双重拮抗剂AB928实用制备法

引言

酶CD39 (ATP→AMP)和CD73 (AMP→腺苷)依次水解ATP,形成含高水平细胞外腺苷的肿瘤微环境。通过升高细胞外腺苷水平,激活腺苷A2a和A2b受体,导致NK细胞、T细胞和骨髓细胞(如巨噬细胞和树突状细胞)的活化或增殖受损,从而导致免疫抑制。
为了克服肿瘤微环境中的免疫抑制,Sharif等人设计了化合物AB928,这是一种有效的A2a和A2b受体的选择性双重拮抗剂。
作者为该化合物开发了应用于临床前和早期临床的一代合成工艺,随后又开发了更优的二代制备工艺。
该成果以Full Paper形式发表在OPRD上,
原文详见DIO:10.1021/acs.oprd.0c00124
1
 药物合成路线
为了进行构效关系研究(SAR)、体外(in vivo)和活体(in vitro)试验,作者开发双重拮抗剂的早期合成路线:
底物2和频哪醇硼酸酯3首先发生Suzuki偶联,收率49%制备得到关键中间体4,随后和三甲基硅基乙炔在钯和铜催化下进行Sonogashira偶联,紧接着通过四丁基氟化胺处理,脱去TMS基团,两步收率65%获得端炔6片段。另外,以羟甲基吡啶甲酸甲酯7为底物,依次和甲基溴化镁进行Grignard反应、叠氮化,以两步总收率52%转化为关键叠氮吡啶醇片段9。叠氮9和炔6通过铜催化点击化学方法构建三氮唑,该步骤收率为90%,完成目标化合物AB928的合成。
该化合物的合成路线,设计为汇聚式合成,这一点在有机合成上是非常值得提倡的,一方面有利于提高合成效率,另外一方面还能够进行化合物多样性合成,还可以有效缩短合成时间、降低成本等。
然而,早期合成路线,通常不太考虑成本、收率等问题,通常对于时间的把控、目标化合物数量要求较多。
对于AB928而言,上述一代合成路线存在的缺点有:
1)多步反应收率不理想,需要经过柱色谱纯化
2)硼酸酯3的成本较高
3)Suzuki偶联收率低,纯化困难
4)化合物4制备炔烃5反应,重现性较差
5)使用含氟试剂脱去TMS,具有腐蚀性
6)叠氮化合物9,在大规模制备和纯化过程,存在较大安全隐患

因此,为了解决上述问题,作者进一步开发了第二代制备路线

2
炔烃片段的优化研究

鉴于硼酸酯3成本较高,作者首先着手解决该化合物的成本问题。

他们选择市售较为便宜的3-溴-2-甲基苯甲酸为起始物料:

选择3-溴-2-甲基苯甲酸为起始物料的考虑主要有两点:该化合物与目标频哪醇硼酸酯3具有相同的氧化态,这有利于尽可能地减少官能化操作;其次,结构上的一致性也有利于转化。

苯甲酸10经氯化亚砜处理为相应的酰氯后,在乙腈中与氨水反应,即可高效地转化为相应的苯甲酰胺11,两步产率达到85%;随后,再次经过氯化亚砜在室温条件下进行处理,转化为氰基化合物12;最后,使用钯催化与联硼酸频那醇酯发生偶联(Miyaura硼化反应),即可制备得到相应的硼酸酯3。从起始物10计算,制备硼酸酯3的总收率为57%。

虽然总收率仅为中等,但是这四个步骤都不需要经过柱色谱纯化,后处理操作简便,使得工艺具有生产价值。最终,该工艺条件应用于几千公斤级别的硼酸酯3的生产。

解决了硼酸酯3的成本问题后。接下来,作者继续研究Suzuki偶联和Sonogashira偶联反应:

继续研究发现,Suzuki偶联反应产率低的原因在于:硼酸酯3于底物2进行偶联制备期望化合物4后,进一步于4发生偶联,得到双重偶联副产物13。这导致期望产物产率降低,反应中原料2剩余,后处理困难。

为了降低副产物13的生成,作者尝试了低浓度或缓慢滴加硼酸酯3,收效甚微。进一步,筛选了溶剂、催化剂、碱以及不同的反应温度,都没有获得较好的解决方案。

最后,在该反应终点,加入二甲基乙二胺,反应中过量的底物2,由于其亲电性更好,与二甲基乙二胺形成加合物,只需通过酸性水洗,即可除去。反应中剩下的产物4和副产物13,尝试重结晶纯化,效果不佳。由于这两个化合物极性差别较大,很容易通过色谱柱纯化,获得高纯度的期望化合物4

经过该优化,Suzuki偶联反应收率稳定在28%,化合物4纯度大于98%。

(小编认为,28%收率还是需要想办法解决的。根据作者所述,通过反应条件优化提高可能性不大。因此,解决的办法主要是寻找可代替2的化合物。)

随后,研究Sonogashira偶联反应。

由于早期研发阶段,Sonogashira偶联反应重现性差,TMS保护的炔烃稳定性差,并且随后需要使用具有腐蚀性的含氟试剂脱TMS。作者将TMS乙炔更换为TIPS乙炔。Sonogashira反应表现优秀,在温和的条件下,完成转化,经过MTBE和正庚烷重结晶后,收率为93%,纯度大于99%。

进一步探索TIPS基团的脱去,发现:四丁基氟化胺同样可以用于该基团的脱去,但是分离收率70%,并且随着脱保护时间的延长,产物进一步发生自身偶联,得到非期望的烯炔化合物。随后,尝试加入添加剂,当加入乙酸时,反应在两个小时内完成,并且没有烯炔副产物,脱TIPS的炔烃分离收率为75%;使用水为添加剂,TBAF用量下降至0.2当量,反应只需30分钟,收率提高至78%。

但是,为了避免使用具有腐蚀性的含氟试剂,作者进一步筛选反应条件。结果发现,四丁基羟铵(nBu4NOH)为优选的试剂,在0.2当量无添加剂条件下,反应30分钟即可获得70%目标化合物,在添加磷酸氢钾(K2HPO4)后,分离收率提高至96%,并且反应很干净。

3

叠氮片段优化制备

完成炔烃关键片段6的合成优化后,作者进一步探索叠氮化合物9的优化:
同样的,依然以羟甲基吡啶甲酸甲酯7为原料,在相同的Grignard反应条件下制备相应的叔醇(甲基溴化镁滴加至7,产物比例为8:16 = ~2.3:1;控制反应在低温条件进行,选择性提高至7:1),反应生成的酮16副产物通过亚硫酸氢钠处理形成水溶性化合物,经过水洗除去,期望叔醇8收率为69%。
接下来,在四氢呋喃中,使用DPPA和DBU处理醇8,原位生成所需的叠氮醇9,接着于先前制备好的炔6发生CuAAC反应,即可高效制备目标化合物AB928
4

第二代制备路线

综上,作者经过优化后,开发了第二代制备AB928的生产路线:

虽然优化后,Suzuki反应得到了改善,并且Sonogashira反应的重现性也得到了解决。但是,Suzuki反应仍然存在选择性差等缺陷。为此,作者设计开发了新的构建嘧啶环的方法:通过胍和β-酮酸酯构建。

因此,选取市售便宜的2-甲基-3-溴苯胺17出发,经过重氮化、氰基转化,得到腈8;随后经过异丙基氯化镁处理为相应的格氏试剂,再和二氧化碳反应,得到苯甲酸衍生物9;最后,使用草酰氯转化为相应的酰氯后,在三乙胺存在下,与KO2CCH2CO2Et转化为所需β-酮酸酯20,三步反应总收率约49%。

β-酮酸酯20与胍碳酸盐在三氟乙醇中回流,制备得到75%的嘧啶衍生物21;接着使用三氯氧磷处理,转化为关键化合物4,收率89%。

后续,采用之前优化方法,与TIPS乙炔进行Sonogashira偶联、nBu4NOH和亚磷酸氢钾处理脱去TIPS基团,高效转化为炔6

最后,再和优化后,原位制备的叠氮9进行Click反应,完成目标化合物AB928的制备。

第二代生产路线,关键炔烃片段6的合成收率为29%,目标化合物AB928总收率为15%。

评述

一代生产路线完成了目标化合物的制备,已经在临床前和早期临床阶段取得了所需研究成果

随着临床研究的需求,更好的生产工艺路线成为急需解决的问题。因此,推动了第二代生产路线的开发。

对于原研路线的优化,仍然无法解决一些根本的问题,因此,作者另辟蹊径,设计并完成了骨架嘧啶环的构建新方法,应用于后期生产路线中,取得了满意的结果。

该研究启发我们,改进无法提升时候,也许不是方法错了,而是路线本身存在问题,那么改变就是最大的改进。

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