【GSK新案例】-多步连续合成氨基醇

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）YZ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）YZ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、GX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Z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Zda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。

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Z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

       •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