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一、早期藥物發(fā)現(xiàn)

一個自身免疫性疾病的治療藥物發(fā)現(xiàn)項目中，2H-吲唑類化合物被鑒定為高效的選擇性TLR 7/8拮抗劑。在先導(dǎo)化合物發(fā)現(xiàn)階段，化合物12被確定可進一步進行體內(nèi)藥效實驗研究。

圖1. 微克級樣品的合成路線

藥物的早期發(fā)現(xiàn)使得化合物12和作為關(guān)鍵中間體的化合物5（2H-吲唑）的需求迅速增加。項目團隊認識到，該微克級的合成路線可能會在進一步批量放大中產(chǎn)生問題。分離不穩(wěn)定、潛在危險的疊氮化物中間體4及其在熱環(huán)化為2H-吲唑5的工藝過程中有安全性的隱患。

【考慮到連續(xù)工藝在處理高活性、不穩(wěn)定化合物方面具有的優(yōu)勢，從間歇反應(yīng)切換到連續(xù)流工藝的多個驅(qū)動因素中，安全性是最重要的一個因素。在需要快速合成化合物的早期臨床前階段，流動化學作為一種新技術(shù)可以大大加快開發(fā)過程。】

針對100克及以上規(guī)模的合成，團隊啟動了流動化學的工藝研究，其主要目標是保持反應(yīng)體積盡可能小，精確控制反應(yīng)條件，并避免在任何時間內(nèi)反應(yīng)混合物中危險且不穩(wěn)定中間體的積累。

1. 間歇式工藝的連續(xù)流技術(shù)評估

圖2. 2H-吲唑類化合物5a的三步合成

將氨基醛2a轉(zhuǎn)化為疊氮化物4a，間歇式工藝采用了在酸性條件下使用亞硝酸鈉的重氮化方案，然后在0°C下添加NaN3,。該反應(yīng)通常在C2HF3O2（TFA）作為酸性介質(zhì)和溶劑的存在下進行，可以獲得高收率的結(jié)果，并常規(guī)用于小規(guī)模合成。

【但含有疊氮化物4a的反應(yīng)混合物形成的懸濁液明顯不適合流動化學篩選。而當該反應(yīng)在水和鹽酸的混合物中進行時，觀察到明顯較低的產(chǎn)率和大量副產(chǎn)物的形成。考慮到下一步反應(yīng)，疊氮化合物4與氨基哌啶化合物6在Cu(I)催化的熱環(huán)化反應(yīng)仍然面臨不適合連續(xù)流工藝的固體溶解問題。】

研究團隊首先需要找到合適的反應(yīng)溶劑和試劑，對這兩步反應(yīng)來說，合適的溶劑既要溶解所有的物料，又要保持高的轉(zhuǎn)化率。其次，作為另一個重點考慮的事項，需要避免疊氮化合物中間體4的分離。

2.  疊氮化合物4a生成的連續(xù)流工藝開發(fā)

1）溶劑的選擇

• 研究者首先用亞硝酸叔丁酯和三甲基疊氮硅烷來代替無機物亞硝酸鈉和NaN3,，但僅得到了20%的轉(zhuǎn)化率。

• 接著，研究者發(fā)現(xiàn)利用二氯乙烷和水的兩相混合溶劑與C2HF3O2組合，可以將反應(yīng)體系中的物質(zhì)*溶解，并得到了很高的轉(zhuǎn)化率。

• 而其它酸的應(yīng)用，如乙酸、鹽酸、硫酸和四氟硼酸等，仍會造成沉淀的生成或者反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率降低。

  
  

2）工藝條件篩選

對該反應(yīng)仔細的研究揭示，需當亞硝酸鈉*消耗后再向反應(yīng)混合物中添加NaN3,，如果過早加入NaN3,，它將立即被第一反應(yīng)步驟中剩余的未反應(yīng)的亞硝酸鈉所消耗。

圖3. 疊氮化合物4a的連續(xù)流工藝流程

【Entry 3的實驗條件連續(xù)穩(wěn)定運行60分鐘，可產(chǎn)中間體16g/h可滿足下游實驗的需要。】

3. 2H-吲唑5a連續(xù)流工藝開發(fā)

在完成重氮化及疊氮取代的連續(xù)流工藝開發(fā)之后，研究團隊繼續(xù)研究銅催化環(huán)化的連續(xù)流工藝。

1）間歇式工藝缺陷

• 間歇式反應(yīng)中，10% mol的氧化亞銅在體系中懸浮性差，不適合用于連續(xù)流工藝。

• 對于流動反應(yīng)而言，80°C下反應(yīng)90分鐘的時間太長，會導(dǎo)致不可接受的低生產(chǎn)率。

• 這種環(huán)化反應(yīng)的收率通常合理的范圍在70?80%，研究團隊使用LC-MS鑒定了兩種主要副產(chǎn)物氨基亞胺8a和氨基醛2a。

圖4. 2H-吲唑 5a反應(yīng)路徑及副產(chǎn)物確認

2）對銅催化劑和配體的篩選

研究者發(fā)現(xiàn)，在1當量TMEDA存在下，0.1當量的碘化銅可溶于二氯乙烷中。經(jīng)反應(yīng)篩選后，研究者確定了流動條件下環(huán)化的合適參數(shù)。

含有0.1當量碘化銅（I）和1當量TMEDA的0.45M 4a 二氯乙烷溶液，在120°C下，在20分鐘的停留時間內(nèi)，*轉(zhuǎn)化為吲唑5a。使用LC-MS分析反應(yīng)混合物表明，疊氮化物4a被*消耗，得到產(chǎn)物5a、氨基醛2a和亞胺8a，其比例分別為91.5%、3.4%和5.1%，與之前使用的間歇式工藝相比，有了顯著的改進。

3）停留時間及銅盤管催化

為了縮短停留時間和提高生產(chǎn)率，研究者在尋求用更具反應(yīng)性的催化劑代替碘化銅（I）和TMEDA過程中發(fā)現(xiàn)，內(nèi)徑為1mm的銅線圈也有效地催化了該環(huán)化反應(yīng)。推斷在銅線圈的內(nèi)表面上形成了少量的氧化銅（I），起到有效催化該反應(yīng)的作用。

圖5. 銅盤管反應(yīng)器催化反應(yīng)

作為概念證明，制備了0.32M的4a溶液，該溶液已與1.2當量的胺6在甲苯中混合，并在120°C下泵送通過銅盤管，停留時間為20分鐘。使用色譜法進行處理和純化后，分離出5.6g吲唑5a，產(chǎn)率為85%，純度為98%（圖5）。

4. 重氮-疊氮-環(huán)合三步全連續(xù)合成2H-吲唑類化合物

圖6.  2H-吲唑 5b的連續(xù)流工藝結(jié)果

利用上述研究結(jié)果，研究者同樣進行了類似物5b的連續(xù)流工藝開發(fā)。與最初使用的間歇合成相比，新的替代連續(xù)工藝不僅避免了危險疊氮化物4a和4b的分離，而且為疊氮化物形成和熱環(huán)化這兩個關(guān)鍵步驟提供了更高的純度和產(chǎn)率。