl (5-toluènesulfonyl-5h-pyrrole [2,3-b] pyrazine-2-yl) carbamate (ACT051-3) est un intermédiaire important de l’upatinib. À ce jour, la production industrielle stable de ce composé intermédiaire (ACT051-3) n’a pas été signalée. Dans cette étude, nous avons décrit la méthode et le processus de synthèse spécifiques du composé ACT051-3 en termes de synthèse en laboratoire, de mise à l’échelle pilote et de production industrielle. Au cours de l’exploration de la voie de traitement pour ACT051-3, de nombreux ajustements et améliorations appropriés ont été apportés aux conditions de réaction, conduisant finalement au développement réussi du procédé de production industrielle optimal pour ACT051-3. Le temps de réaction a été presque doublé en changeant l’état du carbonate de potassium impliqué dans la réaction, ce qui a grandement amélioré l’efficacité de la réaction. De plus, en introduisant la N,N-diisopropyléthylamine (DIPEA) dans la réaction, la quantité du catalyseur coûteux(OAc)2 a été réduite de 2,5 fois, ce qui a considérablement réduit les coûts de production, confirmant la faisabilité de cette voie de traitement et de la production industrielle d’ACT051-3, et satisfaisant la demande du marché pour cet important intermédiaire.

Introduction

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’exploitationindustrielles 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 optimisées11,13,14,15. 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.

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Protocole

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%.

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Résultats

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 c...

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Discussion

Les conditions de réaction de synthèse, y compris la température de réaction, le temps, la sélection des réactifs réactionnels et le rapport des matériaux, affectent la faisabilité de la réaction, les rendements, la pureté et le coût de production, en particulier pour la production à grande échelle.

Dans la synthèse en laboratoire d’ACT051-2, TsCl sous forme liquide (dissous dans le DMF; étape 1.1.3) peut être utilisé dans la réaction; cependant, il ne convient pas à la synthèse pilote à l’éch...

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Déclarations de divulgation

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Remerciements

Il n’y a aucune reconnaissance à mentionner ici.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
2-bromo-5H-pyrrolo[2,3-b]pyrazineNanjing Cook Biotechnology Co., Ltd.
1,4-dioxaneLiaoning cook Biotechnology Co., LtdRéactif
1H RMNBruker AVIII 500
37 % chlorure acide qualité moléculaireNEON02618 NEON
4-toluènesulfonyl chlorure (TsCl)Nanjing Cook Biotechnology Co., Ltd.AR A2010137
Anti-Poulet IgY (H+L), hautement adsorbé croisé, CF  ; Anticorps 488A produit chez l’âneSigma-AldrichSAB4600031
IgG anti-souris (H+L), F(ab&prime ;)2Sigma-AldrichSAB4600388
BD FACSCanto IIBD BiosciencesBF-FACSC2
BD FACSDiva CS& T perles de recherche (CS& T perles de recherche)BD Biosciences655050
BD FACSDiva software 7.0BD Biosciences655677
Albumine sérique bovineSigma-AldrichA4503
Centrifugeuse 5702 REppendorfZ606936
Pompe à vide à eau circulanteGuangzhou Zhiyan Instrument Co., LtdSHZ-D(figure-materials-1)
Latex CML, 4 % p/vInvitrogenC37253
DiatomiteGuangzhou Qishuo Chemical Co., Ltd./
Séchoir sous vide rotatif à double côneJiangsu Yang-Yang Chemical Equipment Plant IncBouilloire
Yang-Yang Chemical Equipment Plant IncCS-03-0021000L / 2000L
heptaneNanjing Cook Biotechnology Co., Ltd.Réactif
HPLCGuangzhou aoyi Technology Trading Co., LtdLC-2030C 3D
Évaporateurs rotatifs à grande échelleGuangzhou Xingshuo Instrument Co., Ltd.RE-2002
Bain réactionnel d’agitation à basse température et à température constanteGuangzhou Yuhua Instrument Co., LtdXHDHJF-3005
Pompe de circulation de liquide de refroidissement à basse températureGuangzhou Jincheng Scientific Instrument Co., LtdXHDLSB-5/25
Megafuge 8RThermo ScientificTS-HM8R
N, N-Diisopropyl ethylamine (DIPEA)Apicci PharmRéactif
N-diméthylformamide (DMF)Guangzhou bell Biotechnology Co., LtdRéactif
Acide octanoïdeSigma-AldrichO3907
(OAc)2Xi’an Catalyst New Materials Co.,ltd.
Saline tamponnée au phosphateSigma-Aldrich1003335620
carbonate de potassium (K2CO3)Guangzhou Zhonghua Trade Co., Ltd.Réactif
Alcool tert-amyliqueNanjing Cook Biotechnology Co., Ltd.Réactif
carbamate de tert-butyleNanjing Cook Biotechnology Co., Ltd.Réactif
Thermo Mixer Chaleur/FroidKASVIK80-120R
toluèneLiaoning cuisinier Biotechnology Co., LtdRéactif
Four de séchage sous videGuangzhou Yuhua Instrument Co., LtdDZF-6090
Eau//
XantphosLiaoning cuisinier Biotechnology Co., LtdAsp20-44892
19120110général émaillée Jiangsu généralgénéralgénéral200704généralgénéralgénéralgénéral

Références

  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. , Springer. 101-119 (2016).
  13. Tang, C., et al. Influenza virus replication inhibitor and use thereof. , US202000283454A1 (2020).
  14. Ren, Q., et al. Inhibitors of influenza virus replication and uses thereof. Center for Biotechnology Information. , US20200339564A1 (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).

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