多步连续合成氨基醇

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一、背景介绍:


美国GlaxoSmithKline (GSK)公司, 2019年12月10日在OPR&D上发表了一篇论文介绍了关键中间体氨基醇(3b)的流动化学制备。

流动化学的应用,可以解决蛋白质精氨酸甲基转移酶(PRMT5)抑制剂釜式工艺中存在的制造问题。





二、难点及方案讨论:


蛋白质精氨酸甲基转移酶5(PRMT5)抑制剂可用作肿瘤学靶标。作为PRMT5合成中的重要环节,需要高产率、高效率的合成氨基醇3b。


氨基醇3b釜式合成(方案1)的缺点如下:

  • 需要在低温和长反应时间下,大量使用氢氧化铵溶液(反应时间长,溶剂量大);

  • 在过程中有不稳定和潜在危险的中间体1的生成。该中间体的结构类似于表氯醇(一种可疑的致癌物);

  • 在3b的最终处理和分离中使用不良溶剂二氯甲烷(DCM)。

方案1.3b的釜式合成


连续流技术合成氨基醇3b的几个优势:

  • 合并1到3b的两步合成,消除不稳定和有害的中间体1的分离;

  • 通过强化传质,减少氢氧化铵反应的用量,同时还缩短了反应时间;

  • 将两个阶段伸缩为一个阶段,消除了分离步骤,减少了杂质的生成。

  • 此外,减低反应中NH4OH的用量,可以减少3a外消旋(即减少6的生成)。






三、传统工艺反应杂质分析及解决方案


方案2.从1到1-2阶段形成的杂质(红色)


因使用(R)-ECH,分子内环化导致非等量氮杂环丁烷的1:1混合物产生。氢氧化铵可与该混合物反应形成6或3a,导致对映体纯度的损失。

方案3.建议的方案1-2阶段


在流动方案3中在Stage1A,由THIQ和(R)-ECH形成1,然后在Stage1B中通过添加外源碱将其快速转化为2。再将2与NH4OH进行氨解,将得到3a。


在流动合成中,通过仔细控制反应条件,可以最大程度地减少在Stage1和2中形成的不希望的双取代产物4和5。


四、实验部分:


1. 化合物2的合成 


化合物2的合成分为二步,stage1A是一个均相反应,Stage1B与碱的反应是非均相反应。作者在具有不同混合模式的流动反应器中研究了这两步反应,以更清楚地了解传质对反应的影响。

表1. 管式反应器Stage1B连续流反应结果


作者在Stage1A中,采用了在线红外(Flow IR)跟踪氯代醇中间体1的形成,从而能够进行实时稳态测定。


表1中的结果表明了混合、停留时间和温度的相互作用,结果显示传质对Stage1B有着显著的影响。


作者用康宁低流量(LF)反应器检查了1B的混合效率(表2)对反应的影响。康宁LF反应器,每块板均由心形通道组成。反应结果显示,即使在相对较低的流速下,可得到非常好的反应结果。

表2 康宁LFR Stage1B实验结果

 

图2 显示了在40和60°C下,康宁低流量反应器中1B的转化率与停留时间的关系。

图2. 在40和60°C下,康宁LFR中Stager1B的转化率与停留时间的关系


在60°C,停留时间2.5分钟,化合物2的转化率可达100%。


2. 关键中间体氨基醇3a的合成 


在化合物3a的合成中,将1B生成的不稳定化合物2和NH4OH水溶液引入设置为所需温度的Stage2反应器,系统压力稳定在6-7 bar。

表3. 离线HPLC监测的Stage2实验结果


结果显示:在90°C和3-4分钟的停留时间(条件8和9),转化率可达90%。


在相同温度下,Stage2连续流反应比釜式反应快,这是因为连续流反应器中的传传质和换热效果好。


3. 扩展实验


作者进行了几次扩展实验。在扩展的运行中,作者将康宁反应器用于stage1B及Stage2中进行长时间运行来验证过程的稳定性,以便于放大生产。康宁反应器从实验室研发到工业化生产可以做到无缝放大。

图4. 生产50克3b的最终优化工艺


通过对两步反应的扩展运行,整个过程显示出相当好的稳定性和可重复性。整个流程运行了大约8-9小时,长时间的运行均未观察到积垢或过压。




实验总结

输入

  • 作者成功开发了一种简单有效的合成流程,可以达到60-65%的收率,大于99%的HPLC纯度和大于 99%的e.e.;

  • Flow IR已在阶段1A中成功实现为在线PAT,以跟踪氯代醇中间体1的形成,从而能够进行实时稳态测定;

  • 连续流反应应对不稳定中间体具有非常好的效果,可以减少副产物的发生;

  • 康宁反应器技术的心形结构具有极好的传质和换热性能,Stage1-2的化学反应时间得到了显着改善;

  • 康宁低流量反应器可以无缝放大生产;

  • 阶段1和2的釜式时间总计为78小时;而采用连续流,停留时间为20-33分钟,大大缩短生产周期。


参考文献:

2019.12.10. OPR&D, DOI: 10.1021 /acs.oprd. 9b00478


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