JAK抑制剂Peficitinib的合成及工艺研究

Study on Synthesis and Optimization of Syn-thesis Technology of JAK Inhibitor Peficitinib

摘要: Peficitinib是由日本安斯泰来公司研发上市的一种新型JAK1 (Janus激酶)和JAK3抑制剂，主要治疗对甲氨蝶呤反应不充分的中重度类风湿性关节炎(RA)。目前Peficitinib的合成路线报道较少，本文首先设计出了完整的合成路线，然后对各步反应进行了研究和优化。以7-氮杂吲哚为起始原料，经过卤代，取代(上保护)，酯化，脱保护，酯水解，酰胺化，再取代七步反应得到目标化合物。利用提供催化剂或改变其他反应条件如溶剂、温度、反应物摩尔比等，成功得到一个路线合理、产率高、时间短、操作简单的Peficitinib合成工艺，使Peficitinib的合成可以达到工业化生产。目标化合物及中间体的结构经核磁共振氢谱确证，路线总产率为32.8%。

Abstract: Peficitinib is a novel Janus kinase 1 and Janus kinase 3 inhibitor developed by Astellas, a Japanese company. Peficitinib mainly treats the moderate or severe rheumatoid arthritis with inadequate response to methotrexate. At present, there are very few papers on the synthesis route of Pefi-citinib. In this paper, a complete synthesis route is designed, and then each step of the reaction is studied and optimized. Starting from 7-azindole, the target compound was obtained through seven steps including halogenation, substitution (upper protection), esterification, deprotection, ester hydrolysis, amidation and then substitution. By providing catalyst or changing other reaction con-ditions such as solvent, temperature and molar ratio of reactants, a reasonable route, high yield, short time and simple operation of Peficitinib synthesis process was successfully obtained, and the synthesis of Peficitinib can reach industrial production. The structures of the target compounds and intermediates were confirmed by 1H NMR, and the total yield of the route was 32.8%.

1. 引言

RA是最常见的慢性炎症性自身免疫性疾病之一，它以滑膜组织为目标导致进行性关节残疾，而自身免疫疾病是由于机体的自身抗原发生免疫反应攻击自身组织而导致的疾病 [1]。目前，治疗类风湿性关节炎的药物主要分为三大类，第一类非甾体抗炎药物(NSAIDs)，主要针对关节疼痛、肿胀等症状起到迅速缓解的作用，有水杨酸类如阿司匹林；吲哚类如消炎痛；丙酸类如布洛芬；灭酸类如氟灭酸；昔康类如吡罗昔康；吡唑酮类如保秦松；昔布类如塞来昔布七小类药物。第二类为甾体抗炎药(SAIDs，如地塞米松)，同样对关节疼痛、肿胀和发烧有迅速而显著的疗效。第三类为免疫抑制剂(DMARDs)药物，如甲氨蝶呤(MTX)，能够改善类风湿关节炎病情的药物是治疗类风湿性关节炎的基础。几种已获批准的免疫抑制剂包括肿瘤坏死因子拮抗剂、T细胞共刺激阻断和白细胞介素(IL)-6受体拮抗剂已被证明对常规药物治疗反应不佳的患者有效 [2]。然而，很多人的消化道对甲氨蝶呤的耐受性低，胃肠道反应较大，制约了较高剂量MTX的使用 [3]。因此，我们仍对具有改善疗效的口服小分子有显著未满足的需求。

Janus激酶(JAKs)是一类非受体酪氨酸激酶家族 [4]，被认为是治疗自身免疫性疾病(包括类风湿性关节炎)的有前途的靶点，因为它们在多种细胞因子受体信号通路中起重要作用 [5]。前几年已经开发了几种JAK抑制剂用于治疗对甲氨蝶呤反应不充分的RA病人尤其是中重度患者，如托法替尼、巴瑞替尼 [6] [7]。而在2019年日本安斯泰来公司研发上市了一种新型选择性JAK1，JAK3抑制剂Peficitinib [8]。其主环是具有良好药理生理活性的氮杂吲哚 [9]，由于Peficitinib是新型药物，其合成方法报道较少，参考已报道的相关文献 [10] [11]，本文设计了一个完整的合成路线如图1所示。

2. 实验部分

2.1. 主要仪器与试剂

本实验所用实验设备和分析仪器如表1所示。

试剂和条件：(a) 间氯过氧苯甲酸(m-CPBA)，石油醚:乙酸乙酯 = 1:2, rt, 2 h; POCl3, DMF, 73℃，2 h；(b) NaH, TIPSCl, DMAP, DCM, 0℃~5℃，1 h~1 h；(c) 氯甲酸乙酯，仲丁基锂，THF，−78℃，1 h~0.5 h；(d) TBAF, THF, RT, 1 h；(e) 1 M氢氧化钠，乙醇，60℃，1.5 h；(f) CDI, 28%氢氧化铵，DMF, 1 h~1 h；(g) 反式4-氨基-1-羟基金刚烷，三乙胺，NMP，200℃，2.5 h

Figure 1. The synthetic route of Peficitinib

图1. Peficitinib的合成路线

Table 1. Experimental equipment and analytical instruments

表1. 实验设备和分析仪器

本实验所用实验试剂如表2所示。

Table 2. Laboratory reagents

表2. 实验试剂

2.2. 实验方法

2.2.1. 化合物1的合成

4-氯-1H-吡咯[2,3-b]吡啶(1)：使用500 ml圆底烧瓶，将12.0 g (0.102 mol) 1H-吡咯[2,3-b]吡啶加入1:2 (80 ml:160 ml)的石油醚和乙酸乙酯溶剂中，再将35.0 g (0.204 mol) m-CPBA少量多次加入反应瓶中，室温反应2 h，反应过程中白色固体析出，40℃烘干，将此固体放入250 ml圆底烧瓶，加入除水DMF (N,N-二甲基甲酰胺)，将温度升高到50℃，再加入28.38 ml POCl₃ (三氯氧磷)，再将温度升高到73℃，在此温度下反应2 h。将反应体系温度降到40℃后，加冰水稀释反应液，用饱和氢氧化钠溶液将PH调至中性，抽滤，用水洗滤饼，烘干得到化合物1。黄棕色固体，产率79.4%。¹H NMR (CDCl₃-d, 500 MHz), δ: 6.65~6.60 (m, 1H), 7.14 (d, J = 5.3 Hz, 1H),7.42 (d, J = 3.5 Hz, 1H), 8.23 (d, J = 5.3 Hz, 1H), 11.27 (s, 1H), MS (ESI) m/z: 153 [M+H]⁺。

2.2.2. 化合物2的合成

4-氯-1-三异丙基硅烷基-1H-吡咯[2,3-b]吡啶(2)：使用250 ml圆底烧瓶，将11.6 g (0.076 mol)化合物1，催化剂1.8 g (0.014 mol) DMAP (4-二甲氨基吡啶)加入186 ml DCM (二氯甲烷)中，使反应体系温度降到0℃，再将6.2 g (0.258 mol)氢化钠加入反应液中，在此温度下，反应一小时，然后将19.4 ml (0.096 mol) TIPSCl (三异丙基氯硅烷)加到反应体系中反应一小时。随后用酸水洗，盐水洗，用无水硫酸镁干燥，减压蒸馏除去溶剂，在零下20℃下白色晶体缓慢析出。白色晶体，产率为97.8%。¹H NMR (500 MHz, CDCl₃-d), δ: 1.11 (d, J = 7.5 Hz, 18H), 1.85 (hept, J = 7.5 Hz, 3H), 6.65 (d, J = 3.4 Hz, 1H), 7.05 (d, J = 5.1 Hz, 1H), 7.33 (d, J = 3.5 Hz, 1H), 8.13 (d, J = 5.1 Hz, 1H), MS (ESI) m/z: 309 [M+H]⁺。

2.2.3. 化合物3的合成

4-氯-5-甲酸乙酯-1-三异丙基硅烷基-1H-吡咯[2,3-b]吡啶(3)：参考文献 [7] 的合成方法，使用500 ml三口瓶，23 g (0.075 mol)化合物2，14.25 ml (0.15 mol)氯甲酸乙酯，114.75 ml (0.15 mol) 1.3 M仲丁基锂，230 ml无水THF，文献中后处理先用乙酸乙酯稀释THF，再用饱和氯化铵溶液，步骤繁琐，浪费溶剂，可以先低温减压蒸馏除去THF(四氢呋喃)，再使用乙酸乙酯萃取，且对产物无影响。淡黄色固体,产率为80.8%。¹H NMR (500 MHz, CDCl₃-d) δ: 1.11 (d, J = 7.4 Hz, 18H), 1.43 (t, J = 7.1 Hz, 3H), 1.43 (t, J = 7.1 Hz, 3H), 1.91 − 1.81 (m, 3H), 1.91 − 1.81 (m, 3H), 4.43 (q, J = 7.2 Hz, 2H), 6.77 (d, J = 3.4 Hz, 1H), 7.36 (d, J = 3.5 Hz, 1H), 8.81 (s, 1H), MS (ESI) m/z: 381 (M+H)⁺。

2.2.4. 化合物4的合成

4-氯-5-甲酸乙酯-1H-吡咯[2,3-b]吡啶(4)：参考文献 [7] 的合成方法，后处理的优化如化合物3的后处理。粉色固体，产率为98.9%。¹H NMR (500 MHz, CDCl₃-d) δ: 1.46 (t, J = 7.2 Hz, 3H), 4.47 (q, J = 7.1 Hz, 2H), 6.75 (dd, J = 3.5, 1.7 Hz, 1H), 7.36 (d, J = 3.5 Hz, 1H), 7.47 (dd, J = 3.5, 2.0 Hz, 1H), 8.90 (s, 1H), 11.71 (s, 1H), MS (ESI) m/z: 223 (M-H)⁺。

2.2.5. 化合物5的合成

4-氯-5-甲酸-1H-吡咯[2,3-b]吡啶(5)：参考文献 [7] 的合成方法，使用250 ml圆底烧瓶，5.3 g (0.024 mol)化合物4，70.7 ml (0.071 mol) 1 M氢氧化钠溶液，42.4 ml乙醇。粉色固体，产率为98.9%。¹H NMR (500 MHz, DMSO-d6) δ: 6.65 (dd, J = 3.5, 1.9 Hz, 1H), 7.69 (t, J = 3.0 Hz, 1H), 8.73 (s, 1H), 12.34 (s, 1H), 13.24 (s, 1H), MS(ESI) m/z: 195 (M−H)⁺。

2.2.6. 化合物6的合成

4-氯-5-甲酰胺-1H-吡咯[2,3-b]吡啶(6)：参考文献 [8] 的合成方法，4.95 g (0.025 mol)化合物5，4.52 g (0.028 mol) CDI (羰基二咪唑)，5.5 ml (0.09 mol) 28%氨水，39.6 ml DMF，后处理为在冰浴搅拌条件下加入乙酸乙酯，化合物6析出，抽滤干燥。产率为97.6%，白色固体。¹H NMR (500 MHz, DMSO-d6) δ: 6.57 (d, J = 3.5 Hz, 1H), 7.51 (d, J = 3.4 Hz, 1H), 7.65 (d, J = 3.5 Hz, 1H), 7.93 (s, 1H), 8.30 (s, 1H), 11.79 (s, 1H), MS(ESI) m/z: 218 (M+Na)⁺。

2.2.7. 化合物7的合成

4-[(反-5-羟基-2-金刚烷)氨基]-5-甲酰胺-1H-吡咯[2,3-b]吡啶(7)：参考文献 [6] 的合成方法，将剧毒的三正丁胺换成三乙胺，7.8 g (0.040 mol)化合物6，10 g (0.060 mol)反式-4-氨基-1-金刚烷醇，22 ml (0.160 mol)三乙胺，37.5 ml NMP (N-甲基吡咯烷酮)，后处理为在冰浴搅拌条件下，逐滴加水使固体析出，抽滤得到粗产物，用甲醇重结晶得到淡黄色晶体。产率为78.6%，淡黄色晶体。¹H NMR (500 MHz, DMSO-d6) δ: 1.42 (d, J = 12.7 Hz, 2H), 1.73 − 1.63 (m, 4H), 1.85 (d, J = 12.2 Hz, 4H), 2.05 (t, J = 3.4 Hz, 1H), 2.15 (d, J = 4.0 Hz, 2H), 4.14 (dt, J = 6.8, 2.9 Hz, 1H), 4.51 (s, 1H), 6.41 (d, J = 3.5 Hz, 1H), 6.99 (br, 1H), 7.14 (dd, J = 3.6, 1.6 Hz, 1H), 7.79 (br, 1H), 8.38 (s, 1H), 10.10 (d, J = 8.2 Hz, 1H), 11.46 (s, 1H), MS(ESI) m/z: 327 (M+H)⁺。

3. 结果与讨论

本文主要针对化合物1，化合物2以及化合物7的合成方法及反应条件改进且优化。

3.1. 化合物1的合成方法及反应条件

原文献中化合物1的中间体合成所用溶剂为正庚烷和乙二醇二甲醚，由于乙二醇二甲醚易燃，遇明火、高热容易引起爆炸，在光照或空气条件下生成易爆炸的过氧化物，且具有环境危害性，所以对溶剂的选用进行了讨论，本文选用了正庚烷和乙二醇二甲醚，正庚烷和四氢呋喃，正庚烷和DMF以及石油醚和乙酸乙酯，如表3。

Table 3. The effect of different solvent on the reaction 1

表3. 溶剂对反应1的影响

由表中可知，石油醚和乙酸乙酯作溶剂与原文献中正庚烷和乙二醇二甲醚作溶剂效果相当，虽然正庚烷和四氢呋喃也可行，但反应时间过长，况且石油醚和乙酸乙酯价低易得，所以选用石油醚和乙酸乙酯作溶剂。

原文献中化合物1的合成是由三氯氧磷既作反应物又作为反应溶剂反应的，然而三氯氧磷极易挥发，有强烈的刺激气味。暴露在空气中，冒出白烟，为磷酸和氯化氢，具有强腐蚀性。所以选用DMF为溶剂，减少三氯氧磷的用量。且原反应时间为18 h，时间过长，此反应中途不好监测，则本文考察了反应物的摩尔比和反应时间。如表4。

Table 4. The effect of different ratio and time on the reaction 1

表4. 摩尔比和反应时间对反应1的影响

由表中可知，4-氯-1H-吡咯[2,3-b]吡啶1的合成，最佳摩尔比为1:3，最佳反应时间为2~4 h。

3.2. 化合物2的合成方法及反应条件

参考原文献方法难以用于量大的合成，所以从反应物的摩尔比，反应溶剂和催化剂的使用四个方面来考察。如表5。

Table 5. The effect of reaction conditions on the reaction 2

表5. 反应条件对反应2的影响

由表中可知，4-氯-1-三异丙基硅烷基-1H-吡咯[2,3-b]吡啶2的合成，最佳摩尔比为1:3 (NaH):1.3 (TIPSCl)，最佳反应溶剂为DCM(二氯甲烷)，添加催化剂DMAP。

3.3. 化合物7的合成方法及反应条件

由于原文献使用的三正丁胺为剧毒所以考察缚酸剂的选择与用量如表6。

Table 6. The effect of reaction conditions on the reaction 7

表6. 反应条件对反应7的影响

由表中可知，4-[(反-5-羟基-2-金刚烷)氨基]-5-甲酰胺-1H-吡咯[2,3-b]吡啶7的合成，最佳摩尔比为1:3，最佳反应时间为2~4 h。

4. 结论

本文对Peficitinib的合成及工艺研究进行了详细的考察，使总产率为47%，大大提高了产率，更是解决了第二步量大就不反应的问题。此合成工艺路线合理，产率高，时间短，操作简单，使JAK靶点药物Peficitinib的合成可以达到工业化生产，为根治自身免疫性疾病如类风湿性关节炎提供了基础，也顺应了近几年热点靶点JAK家族的风向。