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高能溴乙炔放大(路线,工艺优化)

 啊鲁通 2019-02-06

化合物1aLpxC(胞质锌金属酶)抑制剂的合成子,是Idorsia医药公司的抗感染药研发项目。

 

 

早期合成路线:

该路线有一些缺点:

1. 第二步Ohira-Bestmann试剂价格昂贵, 有一定的安全风险

2. 氰化银对光敏感

3. 两步使用到了过柱纯化

 

后来公斤级使用了新路线:

新路线直接使用三甲基硅基乙炔引入炔基,再用Br2上溴,最会脱保护,直接拿到盐酸盐产物。大部分炔基溴热力学不稳定,并且对碰撞比较敏感。通过DSC扫描,对路线中间体进行了测试。1a的盐酸盐降解温度为82-106°C降解释放能量为:1197-1789 J/g(+)-樟脑磺酸盐降解温度为:182°C,降解释放能量为:876 J/g樟脑磺酸盐比盐酸盐稳定的多。

第一次公斤级生产,产物盐酸盐纯度较低(核磁纯度:85-90%),并且产物为棕色,将对后期步骤造成一定影响。

除了对盐型进行更改,还做了一些优化:

1.  异丙基氯化镁替换掉乙基溴化镁, 温度从50°C降低至25°C DMF代替NMP, 使用柠檬酸三胺/环己烷替换 1MHCl/EtOAc进行淬灭

2. 催化量的NaOMe代替当量的K2CO3 45°C代替室温

3. NaOCl+NaBr代替NaOH+Br2 0.2eq NaOH代替7eq KOH,起始原料溶解在环己烷代替无溶剂反应

4. 樟脑磺酸代替盐酸, 70°C代替室温, 直接溶剂置换乙腈进行结晶


其中

第一步: iPrMgCl代替乙基溴化镁,炔基氯化镁比对应的炔基溴化镁溶解性大得多,没必要对温度进行过多控制溶剂DMF相对NMP10%的收率提高。

第二步:使用NaOMe脱硅,反应结束,有必要移除掉所有MeOH, 否则它对下一步溴化影响很大。可能甲醇与次溴酸盐反应,生成MeOBr可能没有足够活性或者很快降解。经过两次水洗,可以将MeOH含量降低到< 0.1% a/a GC

第三步:由NaBrNaClO生成的溴化试剂NaOBr,相比于液溴,更加安全。

第四步:由于樟脑磺酸活性不如HCl,所以需要升温脱Boc,反应结束,通过溶剂置换成MeCN进行结晶。并且最终产品性状相比于原来盐酸盐,有了明显提高。

 

根据溶解度数据,结晶溶剂可以是苯甲醚,iPrOAcMeCN乙腈最优,是因为乙腈和环己烷可以形成较低温度的共沸混合物(MeCN:cHex 60:4062°C)。边反应,边蒸出溶剂。(环己烷沸点:80.7°C乙腈沸点:81-82°C),然后加入晶种诱导结晶。

 

四步反应连投,收率77%,没有分离任何中间体,产品96% NMR纯度。

最终性状比较:


总结:

1. 研发,包括合成路线研发和工艺研发,不合适的路线和工艺,都应该被改进,这样生产起来才会流畅。无非就是几个角度:安全,成本,环保,产能等方面,从这几个角度去不断分析,你就会知道路线和工艺的缺点在哪里?文中路线把一些不安全,昂贵的试剂改掉了,把一些麻烦的后处理(比如过柱)改成简单操作了,产物也从盐酸盐换成了樟脑磺酸盐

2. 研发就一个字:改。  改路线,改溶剂,改后处理,改盐型,不合适的就换,换到合适为止。对反应的敬畏,足够多的反应数,足够的思考,三管齐下,相信问题都会解决,最终都能改成合适的路线和工艺。

3. 引用伯爵的话:

  做工艺研发的,都要朝这个方面去努力,严格要求自己,尽量让自己的工艺更加的流畅,更加经济,更加简单。

4.溶剂是合成中最重要的一环,包括路线溶剂和工艺溶剂,文中第一步经过溶剂筛选,DMF相对NMP10%收率提高。很多时候,不要把相似溶剂混为一谈,觉得结构类似,效果也差不多。多个甲基都会造成非常大的差距,比如MeOH相对其他醇的特殊性,2-MeTHF相对THF的特殊,要认识到溶剂的特殊性问题,经常总结一些溶剂的巨大差异。还有第二步,第三步使用环己烷做溶剂。萃取的溶剂选择其实是非常有讲究的,涉及到方方面面,包括水溶性考虑,萃取效率考虑,浓缩难易考虑,是否能带水考虑。文中化合物极性比较小,如果使用小极性溶剂,可以在洗涤的时候,最大限度地除去杂质,或者少引入杂质。有些化合物,用EtOAc和用DCM去萃取,萃取效率有5-10倍差别,在考虑成本的情况下,也要考虑效率。最终的选择是基于一种综合性考量,从单一角度出发,比如只是为了使用便宜的溶剂,但是其实浪费了很多时间去研发,并且操作并不流畅,那样其实综合考虑起来,并没有多大优势。无论是路线还是工艺,在溶剂这个环节上,都是非常值得推敲的,经常问问自己为什么要用这种溶剂?基于哪些角度我选择了它?

5. 统一溶剂思路:  做到溶剂的大一统,是非常关键的一个工艺思路。好好思考一个问题:我能不能把几步溶剂都换一换,搞成相同的溶剂? 如果你几步反应都是用同样的溶剂,那么你就可以连投,提高收率,最终再通过一个质量控制,把产物质量提高起来。如果是反应溶剂和后处理溶剂统一,那么反应结束,可能直接加入反相溶剂或者加入酸成盐,这样下来,工艺就会简单化,流畅。

6. 文中NaClO+NaBr替换Br2作为溴化试剂,这个要学一学,Br2多麻烦呀,学了,尽量在以后有机会的时候用上一把

7. 盐型更换:一般我们考虑换盐,很多时候都是基于除杂效果,这里学习了另一个角度:盐型可以降低风险,盐酸盐比樟脑磺酸危险多了,并且性状差多了。多去试一试,做了,提供数据,进行对比,就会有改进。一扇门关闭,一定有另一扇门打开。从除杂角度去考虑,多试试几种盐,有时候成A盐很难除去的杂质,可能成B盐一下子就除去了,这个就要靠发散思维,多去尝试了。

8. 当量的东西尽量改成催化量的。文中脱硅,从当量的K2CO3换成催化量的NaOMe

9. 多看:只有多看看别人的案例,才能学到自己没见过的,这个需要不断地积累(Fe催化乙炔基的引入,炔基上溴,环丙烷结构合成)


原始文献:OPRD DOI: 10.1021/acs.oprd.8b00223


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