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    【諾華新案例】重氮-疊氮-環合,三步全連續制備藥物中間體
    點擊次數:375 發布時間:2022-08-29
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    一、早期藥物發現


    一個自身免疫性疾病的治療藥物發現項目中,2H-吲唑類化合物被鑒定為高效的選擇性TLR 7/8拮抗劑。在先導化合物發現階段,化合物12被確定可進一步進行體內藥效實驗研究。

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    圖1. 微克級樣品的合成路線


    藥物的早期發現使得化合物12和作為關鍵中間體的化合物5(2H-吲唑)的需求迅速增加。項目團隊認識到,該微克級的合成路線可能會在進一步批量放大中產生問題。分離不穩定、潛在危險的疊氮化物中間體4及其在熱環化為2H-吲唑5的工藝過程中有安全性的隱患。


    【考慮到連續工藝在處理高活性、不穩定化合物方面具有的優勢,從間歇反應切換到連續流工藝的多個驅動因素中,安全性是最重要的一個因素。在需要快速合成化合物的早期臨床前階段,流動化學作為一種新技術可以大大加快開發過程?!?/span>



    二、連續流工藝探討

    針對100克及以上規模的合成,團隊啟動了流動化學的工藝研究,其主要目標是保持反應體積盡可能小,精確控制反應條件,并避免在任何時間內反應混合物中危險且不穩定中間體的積累。


    1. 間歇式工藝的連續流技術評估


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    圖2. 2H-吲唑類化合物5a的三步合成


    將氨基醛2a轉化為疊氮化物4a,間歇式工藝采用了在酸性條件下使用亞硝酸鈉的重氮化方案,然后在0°C下添加NaN3,。該反應通常在C2HF3O2(TFA)作為酸性介質和溶劑的存在下進行,可以獲得高收率的結果,并常規用于小規模合成。


    【但含有疊氮化物4a的反應混合物形成的懸濁液明顯不適合流動化學篩選。而當該反應在水和鹽酸的混合物中進行時,觀察到明顯較低的產率和大量副產物的形成??紤]到下一步反應,疊氮化合物4與氨基哌啶化合物6在Cu(I)催化的熱環化反應仍然面臨不適合連續流工藝的固體溶解問題?!?/span>


    研究團隊首先需要找到合適的反應溶劑和試劑,對這兩步反應來說,合適的溶劑既要溶解所有的物料,又要保持高的轉化率。其次,作為另一個重點考慮的事項,需要避免疊氮化合物中間體4的分離。


    2.  疊氮化合物4a生成的連續流工藝開發


    1)溶劑的選擇

    • 研究者首先用亞硝酸叔丁酯和三甲基疊氮硅烷來代替無機物亞硝酸鈉和NaN3,,但僅得到了20%的轉化率。

    • 接著,研究者發現利用二氯乙烷和水的兩相混合溶劑與C2HF3O2組合,可以將反應體系中的物質完全溶解,并得到了很高的轉化率。

    • 而其它酸的應用,如乙酸、鹽酸、硫酸和四氟硼酸等,仍會造成沉淀的生成或者反應的轉化率降低。


    2)工藝條件篩選

    對該反應仔細的研究揭示,需當亞硝酸鈉完全消耗后再向反應混合物中添加NaN3,,如果過早加入NaN3,,它將立即被第一反應步驟中剩余的未反應的亞硝酸鈉所消耗。

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    圖3. 疊氮化合物4a的連續流工藝流程


    【Entry 3的實驗條件連續穩定運行60分鐘,可產中間體16g/h可滿足下游實驗的需要?!?/p>


    3. 2H-吲唑5a連續流工藝開發


    在完成重氮化及疊氮取代的連續流工藝開發之后,研究團隊繼續研究銅催化環化的連續流工藝。


    1)間歇式工藝缺陷

    • 間歇式反應中,10% mol的氧化亞銅在體系中懸浮性差,不適合用于連續流工藝。

    • 對于流動反應而言,80°C下反應90分鐘的時間太長,會導致不可接受的低生產率。

    • 這種環化反應的收率通常合理的范圍在70?80%,研究團隊使用LC-MS鑒定了兩種主要副產物氨基亞胺8a和氨基醛2a。

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    圖4. 2H-吲唑 5a反應路徑及副產物確認


    2)對銅催化劑和配體的篩選

    研究者發現,在1當量TMEDA存在下,0.1當量的碘化銅可溶于二氯乙烷中。經反應篩選后,研究者確定了流動條件下環化的合適參數。


    含有0.1當量碘化銅(I)和1當量TMEDA的0.45M 4a 二氯乙烷溶液,在120°C下,在20分鐘的停留時間內,完全轉化為吲唑5a。使用LC-MS分析反應混合物表明,疊氮化物4a被完全消耗,得到產物5a、氨基醛2a和亞胺8a,其比例分別為91.5%、3.4%和5.1%,與之前使用的間歇式工藝相比,有了顯著的改進。


    3)停留時間及銅盤管催化

    為了縮短停留時間和提高生產率,研究者在尋求用更具反應性的催化劑代替碘化銅(I)和TMEDA過程中發現,內徑為1mm的銅線圈也有效地催化了該環化反應。推斷在銅線圈的內表面上形成了少量的氧化銅(I),起到有效催化該反應的作用。

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    圖5. 銅盤管反應器催化反應


    作為概念證明,制備了0.32M的4a溶液,該溶液已與1.2當量的胺6在甲苯中混合,并在120°C下泵送通過銅盤管,停留時間為20分鐘。使用色譜法進行處理和純化后,分離出5.6g吲唑5a,產率為85%,純度為98%(圖5)。


    4. 重氮-疊氮-環合三步全連續合成2H-吲唑類化合物

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    圖6.  2H-吲唑 5b的連續流工藝結果


    利用上述研究結果,研究者同樣進行了類似物5b的連續流工藝開發。與最初使用的間歇合成相比,新的替代連續工藝不僅避免了危險疊氮化物4a和4b的分離,而且為疊氮化物形成和熱環化這兩個關鍵步驟提供了更高的純度和產率。


    總結


    • 報道了三步反應的連續工藝開發,在100克的規模上制備了兩個關鍵的藥物中間體2H-吲唑化合物5a和5b。

    • 與最初使用的間歇合成相比,新的替代連續工藝不僅避免了危險疊氮化物4a和4b的分離,而且為疊氮化物形成和熱環化這兩個關鍵步驟提供了更高的純度和產率。

    • 通過減小反應器的持液體積,避免固體疊氮化合物的分離,并確保精確控制反應參數,特別是反應溫度和試劑的比例,改進了工藝的安全性。

    • 將兩個連續流步驟整合到化合物12的多步合成中導致更安全地制備和處理疊氮化物中間體,并顯著促進了高效和選擇性TLR 7/8拮抗劑項目的加速開發。

    • 隨后,連續流工藝從研究部門轉移到化學開發部門,僅對工藝進行了少量的修改,便用于制備千克規模的5b。

    參考文獻:Org.Process Res. Dev. 2022,26, 1308?1317



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