《從實驗室走向商業(yè)化大生產-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，氧化還原反應和官能團化反應是合成工藝中效率較低的操作，因為它們難以快速延展結構，通常需要規(guī)避?；谶@樣的思考，Pfizer合成工藝開發(fā)人員設計了一條"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可直接在反應體系中析出，通過過濾得到目標產物，并在此過程中除掉副產物琥珀酰亞胺。中間體17氯化反應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，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Dacomitinib的概念。
Dacomitinib商業(yè)化生產工藝開發(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)團隊開始設計商業(yè)化大生產工藝，以滿足預期的商業(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，導致產量難以提升。
通過對類似化合物的合成文獻調研發(fā)現(xiàn)，Dimroth重排反應是構建喹唑啉雜環(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。
圖4 吉非替尼的合成
研究人員通過在最后一步經Dimroth重排反應引入喹唑啉雜環(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重排反應在較低溫度下也可順利進行，30°C反應16小時，收率可達到80%。因此，該路線被確定為Dimroth商業(yè)化生產路線，路線中的每一步反應都得到了進一步的優(yōu)化（圖6）。
圖5 Dimroth重排反應引入喹唑啉雜環(huán)
硝基還原反應以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是腈基的還原，并立即環(huán)化生成喹唑啉副產物。該雜質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)化大生產路線
對于酰胺化反應來說，首要任務是確定中間體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 (與底物在同一反應釜內)即可參與反應。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)作為堿參與反應時，反應生成的雜質更少。因此，選擇2,6-lutidine作為堿參與反應。對于該步驟的猝滅，后處理以及結晶，研究人員也進行了重新設計。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，將反應混合物加入氫氧化鈉的堿性水溶液中。而后，產品在乙腈和甲苯的混合溶液中進行晶種冷卻結晶，提高結晶的魯棒性。猝滅與結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)模生產的可靠性，并且顯著提升了產品的純度。
經典的Dimroth重排反應通常需要在酸性溶劑中高溫回流進行。但是，起始原料25和產物1都對高溫不穩(wěn)定，因此，Dimroth重排在低溫下的反應條件是首先要探索的問題。經過優(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，反應溫度為30oC。另外，猝滅反應后，終產物過濾速度過慢也是需要解決的問題。特別是大生產后，這會侵占大量時間。為此，研究人員設計了分步淬滅乙酸并析晶的后處理流程。首先加入Me-THF稀釋反應液，滴加NaOH部分淬滅反應，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
結語
為滿足臨床和預期的商業(yè)需求，達可替尼合成工藝幾經迭代。通過改變試劑、溶劑等條件，最初實驗室內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?；诒苊庋趸€原反應與官能團化反應的思路，研發(fā)人員開發(fā)了N -芳基化反應工藝路線，但最終出于經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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