瑞德西韦的发现:合成方法

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瑞德西韦(1)是一种核苷酸前药,它是核苷GS-44154(2)的一种磷酰胺类前药,GS-44154由两部分组成:核糖中心和非天然碱基。吉利德曾报道了瑞德西韦的两代合成方法。

瑞德西韦的发现:合成方法  第1张

第一代合成方法

吉利德在2012年发表了瑞德西韦的两篇论文,一篇是关于药物化学研究,1  另一篇阐述了GS-44154(2)及其类似物的合成。2

如下图所示,溴化吡咯并三嗪4是根据拜耳专利(下文阐述)制备的。双氯硅烷5是“临时”保护基,它能够先保护溴化吡咯并三嗪4上的氨基,保证溴代物4和正丁基锂之间完成卤素-金属交换。然后向锂化中间体中加入可商购的苄基保护的核糖内酯3,从而得到乳糖加合物的1ʹ-位非对映异构体混合物6。在酸性条件下,双硅烷基保护基团被移除。随后,在路易斯酸(BF3•OEt2存在下,6与三甲基氰基硅(TMS-CN)反应得到β-构型占优(85:15)的腈类光学混合物77经三氯化硼催化脱苄基后通过色谱分离异构体得到目标核苷GS-44154(2)。

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如前所述,吡咯并三嗪4是根据拜耳专利方法制备的,该专利申请保护用于治疗癌症的胰岛素样生长因子1受体(IGF-1R)激酶抑制剂。为此,2,5-二甲氧基四氢呋喃(8)和肼基甲酸叔丁酯(9)在2 N的盐酸存在下缩合得到吡咯10。采用氯磺酰异氰酸酯(11)与吡咯10反应连接吡咯环2位的腈基生成12。酸性去除12上的Boc保护基得到13,然后13与醋酸甲脒(14)缩合以组装关键中间体吡咯并三嗪15。最后采用1,3-二溴-5,5-二甲基乙内酰脲(DBDMH,16进行溴化反应制备43

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同时,磷酰氯前药片段19是由丙氨酸酯17与苯基二氯膦酸酯(18)在Et3N存在下反应得到的。该片段将用于与核苷化合物GS-44154(2)进行偶联。

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最后,在N-甲基咪唑和磷酸三甲酯催化下, GS-44154(2)和氯化物19之间通过偶联得到磷酸酰胺前药的非对映体混合物。然后用手性高效液相色谱法分离得到所需的Sp型立体异构体瑞德西韦(1)。显然,手性高效液相色谱法的使用极大地限制了药物产量,有一半的产物不得不丢弃,这不仅浪费资源,而且会对环境造成危害。虽然这种合成对于专注于药物发现的药物化学家来说已经足够了,但远远不能满足目前进行药物量产的需求。要达到这一目的,就需要一条更好、更便宜、废物更少的制备路线。这是工艺化学家的工作。

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药物化学家的工作是通过制造许多化合物来探索结构-活性关系(SAR),这些化合物用于探索在哪里变化可以让化合物呈现更好的药理学、物理化学和毒理学结果。因此,模块方法便于制备更多化合物。当酶学、细胞测定以及药物代谢和药代动力学性质研究不需要太多材料进行验证时,线性合成路线对于药物发现也是可以接受的。另一方面,一旦一种候选药物到了工艺化学家手中,它的结构就基本上是确定的了,至少化学类型是“固定的”。因此,一条更紧凑的路线是首选的。色谱柱分离应该避免或尽量少用。因为我们希望产生尽可能少的废物,所以绿色化学更受到青睐。

第二代合成方法

吉利德的瑞德西韦第二代合成中使用碘代的氨基吡咯并三嗪20代替了溴代物4,在20被两个三甲基硅烷基保护后,采用Knochel于2004年发明的“turbo格氏试剂”(异丙基氯化镁-氯化锂络合物)5完成卤素-金属交换。将所得有机金属中间体溶液冷却后,加入到内酯3的冷溶液中,随后在用弱酸性水溶液淬灭反应时脱除双三甲基硅保护后得到6。在路易斯酸(TMS-OTf)存在下,6与三甲基氰基硅反应生成β-异构体占优势的光学混合腈类物7。然后经三氯化硼催化脱苄基得到核苷GS-44154(2)。在这个路线中,GS-44154(2)与光学纯的Sp型-磷酰胺酯21反应,不经手性色谱分离直接得到瑞德西韦(1)。

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光学纯的Sp型-磷酰胺酯21也是在Et3N存在下,由丙氨酸酯17和苯基二氯膦酸盐18反应首先得到氯化物,再用4-硝基苯酚处理氯化物中间体得到磷酰胺酯22的两个非对映异构体混合物,通过使用二异丙醚重结晶纯化以39%的产率得到Sp型异构体21,用于与GS-44154(2)偶联制备光学纯的瑞德西韦(1)。4,6


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第三代合成方法

在一篇预印版文章中,加拿大Edmonton的吉利德工艺学家公开了2条重在解决氰基化关键步骤的生产路线。在批量工艺中,他们首先采用与第二代路线相同的卤素-金属交换反应得到碘代物20,后面与核糖3的偶联反应应该是筛选了大量路易斯酸才发现较少被采用的氯化钕盐是催化偶联得到叔醇6的最佳试剂。而且,后来的氰基化是立体选择性反应。中间体6在酸和路易斯酸同时存在的条件下,与氰基三甲基硅烷反应得到异构体比例为84:16的叔腈7。毫无疑问,后续通过简单的重结晶就能得到光学选择性高达99.9:1的光学异构体。让我由衷感慨:知识就是力量?!


更令人兴奋的是,吉利德还报道了一种使用流式化学的生产工艺。与批量化学相比,流式化学有多种优势:占用空间小,因为毒害原材料的最少应用而极大提高了安全性。在瑞德西韦合成应用实例中,使用流式化学反应能够精确控制氰基化反应的温度,从而保证了高度的立体选择性。这真是太棒了!反应中我们只需要将反应试剂和中间体添加到系统中,然后打开开关,就可以得到想要的目标产物! 

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我们这里所展示的仅仅是已经发布的瑞德西韦的合成路线。在吉利德(Gilead)和其他地方高水平工艺化学家的努力下,将来会有更多简单、经济和环保的工艺路线出现。事实上,关于瑞德西韦合成的工艺专利已经大量涌现,而且很多都源于中国。


参考文献

1. Cho, A.; Saunders, O. L.; Butler, T.; Zhang, L.; Xu, J.; Vela, J. E.; Feng, J. Y.; Ray, A. S.; Kim, C. U. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2012, 22, 2705–2707.

2. Metobo, S. E.; Xu, J.; Saunders, O. L.; Butler, T.; Aktoudianakis, E.; Cho, A.; Kim, C. U. Tetrahedron Lett. 2012, 53, 484–486.

3. OʹConnor, S. J.; Dumas, J.; Lee, W.; Dixon, J.; Cantin, D.; Gunn, D.; Burke, J.; Phillips, B.; Lowe, D.; Shelekhin, T.; et al. WO200756170 (2007).

4. Siegel, D.; Hui, H. C.; Doerffler, E.; Clarke, M. O.; Chun, K.; Zhang, L.; Neville, S.; Carra, E.; Lew, W.; Ross, B.; et al. J. Med. Chem. 2017, 60, 1648–1661.

5. (a) Krasovskiy, A.; Knochel, P. Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 3333–3336. (b) Bao, R. L.-Y.; Zhao, R.; Shi, L. Chem. Commun. 2015, 51, 6884–6900.  

6. Clarke, M.; OʹNeil, H.; Feng, J. Y.; Jordan, R.; Mackman, R. L.; Ray, A. S.; Siegel, D. US Pat. 10251904B2 (2017).

7.Vieira, T.; Stevens, A. C.; Chtchemelinine, A.; Gao, D.; Badalov, P.; Heumann, L. Org. Process Res. Dev. 2020, 24, in press.

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