Summary
Aqui, apresentamos um protocolo para a síntese escalonada do terc-butil intermediário (5-toluenosulfonil-5h-pirrol [2,3-b] pirazina-2-il) carbamato (ACT051-3) de Upatinibe.
Abstract
O upatinibe, um medicamento inibidor da quinase Janus, foi desenvolvido por uma empresa de biotecnologia para tratar doenças imunológicas. O composto terc-butilo (5-toluenosulfonil-5h-pirrol [2,3-b] pirazina-2-il) carbamato (ACT051-3) é um importante intermediário do Upatinibe. Até o momento, a produção industrial estável deste composto intermediário (ACT051-3) não foi relatada. Neste estudo, descrevemos o método e o processo de síntese específicos do composto ACT051-3 em termos de síntese laboratorial, scale-up piloto e produção industrial. Durante a exploração da rota de processo para ACT051-3, muitos ajustes e melhorias apropriadas foram feitos nas condições de reação, finalmente levando ao desenvolvimento bem-sucedido do processo de produção industrial ideal para ACT051-3. O tempo de reação foi quase dobrado pela alteração do estado do carbonato de potássio envolvido na reação, o que melhorou muito a eficiência da reação. Além disso, com a introdução de N,N-diisopropiletilamina (DIPEA) na reação, a quantidade do caro catalisador Pd(OAc)2 foi reduzida em 2,5 vezes, reduzindo significativamente os custos de produção, confirmando a viabilidade dessa rota de processo e da produção industrial de ACT051-3, e satisfazendo a demanda do mercado por este importante intermediário.
Introduction
O upatinibe tornou-se um inibidor da Janus quinase 1 (JAK1) mundialmente popular para o tratamento de doenças imunológicasnos últimos anos 1,2. Essa droga tem demonstrado efeitos terapêuticos significativos na artrite psoriásica (APs)3,4, artrite reumatoide (AR)5,6,7 e dermatite atópica (DA)8,9. Além disso, devido à sua alta seletividade10, o Upatinib tem uma ampla gama de aplicações clínicas. Terc-butil (5-tosil-5h-pirolo [2,3-b] pirazin-2-il) carbamato (ACT051-3) é um importante intermediário de Upatinib. Seus principais componentes estruturais são o anel pirrol e o anel pirazina, que podem ser utilizados na preparação de novos inibidores da quinase tricíclica contendo nitrogênio para o tratamento de doenças imunológicas etumorais11.
Scale-up piloto é um scale-up de tamanho médio (50x-100x) da rota e condições do processo determinadas pelo estudo piloto de laboratório, seguido de testes de processo, investigação industrial e otimização para determinar as melhores condições de produção industrial e operação12.
Atualmente, as rotas de síntese em laboratório para este composto intermediário (ACT051-3) têm sido relatadas, mas têm sido realizadas em pequena escala devido a problemas de baixo rendimento, reações complexas e alta exigência de equipamentos, que ainda têm muito espaço para serem otimizados11,13,14,15. No entanto, nenhuma rota de processo foi relatada para aumento de escala piloto e produção industrial do composto intermediário ACT051-3 no momento.
Portanto, neste estudo, investigamos o scale-up piloto e a rota de produção do composto ACT051-3, com referência às rotas sintéticas de laboratório mais bem relatadas. Em comparação com a rota de síntese laboratorial original, muitos ajustes e melhorias apropriadas foram feitos nas condições da reação, e outros fatores que podem afetar os resultados da reação foram investigados. Finalmente, os parâmetros de processo mais adequados para a rota ótima foram identificados, e obtivemos uma rota de processo simples de operar, de baixo custo e ecologicamente correta, adequada para o scale-up piloto e produção do ACT051-3.
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Protocol
1. Síntese em escala piloto dos compostos ACT051-2 e ACT051-3
- Síntese de 2-bromo-5-tosil-5H-pirrolo[2,3-b]pirazina (ACT051-2)
- Num balão de fundo redondo, dissolver 50,0 g do composto 2-bromo-5H-pirrolo[2,3-b]pirazina (ACT051-1; 0,25 M) em 15 ml de N,N-dimetilformamida (DMF; 3 V).
- Adicionar 65,3 g de diisopropiletilamina (DIPEA; 0,51 M) à solução de reacção sob protecção de azoto (fornecer uma barreira de gás e humidade) e arrefecer a temperatura a 0-5 °C através de um banho de água fria. Para proteção de nitrogênio, bombeie a pressão do reator para -0,75--0,8 MPa, em seguida, passe N2 para equilibrar a pressão em 0,1 MPa.
- Adicionar 60,20 g de TsCl dissolvido em 12 mL de DMF (0,32 M). Eleve a temperatura para 20-30 °C através do banho de água morna e mexa por cerca de 1 h. Adicione água fria (600,0 mL, 0-10 °C) à mistura e mexa por mais 1 h.
- Filtre o produto a vácuo usando um funil de vidro com uma lixa acolchoada com papel de filtro. Lavar com água (200,0 mL) várias vezes e secar em estufa termostática elétrica para obter um sólido amarelo-pálido (ACT051-2) com rendimento de 78%.
- Síntese de terc-butilo (5-toluenosulfonil-5H-pirrol [2,3-b] pirazina-2-il) carbamato (ACT051-3)
- Dissolver 176,11 g de ACT051-2 em 366,31 g de 1,4-dioxano num balão de fundo redondo de três portas.
- Adicionar 65,75 g de carbamato de terc-butila, 138,21 g de carbonato de potássio granulado (2,0 eq), 11,57 g de xantfos (0,04 eq) e 2,25 g de Pd(OAc)2 (1,28% em peso) à solução.
- Aqueça a mistura a 105 °C e mexa durante 7 h sob atmosfera de azoto. Deixe a mistura arrefecer até à temperatura ambiente e filtre o produto com um funil de Buchner (a abertura do papel de filtro é de 80-120 μm).
- Lavar o resíduo do filtro com acetato de etila (200 ml). Use uma bomba de vácuo de água circulante para concentrar o produto sob pressão reduzida a 50-60 °C com um valor de pressão de -0,095 MPa. Mantenha a bomba funcionando para manter a pressão e obter um óleo marrom escuro.
- Purificar o produto bruto com cromatografia em coluna, eluído com éter de petróleo e acetato de etila (V/V, 10/1) para obter o composto alvo como um sólido branco com rendimento de 93,5%.
2. Síntese piloto em escala dos compostos ACT051-2 e ACT051-3
- Síntese piloto em escala de 2-bromo-5-tosil-5H-pirrolo[2,3-b]pirazina (ACT051-2)
- Adicionar 1,0 kg de ACT051-1 (5,05 M) e 1,305 kg de DIPEA (10,1 M) a um balão de fundo redondo de três portas. Adicionar 3 L de DMF (3 V) ao balão e dissolver o sólido. Aquecer a mistura de reacção a 35 °C.
- Adicionar 1,203 kg de TsCl (6,31 M) à solução de reação e agitar por 1 h. Agitar a mistura até que a conclusão da reação seja confirmada por cromatografia em camada delgada (CCD) e cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). Em resumo, pegue uma pequena quantidade de produto de reação e submeta isso ao monitoramento de TLC. Quando o TLC mostrar que quase não há matéria-prima restante, envie a amostra para o controle central de HPLC e detecte a reação à matéria-prima ou a relação do produto seja de 0,1/99,9.
- Despeje 8,4 L de água fria e mexa por mais 0,5 h. Filtrar todos os líquidos com um funil de Buchner (a abertura do papel de filtro é de 80-120 μm) e enxaguar o produto bruto com 600 mL de água.
- Secar o produto resultante a 70 °C durante a noite usando uma estufa de secagem termostática elétrica e obter um produto com um rendimento de 94,9%.
- Síntese piloto em escala de terc-butilo (5-toluenosulfonil-5H-pirrol [2,3-b] pirazina-2-il) carbamato (ACT051-3)
- Adicionar 3,31 L de álcool terc-amílico e 4,97 L de tolueno (V/V, 2/3) à chaleira de reacção.
- À solução, adicionar 1,66 kg de ACT051-2, 0,83 kg de carbamato de terc-butila, 1,301 kg de carbonato de potássio em pó, 0,11 kg de xantfos e 0,31 kg de DIPEA.
- Evacuar o azoto três vezes, como no passo 1.1.2, repetir este 3x e adicionar 10 g de Pd(OAc)2 (0,60% em peso) à solução de reacção sob protecção do azoto.
- Aqueça a mistura de reação a 90 °C e mexa por 4 h. Arrefecer a mistura a 40 °C ou menos.
- Filtrar a solução de reação com um funil de Buchner (a abertura do papel de filtro é de 80-120 μm) usando diatomita como auxiliar de filtro e lavando a torta de filtro com tolueno.
- Recolher e concentrar o filtrado. Use uma bomba de vácuo de água circulante para concentrar o filtrado sob pressão reduzida a 50-60 °C com um valor de pressão de -0,095 MPa. Mantenha a bomba funcionando para manter a pressão.
- Adicione 300 mL de heptano e mexa por 20 min. Filtrar novamente a solução de reação com um funil de Buchner (a abertura do papel de filtro é de 80-120 μm) e enxaguar o produto bruto com heptano (50 mL, três vezes). Secar e obter o produto com rendimento de 96,3%.
3. Produção industrial dos compostos ACT051-2 e ACT051-3
- Produção industrial de 2-bromo-5-tosil-5H-pirrolo[2,3-b]pirazina (ACT051-2)
- Confirme se o reator está limpo e livre de água e verifique se o dispositivo de mistura não faz barulho ao ligar e se a válvula de descarga inferior do reator foi fechada.
- Adicione 355,50 kg de DMF (3 V) no reator de esmalte de 2.000 L e comece a mexer. Adicionar 125,04 kg de ACT051-1 (1,0 eq) e 164,8 kg de DIPEA (2,0 eq) à solução.
- Baixe a temperatura para 20-25 °C sob proteção de nitrogênio. Adicionar 150,22 kg de TsCl (1,25 eq) a 25-35 °C em 10 lotes dentro de 3 h.
- Deixe a mistura permanecer a 25-35 °C e mexa por 2 h. Prepare 750,20 kg de água fria (3-4 °C) em outro reator de 2.000 L.
- Monitorar a reação por HPLC e confirmar a conclusão da reação quando a matéria-prima restante for 0,5%.
- Adicione a água fria ( 3-4 °C) à mistura de reação e mexa a 15-30 °C por 1,5 h. Recolher o filtrado e enxaguar com água (250-500 kg, 2-4 V) até que se torne neutro (testado com papel pH).
- Secar o produto a 60-65 °C por 30,5 h para obter um sólido marrom claro com rendimento de 95,5%.
- Produção industrial de terc-butil (5-toluenosulfonil-5H-pirrol [2,3-b] pirazina-2-il) carbamato (ACT051-3)
- Confirme se o reator está limpo e livre de água e verifique se o dispositivo de mistura está normal e se a válvula de descarga inferior do reator foi fechada.
- Adicione 340,10 kg de álcool terc-amílico (2 V) e 552,50 kg de tolueno (3 V) em um reator de esmalte de 2.000 L e comece a mexer.
- Adicionar à solução 212,40 kg de ACT051-2 (1,0 eq), 106,00 kg de terc-butil carbamato (1,5 eq), 166,70 kg de carbonato de potássio em pó (2,0 eq), 14,10 kg de xantfos (0,04 eq), 39,40 kg de DIPEA (0,5 eq) e 1,06 kg de Pd(OAc)2 (0,5% em peso).
- Substitua o nitrogênio quatro vezes, deixe a mistura aquecer a 85-95 °C sob proteção de nitrogênio e mexa por 3 h. Monitorar a reação por HPLC e confirmar a conclusão da reação quando a matéria-prima restante for de 0,44%.
- Arrefecer a temperatura de reação a 20-30 °C. Recolher a solução em lotes e colocá-la num balde de plástico de 125 L durante 30 min.
- Filtrar a solução de reação com um tambor de filtro de sucção química (a abertura do filtro é de 10-15 μm) usando diatomita como auxiliar de filtro e lavando a torta de filtro com tolueno (185,20-370,40 kg, 1-2 V).
- Recolher o filtrado num recipiente de esmalte e utilizar uma bomba de vácuo de água circulante sob pressão reduzida a 55-65 °C durante 10 h com um valor de pressão de -0,095 MPa. Mantenha a bomba funcionando para manter a pressão e obter o composto do produto como um líquido viscoso.
- Evaporar o produto duas vezes bombeando tolueno e continuando a reação. Concentrar o produto final por 4 h. Purificar o produto resultante com cromatografia em coluna, eluído com heptano e acetato de etila (V/V, 10/1-3/1), para obter um sólido com rendimento de 98,5%.
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Representative Results
Este estudo fornece o processo de síntese em escala para o importante intermediário ACT051-3 de Upatinib (Figura 1 e Figura 2). A seção de protocolo (etapas 1-3) mostra especificamente a síntese de grau de grama, síntese de quilograma-grau em escala piloto e etapa de produção em escala do composto ACT051-2 e do intermediário ACT051-3.
Durante a exploração da rota ótima para o composto ACT051-2, como mostrado na Tabela 1, verificou-se que o TsCl sólido esteve mais envolvido na reação do que o TsCl líquido (dissolvido em DMF, passo 3.1 do protocolo) e reduziu significativamente a quantidade de DMF em quase três vezes. Além disso, o rendimento do produto foi aumentado de 97,49% para 98,44% pelo aumento da temperatura da solução mista quando TsCl foi adicionado de 0-5 °C para 23-35 °C (mostrado na Tabela 2). Posteriormente, foram conduzidos experimentos sobre o consumo de água pós-tratamento. Como mostrado na Tabela 3, após uma redução de 2,5 vezes no consumo de água (de 15 mL/g ACT051-2 para 6 mL/g ACT051-2), o rendimento da reação diminuiu em 2,5%, mas a geração de solução residual foi reduzida e a eficiência da reação melhorou significativamente.
Uma série de condições experimentais foram desenvolvidas para obter a rota de processo otimizada para o intermediário ACT051-3. Como mostrado na Tabela 4, ao introduzir DIPEA na reação e substituir o solvente de reação por álcool terc-amílico/tolueno (V/V, 2/3), a quantidade de Pd(OAc)2 foi reduzida em 2,5 vezes (de 1,28% em peso para 0,5% em peso), o que reduziu significativamente o custo de produção e melhorou ainda mais a viabilidade de ampliação da produção. Além disso, alterando o estado de K2CO 3 envolvido na reação, o tempo de reação foi reduzido de 7 h para3,5 h, o que melhorou muito a eficiência da reação (como mostrado na Tabela 5). Além disso, com a mudança de álcool terc-amílico/1,4-dioxano (V/V, 1/4) para álcool terc-amílico/tolueno (V/V, 2/3), o tempo de reação foi encurtado para 3 h, a área de pico do produto aumentou de 84,22% para 88,52% e o tempo de concentração do produto foi significativamente reduzido, o que melhorou a eficiência da reação (ver Tabela 6).
Ambos os compostos ACT051-2 e ACT051-3 foram caracterizados quimicamente por ressonância magnética nuclear de prótons (RMN 1H), HPLC e espectrometria de massas de alta resolução. Os métodos de análise (HPLC, RMN 1H e espectroscopia de ionização por eletrospray [ESI]) de ACT051-2 e ACT051-3 podem ser encontrados no trabalho de suporte (Tabela Suplementar 1, Figura Suplementar 1, Figura Suplementar 2, Figura Suplementar 3, Figura Suplementar 4, Figura Suplementar 5 e Figura Suplementar 6). Os dados de caracterização para ACT051-2 e ACT051-3 são relatados a seguir:
2-bromo-5-tosil-5H-pirrolo[2,3-b]pirazina (ACT051-2):
1ºRMN H (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 calculado para C13 H 10BrN3O2S [M] + 352,21, encontrado para ser 352,00.
Terc-butil (5-toluenosulfonil-5H-pirrol [2,3-b] pirazina-2-il) carbamato (ACT051-3):
1ºRMN H (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 calculado para C 18 H20N 4 O4S [M+H] + 389,12, encontrado para ser 389,15.
Figura 1: Rota de síntese do intermediário ACT051-3. (A) A rota de reação e as condições do ACT051-3 antes da otimização: i) DMF, DIPEA, TsCl; ii) xantfos, Pd(OAc)2, K 2 CO3, álcool terc-amílico/1,4-dioxano (V/V, 1/4); (B) A rota de reação e as condições de ACT051-3 após otimização: i) DMF, DIPEA, TsCl; ii) xantfos, Pd(OAc)2, K 2 CO 3, DIPEA, álcool terc-amílico/tolueno (V/V, 2/3). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: Diagrama de fluxo de processo dos compostos ACT051-2 e ACT051-3 na produção em escala. (A) Fluxograma de processo de ACT051-2 em produção em escala. (B) Fluxograma de processo de ACT051-3 em scale-up de produção. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
| Número | Estado de TsCl | V(DMF) (Teste laboratorial) | V(DMF) (Aumento de escala piloto) |
| 1 | dissolver em DMF | 8,5 V | 54 V |
| 2 | sólido | 3,0 V | 18 V |
Tabela 1: Efeito de diferentes formas de TsCl sobre o composto sintético ACT051-2. Os diferentes estados de TsCl incluem TsCl líquido (dissolvido em DMF) e TsCl sólido.
| Número | Temperatura (°C) | Condição da mistura | Se tem um processo de esclarecimento | Rendimento | Pureza |
| 1 | 0-5 | viscoso | Não | 97.49% | 96.85% |
| 2 | 25-35 | boa mistura | Sim | 98.44% | 96.99% |
Tabela 2: Efeito da adição de TsCl em diferentes temperaturas na síntese de ACT051-2. Adição de TsCl à reação a 0-5 °C ou 23-35 °C.
| Número | Consumo de água | Rendimento | Pureza |
| 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% |
Tabela 3: Efeito de diferentes consumos de água pós-tratamento na síntese de ACT051-2. Experimente os diferentes consumos de água pós-tratamento, incluindo 15 mL/g ACT051-1, 9 mL/g ACT051-1 e 6 mL/g ACT051-1. As condições ótimas foram alcançadas com um volume de água pós-tratamento de 6 mL/g ACT051-2.
| Número | Equivalente ao DIEPA | Equivalente a K2CO3 | Equivalente a Pd(OAc)2 |
| 1 | 0,0 eq | 3.0 EQ | 1,28% em peso |
| 2 | 2.0 EQ | 2.0 EQ | 0,60% em peso |
| 3 | 1.0 EQ | 2.0 EQ | 0,60% em peso |
| 4 | 0,5 EQ | 2.0 EQ | 0,60% em peso |
Tabela 4: Efeito da adição de DIPEA à reação para a síntese de ACT051-3. Explorando o efeito da adição ou não de DIPEA na reação. Os resultados mostraram que a introdução do DIPEA reduziu a quantidade de Pd(OAc)2 por um fator de 2,5 (de 1,28% em peso para 0,5% em peso).
| Número | Estado de K2CO3 | Equivalente | Tempo de reação (h) |
| 1 | sólido | 2.0 EQ | 7 |
| 2 | empoado | 2.0 EQ | 3.5 |
Tabela 5: Efeito de diferentes estados de K2CO 3 na reação do composto sintético ACT051-3. Selecione carbonato de potássio na forma granular ou em pó para participar da reação.
| Número | Dosagem de Pd(OAc)2 | Solvente de reação | V/V | Tempo de reação / h | Área de pico do produto/ % |
| 1 | 0,60% em peso | álcool tert-amílico / 1,4-dioxano | 1-4 | 3.5 | 84.22 |
| 2 | 0,60% em peso | álcool tert-amílico / 1,4-dioxano | 2-3 | 3.5 | 83.34 |
| 3 | 0,60% em peso | álcool tert-amílico / Tolueno | 2-3 | 3 | 88.52 |
| 4 | 0,50% em peso | álcool tert-amílico / Tolueno | 2-3 | 2.25 | 87.11 |
Tabela 6: Efeito de diferentes solventes de reação na reação do composto sintético ACT051-3. Álcool terc-amílico/1,4-dioxano (V/V, 1/4) e álcool terc-amílico/tolueno (V/V, 2/3) são selecionados como resolventes de reação.
Tabela suplementar 1: Método analítico dos compostos ACT051-2 e ACT051-3. Condições cromatográficas específicas para a análise dos compostos ACT051-2 e ACT051-3, incluindo o instrumento, nome do método, coluna de fase líquida, fase móvel, temperatura da coluna, velocidade da corrente e comprimento de onda. Clique aqui para baixar este arquivo.
Figura suplementar 1: Cromatogramas líquidos de alta eficiência do ACT051-2. Os resultados para os dados foram detectados por HPLC. Clique aqui para baixar este arquivo.
Figura suplementar 2: Cromatogramas líquidos de alta eficiência do ACT051-3. Os resultados para os dados foram detectados por HPLC. Clique aqui para baixar este arquivo.
Figura suplementar 3: Espectro de EM do ACT051-2. Os resultados dos dados foram detectados por espectroscopia ESI. Clique aqui para baixar este arquivo.
Figura suplementar 4: Espectro de EM do ACT051-3. Os resultados dos dados foram detectados por espectroscopia ESI. Clique aqui para baixar este arquivo.
Figura suplementar 5: Espectro de RMN de 1H do ACT051-2. Os resultados dos dados foram analisados usando MestReNova. Clique aqui para baixar este arquivo.
Figura 6 suplementar: Espectro de RMN de 1H do ACT051-3. Os resultados dos dados foram analisados usando MestReNova. Clique aqui para baixar este arquivo.
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Discussion
As condições de síntese da reação, incluindo a temperatura da reação, o tempo, a seleção de reagentes de reação e a proporção de materiais, afetam a viabilidade da reação, os rendimentos, a pureza e o custo de produção, especialmente para a produção em escala.
Na síntese laboratorial de ACT051-2, TsCl na forma líquida (dissolvido em DMF; passo 1.1.3) pode ser usado para na reação; no entanto, não é adequado para síntese piloto scale-up ou produção industrial, pois o uso de TsCl líquido para esta reação aumenta a quantidade de solvente no sistema de reação, resultando em mais fluido residual. Como resultado, optou-se por TsCl sólido para a reação no scale-up piloto e produção industrial (etapas 2.1.2 e 3.1.3 do protocolo, respectivamente) e obtivemos bons resultados experimentais, tendo em mente o conceito de proteção ambiental e química verde (Tabela 1).
Além disso, verificou-se nos experimentos piloto de scale-up que a adição de uma grande quantidade de TsCl a baixa temperatura torna o sistema de reação muito viscoso para ser agitado, resultando no risco de encapsulamento da matéria-prima. Para enfrentar esse risco, a temperatura foi aumentada de 0-5 °C para 25-35 °C (passos 2.1.1 ou 3.1.4 do protocolo), agitação suficiente foi obtida para o TsCl sólido adicionado, o sistema de solução de reação apresentou boa fluidez e a reação transcorreu sem problemas (Tabela 2).
Além disso, uma grande quantidade de água (15 mL/g ACT051-1) foi necessária para os experimentos de pós-tratamento de ACT051-2, o que não foi adequado para os experimentos de produção de escalonamento e gerou mais solução de resíduos. Portanto, do ponto de vista da proteção ambiental, a quantidade ótima de água utilizada para o pós-tratamento foi imediatamente investigada na exploração das condições do processo produtivo. Como mostrado na Tabela 3, quando a quantidade de água pós-tratamento foi reduzida para 6 mL/g ACT051-1, o rendimento do experimento mostrou um pequeno impacto, mas pode melhorar muito a eficiência e reduzir a geração de resíduos líquidos.
Ao explorar a rota do processo de produção industrial do intermediário ACT051-3, conduzimos um grande número de experimentos de otimização de processo e resolvemos muitos problemas de escala. Na síntese de ACT051-3, ACT051-2 foi submetido a uma reação de acoplamento de Buchwald-Hartwig com terc-butil carbamato catalisada por Pd(OAc)2 e xanthphos para dar o composto ACT051-3. Pd(0) é uma espécie ativa de paládio comumente utilizada em respostas de acoplamento como Suzuki e Buchwald16,17,18,19. No entanto, Pd(II) é comumente usado para catalisar a reação. Como resultado, usamos um composto amina (DIPEA) para reduzir Pd(II) a Pd(0), deixando o sistema catalítico de toda a reação em um ciclo catalítico de Pd(0) e Pd(II). Com a adição do DIPEA, a quantidade do caro catalisador Pd(OAc)2 foi bastante reduzida de 1,28% para 0,5% (Tabela 4), o que reduziu consideravelmente o custo de produção em escala e fortaleceu ainda mais a racionalidade e viabilidade do método.
O longo tempo de reação provoca um grande número de reações colaterais e gera impurezas, o que não é propício para aumentar a produção. Através de extensos estudos laboratoriais, verificou-se que a mudança do estado do carbonato de potássio de granulado para pó (etapas 1.2.2 ou 2.2.2 do protocolo) resultou em uma redução adequada do tempo de reação, que é mais favorável para a produção industrial (Tabela 5). Além disso, considerando que o 1,4-dioxano utilizado no experimento piloto em pequena escala foi mais difícil de concentrar (passo 1.2.1 do protocolo), considerou-se a combinação de tolueno e terc-butanol (passos 2.2.1 ou 3.2.2 do protocolo; V/V, 2/3), que são solventes mais bem concentrados, como solventes de reação para a produção industrial. Os resultados mostraram que a reação obteve uma ótima taxa de promoção, reduziu o tempo de reação e melhorou a eficiência da reação (ver Tabela 6).
Em conclusão, após repetidas explorações das condições experimentais, as condições ótimas de scale-up do processo para os compostos ACT051-2 e ACT051-3 foram finalmente obtidas, e o fluxograma do processo desta produção em escala é mostrado na Figura 2. Os resultados da produção escalonada mostraram que todo o processo foi estável e o rendimento do produto foi normal (etapas 3.1.7 ou 3.2.8 do protocolo).
A rota de produção industrial obtida neste estudo é uma nova rota disponível, e a viabilidade desta rota de processo em futuras produções industriais também foi confirmada. Além disso, os resultados obtidos neste estudo fornecem alguma base técnica de pesquisa para futuras pesquisas da rota de produção industrial dos compostos ACT051-2 e ACT051-3.
No entanto, ainda há espaço para otimização e melhoria da rota do processo, como a quantidade de TsCl (1,25 eq), que é excessiva na síntese de ACT051-2 e pode ser ainda mais reduzida. Além disso, na síntese de ACT051-3, apenas tolueno pode ser usado como solvente de reação para facilitar o pós-processamento, e a quantidade de catalisador Pd(OAc)2 pode continuar a diminuir. As questões técnicas acima podem ser mais estudadas e exploradas em trabalhos futuros para melhor escalar a produção do composto sintético ACT051-3.
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Disclosures
Os autores não têm nada a revelar.
Acknowledgments
Não há agradecimentos a mencionar aqui.
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 |
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