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連續(xù)流化學(xué)在API藥物合成中的應(yīng)用—近期的亮點(diǎn)（一）
【OPRD2018綜述】連續(xù)流化學(xué)在API藥物合成中的應(yīng)用—近期patent中的亮點(diǎn)（一）
近期，Cidara Therapeutics公司的David L. Hughes回顧了2016年和2017年文獻(xiàn)中披露的使用至少一個(gè)連續(xù)流步驟的已批準(zhǔn)藥物的合成路徑。將相關(guān)內(nèi)容整理為綜述發(fā)表在了期刊《Org. Process Res. Dev》（Org. Process Res. Dev.2018, 22, 13）上，其文章主要提及了七個(gè)藥物，不同公司利用流動(dòng)化學(xué)技術(shù)對(duì)各個(gè)藥物的合成方法進(jìn)了改造，并都取得了不錯(cuò)的效果。具體內(nèi)容如下。
1、Rempex 制藥公司采用流動(dòng)化學(xué)實(shí)現(xiàn)vaborbactam（治療復(fù)雜的細(xì)菌性尿路感染）連續(xù)合成（提升非對(duì)映立體選擇性，純度，回收率和產(chǎn)率）
Rempex 制藥公司（現(xiàn)已被Medicines公司收購(gòu)）于2015年發(fā)現(xiàn)了vaborbactam并提出了vaborbactam的合成路線（圖1）[1]，經(jīng)過FDA的批注，目前vaborbactam作為美羅培南的聯(lián)合用藥用于治療復(fù)雜的細(xì)菌性尿路感染。
vaborbactam的合成路線主要有六步。由脂肪酶催化1的消旋體得到1；銥催化1與頻那醇硼酸酯反應(yīng)生成硼酸酯2；并將其轉(zhuǎn)化為蒎烷二醇硼酸酯3；在95 ~ 100℃的溫度下，進(jìn)行了3的Matteson homologation，立體選擇性地插入了一個(gè)CHCl基團(tuán)，得到85/15的非對(duì)映體混合物；之后用LiHMDS對(duì)氯進(jìn)行親核置換，得到硅胺5；再與2-噻吩乙酸反應(yīng)得到6；隨后鹽酸對(duì)硅基的去保護(hù)，形成了環(huán)硼酸鹽，同時(shí)維持住了維持了85/15的非對(duì)映體比。后通過兩相水/ 乙酸乙酯體系的結(jié)晶，即可將vaborbactam純度提升。
圖1 aborbactam的合成路線
Matteson homologation包括兩個(gè)步驟:低溫形成硼酸鹽絡(luò)合物，同時(shí)進(jìn)行氯的立體選擇性置換。這種重排通常是由路易斯酸介導(dǎo)的，使用ZnCl2通?？梢蕴岣叻菍?duì)映選擇性，其可以在過渡態(tài)發(fā)生螯合作用。機(jī)理見下圖（圖2）。
圖2 Matteson homologation的反應(yīng)機(jī)理
流動(dòng)化學(xué)的應(yīng)用（圖3）
在1號(hào)反應(yīng)管中，n-BuLi的庚烷溶液與THF混合冷卻至- 60℃。（為了防止n-BuLi在低溫下析出，有必要使用THF作為共溶劑）。1號(hào)反應(yīng)管的出口直接進(jìn)入2號(hào)反應(yīng)管，在THF中引入二氯甲烷，形成39%的LiCHCl2溶液。2號(hào)反應(yīng)管的出口直接流入3號(hào)反應(yīng)管，加入29%的化合物3的溶液（溶劑為庚烷/THF=1:10）。然后將3號(hào)反應(yīng)管出口直接通入20℃，濃度為0.7 M 的ZnCl2的THF溶液中進(jìn)行淬滅。雖然ZnCl2淬滅也可以在流動(dòng)中進(jìn)行，但流動(dòng)處理的產(chǎn)率比分批處理低，且變化較大。
圖3 流動(dòng)化學(xué)中的Matteson homologation
之后的分離是通過批處理進(jìn)行的。淬滅后的溶液先用濃度為1M HCl的水溶液洗，再用碳酸氫鹽洗和水洗，然后將有機(jī)層濃縮成油狀物，直接進(jìn)行下一步使用。該patent共完成12個(gè)GMP批次，平均產(chǎn)率89%，共生產(chǎn)880公斤化合物4。除了相對(duì)于批量生產(chǎn)模式有顯著的生產(chǎn)力提高外，連續(xù)過程還提供了更好的非對(duì)映選擇性(95:5 vs 85:15)、產(chǎn)率(91% vs 75%)和重現(xiàn)性。當(dāng)反應(yīng)在流動(dòng)中進(jìn)行時(shí)，目前提高選擇性的機(jī)制還不明提，但可能是由于改進(jìn)了混合和溫度控制。
2、優(yōu)時(shí)比集團(tuán)采用流動(dòng)化學(xué)實(shí)現(xiàn)布瓦西坦抗癲癇藥物的連續(xù)合成（更小的占地面積、更高的得率，大大提高產(chǎn)量）
Brivaracetam以商品名Briviact銷售，由優(yōu)時(shí)比集團(tuán)研發(fā)，在2016年初在歐洲和美國(guó)被批準(zhǔn)上市，作為治療癲癇患者部分發(fā)作性癲癇的輔助療法。
其合成路線如下（圖4）：戊醛(7)與乙醛酸(8)在嗎啉的催化作用下在水/庚烷兩相體系中發(fā)生縮合反應(yīng)，經(jīng)二異丙基醚后處理和濃縮后，得到液狀的呋喃酮10，收率96%；之后是三步一鍋法，10與11在5℃，異丙醇作溶劑的條件下形成亞胺，之后后加入NaBH4和氨氣還原生成的亞胺，再加入HOAc，加熱至50℃反應(yīng)16 h，生成內(nèi)酰胺12，之后以異丙酸/庚烷體系結(jié)晶得純品，三步總收率88%；后則是用Pd/C加氫雙鍵得到了將近1:1的布瓦西坦和它的非對(duì)映體13的混合物。采用多柱連續(xù)色譜法(MCC)分離非對(duì)映體，并從異丙酸中結(jié)晶，得純品。
圖4 Brivaracetam的合成路線
流動(dòng)化學(xué)的應(yīng)用（化合物7-化合物12）
步，將戊醛(7)(1.2 equiv)和乙醛酸(8)(1.0 equiv)在180 ℃條件下連續(xù)引入反應(yīng)器中，停留時(shí)間為5 min（無催化劑，無溶劑）。采用水、正庚烷、異丙酸依次淬滅，分離出粗呋喃酮10（收率88%），其中也含有少量的9E（5-9%）。
第二步（圖5），(S)-2-氨基丁酰胺(11)(1.0 equiv) 的乙醇溶液和呋喃酮10 (1.2 equiv)分別流入1號(hào)反應(yīng)管，反應(yīng)溫度為40℃，停留時(shí)間為5分鐘。該反應(yīng)器的產(chǎn)物被送入連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器(CSTR)，連續(xù)加入NaBH4 (0.4 equiv)和氨，反應(yīng)溫度為40℃，停留時(shí)間為10 min。然后將該反應(yīng)器的出口與HOAc (2.55 equiv)一起送入3號(hào)反應(yīng)管中，在105℃下停留9 min，使內(nèi)酰胺12的收率達(dá)到96%
第三步，加氫步驟中采用了四個(gè)CSTR。個(gè)反應(yīng)器在水中加入10%的檸檬酸和5%的Pd/C，于20 bar氫氣壓力下，加熱至60℃。在1號(hào)反應(yīng)器中連續(xù)加入12的20%水溶液和10%檸檬酸。該反應(yīng)器在40 min時(shí)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，轉(zhuǎn)化率為50%，非對(duì)映體產(chǎn)物的比例為80/ 20。然后在H2壓力下，以平衡原料流入的速度，將混合物送入同樣含有催化劑和檸檬酸的2號(hào)反應(yīng)堆。依次進(jìn)行。在第4個(gè)反應(yīng)器中，非對(duì)映體的比例為80/20，典型的轉(zhuǎn)化率為99%。
圖5 化合物12的連續(xù)流合成
3、SARcode公司采用荷蘭Chemtrix的3D打印連續(xù)反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)利菲斯特眼科治療藥物連續(xù)合成（利用低溫反應(yīng)器提升收率，純度，再生產(chǎn)力）
Lifitegrast(商標(biāo)名Xiidra)是一種眼科治療藥物，由SARcode公司研發(fā)，于2016年7月在美國(guó)獲得批準(zhǔn)，用于治療干眼癥的癥狀和體征?；衔?5（圖6）作為利菲斯特的重要合成片段，其合成路徑中的后一步反應(yīng)（化合物20-化合物15），在批量模式下難以進(jìn)行放大，放大后的產(chǎn)率較低，并形成焦油物質(zhì)。
圖6化合物15的合成路線
流動(dòng)化學(xué)的應(yīng)用（化合物20-化合物15）
將化合物20和TMEDA溶解在THF中，在個(gè)反應(yīng)器中冷卻至-78 C，然后引入2號(hào)反應(yīng)器，在-78 C與2.5 M n-BuLi反應(yīng)生成陰離子。該混合物流入到第三個(gè)反應(yīng)器中，在那里引入氣態(tài)CO2來誘導(dǎo)陰離子部進(jìn)行羧基化。用2 equiv HCl淬滅，再用乙酸乙酯萃取水相，回收溶劑，得到羧酸15。
圖7 流動(dòng)化學(xué)中化合物15的合成
4、克唑替尼（治療ALK陽(yáng)性的轉(zhuǎn)移性非小細(xì)胞肺癌）的連續(xù)化生產(chǎn)（提升產(chǎn)率，吞吐量，提高過程強(qiáng)度控制）
克唑替尼(商品名Xalkori)是一種ALK抑制劑，用于治療ALK陽(yáng)性的轉(zhuǎn)移性非小細(xì)胞肺癌。FDA于2011年批準(zhǔn)了克唑替尼上市?？诉蛱婺嵊腥舾蓷l合成路線。在近期的一篇中國(guó)patent文章中，基于下述路線（圖8），提出了對(duì)片段化合物28a的連續(xù)流合成。
圖8 克唑替尼的合成路線
流動(dòng)化學(xué)的應(yīng)用（化合物26-化合物28a）
描述了400 g的規(guī)模的連續(xù)流反應(yīng)，甲磺酸酯26溶于含有數(shù)量不詳?shù)募姿岬腡HF中。4-溴吡唑和叔丁醇鉀溶于THF中。兩種溶液于50-60℃混合于盤管反應(yīng)器中，停留時(shí)間均為1-10 min。反應(yīng)器出口出處用水淬滅，乙酸乙酯萃取，濃縮成油狀物，可以以80-90%產(chǎn)率，93%的純度得到27a。產(chǎn)物直接用于下一步流動(dòng)化學(xué)反應(yīng)。將27a和1.5 equiv (i-PrO)3B溶解在THF中，與2.5 M n-BuLi的庚烷溶液，在25 ~ 35℃，分別連續(xù)加料至管式反應(yīng)器中，停留時(shí)間為1-10 min。出口處用水淬滅，用HCl將pH調(diào)整到pH 3 ~ 5，用乙酸乙酯萃之，進(jìn)行濃縮，得到純度為93%的粗品28a。經(jīng)過MTBE/EtOAc重結(jié)晶，產(chǎn)物純度提升至99%，收率為83%。
本文章較長(zhǎng)，敬請(qǐng)期待《【OPRD2018綜述】連續(xù)流化學(xué)在API藥物合成中的應(yīng)用—近期patent中的亮點(diǎn)（二）》分享。
公司簡(jiǎn)介：
深圳市一正科技有限公司，作為荷蘭Chemtrix公司（微通道反應(yīng)器）、英國(guó)AM公司（連續(xù)多級(jí)攪拌反應(yīng)器、催化加氫系統(tǒng)、連續(xù)結(jié)晶器）、德國(guó)CINC（連續(xù)離心萃取器）在中國(guó)區(qū)代理商和技術(shù)服務(wù)商，為廣大高校和企業(yè)提供連續(xù)合成、在線萃取、連續(xù)結(jié)晶、在線過濾干燥、在線分析等整套連續(xù)工藝解決方案。
公司與復(fù)旦大學(xué)、南京大學(xué)、中山大學(xué)、華東理工大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、浙江工業(yè)大學(xué)、河北工業(yè)大學(xué)等高校研究機(jī)構(gòu)合作成立微通道連續(xù)流化學(xué)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，致力于推動(dòng)連續(xù)流工藝在有機(jī)合成、精細(xì)化工、制藥行業(yè)、能源材料、食品飲料等領(lǐng)域的應(yīng)用，合作實(shí)驗(yàn)室可以為客戶的傳統(tǒng)間歇釜式工藝在連續(xù)流工藝上的轉(zhuǎn)變提供工藝驗(yàn)證、連續(xù)流工藝開發(fā)工作，促進(jìn)制藥及精細(xì)化工企業(yè)由傳統(tǒng)間歇工藝向綠色、安全、快速、經(jīng)濟(jì)的連續(xù)工藝轉(zhuǎn)變。
公司與荷蘭Chemtrix B.V.在浙江臺(tái)州、江蘇南京合作組建了連續(xù)流微通道工業(yè)化應(yīng)用技術(shù)中心（以下簡(jiǎn)稱“工業(yè)化技術(shù)中心”），旨在打造集連續(xù)流微通道工藝開發(fā)、中試試驗(yàn)、工業(yè)化驗(yàn)證、技術(shù)交流于一體的綜合性連續(xù)流微通道應(yīng)用技術(shù)服務(wù)中心，以為廣大生物醫(yī)藥企業(yè)、化工類企業(yè)提供專業(yè)、完善的智能化連續(xù)流工藝整套系統(tǒng)解決方案及技術(shù)服務(wù)方案。