《從實驗室走向商業(yè)化大生產(chǎn)-解析達可替尼(Dacomitinib)工藝開發(fā)之路（上）》
N-芳基化路線合成Dacomitinib
一般認為，氧化還原反應(yīng)和官能團化反應(yīng)是合成工藝中效率較低的操作，因為它們難以快速延展結(jié)構(gòu)，通常需要規(guī)避。基于這樣的思考，Pfizer合成工藝開發(fā)人員設(shè)計了一條"無氫化"工藝路線。
如圖3中所示，該N-芳基化路線規(guī)避了硝基還原步驟。同時，甲氧基也通過原料引入，因此不需要官能團化反應(yīng)操作。起始原料15目前已商業(yè)化，相較于需實驗室制備的化合物5，是更優(yōu)選擇。
首先，使用NIS 對15進行碘化，能夠以高區(qū)域選擇性以及良好的收率得到16。中間體16不經(jīng)分離直接與醋酸甲脒3縮合得到中間體17。溶劑的選擇是一個關(guān)鍵，選擇乙二醇甲醚作為溶劑時，碘化效果較好。同時，中間體17可直接在反應(yīng)體系中析出，通過過濾得到目標產(chǎn)物，并在此過程中除掉副產(chǎn)物琥珀酰亞胺。中間體17氯化反應(yīng)在甲苯和乙腈的混合溶劑中進行順利。該混合溶劑在下一步親核取代反應(yīng)中也表現(xiàn)良好，因此選擇連投工藝由中間體17制備19，兩步收率大于95%。
對于N-芳基化步驟，研究人員通過高通量篩選快速篩選鈀源，配體，堿和溶劑。最終，選擇以Pd2(dba)3、Xantphos、Cs2CO3/Hunig's雙堿的組合在甲苯/水的混合溶劑中進行該反應(yīng)，API收率達到75%。用這種方法制備的原料藥可能會殘留金屬鈀。通過活性炭和TMEDA處理，能夠使鈀含量降低到小于 5ppm。
圖3 N-芳基化路線
該API制備路線不涉及氫化，成功證明了無氫化工藝生產(chǎn)Dacomitinib的概念。
Dacomitinib商業(yè)化生產(chǎn)工藝開發(fā)
隨著Dacomitinib項目在二期臨床試驗中顯示出更大的潛力，后期化學工藝開發(fā)團隊開始設(shè)計商業(yè)化大生產(chǎn)工藝，以滿足預(yù)期的商業(yè)需求。分析認為，早期開發(fā)路線過長且官能團化反應(yīng)過多。除此之外，這些路線中涉及許多喹唑啉類中間體，它們在有機溶劑中的溶解度差，導致產(chǎn)量難以提升。
通過對類似化合物的合成文獻調(diào)研發(fā)現(xiàn)，Dimroth重排反應(yīng)是構(gòu)建喹唑啉雜環(huán)有力的工具。如圖4 所示，第一代EGFR抑制劑吉非替尼的合成路線便利用了Dimroth重排反應(yīng)。
圖4 吉非替尼的合成
研究人員通過在最后一步經(jīng)Dimroth重排反應(yīng)引入喹唑啉雜環(huán)，成功解決了喹唑啉雜環(huán)中間體溶解度低的問題 (圖5)。事實上，此路線中的所有中間體溶解度均大于0.1Kg / L。令人滿意的是，該Dimroth重排反應(yīng)在較低溫度下也可順利進行，30°C反應(yīng)16小時，收率可達到80%。因此，該路線被確定為Dimroth商業(yè)化生產(chǎn)路線，路線中的每一步反應(yīng)都得到了進一步的優(yōu)化（圖6）。
圖5 Dimroth重排反應(yīng)引入喹唑啉雜環(huán)
硝基還原反應(yīng)以Pd/C為催化劑。為實現(xiàn)疊縮工藝，研究人員最終選擇乙腈作為溶劑。該步驟主要的副反應(yīng)是腈基的還原，并立即環(huán)化生成喹唑啉副產(chǎn)物。該雜質(zhì)在下游過程中很容易被除去，因此無需過于擔心。
圖6 商業(yè)化大生產(chǎn)路線
對于酰胺化反應(yīng)來說，首要任務(wù)是確定中間體24和羧酸12之間合適的縮合劑。該縮合試劑最好無需單獨的活化步驟 (與底物在同一反應(yīng)釜內(nèi))即可參與反應(yīng)。隨后，研發(fā)人員以硝基還原后得到的胺中間體24的乙腈溶液為底物，分別篩選6種試劑(三聚氯氰、CDMT、DCC、EDC、EEDQ和T3P®)和一系列添加劑，最終確定丙基膦酸酐(T3P®)作為該酰胺化反應(yīng)首選試劑。另外，與脂肪族胺(Hunig's base, TEA)、碳酸鹽和醇鹽相比，吡啶衍生物(吡啶和2,6-lutidine)作為堿參與反應(yīng)時，反應(yīng)生成的雜質(zhì)更少。因此，選擇2,6-lutidine作為堿參與反應(yīng)。對于該步驟的猝滅，后處理以及結(jié)晶，研究人員也進行了重新設(shè)計。為了抑制中間體25在酸性水溶液條件下的不穩(wěn)定性，選擇進行反向淬滅，將反應(yīng)混合物加入氫氧化鈉的堿性水溶液中。而后，產(chǎn)品在乙腈和甲苯的混合溶液中進行晶種冷卻結(jié)晶，提高結(jié)晶的魯棒性。猝滅與結(jié)晶兩步操作通過使用甲苯與水混合溶液后處理而緊湊連貫起來。新工藝雖然增加了操作流程，但提高了大規(guī)模生產(chǎn)的可靠性，并且顯著提升了產(chǎn)品的純度。
經(jīng)典的Dimroth重排反應(yīng)通常需要在酸性溶劑中高溫回流進行。但是，起始原料25和產(chǎn)物1都對高溫不穩(wěn)定，因此，Dimroth重排在低溫下的反應(yīng)條件是首先要探索的問題。經(jīng)過優(yōu)化，研究人員選擇2.0當量的化合物8在純乙酸中與中間體25進行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為30oC。另外，猝滅反應(yīng)后，終產(chǎn)物過濾速度過慢也是需要解決的問題。特別是大生產(chǎn)后，這會侵占大量時間。為此，研究人員設(shè)計了分步淬滅乙酸并析晶的后處理流程。首先加入Me-THF稀釋反應(yīng)液，滴加NaOH部分淬滅反應(yīng)，分液后保留乙酸相，繼續(xù)加入MeCN、三乙胺與晶種，最終得到可快速過濾的良好晶體產(chǎn)品，大大縮短了路線所需時間（圖7）。
圖7 API后處理析晶流程
結(jié)語
為滿足臨床和預(yù)期的商業(yè)需求，達可替尼合成工藝幾經(jīng)迭代。通過改變試劑、溶劑等條件，最初實驗室內(nèi)的藥物化學路線得到了顯著的改進，能夠交付項目開始需求的幾十公斤原料藥。基于避免氧化還原反應(yīng)與官能團化反應(yīng)的思路，研發(fā)人員開發(fā)了N -芳基化反應(yīng)工藝路線，但最終出于經(jīng)濟性和與可操作性等綜合考慮而被排除。最后，通過Dimroth重排反應(yīng)引入喹唑啉雜環(huán)，研發(fā)人員成功開發(fā)出一種包括三步合成過程與兩步分離過程的工藝路線，成功實現(xiàn)了商業(yè)規(guī)模生產(chǎn)達可替尼，三步收率達到58%。
參考文獻
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3. 蔡繼蘭,孫煥亮,王飛棟,陳磊,孫敏.抗腫瘤藥Dacomitinib的合成[J].中國醫(yī)藥工業(yè)雜志,2014,45(02):107-109.
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