Summary
Her presenterer vi en protokoll for oppskalert syntese av mellomliggende tert-butyl (5-toluensulfonyl-5h-pyrrol [2,3-b] pyrazin-2-yl) karbamat (ACT051-3) av upatinib.
Abstract
Upatinib, et Januskinasehemmer-legemiddel, ble utviklet av et bioteknologisk selskap for å behandle immunsykdommer. Forbindelsen tert-butyl (5-toluensulfonyl-5h-pyrrol [2,3-b]pyrazin-2-yl) karbamat (ACT051-3) er et viktig mellomprodukt av upatinib. Til dags dato er det ikke rapportert jevn industriell produksjon av denne mellomproduktet (ACT051-3). I denne studien beskrev vi den spesifikke syntesemetoden og prosessen til forbindelsen ACT051-3 når det gjelder laboratoriesyntese, pilotoppskalering og industriell produksjon. Under utforskningen av prosessruten for ACT051-3 ble det gjort mange hensiktsmessige justeringer og forbedringer av reaksjonsbetingelsene, noe som til slutt førte til en vellykket utvikling av den optimale industrielle produksjonsprosessen for ACT051-3. Reaksjonstiden ble nesten doblet ved å endre tilstanden til kaliumkarbonatet involvert i reaksjonen, noe som i stor grad forbedret reaksjonseffektiviteten. I tillegg, ved å introdusere N,N-diisopropyletylamin (DIPEA) til reaksjonen, ble mengden av den dyre katalysatoren Pd (OAc) 2 redusert 2,5 ganger, noe som reduserte produksjonskostnadene betydelig, bekreftet gjennomførbarheten av denne prosessruten og industriell produksjon av ACT051-3, og tilfredsstiller markedets etterspørsel etter dette viktige mellomproduktet.
Introduction
Upatinib har blitt en globalt populær Janus kinase 1 (JAK1) hemmer for behandling av immunforstyrrelser de siste årene 1,2. Dette stoffet har vist signifikante terapeutiske effekter på psoriasisartritt (PsA)3,4, revmatoid artritt (RA)5,6,7 og atopisk dermatitt (AD)8,9. I tillegg, på grunn av sin høye selektivitet10, har Upatinib et bredt spekter av kliniske applikasjoner. Tert-butyl (5-tosyl-5h-pyrolo [2,3-b] pyrazin-2-yl) karbamat (ACT051-3) er et viktig mellomprodukt av upatinib. Dens viktigste strukturelle komponenter er pyrrolringen og pyrazinringen, som kan brukes til fremstilling av nye nitrogenholdige trisykliske kinasehemmere for behandling av immun- og tumorsykdommer11.
Pilotoppskalering er en mellomstor oppskalering (50x-100x) av prosessruten og forholdene bestemt av laboratoriepilotstudien, etterfulgt av prosesstesting, industriell undersøkelse og optimalisering for å bestemme de beste industrielle produksjons- og driftsforholdene12.
For tiden er laboratoriesynteseveiene for denne mellomforbindelsen (ACT051-3) rapportert, men de har bare blitt utført i liten skala på grunn av problemer med lavt utbytte, komplekse reaksjoner og høye utstyrskrav, som fortsatt har mye plass til å bli optimalisert11,13,14,15. Det er imidlertid ikke rapportert noen prosessvei for pilotoppskalering og industriell produksjon av mellomproduktet ACT051-3 på nåværende tidspunkt.
I denne studien undersøkte vi derfor pilotoppskaleringen og produksjonsveien til forbindelsen ACT051-3, med henvisning til de bedre rapporterte syntetiske laboratorierutene. Sammenlignet med den opprinnelige laboratoriesynteseruten ble det gjort mange hensiktsmessige justeringer og forbedringer av reaksjonsbetingelsene, og andre faktorer som kan påvirke reaksjonsresultatene ble undersøkt. Til slutt ble de mest egnede prosessparametrene for den optimale ruten identifisert, og vi fikk en prosessrute som er enkel å betjene, lav kostnad og miljøvennlig, som er egnet for pilotoppskalering og produksjon av ACT051-3.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Pilotskalasyntese av forbindelsene ACT051-2 og ACT051-3
- Syntese av 2-brom-5-tosyl-5H-pyrrolo[2,3-b]pyrazin (ACT051-2)
- I en rundbunnskolbe oppløses 50,0 g av forbindelsen 2-brom-5H-pyrrolo [2,3-b]pyrazin (ACT051-1; 0,25 M) i 15 ml N,N-dimetylformamid (DMF; 3 V).
- Tilsett 65,3 g diisopropyletylamin (DIPEA; 0,51 M) til reaksjonsoppløsningen under nitrogenbeskyttelse (gir gass- og fuktighetsbarriere) og avkjøl temperaturen til 0-5 °C gjennom et kaldtvannsbad. For nitrogenbeskyttelse, pump reaktorens trykk til -0, 75 - 0, 8 MPa, og pass deretter N2 for å balansere trykket ved 0, 1 MPa.
- Tilsett 60,20 g TsCl oppløst i 12 ml DMF (0,32 M). Øk temperaturen til 20-30 °C gjennom varmtvannsbadet og rør i ca. 1 time. Tilsett kaldt vann (600,0 ml, 0-10 °C) til blandingen og rør i ytterligere 1 time.
- Filtrer produktet under et vakuum ved hjelp av en glasstrakt med et slipebrett polstret med filterpapir. Vask med vann (200,0 ml) flere ganger og tørk med en elektrisk termostatisk tørkeovn for å oppnå et blekgult fast stoff (ACT051-2) med et utbytte på 78%.
- Syntese av tert-butyl (5-toluensulfonyl-5H-pyrrol [2,3-b], pyrazin-2-yl), karbamat (ACT051-3);
- Løs opp 176,11 g ACT051-2 i 366,31 g 1,4-dioksan i en tre-port rundbunnskolbe.
- Tilsett 65,75 g tert-butylkarbamat, 138,21 g granulært kaliumkarbonat (2,0 eq), 11,57 g xantfos (0,04 eq) og 2,25 g Pd (OAc) 2 (1,28% vekt) til oppløsningen.
- Varm blandingen til 105 °C og rør i 7 timer under en nitrogenatmosfære. La blandingen avkjøles til romtemperatur og filtrer produktet med en Buchner-trakt (filterpapiråpningen er 80-120 μm).
- Vask filterresten med etylacetat (200 ml). Bruk en sirkulerende vannvakuumpumpe til å konsentrere produktet under redusert trykk ved 50-60 °C med en trykkverdi på -0,095 MPa. Hold pumpen i arbeid for å opprettholde trykket og få en mørk brun olje.
- Rens råproduktet med kolonnekromatografi, eluering med petroleumseter og etylacetat (V / V, 10/1) for å oppnå målforbindelsen som et hvitt fast stoff med et utbytte på 93,5%.
2. Pilot oppskaleringssyntese av forbindelsene ACT051-2 og ACT051-3
- Pilot scale-up syntese av 2-brom-5-tosyl-5H-pyrrolo [2,3-b] pyrazin (ACT051-2)
- Tilsett 1,0 kg ACT051-1 (5,05 M) og 1,305 kg DIPEA (10,1 M) til en tre-port rundbunnskolbe. Tilsett 3 liter DMF (3 V) til kolben og løs opp det faste stoffet. Varm opp reaksjonsblandingen til 35 °C.
- Tilsett 1,203 kg TsCl (6,31 M) til reaksjonsoppløsningen og rør i 1 time. Rør blandingen til fullføringen av reaksjonen er bekreftet ved tynnsjiktskromatografi (TLC) og høyytelsesvæskekromatografi (HPLC). Kort sagt, ta en liten mengde reaksjonsprodukt og utsett dette for TLC-overvåking. Når TLC viser at det nesten ikke er noe råmateriale igjen, send prøven til HPLC-sentralkontrollen, og oppdag reaksjonen på råmateriale eller produktforholdet til å være 0,1 / 99,9.
- Hell i 8,4 liter kaldt vann og rør i ytterligere 0,5 timer. Filtrer alle væsker med en Buchner-trakt (filterpapiråpningen er 80-120 μm) og skyll råproduktet med 600 ml vann.
- Tørk det resulterende produktet ved 70 °C over natten med en elektrisk termostat tørkeovn og oppnå et produkt med en ytelse på 94,9%.
- Pilot oppskaleringssyntese av tert-butyl (5-toluensulfonyl-5H-pyrrol [2,3-b]pyrazin-2-yl) karbamat (ACT051-3)
- Tilsett 3,31 liter tert-amylalkohol og 4,97 liter toluen (V / V, 2/3) til reaksjonskelen.
- Til løsningen tilsettes 1,66 kg ACT051-2, 0,83 kg tert-butylkarbamat, 1,301 kg pulverisert kaliumkarbonat, 0,11 kg xantfos og 0,31 kg DIPEA.
- Evakuer nitrogen tre ganger, som i trinn 1.1.2, gjenta denne 3x, og tilsett 10 g Pd (OAc) 2 (0,60% vekt) til reaksjonsløsningen under nitrogenbeskyttelse.
- Varm opp reaksjonsblandingen til 90 °C og rør i 4 timer. Avkjøl blandingen til 40 °C eller lavere.
- Filtrer reaksjonsløsningen med en Buchner-trakt (filterpapiråpningen er 80-120 μm) ved å bruke diatomitt som filterhjelp og vaske filterkaken med toluen.
- Samle og konsentrer filtratet. Bruk en sirkulerende vannvakuumpumpe til å konsentrere filtratet under redusert trykk ved 50-60 °C med en trykkverdi på -0,095 MPa. Hold pumpen i gang for å opprettholde trykket.
- Tilsett 300 ml heptan og rør i 20 min. Filtrer reaksjonsløsningen igjen med en Buchner-trakt (filterpapiråpningen er 80-120 μm) og skyll råproduktet med heptan (50 ml, tre ganger). Tørk og oppnå produktet med et utbytte på 96,3%.
3. Industriell produksjon av forbindelser ACT051-2 og ACT051-3
- Industriell produksjon av 2-brom-5-tosyl-5H-pyrrolo[2,3-b]pyrazin (ACT051-2)
- Bekreft at reaktoren er ren og fri for vann, og sørg for at blandeanordningen ikke bråker når den slås på og at bunnutløpsventilen til reaktoren er lukket.
- Tilsett 355,50 kg DMF (3 V) i 2000 L emaljereaktoren og begynn å røre. Tilsett 125,04 kg ACT051-1 (1,0 eq) og 164,8 kg DIPEA (2,0 eq) til løsningen.
- Senk temperaturen til 20-25 °C under nitrogenbeskyttelse. Tilsett 150,22 kg TsCl (1,25 eq) ved 25-35 °C i 10 batcher innen 3 timer.
- La blandingen forbli ved 25-35 °C og rør i 2 timer. Tilbered 750,20 kg kaldt vann (3-4 °C) i en annen 2000 l reaktor.
- Overvåk reaksjonen ved HPLC og bekreft fullføring av reaksjonen når gjenværende råmateriale er 0, 5%.
- Tilsett det kalde vannet (3-4 °C) til reaksjonsblandingen og rør ved 15-30 °C i 1,5 timer. Samle filtratet og skyll med vann (250-500 kg, 2-4 V) til det blir nøytralt (testet med pH-papir).
- Tørk produktet ved 60-65 °C i 30,5 timer for å oppnå et lysebrunt fast stoff med et utbytte på 95,5%.
- Industriell produksjon av tert-butyl (5-toluensulfonyl-5H-pyrrol [2,3-b] pyrazin-2-yl) karbamat (ACT051-3)
- Bekreft at reaktoren er ren og fri for vann, og sørg for at blandeanordningen er normal og at bunnutløpsventilen til reaktoren er lukket.
- Tilsett 340,10 kg tert-amylalkohol (2 V) og 552,50 kg toluen (3 V) i en 2000 L emaljereaktor og begynn å røre.
- Tilsett 212,40 kg ACT051-2 (1,0 eq), 106,00 kg tert-butylkarbamat (1,5 eq), 166,70 kg pulverisert kaliumkarbonat (2,0 eq), 14,10 kg xantphos (0,04 eq), 39,40 kg DIPEA (0,5 eq) og 1,06 kg Pd (OAc) 2 (0,5% vekt) til oppløsningen.
- Bytt ut nitrogenet fire ganger, la blandingen varmes opp til 85-95 °C under nitrogenbeskyttelse, og rør i 3 timer. Overvåk reaksjonen ved HPLC og bekreft fullføring av reaksjonen når det gjenværende råmaterialet er 0, 44%.
- Avkjøl reaksjonstemperaturen til 20-30 °C. Samle løsningen i grupper og legg den i en 125 l plastbøtte i 30 minutter.
- Filtrer reaksjonsløsningen med et kjemisk sugefilterfat (filterposens blenderåpning er 10-15 μm) ved bruk av diatomitt som filterhjelp og vask filterkaken med toluen (185,20-370,40 kg, 1-2 V).
- Samle filtratet i en emaljebeholder og bruk en sirkulerende vannvakuumpumpe under redusert trykk ved 55-65 °C i 10 timer med en trykkverdi på -0,095 MPa. Hold pumpen i gang for å opprettholde trykket og oppnå produktforbindelsen som en tyktflytende væske.
- Fordamp produktet to ganger ved å pumpe toluen og fortsette reaksjonen. Konsentrer sluttproduktet i 4 timer. Rens det resulterende produktet med kolonnekromatografi, eluering med heptan og etylacetat (V / V, 10/1-3/1), for å oppnå et fast stoff med et utbytte på 98,5%.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Denne studien gir den oppskalerte synteseprosessen for den viktige mellomliggende ACT051-3 av Upatinib (figur 1 og figur 2). Protokolldelen (trinn 1-3) viser spesifikt gram-grade syntese, pilotskala kilogram-grade syntese og oppskaleringsproduksjonstrinn av forbindelsen ACT051-2 og mellomliggende ACT051-3.
I løpet av å utforske den optimale ruten for forbindelsen ACT051-2, som vist i tabell 1, ble det funnet at fast TsCl var mer involvert i reaksjonen enn flytende TsCl (oppløst i DMF, trinn 3.1 i protokollen) og signifikant reduserte mengden DMF med nesten tre ganger. I tillegg ble produktutbyttet økt fra 97,49 % til 98,44 % ved å øke temperaturen på blandingsoppløsningen når TsCl ble tilsatt fra 0-5 °C til 23-35 °C (vist i tabell 2). Videre ble det utført eksperimenter på forbruk av etterbehandlingsvann. Som vist i tabell 3, etter en 2,5 ganger reduksjon i vannforbruket (fra 15 ml / g ACT051-2 til 6 ml / g ACT051-2), ble reaksjonsutbyttet redusert med 2,5%, men genereringen av avfallsoppløsning ble redusert, og reaksjonseffektiviteten ble betydelig forbedret.
En rekke eksperimentelle forhold ble utviklet for å oppnå den optimaliserte prosessruten for mellomproduktet ACT051-3. Som vist i tabell 4, ved å introdusere DIPEA i reaksjonen og erstatte reaksjonsløsningsmidlet med tert-amylalkohol/toluen (V/V, 2/3), ble mengden Pd(OAc)2 redusert 2,5 ganger (fra 1,28 % vektvekt til 0,5 % vekt), noe som reduserte produksjonskostnadene betydelig og ytterligere forbedret muligheten for å skalere opp produksjonen. I tillegg, ved å endre tilstanden til K2CO 3 involvert i reaksjonen, ble reaksjonstiden redusert fra 7 timer til3,5 timer, noe som forbedret reaksjonseffektiviteten betydelig (som vist i tabell 5). I tillegg, ved å bytte fra tert-amylalkohol / 1,4-dioksan (V / V, 1 / 4) til tert-amylalkohol / toluen (V / V, 2 / 3), ble reaksjonstiden forkortet til 3 timer, produktets toppområde økte fra 84,22% til 88,52%, og tiden det tok for produktet å konsentrere seg ble betydelig forkortet, som alle forbedret reaksjonens effektivitet (se tabell 6).
Begge forbindelsene ACT051-2 og ACT051-3 ble kjemisk karakterisert ved protonkjernemagnetisk resonans (1H NMR), HPLC og høyoppløselig massespektrometri. Analysemetodene (HPLC, 1 H NMR og elektrosprayionisering [ESI] spektroskopi) av ACT051-2 og ACT051-3 finnes i støttearbeidet (tilleggstabell 1, tilleggsfigur 1, tilleggsfigur 2, tilleggsfigur 3, tilleggsfigur 4, tilleggsfigur 5 og tilleggsfigur 6). Karakteriseringsdataene for ACT051-2 og ACT051-3 er rapportert nedenfor:
2-brom-5-tosyl-5H-pyrrolo[2,3-b]pyrazin (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: m/z beregnet for C13 H 10BrN3O2S [M] + 352,21, funnet å være 352,00.
Tert-butyl (5-toluensulfonyl-5H-pyrrol [2,3-b] pyrazin-2-yl) karbamat (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: m/z beregnet for C 18 H20N 4 O4S [M + H] + 389,12, funnet å være389,15.
Figur 1: Syntesevei for mellomliggende ACT051-3. (A) Reaksjonsveien og betingelsene for ACT051-3 før optimalisering: i) DMF, DIPEA, TsCl; ii) xantfos, Pd(OAc)2,K2CO3, tert-amylalkohol/1,4-dioksan (V/V, 1/4); (B) Reaksjonsveien og betingelsene til ACT051-3 etter optimalisering: i) DMF, DIPEA, TsCl; ii) xantfos, Pd(OAc)2,K2CO 3, DIPEA, tert-amylalkohol/toluen (V/V, 2/3). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2: Prosessflytdiagrammet for forbindelsene ACT051-2 og ACT051-3 i oppskaleringsproduksjon. (A) Prosessflytdiagram for ACT051-2 i oppskalert produksjon. (B) Prosessflytdiagram for ACT051-3 i oppskalert produksjon. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
| Nummer | Staten TsCl | V(DMF) (Laboratorietest) | V(DMF) (Pilotoppskalering) |
| 1 | oppløses i DMF | 8,5 V | 54 V |
| 2 | solid | 3,0 V | 18 V |
Tabell 1: Effekt av ulike former for TsCl på den syntetiske forbindelsen ACT051-2. De forskjellige tilstandene til TsCl inkluderer flytende TsCl (oppløst i DMF) og fast TsCl. Eksperimentelle resultater viser at fast TsCl bidrar mer til industriell produksjon.
| Nummer | Temperatur (°C) | Tilstand av blanding | Om har en avklaringsprosess | Utbytte | Renhet |
| 1 | 0-5 | viskøs | Nei | 97.49% | 96.85% |
| 2 | 25-35 | god blanding | Ja | 98.44% | 96.99% |
Tabell 2: Effekt av tilsetning av TsCl ved forskjellige temperaturer på syntesen av ACT051-2. Tilsetning av TsCl til reaksjonen ved 0-5 °C eller 23-35 °C.
| Nummer | Vannforbruk | Utbytte | Renhet |
| 1 | 15 ml / g ACT051-1 | 97.49% | 96.85% |
| 2 | 6 ml / g ACT051-1 | 94.90% | 97.69% |
| 3 | 9 ml / g ACT051-1 | 95.07% | 96.71% |
Tabell 3: Effekt av forskjellig vannforbruk etter behandling på syntesen av ACT051-2. Prøv de forskjellige vannforbrukene etter behandling, inkludert 15 ml/g ACT051-1, 9 ml/g ACT051-1 og 6 ml/g ACT051-1. De optimale forholdene ble oppnådd ved et vannvolum etter behandling på 6 ml/g ACT051-2.
| Nummer | Tilsvarer DIEPA | Tilsvarende K2CO3 | Ekvivalent med Pd(OAc)2 |
| 1 | 0,0 EQ | 3,0 EQ | 1,28 % vektvekt |
| 2 | 2.0 EQ | 2.0 EQ | 0,60% vekten |
| 3 | 1,0 EQ | 2.0 EQ | 0,60% vekten |
| 4 | 0,5 EQ | 2.0 EQ | 0,60% vekten |
Tabell 4: Effekt av tilsetning av DIPEA til reaksjonen for syntesen av ACT051-3. Utforske effekten av DIPEA tillegg eller ikke på reaksjonen. Resultatene viste at innføringen av DIPEA reduserte mengden Pd (OAc) 2 med en faktor på 2,5 (fra 1,28% wt til 0,5% vekt).
| Nummer | Tilstand av K2CO3 | Tilsvarende | Reaksjonstid (h) |
| 1 | solid | 2.0 EQ | 7 |
| 2 | Pulverisert | 2.0 EQ | 3.5 |
Tabell 5: Effekt av forskjellige tilstander av K2CO 3 på reaksjonen av den syntetiske forbindelsen ACT051-3. Velg kaliumkarbonat i granulær eller pulverform for å delta i reaksjonen.
| Nummer | Dosering av Pd(OAc)2 | Reaksjonsvæske | V/V | Reaksjonstid / t | Toppområde for produktet/ % |
| 1 | 0,60% vekten | Tert amylalkohol / 1,4-dioksan | 1-4 | 3.5 | 84.22 |
| 2 | 0,60% vekten | Tert amylalkohol / 1,4-dioksan | 2-3 | 3.5 | 83.34 |
| 3 | 0,60% vekten | tert amylalkohol / toluen | 2-3 | 3 | 88.52 |
| 4 | 0,50% vekten | tert amylalkohol / toluen | 2-3 | 2.25 | 87.11 |
Tabell 6: Effekt av forskjellige reaksjonsløsningsmidler på reaksjonen av den syntetiske forbindelsen ACT051-3. Tert-amylalkohol/1,4-dioksan (V/V, 1/4) og tert-amylalkohol/toluen (V/V, 2/3) velges som reaksjonsmidler.
Tilleggstabell 1: Analytisk metode for forbindelser ACT051-2 og ACT051-3. Spesifikke kromatografiske betingelser for analyse av forbindelsene ACT051-2 og ACT051-3, inkludert instrument, metodenavn, væskefasekolonne, mobilfase, kolonnetemperatur, strømhastighet og bølgelengde. Klikk her for å laste ned denne filen.
Tilleggsfigur 1: De høytytende flytende kromatogrammene til ACT051-2. Resultatene for dataene ble detektert av HPLC. Klikk her for å laste ned denne filen.
Tilleggsfigur 2: De høytytende flytende kromatogrammene til ACT051-3. Resultatene for dataene ble detektert av HPLC. Klikk her for å laste ned denne filen.
Tilleggsfigur 3: MS-spektrum av ACT051-2. Resultatene for dataene ble detektert ved ESI-spektroskopi. Klikk her for å laste ned denne filen.
Tilleggsfigur 4: MS-spektrum av ACT051-3. Resultatene for dataene ble detektert ved ESI-spektroskopi. Klikk her for å laste ned denne filen.
Tilleggsfigur 5: 1H NMR-spektrum av ACT051-2. Resultatene for dataene ble analysert ved hjelp av MestReNova. Klikk her for å laste ned denne filen.
Tilleggsfigur 6: 1H NMR-spektrum av ACT051-3. Resultatene for dataene ble analysert ved hjelp av MestReNova. Klikk her for å laste ned denne filen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Reaksjonsbetingelsene for syntese, inkludert reaksjonstemperatur, tid, valg av reaksjonsreagenser og forholdet mellom materialer, påvirker reaksjonens gjennomførbarhet, utbytte, renhet og produksjonskostnad, spesielt for oppskaleringsproduksjon.
I laboratoriesyntesen av ACT051-2 kan TsCl i flytende form (oppløst i DMF; trinn 1.1.3) brukes til i reaksjonen; Det er imidlertid ikke egnet for pilotoppskaleringssyntese eller industriell produksjon, da bruk av flytende TsCl for denne reaksjonen øker mengden løsningsmiddel i reaksjonssystemet, noe som resulterer i mer avfallsvæske. Som et resultat valgte vi solid TsCl for reaksjonen i pilotoppskalering og industriell produksjon (henholdsvis trinn 2.1.2 og 3.1.3 i protokollen) og oppnådde gode eksperimentelle resultater, med tanke på begrepet miljøvern og grønn kjemi (tabell 1).
I tillegg ble det funnet i pilotoppskaleringsforsøkene at tilsetning av en stor mengde TsCl ved lav temperatur gjør reaksjonssystemet for tyktflytende til å røres, noe som resulterer i risiko for innkapsling av råmaterialet. For å håndtere denne risikoen ble temperaturen økt fra 0-5 °C til 25-35 °C (trinn 2.1.1 eller 3.1.4 i protokollen), tilstrekkelig omrøring ble oppnådd for det faste stoffet TsCl tilsatt, reaksjonsløsningssystemet hadde god fluiditet, og reaksjonen forløp jevnt (tabell 2).
Videre var det nødvendig med en stor mengde vann (15 ml / g ACT051-1) for etterbehandlingsforsøkene av ACT051-2, som ikke var egnet for oppskalering av produksjonseksperimenter og genererte mer avfallsløsning. Derfor, fra miljøvernperspektivet, ble den optimale mengden vann som ble brukt til etterbehandling umiddelbart undersøkt i utforskningen av produksjonsprosessforholdene. Som vist i tabell 3, da mengden etterbehandlingsvann ble redusert til 6 ml / g ACT051-1, viste utbyttet av forsøket liten innvirkning, men kunne forbedre effektiviteten og redusere genereringen av avfallsvæske.
Ved å utforske den industrielle produksjonsprosessruten til mellomproduktet ACT051-3, gjennomførte vi et stort antall prosessoptimaliseringseksperimenter og løste mange skaleringsproblemer. I syntesen av ACT051-3 gjennomgikk ACT051-2 en Buchwald-Hartwig-koblingsreaksjon med tert-butylkarbamat katalysert av Pd(OAc)2 og xanthphos for å gi forbindelsen ACT051-3. Pd (0) er en aktiv art av palladium som vanligvis brukes i koblingsresponser som Suzuki og Buchwald16,17,18,19. Imidlertid brukes Pd (II) ofte til å katalysere reaksjonen. Som et resultat brukte vi en aminforbindelse (DIPEA) for å redusere Pd (II) til Pd (0), og etterlot det katalytiske systemet for hele reaksjonen i en Pd (0) og Pd (II) katalytisk syklus. Med tillegg av DIPEA, ble mengden av den dyre katalysatoren Pd (OAc) 2 sterkt redusert fra 1,28% til 0,5% (tabell 4), noe som i stor grad reduserte kostnadene ved oppskaleringsproduksjon og ytterligere styrket rasjonaliteten og gjennomførbarheten av metoden.
Den lange reaksjonstiden gir et stort antall sidereaksjoner og genererer urenheter, noe som ikke bidrar til å skalere opp produksjonen. Gjennom omfattende laboratorieundersøkelser ble det funnet at endring av tilstanden til kaliumkarbonat fra granulær til pulver (trinn 1.2.2 eller 2.2.2 i protokollen) resulterte i en passende reduksjon av reaksjonstiden, noe som er gunstigere for industriell produksjon (tabell 5). I tillegg, med tanke på at 1,4-dioksanet som ble brukt i småskala piloteksperimentet var vanskeligere å konsentrere seg (trinn 1.2.1 i protokollen), vurderte vi kombinasjonen av toluen og tert-butanol (trinn 2.2.1 eller 3.2.2 i protokollen; V/V, 2/3), som er bedre konsentrerte løsningsmidler, som reaksjonsløsningsmidler for industriell produksjon. Resultatene viste at reaksjonen oppnådde en stor forfremmelseshastighet, reduserte reaksjonstiden og forbedret reaksjonens effektivitet (se tabell 6).
Avslutningsvis, etter gjentatt utforskning av eksperimentelle forhold, ble de optimale prosessoppskaleringsbetingelsene for forbindelsene ACT051-2 og ACT051-3 endelig oppnådd, og prosessflytdiagrammet for denne oppskaleringsproduksjonen er vist i figur 2. Resultatene av den oppskalerte produksjonen viste at hele prosessen var stabil, og produktutbyttet var normalt (trinn 3.1.7 eller 3.2.8 i protokollen).
Den industrielle produksjonsruten oppnådd i denne studien er en ny rute tilgjengelig, og muligheten for denne prosessruten i fremtidig industriproduksjon ble også bekreftet. I tillegg gir resultatene oppnådd i denne studien noe teknisk forskningsgrunnlag for fremtidig forskning av den industrielle produksjonsruten til forbindelsene ACT051-2 og ACT051-3.
Imidlertid er det fortsatt rom for optimalisering og forbedring av prosessruten, for eksempel mengden TsCl (1,25 eq), som er overdreven i syntesen av ACT051-2 og kan reduseres ytterligere. I syntesen av ACT051-3 kan i tillegg bare toluen brukes som reaksjonsløsningsmiddel for å lette etterbehandling, og mengden katalysator Pd (OAc) 2 kan fortsette å synke. Ovennevnte tekniske problemer kan studeres videre og utforskes i fremtidig arbeid for å bedre oppskalere produksjonen av den syntetiske forbindelsen ACT051-3.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Det er ingen bekreftelser å nevne her.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2-bromo-5H-pyrrolo[2,3-b]pyrazine | Nanjing Cook Biotechnology Co., Ltd. | 19120110 | |
| 1,4-dioxane | Liaoning cook Biotechnology Co., Ltd | General Reagent | |
| 1H NMR | Bruker AVIII 500 | ||
| 37% chloride acid molecular grade | NEON | 02618 NEON | |
| 4-toluenesulfonyl chloride (TsCl) | Nanjing Cook Biotechnology Co., Ltd. | AR A2010137 | |
| Anti-Chicken IgY (H+L), highly cross-adsorbed, CF 488A antibody produced in donkey | Sigma-Aldrich | SAB4600031 | |
| Anti-mouse IgG (H+L), F(ab′)2 | Sigma-Aldrich | SAB4600388 | |
| BD FACSCanto II | BD Biosciences | BF-FACSC2 | |
| BD FACSDiva CS&T research beads (CS&T research beads) | BD Biosciences | 655050 | |
| BD FACSDiva software 7.0 | BD Biosciences | 655677 | |
| Bovine serum albumin | Sigma-Aldrich | A4503 | |
| Centrifuge 5702 R | Eppendorf | Z606936 | |
| Circulating water vacuum pump | Guangzhou Zhiyan Instrument Co., Ltd | SHZ-D( ) |
|
| CML latex, 4% w/v | Invitrogen | C37253 | |
| Diatomite | Guangzhou Qishuo Chemical Co., Ltd. | / | |
| Double cone rotary vacuum dryer | Jiangsu Yang-Yang Chemical Equipment Plant Inc | SZE-500T | |
| enamel kettle | Jiangsu Yang-Yang Chemical Equipment Plant Inc | CS-03-002 | 1000L / 2000L |
| heptane | Nanjing Cook Biotechnology Co., Ltd. | General Reagent | |
| HPLC | Guangzhou aoyi Technology Trading Co., Ltd | LC-2030C 3D | |
| Large scale rotary evaporators | Guangzhou Xingshuo Instrument Co.,Ltd. | RE-2002 | |
| Low temperature and constant temperature stirring reaction bath | Guangzhou Yuhua Instrument Co., Ltd | XHDHJF-3005 | |
| Low temperature coolant circulating pump | Guangzhou Jincheng Scientific Instrument Co., Ltd | XHDLSB-5/25 | |
| Megafuge 8R | Thermo Scientific | TS-HM8R | |
| N, N-Diisopropyl ethylamine (DIPEA) | Apicci Pharm | General Reagent | |
| N-dimethylformamide (DMF) | Guangzhou bell Biotechnology Co., Ltd | General Reagent | |
| Octanoid acid | Sigma-Aldrich | O3907 | |
| Pd(OAc)2 | Xi'an Catalyst New Materials Co.,ltd. | 200704 | |
| Phosphate buffered saline | Sigma-Aldrich | 1003335620 | |
| Potassium carbonate (K2CO3) | Guangzhou Zhonghua Trade Co.,Ltd. | General Reagent | |
| Tert amyl alcohol | Nanjing Cook Biotechnology Co., Ltd. | General Reagent | |
| tert-Butyl carbamate | Nanjing Cook Biotechnology Co., Ltd. | General Reagent | |
| Thermo Mixer Heat/Cool | KASVI | K80-120R | |
| toluene | Liaoning cook Biotechnology Co., Ltd | General Reagent | |
| Vacuum drying oven | Guangzhou Yuhua Instrument Co., Ltd | DZF-6090 | |
| Water | / | / | |
| Xantphos | Liaoning cook Biotechnology Co., Ltd | Asp20-44892 |
References
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Stamatis, P., Bogdanos, D. P., Sakka, L. I.
- Rubbert-Roth, A., et al. Trial of upadacitinib or abatacept in rheumatoid arthritis. The New England Journal of Medicine. 383 (16), 1511-1521 (2020).
- 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).
- Cantelli, M., et al. Upadacitinib improved alopecia areata in a patient with atopic dermatitis: A case report. Dermatologic Therapy. 35 (4), e15346 (2022).
- 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).
- Rozema, M. J., et al. Development of a scalable enantioselective synthesis of JAK inhibitor upadacitinib. Organic Process Research & Development. 26 (3), 949-962 (2022).
- 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).
- Tang, C., et al. Influenza virus replication inhibitor and use thereof. , US202000283454A1 (2020).
- Ren, Q., et al. Inhibitors of influenza virus replication and uses thereof. Center for Biotechnology Information. , US20200339564A1 (2020).
- Van Epps, S., et al. Design and synthesis of tricyclic cores for kinase inhibition. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 23 (3), 693-698 (2013).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
