ERK抑制剂GDC-9004的一种实用合成方法的开发外文翻译资料

 2022-07-06 06:07

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1.概述

ERK抑制剂GDC-9004的一种实用合成方法的开发

Xin Linghu,*,dagger; Nicholas Wong,dagger; Hans Iding,Dagger; Vera Jost,Dagger; Haiming Zhang,dagger; Stefan G. Koenig,dagger; C. Gregory Sowell,dagger; and Francis Gosselin,dagger;

dagger;Small Molecule Process Chemistry, Genentech, Inc., 1 DNA Way, South San Francisco, California 94080, United States Dagger;Process Research, F. Hoffmann-La Roche AG, Grenzacherstrasse 124, CH-4070 Basel, Switzerland

摘要：本文报道了以千克级规模制造ERK抑制剂GDC-0994的合成途径的工艺流程开发。原料药由经过7步被制成相应的苯磺酸盐，总收率为41%。该合成路线具有生物催化不对称酮还原，区域选择性吡啶酮SN2反应，以及安全和可扩展的钨酸盐催化的硫化物氧化等反应过程。最终过程涉及SNAr缩合 /脱甲硅烷基化/苯磺酸盐形成。原料药可在结晶过程除去生产过程中产生的杂质，获得gt; 99.5A％的HPLC和gt; 99％ee的目标分子。

细胞外信号调节激酶（ERK1和ERK2）代表了Ras-Raf-MEK-ERK信号级联反应中的一个重要节点，控制许多基本的细胞过程，包括细胞存活，增殖，活动和分化。 一旦激活，ERK1 / 2激酶磷酸化参与细胞骨架变化和转录激活的几个下游目标。此外，已经在许多人类肿瘤中发现了涉及通过ERK1 / 2的途径重新激活的上游基因（Ras和BRAF）的突变。这些观察结果促进了几种靶向ERK1 / 2激酶的小分子抑制剂的开发。GDC-0994（图1）被发现是ERK1 / 2激酶的一种有效，选择性和有效的抑制剂。我们在此描述了一种有效的千克级不对称合成GDC-0994以支持临床前和临床研究。

2. 合成方法的研究

GDC-0994游离碱初次发现的合成方法概述于方案1中。该路线包含7个合成步骤，并且靶分子的总为产率12％。手性二醇2通过锇催化的苯乙烯（1）的不对称Sharpless二羟基化生成。在作为TBS-醚的选择性单保护和二醇（2）的甲磺酰化之后，吡啶酮（5）而第二个甲磺酸盐（4）能够产生硫化物（6）.通过用m-CPBA氧化（6）获得砜（7）。最后，GDC-0994游离碱（10）通过砜（7）与市售氨基吡唑（8）的SNAr取代反应合成，然后脱甲硅烷基化而合成。虽然这种方法能够生产数百克的GDC-0994游离碱用于临床前研究，但在几个步骤中化学反应产率低，选择性也不高。另外，由于反应过程相当复杂，因此需要繁琐的纯化程序，如蒸馏和闪蒸色谱法。围绕过程效率，反应安全性和稳定性问题围绕在千克规模上使用化学物质而展开。

高效的手性二醇的不对称合成方法。在原始路线中，通过Sharpless不对称二羟基化从苯乙烯（1）合成手性二醇（2）。手性二醇以94％ee获得，这是早期研究可接受的结果，但不符合我们的临床质量要求。尽管手性纯度在下游化学过程和分离中不能进一步纯化，但外消旋GDC-0994游离碱的选择性结晶允许期望的（S） - 对映体在母液中达到98.9％ee（方案2）。尽管此过程可以将手性纯度提高到可接受的水平，但所需产物的固有质量损失使其效率降低。除了光学纯度问题之外，这一路线包括繁琐的纯化过程，这被认为不是最佳的路线。因此该过程最好从过程中去除。

Ketoreductase（KRED）介导的生物转化已被证明特别有用，并且通常是手性醇合成的优选方法。为了规避二羟基反应的局限性，我们设想生物催化还原alpha;-羟基酮（11）将提供有效的关键二醇中间体2（方案3）

方案3.通过酶促酮缩合合成手性二醇

方案1.发现GDC-0994游离碱的合成路线

方案2.通过API外消旋体的选择性结晶手性纯化GDC-0994游离碱

基于我们之前在类似底物上进行生物催化的经验，我们启动了alpha;-酮羟基酮11不对称还原的重点筛选。使用两种不同的辅因子回收系统筛选活性（R） - 对映选择性KRED。一个使用2-丙醇（表1），而另一个使用D-葡萄糖（表2）作为末端还原剂。两种试剂都适合使用辅因子NADH和NADPH。在后一种情况下，需要辅酶，葡萄糖脱氢酶（GDH）辅因子再生。虽然单酶系统导致低转化率或形成不需要的（S） - 对映体（表1），但是将具有D-葡萄糖/ GDH回收系统的KRED NADH-112确定为高效催化剂，产生期望的二醇2具有gt; 99％ee和100％转化（表2，条目5）。筛选结果首先在5％（w / v）的浓度下进行克分级确认，其中反应在环境温度下在3天内完成，产生98％的分离产率2和gt; 99.9％ee。反应条件的进一步优化允许

表1.用2-丙醇作为还原剂还原酶酮

底物浓度增加至10％（w / v）。将反应温度升高至30℃以将转化时间缩短至小于24小时。

甲磺酸盐形成。 开发了两步一锅法合成甲磺酸酯4（方案4）。 用TBS组对伯醇进行选择性保护的过程平稳进行，最少形成过保护的副产物。 我们最初使用催化剂Et3N
DMAP的量作为两个步骤的基础。 该反应在二氯甲烷中以7％（w / v）的浓度是非均相的并且在20℃下超过12小时完成。 用

表2.用D-葡萄糖作为还原剂的酶促酮的还原

筛选条件a： 11 (0.1 mu;mol), 2 mM MgCl2, 0.1M磷酸钾缓冲溶液, pH 7.2; 0.25M D-葡萄糖; GDH-105 s/e = 100和NAD 或 NADP s/c = 100; 酶类 s/e = 5; 室温.

方案4：一锅法合成甲磺酸酯4

Huuml;nig#39;s碱替代Et3N使得在相同温度下2小时内反应完成并且在20％（w / v）浓度下保持均相。 然后将甲磺酰氯引入反应混合物中，得到gt; 98A％HPLC纯度的4。 由于4的不稳定性，经过处理后，粗制溶液不需要进一步纯化即可进入下一步。

SN2取代 在获得甲磺酸酯4后，我们将注意力转向与吡啶酮5反应的SN2反应（方案5）。在最初的方法中，反应产生的N-烷基化加合物6的产率适中，50-60％产率以及gt; 20％的非目标O-烷基化副产物12。一系列反应条件将被测评以改善烷基化反应的区域选择性。弱有机物（TMG，DABCO，2,6-二甲基吡啶和DMAP）和无机碱（碱金属氟化物，碳酸盐和磷酸盐）在24小时内导致lt;60％转化为6。 在一些情况下（DBU和PPh3 / DIAD），反应进行到完成，但有利于不需要的O-烷基化副产物12.尽管一些强碱（金属氢化物和碱金属叔丁醇）有一些混乱的反应过程，金属六甲基二硅氮烷（MHMDS ）变体通常导致更清洁的反应并有利于形成期望的N-烷基化产物6。然后研究抗衡离子对

方案5.甲磺酸酯4和吡啶酮5的SN2反应

SN2反应的区域选择性的影响（表3）。 通过比较锂，钠和钾，似乎随着抗衡离子的

表3.反区域对区域选择性的影响

a反应条件：1.0当量的4（5mmol），1.1当量的5（5.5mmol），1.1当量的MHMDS的THF溶液，80℃8小时。 通过HPLC分析监测转化和选择性。 通过混合1:1比例的CsOH溶液和5，随后用CH 3 CN沉淀来制备5的cCs盐。

增加，选择性得到改善。 然而，吡啶酮5的铯盐偏离了这一趋势并且给出了低选择性。

表4.溶剂对转化率和区域选择性的影响

反应条件：1.0当量4（5mmol），1.1当量5（5mmol），1.1当量KHMDS的THF溶液; 在指定的温度下18小时。 通过HPLC分析监测转化率和选择性。

溶剂在SN2反应的区域选择性中也起关键作用（表4）。尽管极性溶剂可使反应在几小时内完成，但两种烷基化途径之间没有区别，导致两种区域异构体的1：1混合物（条目1-3）。另一方面，非极性溶剂通常能够以合理的选择性进行反应（条目4-6）。然而，由于4的低溶解度，获得了稠浆料并使搅拌具有挑战性。添加5-10％的NMP作为助溶剂有助于缓解混合问题。我们观察到反应在THF / NMP或甲苯/ NMP中以〜90％的转化率停滞并且需要延长的反应时间以实现完全转化。在含有5％NMP的1,4-二恶烷中反应得到非常稀的浆液。结果，在18小时内获得了完全转化，并且具有可接受的N对O选择性水平（条目7）。幸运的是，在从正庚烷中结晶出6之后，将O-烷基化的区域异构体12清除至低于0.5A％的HPLC。在所有这些反应条件下，在取代反应期间观察到苄型手性中心的立体化学构型的完全转化，并且基于粗制反应混合物的HPLC分析，没有检测到对映体过量的侵蚀。

表6.通过m-CPBA氧化合成砜

表5.溶剂对硫酸氧化的影响

反应条件：在10mL / g溶剂中的1.0当量6（5mmol），2.2当量30wt％H 2 O 2，1mol％Na 2 WO 4。

砜通过氧化合成。硫化物转化成砜首先用在二氯甲烷中的3-氯过苯甲酸（m-CPBA）完成（方案6）。以80-85％的收率分离砜7作为纯结晶固体。然后放大这些反应条件以产生最初的几批7.虽然反应收率一直很高，但是观察到嘧啶N-氧化物杂质13（〜1A HPLC），并在最终导致了相应的N-氧化物杂质API（〜0.5A％HPLC）.24不幸的是，在最终的盐形成和重结晶步骤中没有清除API N-氧化物。在氧化步骤后，通过在THF /正庚烷中结晶化7，试图排除13，但清除效率证明是相当低的（不到1倍）。结果，需要四次重结晶将13的水平从0.8％降低到0.15％以下。除了杂质问题之外，由于低原子经济性和苯甲酸副产物的形成以及使用不合需要的二氯甲烷作为反应溶剂，m-CPBA反应被认为是环境不利的过程。作为m-CPBA的一种替代物，过氧化氢水已被文献证明是廉价的绿色氧化剂之一[25]。通过钼酸盐或钨酸盐催化硫化氢与过氧化氢水溶液的氧化合成已得到充分证明[26-28]。然

表6.最小化脱硅烷基化和水解杂质的基础添加剂a

a反应条件：在10mL / g的n-PrOH/H2O（50:1）中，1.0当量的6（5mmol），2.2当量的30wt％H2O2，1mol％Na2WO4。

后，我们很快评估了Na2WO4催化氧化硫化氢6和30％过氧化氢在各种溶剂中的氧化效率（表5）。发现EtOH（条目1）在7小时后不完全转化。反应物不完全溶于该溶剂

图2.在H2O2中硫化物氧化中观察到的杂质

体系，导致不均匀反应。加入10％（v / v）水后，所有试剂均可溶解，并且3小时后观察到完全转化（条目2）。极性非质子溶剂NMP和DMF（条目3和条目4）被发现具有更大的溶解度，但显着降低了反应速率，导致长时间的反应不完全。发现THF水溶液或乙腈水溶液（条目5和6）具有优异的试剂和产物溶解度，导致90-98％的转化率。含2％（v / v）水的n-PrOH（条目7）被确定为最佳，允许2 h内gt; 99％转化。

由于H2O2的酸性，在高达3.2A％HPLC的反应时间内2小时内观察到脱甲基砜副产物15（表6，条目1）。压力测试表明，在反应条件下18小时后获得几乎完全脱硅烷化（条目2）。进行基础筛选以抑制15的形成（图2）。虽然其他碱基的低效率可以降至最低15或形成更多的水解杂质16（条目3-5），但我们发现2,6-二甲基吡啶（条目6）可有效降低脱甲硅基作用而不会显着提高16水平。

众所周知，与钨酸盐催化氧化过氧化氢有关的潜在过程危害。这种转变易受H2O2的放热分解的影响，导致氧气的失控反应和潜在的进化。钨酸盐-过氧化氢氧化体系的反应安全性已在最近的一些出版物中有所描述[30,31]。在确定了最佳反应条件后，我们将重点放在反应安全性和可扩展性上，解决氧化反应中热量和过氧化物积累的潜在问题。

测试两种反应条件。 当将H2O2在40℃加入反应混合物2小时时，在加入结束时观察到硫化物6的45％转化率，形成砜7和亚砜中间体14的混合物。该结果表明高水平的 随着反应在额外的4-5小时内完成，反应过程中过氧化物积累。进行反应量热法测量反应量热计（RC1）

中的反应焓，显示充电后显着的热积累（表7）。这转化为12.7℃的高绝热温升。相反，当H2O2在80℃加入到反应混合物中，添加时间相同时，硫化物转化为砜的转化率gt; 95％。由于反应速度较快，反应中积累的H2O2最少，后加焓显着降低。

表7.热量和H2O2积累的温度效应

在安全的操作程序下，氧化成功地得到证实，并且在

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