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Articolo metodologico

Preparazione scalata di un intermedio di upatinib, ACT051-3

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DOI:

10.3791/64514

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7 aprile 2023

 ,  ,  ,  , 
1Aneo Chem-Tech Co., Ltd

In questo articolo

Sommario

Qui, presentiamo un protocollo per la sintesi su larga scala del terz-butile intermedio (5-toluenesulfonil-5h-pirrolo [2,3-b] pirazina-2-il) carbammato (ACT051-3) di Upatinib.

Abstract

Upatinib, un farmaco inibitore della chinasi Janus, è stato sviluppato da una società biotecnologica per il trattamento delle malattie immunitarie. Il composto terz-butile (5-toluenesulfonil-5H-pirrolo [2,3-b] pirazina-2-il) carbammato (ACT051-3) è un importante intermedio di Upatinib. Ad oggi, la produzione industriale costante di questo composto intermedio (ACT051-3) non è stata segnalata. In questo studio, abbiamo descritto il metodo di sintesi specifico e il processo del composto ACT051-3 in termini di sintesi di laboratorio, scale-up pilota e produzione industriale. Durante l'esplorazione del percorso di processo per ACT051-3, sono state apportate molte modifiche e miglioramenti appropriati alle condizioni di reazione, portando infine allo sviluppo di successo del processo di produzione industriale ottimale per ACT051-3. Il tempo di reazione è stato quasi raddoppiato modificando lo stato del carbonato di potassio coinvolto nella reazione, che ha notevolmente migliorato l'efficienza della reazione. Inoltre, introducendo N,N-diisopropiletilammina (DIPEA) nella reazione, la quantità del costoso catalizzatore Pd(OAc)2 è stata ridotta di 2,5 volte, riducendo significativamente i costi di produzione, confermando la fattibilità di questo percorso di processo e la produzione industriale di ACT051-3 e soddisfacendo la domanda del mercato per questo importante intermedio.

Introduzione

Upatinib è diventato un inibitore della Janus chinasi 1 (JAK1) popolare a livello mondiale per il trattamento dei disturbi immunitari negli ultimi anni 1,2. Questo farmaco ha dimostrato significativi effetti terapeutici sull'artrite psoriasica (PsA)3,4, artrite reumatoide (RA)5,6,7, e dermatite atopica (AD)8,9. Inoltre, grazie alla sua elevata selettività10, Upatinib ha una vasta gamma di applicazioni cliniche. Il carbammato di terz-butile (5-tosil-5h-pirolo [2,3-b] pirazina-2-il) (ACT051-3) è un importante intermedio di Upatinib. I suoi principali componenti strutturali sono l'anello pirrolico e l'anello pirazinico, che possono essere utilizzati nella preparazione di nuovi inibitori delle chinasi triciclici contenenti azoto per il trattamento di malattie immunitarie e tumorali11.

Lo scale-up pilota è uno scale-up di medie dimensioni (50x-100x) del percorso di processo e delle condizioni determinate dallo studio pilota di laboratorio, seguito da test di processo, indagini industriali e ottimizzazione per determinare le migliori condizioni operative e di produzione industriale12.

Allo stato attuale, le vie di sintesi di laboratorio per questo composto intermedio (ACT051-3) sono state riportate, ma sono state eseguite solo su piccola scala a causa di problemi di bassa resa, reazioni complesse e requisiti elevati delle apparecchiature, che hanno ancora molto spazio per essere ottimizzate11,13,14,15. Tuttavia, al momento non è stato segnalato alcun percorso di processo per lo scale-up pilota e la produzione industriale del composto intermedio ACT051-3.

Pertanto, in questo studio, abbiamo studiato lo scale-up pilota e il percorso di produzione del composto ACT051-3, con riferimento alle vie sintetiche di laboratorio meglio riportate. Rispetto alla via di sintesi originale di laboratorio, sono stati apportati molti aggiustamenti e miglioramenti appropriati alle condizioni di reazione e sono stati studiati altri fattori che possono influenzare i risultati della reazione. Infine, sono stati identificati i parametri di processo più adatti per il percorso ottimale e abbiamo ottenuto un percorso di processo semplice da utilizzare, a basso costo e rispettoso dell'ambiente, adatto allo scale-up pilota e alla produzione di ACT051-3.

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Protocollo

1. Sintesi su scala pilota dei composti ACT051-2 e ACT051-3

  1. Sintesi della 2-bromo-5-tosil-5H-pirrolo[2,3-b]pirazina (ACT051-2)
    1. In un matraccio a fondo tondo, sciogliere 50,0 g del composto 2-bromo-5H-pirrolo[2,3-b]pirazina (ACT051-1; 0,25 M) in 15 mL di N,N-dimetilformammide (DMF; 3 V).
    2. Aggiungere 65,3 g di diisopropiletilammina (DIPEA; 0,51 M) alla soluzione di reazione sotto protezione azotata (fornire una barriera contro gas e umidità) e raffreddare la temperatura a 0-5 °C attraverso un bagno d'acqua fredda. Per la protezione dall'azoto, pompare la pressione del reattore a -0,75--0,8 MPa, quindi passare N2 per bilanciare la pressione a 0,1 MPa.
    3. Aggiungere 60,20 g di TsCl sciolto in 12 ml di DMF (0,32 M). Portare la temperatura a 20-30 °C attraverso il bagnomaria e mescolare per circa 1 ora. Aggiungere acqua fredda (600,0 ml, 0-10 °C) alla miscela e mescolare per altre 1 ora.
    4. Filtrare il prodotto sottovuoto utilizzando un imbuto di vetro con un pannello abrasivo imbottito con carta da filtro. Lavare con acqua (200,0 ml) più volte e asciugare utilizzando un forno elettrico termostatico per ottenere un solido giallo pallido (ACT051-2) con una resa del 78%.
  2. Sintesi del terz-butile (5-toluensulfonil-5H-pirrolo [2,3-b] pirazina-2-il) carbammato (ACT051-3)
    1. Sciogliere 176,11 g di ACT051-2 in 366,31 g di 1,4-diossano in un matraccio a fondo tondo a tre porte.
    2. Aggiungere alla soluzione 65,75 g di terz-butilcarbammato, 138,21 g di carbonato di potassio granulare (2,0 eq), 11,57 g di xantphos (0,04 eq) e 2,25 g di Pd(OAc)2 (1,28% in peso).
    3. Riscaldare la miscela a 105 °C e mescolare per 7 ore in atmosfera di azoto. Lasciare raffreddare la miscela a temperatura ambiente e filtrare il prodotto con un imbuto Buchner (l'apertura della carta da filtro è 80-120 μm).
    4. Lavare il residuo filtrante con acetato di etile (200 ml). Utilizzare una pompa per vuoto ad acqua circolante per concentrare il prodotto a pressione ridotta a 50-60 °C con un valore di pressione di -0,095 MPa. Mantenere la pompa in funzione per mantenere la pressione e ottenere un olio marrone scuro.
    5. Purificare il prodotto grezzo con cromatografia su colonna, eluendo con etere di petrolio e acetato di etile (V/V, 10/1) per ottenere il composto target come solido bianco con una resa del 93,5%.

2. Sintesi pilota scale-up dei composti ACT051-2 e ACT051-3

  1. Sintesi pilota di scale-up di 2-bromo-5-tosil-5H-pirrolo[2,3-b]pirazina (ACT051-2)
    1. Aggiungere 1,0 kg di ACT051-1 (5,05 M) e 1,305 kg di DIPEA (10,1 M) a un matraccio a fondo tondo a tre porte. Aggiungere 3 L di DMF (3 V) al matraccio e sciogliere il solido. Riscaldare la miscela di reazione a 35 °C.
    2. Aggiungere 1,203 kg di TsCl (6,31 M) alla soluzione di reazione e agitare per 1 ora. Mescolare la miscela fino a quando il completamento della reazione è confermato dalla cromatografia su strato sottile (TLC) e dalla cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC). In breve, prendere una piccola quantità di prodotto di reazione e sottoporlo al monitoraggio TLC. Quando il TLC mostra che non è rimasta quasi nessuna materia prima, inviare il campione al controllo centrale HPLC e rilevare la reazione alla materia prima o il rapporto del prodotto pari a 0,1/99,9.
    3. Versare 8,4 L di acqua fredda e mescolare per altri 0,5 h. Filtrare tutti i liquidi con un imbuto Buchner (l'apertura della carta da filtro è 80-120 μm) e sciacquare il prodotto grezzo con 600 ml di acqua.
    4. Asciugare il prodotto ottenuto a 70 °C durante la notte utilizzando un forno elettrico termostatico e ottenere un prodotto con una resa del 94,9%.
  2. Sintesi pilota su scale-up del terz-butile (5-toluenesulfonil-5H-pirrolo [2,3-b] pirazina-2-il) carbammato (ACT051-3)
    1. Aggiungere 3,31 L di alcool terz-amilico e 4,97 L di toluene (V/V, 2/3) al bollitore di reazione.
    2. Alla soluzione, aggiungere 1,66 kg di ACT051-2, 0,83 kg di terz-butilcarbammato, 1,301 kg di carbonato di potassio in polvere, 0,11 kg di xantphos e 0,31 kg di DIPEA.
    3. Evacuare l'azoto tre volte, come al punto 1.1.2, ripetere questa operazione 3x e aggiungere 10 g di Pd(OAc)2 (0,60% in peso) alla soluzione di reazione sotto protezione azotata.
    4. Riscaldare la miscela di reazione a 90 °C e mescolare per 4 ore. Raffreddare la miscela a 40 °C o inferiore.
    5. Filtrare la soluzione di reazione con un imbuto di Buchner (l'apertura della carta da filtro è 80-120 μm) usando la diatomite come coadiuvante filtrante e lavando la torta filtrante con toluene.
    6. Raccogliere e concentrare il filtrato. Utilizzare una pompa per vuoto ad acqua circolante per concentrare il filtrato a pressione ridotta a 50-60 °C con un valore di pressione di -0,095 MPa. Mantenere la pompa in funzione per mantenere la pressione.
    7. Aggiungere 300 ml di eptano e mescolare per 20 minuti. Filtrare nuovamente la soluzione di reazione con un imbuto di Buchner (l'apertura della carta da filtro è 80-120 μm) e sciacquare il prodotto grezzo con eptano (50 ml, tre volte). Asciugare e ottenere il prodotto con una resa del 96,3%.

3. Produzione industriale di composti ACT051-2 e ACT051-3

  1. Produzione industriale di 2-bromo-5-tosil-5H-pirrolo[2,3-b]pirazina (ACT051-2)
    1. Verificare che il reattore sia pulito e privo di acqua e assicurarsi che il dispositivo di miscelazione non emetta rumore all'accensione e che la valvola di scarico inferiore del reattore sia stata chiusa.
    2. Aggiungere 355,50 kg di DMF (3 V) nel reattore smaltato da 2.000 L e iniziare a mescolare. Aggiungere alla soluzione 125,04 kg di ACT051-1 (1,0 eq) e 164,8 kg di DIPEA (2,0 eq).
    3. Abbassare la temperatura a 20-25 °C sotto protezione da azoto. Aggiungere 150,22 kg di TsCl (1,25 eq) a 25-35 °C in 10 lotti entro 3 ore.
    4. Lasciare che la miscela rimanga a 25-35 °C e mescolare per 2 ore. Preparare 750,20 kg di acqua fredda (3-4 °C) in un altro reattore da 2.000 L.
    5. Monitorare la reazione mediante HPLC e confermare il completamento della reazione quando la materia prima rimanente è dello 0,5%.
    6. Aggiungere l'acqua fredda (3-4 °C) alla miscela di reazione e mescolare a 15-30 °C per 1,5 h. Raccogliere il filtrato e risciacquare con acqua (250-500 kg, 2-4 V) fino a quando non diventa neutro (testato con carta pH).
    7. Asciugare il prodotto a 60-65 °C per 30,5 h per ottenere un solido marrone chiaro con una resa del 95,5%.
  2. Produzione industriale di terz-butile (5-toluensulfonil-5H-pirrolo [2,3-b] pirazina-2-il) carbammato (ACT051-3)
    1. Verificare che il reattore sia pulito e privo di acqua e assicurarsi che il dispositivo di miscelazione sia normale e che la valvola di scarico inferiore del reattore sia stata chiusa.
    2. Aggiungere 340,10 kg di alcool terz-amilico (2 V) e 552,50 kg di toluene (3 V) in un reattore smaltato da 2.000 L e iniziare a mescolare.
    3. Aggiungere alla soluzione 212,40 kg di ACT051-2 (1,0 eq), 106,00 kg di terz-butilcarbammato (1,5 eq), 166,70 kg di carbonato di potassio in polvere (2,0 eq), 14,10 kg di xantphos (0,04 eq), 39,40 kg di DIPEA (0,5 eq) e 1,06 kg di Pd(OAc)2 (0,5% in peso).
    4. Sostituire l'azoto quattro volte, lasciare riscaldare la miscela a 85-95 °C sotto protezione azotata e mescolare per 3 ore. Monitorare la reazione mediante HPLC e confermare il completamento della reazione quando la materia prima rimanente è dello 0,44%.
    5. Raffreddare la temperatura di reazione a 20-30 °C. Raccogliere la soluzione in lotti e metterla in un secchio di plastica da 125 L per 30 minuti.
    6. Filtrare la soluzione di reazione con un cilindro del filtro di aspirazione chimica (l'apertura del sacchetto del filtro è 10-15 μm) usando la diatomite come coadiuvante filtrante e lavando la torta del filtro con toluene (185,20-370,40 kg, 1-2 V).
    7. Raccogliere il filtrato in un recipiente di smalto e utilizzare una pompa per vuoto ad acqua circolante a pressione ridotta a 55-65 °C per 10 h con un valore di pressione di -0,095 MPa. Mantenere la pompa in funzione per mantenere la pressione e ottenere il composto del prodotto come liquido viscoso.
    8. Far evaporare il prodotto due volte pompando toluene e continuando la reazione. Concentrare il prodotto finale per 4 ore. Purificare il prodotto ottenuto mediante cromatografia su colonna, eluendo con eptano e acetato di etile (V/V, 10/1-3/1), per ottenere un solido con una resa del 98,5%.

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Risultati

Questo studio fornisce il processo di sintesi scalato per l'importante intermedio ACT051-3 di Upatinib (Figura 1 e Figura 2). La sezione del protocollo (fasi 1-3) mostra specificamente la sintesi gram-grade, la sintesi su scala pilota di chilogrammo e la fase di produzione scale-up del composto ACT051-2 e dell'intermedio ACT051-3.

Nel corso dell'esplorazione del percorso ottimale per il composto ACT051-2, come mostrat...

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Discussione

Le condizioni di reazione della sintesi, tra cui la temperatura di reazione, il tempo, la selezione dei reagenti di reazione e il rapporto tra i materiali, influenzano la fattibilità della reazione, le rese, la purezza e il costo di produzione, in particolare per la produzione su larga scala.

Nella sintesi di laboratorio di ACT051-2, TsCl in forma liquida (disciolto in DMF; passo 1.1.3) può essere utilizzato nella reazione; tuttavia, non è adatto per la sintesi pilota su scala o la produzione ...

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Dichiarazioni

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Ringraziamenti

Non ci sono riconoscimenti da menzionare qui.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
2-bromo-5H-pirrolo[2,3-b]pirazinaNanjing Cook Biotechnology Co., Ltd.
1,4-diossanoLiaoning cook Biotechnology Co., LtdReagente
1H NMRBruker AVIII 500
37% cloruro acido grado molecolareNEON02618 NEON
4-toluenesulfonilcloruro (TsCl)Nanjing Cook Biotechnology Co., Ltd.AR A2010137
Anti-Chicken IgY (H+L), altamente adsorbito in modo incrociato, CF  Anticorpo 488A prodotto nell'asinoSigma-AldrichSAB4600031
Anti-topo IgG (H+L), F(ab′)2Sigma-AldrichSAB4600388
BD FACSCanto IIBD BiosciencesBF-FACSC2
BD FACSDiva CS& Perle di ricerca T (CS& BDBiosciences655050
BD FACSDiva software 7.0BD Biosciences655677
Albumina sierica bovinaSigma-AldrichA4503
Centrifuga 5702 REppendorfZ606936
Pompa per vuoto di circolazione dell'acquaGuangzhou Zhiyan Instrument Co., LtdSHZ-D(figure-materials-1)Lattice
CML, 4% w/vInvitrogenC37253
DiatomiteGuangzhou Qishuo Chemical Co., Ltd./
Essiccatore a vuoto rotativo a doppio conoJiangsu Yang-Yang Chemical Equipment Plant IncSZE-500T
bollitore smaltatoJiangsu Yang-Yang Chemical Equipment Plant IncCS-03-0021000L / 2000L
eptanoNanjing Cook Biotechnology Co., Ltd.General Reagent
HPLCGuangzhou aoyi Technology Trading Co., LtdLC-2030C 3D
Evaporatori rotanti su larga scalaGuangzhou Xingshuo Instrument Co., Ltd.RE-2002
Bagno di reazione di agitazione a bassa temperatura e temperatura costanteGuangzhou Yuhua Instrument Co., LtdXHDHJF-3005
Pompa di circolazione del refrigerante a bassa temperaturaGuangzhou Jincheng Scientific Instrument Co., LtdXHDLSB-5/25
Megafuge 8RThermo ScientificTS-HM8R
N, N-Diisopropyl ethylamine (DIPEA)Apicci PharmReagente
N-dimetilformammide (DMF)Guangzhou bell Biotechnology Co., LtdReagente
Acido ottanoideSigma-AldrichO3907
Pd(OAc)2Xi'an Catalyst New Materials Co., ltd.
Soluzione salina tamponata con fosfatoSigma-Aldrich1003335620
Carbonato di potassio (K2CO3)Guangzhou Zhonghua Trade Co., Ltd.Reagente
Alcool amilico TertNanjing Cook Biotechnology Co., Ltd.Reagente
terz-butil carbammatoNanjing Cook Biotechnology Co., Ltd.Reagente
Thermo Mixer Caldo/FreddoKASVIK80-120R
tolueneLiaoning cook Biotechnology Co., LtdReagente
Forno di essiccazione sottovuotoGuangzhou Yuhua Instrument Co., LtdDZF-6090
Acqua//
XantphosLiaoning cuoco Biotechnology Co., LtdAsp20-44892
19120110generalegeneralegenerale200704generalegeneralegeneralegenerale

Riferimenti

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