阿培利西的合成路線圖解

劉 進，張向陽,蔣俊杰，秦三海，崔丙存

(1.湖北理工學院 醫(yī)學院，湖北 黃石 435003;2.黃石世星藥業(yè)有限責任公司，湖北 黃石 435111)

0 引言

阿培利西(Alpelisib,1)的化學名為(2S)-N1-{4-甲基-5-[2-(2,2,2-三氟-1,1-二甲基乙基)-4-吡啶基]-2-噻唑基}-1,2-吡咯烷二甲酰胺，是由瑞士諾華制藥公司研發(fā)的一種新型磷脂酰肌醇-3-激酶α(PI3K-α)抑制劑，于2019年5月24日被美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)批準上市，商品名為Piqray[1]。

臨床研究表明，阿培利西與氟維司群(Fulvestrant)聯合應用具有協(xié)同的抗腫瘤活性，主要用于治療經基于內分泌的治療方案治療后疾病進展的激素受體陽性(HR)、人表皮生長因子受體-2(HER2)陰性、PIK3CA突變的晚期或轉移性男性、絕經后女性乳腺癌患者[2-5]。晚期或轉移性乳腺癌是指乳腺癌已經擴散到乳房以外的其他器官,常見于骨骼、肺、肝臟或大腦等。當乳腺癌激素受體陽性時，患者可以使用抗激素治療(也稱為內分泌治療)單獨使用或與其他藥物聯合使用[6]。大約40%的HR(+)晚期乳腺癌患者具有可能激活PI3K-α同種型的基因突變，稱為PIK3CA突變。PIK3CA基因突變導致PI3K信號通路活化，促進腫瘤的增殖、轉移和侵襲，在眾多癌癥中屬高頻出現事件[2-3,7-9]。這些突變與內分泌治療耐藥、疾病進展和預后不良有關。阿培利西抑制PI3K通路，主要是PI3K-α同種型起作用，以解決PIK3CA突變的影響[2-5,9-10]。據相關報道，全球約12.2%乳腺癌病例來自中國，中國乳腺癌死亡人數占全球的9.6%，中國乳腺癌發(fā)病率以每年2%的速度遞增，是增長速度較快的國家之一[11-12]，因此，該藥物的市場潛力巨大。本文對該藥物的合成路線進行分析，根據不同的起始原料及關鍵中間體，歸納總結了2種阿培利西的合成方法，以優(yōu)化其生產工藝，造福廣大病患。阿培利西合成路線如圖1所示。

圖1 阿培利西合成路線

1 關鍵中間體11的合成

中間體11含取代的吡啶和取代的噻唑2個雜環(huán)結構，可以通過取代的噻唑雜環(huán)底物與取代的溴化吡啶直接偶聯或環(huán)合噻唑環(huán)反應2種方式得到。

1)M1法(吡啶與噻唑直接偶聯法)。以3,3,3-三氟-2,2-二甲基丙酸(2)為原料，與草酰氯在CHCl3中回流反應得到產物3,3,3-三氟-2,2-二甲基丙酰氯(3)。將(E)-4-甲氧基-3-烯-2-酮(4)在強堿LiHMDS(雙(三甲基硅基)胺基鋰)作用下，于-78 ℃的THF溶液中拔掉羰基α位的氫后，與3,3,3-三氟-2,2-二甲基丙酰氯(3)發(fā)生親核加成反應得到產物7,7,7-三氟-5-羥基-1-甲氧基-6,6-二甲基庚-1,4-二烯-3-酮(5)。接著，在三氟乙酸的酸性條件下，產物5在甲苯溶液中，-10 ℃至室溫的條件下發(fā)生環(huán)合反應得到產物2-(1,1,1-三氟-2-甲基丙-2-基)-4H-吡喃-4-酮(6)。產物6在氨水中經氧氮置換得到2-(1,1,1-三氟-2-甲基丙-2-基)吡啶-4(1H)-酮(7)，最后產物7在85 ℃，DCE(1,2-二氯乙烷)溶劑中與溴化試劑POBr3反應得到重要中間體4-溴-2-(1,1,1-三氟-2-甲基丙-2-基)吡啶(8)?；衔?與N-(4-甲基噻唑-2-基)乙酰胺(9)在醋酸鈀催化劑作用下經碳氫活化反應，得到雜環(huán)偶聯產物10。接著，化合物10在6N HCl酸性環(huán)境中，于85 ℃的EtOH中脫去乙?；?，得到關鍵中間體4-甲基-5-(2-(1,1,1-三氟-2-甲基丙-2-基)吡啶-4-基)噻唑-2-胺(11)[1,13-16]。

2)M2法(環(huán)合噻唑法)。以4-甲基-2-(1,1,1-三氟-2-甲基丙-2-基)吡啶(12)為原料，在-78 ℃的THF溶液中，強堿LiHMDS拔氫，然后與Weinreb酰胺N-甲氧基-N-甲基乙酰胺(13)發(fā)生反應，隨后將反應混合物轉移至1.5 M H2SO4的H2O/toluene混合溶劑體系中，室溫劇烈攪拌得到化合物14。化合物14經NBS(N-溴代琥珀酰亞胺)溴代后，與硫脲發(fā)生環(huán)合反應構筑噻唑環(huán)合成4-甲基-5-(2-(1,1,1-三氟-2-甲基丙-2-基)吡啶-4-基)噻唑-2-胺的氫溴酸鹽(15)。接著，化合物15在吡啶作縛酸劑、THF溶劑中經游離后制得關鍵中間體11。

3)原料4-甲基-2-(1,1,1-三氟-2-甲基丙-2-基)吡啶(12)的合成。1-(4-甲基吡啶-2-基)乙烷-1-酮(19)與TMSCF3(三氟甲基三甲基硅烷)在NaOAc作堿、DMSO(二甲亞砜)作溶劑、室溫～45 ℃的條件下發(fā)生羰基加成反應，得到化合物20?；衔?0在K2CO3的堿性條件下，于MeOH溶劑中室溫脫去TMS(三甲基硅基)，得到叔醇產物21?；衔?1通過MsCl(甲磺酰氯)在NaH的堿性條件下，于THF(四氫呋喃)溶劑中，室溫～40 ℃的條件下生成甲磺酸酯(22)，最后化合物22與甲基化試劑AlMe3反應得到原料4-甲基-2-(1,1,1-三氟-2-甲基丙-2-基)吡啶(12)，此步反應不太好，收率僅28%。

2 目標產物阿培利西的合成

關鍵中間體11合成后可以通過2種縮合方法得到阿培利西。

1)CDI(N,N'-羰基二咪唑)縮合法。中間體11與N,N'-羰基二咪唑在DCM溶劑中回流反應得到中間產物16。這是CDI參與縮合反應的關鍵中間體，然后該中間體與(S)-吡咯烷-2-甲酰胺(18)在三乙胺堿性環(huán)境下、DMF(N,N-二甲基甲酰胺)溶劑中室溫反應得到最終目標產物阿培利西[1,13-16]。

2)氨基甲酸酯氨解法。中間體11先與氯甲酸苯酯反應生成氨基甲酸苯酯17，然后(S)-吡咯烷-2-甲酰胺(18)在THF和H2O的混合溶劑體系中氨解化合物17得到最終目標產物阿培利西。

3 小結

合成阿培利西的2條路線反應步數相同，2條路線都有超低溫-78℃的反應，工業(yè)放大存在一定操作難度。路線1在聯接噻唑環(huán)和吡啶環(huán)時用到了Pd(OAc)2催化的碳氫活化反應，碳氫活化因其原子利用率高、底物不需預活化、反應效率好而成為當前藥物合成領域研究的熱點。但是就此步反應而言，也存在一些問題：①反應條件相對苛刻，操作條件要求相對較高且繁瑣，需要隔絕空氣和水分，工業(yè)放大會存在較大的因操作失誤帶來的反應失敗風險；②Pd(OAc)2屬貴金屬催化劑，工業(yè)放大會存在成本較高的問題；③催化劑中的重金屬鈀還可能會殘留至最后的目標產物原料藥中，會存在一定的影響產品質量的風險。路線1在氨基甲?；襟E中用到了CDI。該反應每消耗一分子CDI，在生成一分子甲酰化產物的同時還會生成兩分子咪唑副產物，原子利用率不高，會產生大量含咪唑的廢棄物，給反應后處理帶來一定的壓力。路線1各步反應收率都中等偏上。路線2在合成中間體12的第一、二步反應中，用TMSCF3作為三氟甲基化試劑和原料19的酮羰基發(fā)生加成反應，生成相應的α-羥基三氟甲基化合物21同時脫去三甲基硅，2步反應下來損失原子利用率。路線2在由21轉變?yōu)?2的反應中用到了強堿NaH，該試劑化學反應活性很高，在潮濕空氣中能自燃，放大操作同樣存在較大安全風險；除此之外，本步反應中還用到了劇毒試劑甲磺酰氯，該試劑原料來源不便并且不利于安全生產。此外，該路線在合成中間體12的最后一步反應中還用到了金屬有機化物AlMe3的己烷溶液，該試劑非常活潑、反應性極強，在空氣中易自燃，遇水還會發(fā)生爆炸，屬危險性試劑，放大操作存在很大的安全風險，并且該步反應收率也較低。綜上因素，路線2不適宜作為放大路線。

相比而言，路線1更適合作為放大路線進行開發(fā)研究。路線1可以通過以下途徑進行優(yōu)化和改進：①進一步探索和優(yōu)化第6步碳氫活化反應條件，嘗試降低催化劑用量或者探索更廉價的其他過渡金屬催化劑(如鎳、鉻、銅等催化劑)，從而降低反應的成本并且減小后續(xù)步驟中處理重金屬殘留的壓力；②深入探索第6步中更普適、更簡單、更方便的碳氫活化反應條件，最好能實現無需隔絕空氣和水分，簡化反應操作程序，降低操作難度系數從而降低放大反應風險；③第8步氨基甲酰化反應中可以用氨基甲酸酯氨解法替代CDI縮合法，從而提高原子利用率，減少廢棄物產生，減輕反應后處理壓力。隨著相關研究工作的深入，相信在當前2條路線基礎上，通過不斷優(yōu)化和改進，新的更適宜工業(yè)生產的最佳路線不久將會被開發(fā)出來。