TYK2抑制劑BMS986202的合成工藝

張倩倩, 李銘東, 黨詩涵,, 李 春,,, 李庶心, 胡文祥,4*, 閔 清*

(1. 湖北科技學院 藥學院,湖北 咸寧 437100; 2. 江西中醫藥大學 藥學院,江西 南昌 330000; 3. 蘇州隆博泰藥業有限公司,江蘇 蘇州 215000; 4. 北京神劍天軍醫學科學研究院 京東祥鵠微波化學聯合實驗室,北京 101601)

Deucravacitinib(BMS986165)是全球首款上市的口服選擇性酪氨酸激酶2(TYK2)變構抑制劑,也是首款原創性氘代新藥。BMS986165由百時美施貴寶(BMS)公司研發,化學結構見圖1,并于2022年9月9日被美國食品和藥物管理局批準用于適合全身治療或光療的中重度斑塊型銀屑病成人患者[1]。 TYK2也是JAK家族,包括JAK1, JAK2, JAK3和TYK2中的一員。JAK抑制劑在炎癥和癌癥等治療領域取得了很大成功,但它們在臨床應用中容易引起嚴重感染、惡性腫瘤和血栓等嚴重副作用[2-4]。由于調控的細胞信號通路不同,相比于副作用嚴重的JAK抑制劑,高選擇性的TYK2在治療多種自身免疫性疾病,例如斑塊型銀屑病[5]、銀屑病關節炎[6]、系統性紅斑狼瘡[7]、炎性腸病[8]、類風濕性關節炎[9]和斑禿[10]等的同時,避免了泛抑制帶來的副作用[11]。 BMS986165選擇性結合TYK2假激酶(JH2)結構域,并通過穩定調節JH2結構域來阻斷受體介導的TYK2激活,從而抑制白細胞介素IL-23、 IL-12和干擾素IFN的信號傳導[12]。 BMS986165選擇性與TYK2的調控域結合,實現對TYK2及其下游信號的變構抑制,相對其他JAK亞型具有較高的選擇性,在建議的治療劑量下,不會抑制JAK1, JAK2和JAK3的活性[13]。

圖1 BMS986165的結構

BMS986202(圖2)是百時美施貴寶公司基于BMS986165發現的一種新的臨床候選藥物。研究人員基于結構優化,將BMS986165骨架中的噠嗪優化為吡啶,再對苯環取代基雜環的對位進行取代,以占據朝向Thr599殘基的疏水空腔,由此發現了BMS986202。 BMS986202具有較好的活性、水溶性和滲透性。經過進一步的藥代性質評價,研究人員發現其具有較優秀的藥動學性質,口服生物利用度極好。同時,研究人員通過IL-12/IL-18誘導小鼠干擾素產生的體內模型、IL-23誘導的皮膚炎癥模型和結腸炎模型,系統評價了化合物BMS986202的體內活性,發現其均表現出顯著的體內活性[14]。目前,BMS986202正處于Ⅱ期臨床試驗,具有良好的開發和應用前景。

圖2 BMS986202的結構

目前,專利[15]報道的BMS986202合成方法主要是以2-溴-6-硝基苯酚為起始原料,經取代、還原、偶聯和芳基化,最后再與環丙甲酰胺進行酰胺化反應制得。步驟較少,收率較高,但在中間體的純化上,需要通過柱層析來完成,存在反應周期長,負載量低,時間成本增加的問題,不適合工業化生產。

本研究參考原研路線(圖3),對BMS986202的合成工藝進行了優化,產品結構經1H NMR分析表征。制備中間體2時,原研專利[15]所用溶劑為乙醇和水,反應溫度為室溫,通過柱色譜純化,收率為85%。本研究以甲醇作為溶劑,控制反應溫度約20 ℃,反應達到完全且雜質少,無需純化可直接用于后續反應,避免了原研專利通過快速柱色譜純化產物,大幅度地簡化了操作,最終收率為81%。制備中間體4時,原研專利[15]的合成路線以6-溴-2-硝基苯酚為起始原料,經取代、還原和偶聯3步反應制得(圖4),收率為60%。然而3步反應步驟繁瑣,中間體均需要通過柱層析進行純化,存在操作復雜、耗時長和成本增加的問題,不適合放大生產。因此,本研究直接將1-溴-2-甲氧基-3-硝基苯作為原料,既簡化了步驟,又節省了時間和成本。起初,以1-溴-2-甲氧基-3-硝基苯為原料,想先通過偶聯反應再還原制得中間體4(圖5)。然而,在實驗過程中,本研究發現大約有75%的原料未反應完全,收率很低。因此,最終選擇先還原再偶聯的方法,最后收率為72%。在制備中間體6時,原研專利[15]采用的鈀試劑為[1,1′-二(二叔丁基膦)二茂鐵]合二氯鈀(II),堿為磷酸氫二鉀,反應溫度為100 ℃,收率較低,為75%。隨后,本實驗將鈀試劑改為1,1′-雙二苯基膦二茂鐵二氯化鈀,堿改為碳酸鈉,反應溫度降至75 ℃,體系干凈,雜質少,后處理簡單,收率得到提高,為81%。制備中間體7時,將氯代試劑改為氯化亞砜,堿改為三乙胺,反應時間縮短,純度提高,后處理簡單,收率由原研專利[15]的74%提高到81%。而重復專利[15]制得中間體7,反應時間長,雜質多,需要通過柱層析進行純化,操作復雜且繁瑣。制備中間體8時,本研究使用四氫呋喃為反應溶劑,沸點低,避免專利[15]中處理N,N-二甲基乙酰胺的步驟,后處理更加簡單,方便,收率由79%提高至84%。制備目標化合物BMS986202時,本研究將原研專利[15]的溶劑由二氧六環改為1,4-二氧六環和水的混合溶劑,反應溫度由130 ℃降至90 ℃,反應收率由原研專利的70%提高到85%。

圖3 BMS986202的合成路線[15]

圖4 中間體4的合成路線[15]

圖5 本文中間體4的合成路線

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

ZF-20C型暗箱式自動紫外分析儀; RY-1G型熔點儀(溫度未校正); Varian 400 Hz型核磁共振儀(CDCl3或DMSO-d6為溶劑,TMS為內標)。

化合物1,成都伊諾達博醫藥科技有限公司;化合物3,畢德醫藥有限公司;化合物5,江蘇艾康生物醫藥研發有限公司;化合物9,薩恩化學技術(上海)有限公司;甲醇、叔丁醇、1,4-二氧六環,江蘇強盛功能化學有限公司;四氫呋喃,無錫市晶科化工有限公司。所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1) 3-溴-2-甲氧基苯胺(中間體2)的合成

將原料1-溴-2-甲氧基-3-硝基苯(30.0 g, 129.3 mmol)加入甲醇溶液(80 mL)中,再加入氯化銨(45.0 g, 841.3 mmol)。將其置于冰水浴中攪拌10 min,然后緩慢加入鋅粉(67.2 g, 103.4 mmol),速度以控制體系溫度不超過20 ℃為宜,加畢,繼續冰水浴下(0 ℃)反應2 h(TLC檢測)。體系過硅藻土抽濾,濾液減壓濃縮,加入飽和碳酸鈉水溶液(150 mL),然后用乙酸乙酯(3×50 mL)萃取,合并有機相,再用飽和氯化鈉水溶液(50 mL)洗滌,經無水Na2SO4干燥,蒸除溶劑,得到粗品中間體221.2g,收率81%,直接投入下一步反應。

(2) 2-甲氨基-3-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧雜硼烷-2-基)苯胺(中間體4)的合成

將原料3-溴-2-甲氧基苯胺(21.2 g, 90.6 mmol)和聯硼酸頻那醇酯(27.6 g, 108.7 mmol)依次加入叔丁醇(80 mL)溶液中(20 ℃),電磁攪拌,然后加入2-乙基己酸鉀(49.5 g, 271.7 mmol),抽真空,N2置換,加入PdCl2(dppf)(0.7 g, 0.9 mmol),再次抽真空,N2置換3次,然后加熱,升溫至80 ℃回流反應4 h(TLC檢測)。體系過硅藻土抽濾,濾液減壓濃縮后加入冰水(150 mL),然后用乙酸乙酯(3×50mL)萃取,合并有機相,再用飽和氯化鈉水溶液(50 mL)洗滌,經無水Na2SO4干燥,蒸除溶劑,殘余物經石油醚打漿純化得中間體4,棕色固體,16.3 g, m.p.101～103 ℃,收率72%;1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ：7.14～7.11(m, 1H), 6.93(t,J=15.2 Hz, 7.6 Hz, 1H), 6.87～6.85(m, 1H), 3.83(3, 3H), 1.36(s, 12H)。

(3) 3-(5-氟嘧啶-2-基)-2-甲氧基苯胺(中間體6)的合成

將碳酸鈉(17.4 g, 163.8 mmol)加入250 mL三口燒瓶中,加水(60 mL)攪拌,然后加入原料2-甲氨基-3-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧雜硼烷-2-基)苯胺(16.3 g, 65.5 mmol)和2-溴-5-氟嘧啶(12.7 g, 72.1 mmol),再滴加1,4-二氧六環(70 mL),電磁攪拌,抽真空,N2置換,加入PdCl2(dppf)(2.7 g, 3.7 mmol),再次抽真空,N2置換3次,加熱,升溫至75 ℃反應4 h(TLC檢測)。體系過硅藻土抽濾,濾液減壓濃縮,加入冰水(150 mL),用乙酸乙酯(3×50mL)萃取,合并有機相,再用飽和氯化鈉水溶液(50 mL)洗滌,經無水Na2SO4干燥,蒸除溶劑,得中間體6,黃色油狀液體,11.6 g,收率81%,粗品,直接投入下一步反應。1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ：8.96～8.94(d,J=0.8 Hz, 2H), 7.23～7.20(m, 1H), 7.15～7.12(m, 1H), 6.95～6.90(m, 1H), 5.25(s, 2H), 3.83(s, 3H)。

(4) 4,6-二氯吡啶-氘甲基酰胺(中間體7)的合成

將原料4,6-二氯煙酸(20.0 g, 104.2 mmol)投入250 mL三口燒瓶中,然后加入氯化亞砜(50 mL),同時滴加催化劑量的N,N-二甲基甲酰胺,電磁攪拌。加熱,升溫至80 ℃回流反應。體系逐漸澄清、透明,呈淡黃色。1.5 h后(TLC檢測),將體系濃縮,旋干。將殘留物溶于二氯甲烷中,再次濃縮,旋干,以確保完全除去多余的二氯亞砜,得到化合物4,6-二氯煙酰氯,直接用于下一步反應。提前配置游離的氘代甲胺溶液:氘代甲氨鹽酸鹽(8.1 g, 114.6 mmol)加水,再加入三乙胺(11.6 g, 114.6 mmol),同時滴加二氯甲烷溶液(20 mL)。配置好后為透明混懸液,封口放入冰箱冷藏。將化合物4,6-二氯煙酰氯溶于二氯甲烷溶液(30 mL)中,然后將其置冰水浴冷卻至0 ℃,緩慢滴加配置好的氘代甲胺溶液,滴加速度以保持體系溫度不超過5 ℃為宜。滴加過程中,體系中有白色固體析出。滴加完畢,繼續冰水浴下反應2.5 h(TLC檢測)。加冰水(150 mL)將體系淬滅,用二氯甲烷(3×50 mL)萃取,合并有機相,用飽和K2CO3水溶液(50 mL)洗滌,再用飽和氯化鈉水溶液(50 mL)洗滌,經無水Na2SO4干燥,蒸除溶劑,殘余物經石油醚打漿,純化,得到中間體7,白色固體,17.5 g,收率81%, m.p.135～137 ℃;1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ：8.57(s, 1H), 8.45(s, 1H), 7.90(s, 1H)。

(5) 6-氯-4-((3-(5-氟嘧啶-2-基)-2-甲氧基苯基)氨基)-N-氘甲基煙酰胺(中間體8)的合成

將3-(5-氟嘧啶-2-基)-2-甲氧基苯胺(11.6 g, 58.2 mmol)和中間體7(12.1 g, 57.9 mmol)依次加入裝有四氫呋喃(30 mL)的250 mL三口燒瓶中,電磁攪拌;將其置于冰水浴中,待溫度降至0 ℃時,緩慢滴加LiHMDS(15 mL),滴加速度以控制體系溫度不超過20 ℃為宜,滴加完畢,撤去冰水浴,體系自然升至室溫(21 ℃)反應3 h(TLC檢測)。體系由墨綠色逐漸變成棕色。體系加冰水(5 mL)淬滅,過硅藻土抽濾,濾液減壓濃縮,蒸除體系中的四氫呋喃,然后加入冰水(150 mL),用二氯甲烷(3×50 mL)萃取,合并有機相,再用飽和氯化鈉水溶液(50 mL)洗滌,經無水Na2SO4干燥,蒸除溶劑,殘余物經打漿(二氯甲烷 ∶石油醚=5 ∶1,V∶V)純化,過濾,收集濾餅,得中間體8,白色固體,18.2 g,收率84%, m.p.193～195 ℃;1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ：10.31(s, 1H), 9.15(s,1H), 9.06～9.04(d,J=0.9 Hz, 2H), 7.95～7.90(s, 1H), 7.82～7.78(s, 1H), 7.77～7.75(m, 1H), 7.60～7.56(m, 1H), 7.46～7.41(m, 1H), 3.70(s, 3H)。

(6) 6-環丙烷甲酰胺基-4-((3-(5-氟嘧啶-2-基)-2-甲氧基苯基)氨基)-N-氘甲基煙酰胺的(BMS986202)合成

將碳酸銫(20.8 g, 63.8 mmol)投入250 mL三口燒瓶中,加水(30 mL)攪拌,然后加入原料6-氯-4-((3-(5-氟嘧啶-2-基)-2-甲氧基苯基)氨基)-N-氘甲基煙酰胺(10.0 g, 25.6 mmol),并滴加1,4-二氧六環(50 mL),抽真空,N2置換,加入Pd2(dba)3(1.2 g, 1.3 mmol)和Xantphos(1.5 g, 2.6 mmol),再次抽真空,N2置換3次,加熱,升溫至90 ℃反應4.5 h(TLC檢測)。體系過硅藻土抽濾,濾液減壓濃縮,蒸除反應溶劑后加入冰水(150 mL),用二氯甲烷(3×50 mL)萃取,合并有機相,再用飽和氯化鈉水溶液(50 mL)洗滌,經無水Na2SO4干燥,蒸除溶劑,殘余物經重結晶(二氯甲烷∶石油醚=3∶1,V∶V)純化,得產物BMS986202,白色固體,9.5 g,收率85%,純度98.8%, m.p.250～252 ℃;1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ：10.73(s, 1H), 10.56(s, 1H), 9.05(d,J=0.9 Hz, 1H), 8.57(s, 1H), 8.52 (s, 1H), 8.14～7.95(m, 1H), 7.55(dd,J=7.8 Hz, 1.5 Hz, 1H), 7.43(dd,J=7.6 Hz, 1.3 Hz, 1H), 7.34～7.20(m, 1H), 3.65 (s, 3H), 2.08～1.84(m, 1H), 0.82～0.75(m, 4H); MS(ESI)m/z：calcd for C22H18D3FN6O3{[M+H]+}439.18, found 439.5。

2 結果與討論

2.1 中間體4的合成分析

在合成中間體4時,主要考察了鈀試劑、配體、堿和溶劑對Suzuki偶聯反應的影響。結果發現,該類反應在大多數情況下,原料未能反應完全。因此本研究嘗試了Pd2(dba)3和PdCl2(dppf) 2種鈀試劑,實驗結果顯示,使用Pd2(dba)3和配體Xantphos時,體系未反應。本研究采用了無需配體參與的鈀試劑PdCl2(dppf),發現原料發生反應。同時在以PdCl2(dppf)為鈀試劑的前提下,對該反應的溶劑和堿進行了考察,最終確定了在反應溫度為80 ℃條件下,以叔丁醇為溶劑,以2-乙基己酸鉀為堿是合成中間體4的最佳條件,收率為72%(表1, Entry 5)。

表1 溶劑、堿對中間體4收率的影響

2.2 中間體6的合成分析

類似中間體4,中間體6的合成過程同樣考察了鈀試劑、配體、堿、溶劑和溫度對Suzuki偶聯反應的影響。

(1) 堿對Suzuki偶聯反應的影響

從Suzuki偶聯反應的機理可以看出,堿在整個反應過程中起著重要的作用[16]。通常用于Suzuki偶聯反應的堿既有有機堿也有無機堿。常用的無機堿有K3PO4、 K2CO3、 KOH、 Cs2CO3、 Na2CO3、 KF、 CsF和Ba(OH)2等;常用的有機堿有KOBu-t、 NaOBu-t、 KOMe、 NEt3和t-BuNH2等。本研究嘗試了Na2CO3, K3PO4和K2HPO43種堿對Suzuki偶聯反應的影響,實驗結果顯示,K3PO4和K2HPO4均不能使原料反應完全,收率較低。而用Na2CO3作為堿進行反應時,原料反應完全,體系雜質少,后處理簡單,因此最終采用Na2CO3作為堿進行反應(表2, Entries 1, 4)。

表2 溶劑、堿對中間體6收率的影響

(2) 反應溶劑對Suzuki偶聯反應的影響

同堿一樣,溶劑在Suzuki偶聯反應中也起著重要的作用。它除了可以使參與反應的各個組分處于均相之外,也是調節反應溫度的載體。在Suzuki偶聯反應中各類溶劑均有應用,例如:DMF、二氧六環、THF、甲苯、二甲苯、乙腈、三氯甲烷、丙酮以及各種醇等。醇中包括甲醇、丙醇和丁醇等。此外,一些混合溶劑在該反應中也有很好的表現。本研究嘗試了1,4-二氧六環、叔丁醇以及混合溶劑1,4-二氧六環/水3種溶劑對Suzuki偶聯反應的影響,結果發現,當反應溶劑為1,4-二氧六環 ∶水=4 ∶1(體積比)時,原料反應完全,體系干凈,收率較高,為81%(表2, Entry 4)。

(3) 反應溫度對Suzuki偶聯反應的影響

在本實驗過程中發現,不同的反應溫度對化合物的合成也有一定影響。專利報道的溫度為100 ℃。因此,進一步考察不同反應溫度對中間體6收率的影響,結果顯示,溫度超過100 ℃時,反應體系雜質多,原料大部分未反應完全;溫度為80～100 ℃時,反應體系雜質減少,原料大部分反應完全;溫度為70～80 ℃時,反應體系干凈,原料幾乎反應完全,產物純化簡單,收率高,因此,選擇反應溫度為70～80 ℃,具體結果見表3。

表3 反應溫度對中間體6收率的影響

綜上所述,在該反應中,選擇反應溶劑為1,4-二氧六環/水,碳酸鉀為堿,反應溫度為70～80 ℃,中間體6收率可達到81%。

2.3 中間體7的合成分析

本研究對已有的合成路線進行了優化,在合成中間體7時,將羧酸制成酰氯,再與氘代甲胺進行酰胺化反應。本研究首先嘗試了原研專利的合成方法,并對其進行了優化,嘗試了2種氯代試劑及堿對酰化反應的影響。實驗結果顯示,采用原研專利的合成方法,以草酰氯為氯代試劑,N,N-二異丙基乙胺為堿時,反應時間較長,反應體系較雜,需要柱層析進行純化,收率低;使用氯化亞砜(SOCl2)為氯代試劑,三乙胺(TEA)為堿時,反應快,雜質少,只需要通過打漿對產物進行純化。因此,本文確定以SOCl2為氯代試劑,TEA為堿,收率為81%(表4, Entry 2)。

表4 氯代試劑及堿對中間體收率的影響

本文以1-溴-2-甲氧基-3-硝基苯為起始原料,通過還原、偶聯、芳基化和酰胺化4步反應,確立了有效合成BMS986202的反應路線,并對反應路線中的關鍵工藝條件進行了優化。通過1H NMR, MS(ESI)對目標產物BMS986202進行了表征,總收率達85%。合成BMS986202的工藝路線穩定,反應過程溫和,操作簡便且收率較高,可為進一步進行工業化生產打下良好基礎。