著名藥企新成果：抗腫瘤藥連續(xù)合成、分離和分析！

更新時(shí)間：2022-05-19 點(diǎn)擊次數(shù)：2746

背景介紹

近期，阿斯利康公司藥物研發(fā)部門的Eleonora等人對(duì)抗腫瘤藥AZD4635的合成工藝進(jìn)行了優(yōu)化，通過引入連續(xù)流氧化以及在線氣液分離和在線監(jiān)控技術(shù)，完成了該原料藥的合成。

連續(xù)流技術(shù)的引入，將工藝從傳統(tǒng)的5步反應(yīng)縮短為3步，總收率提高了4個(gè)百分點(diǎn)。

其中亮點(diǎn)多多，請(qǐng)隨小編一起了解一下他們的研究細(xì)節(jié)吧！

現(xiàn)有的工藝合成AZD4635需要5步反應(yīng)，雖然實(shí)現(xiàn)了6.5kgAPI的合成，但是該工藝步驟繁瑣，且需要使用Pd、Ir等貴金屬催化劑。

圖1. 3步合成新工藝與現(xiàn)有5步合成工藝對(duì)比

新工藝只需三步即可得到最終產(chǎn)物。且使用價(jià)廉物美的氧氣作為氧化劑，大大節(jié)省了原材料成本。

氧氣是一類十分清潔的氧化劑，廉價(jià)易得，且反應(yīng)不產(chǎn)生副產(chǎn)物。

然而，氧氣也是一類助燃劑，在間歇釜條件下，極易因?yàn)殪o電或者局部過溫，發(fā)生燃燒甚至爆炸等事故。所以化工行業(yè)有“寧做十個(gè)還原，不做一個(gè)氧化”的說法。

連續(xù)流技術(shù)的應(yīng)用，可以通過技術(shù)手段及時(shí)消除靜電并精確控制溫度，從而極大降低反應(yīng)失控風(fēng)險(xiǎn)。

具體研究?jī)?nèi)容

一、反應(yīng)條件初步探索

作者先使用間歇釜對(duì)反應(yīng)的溶劑、催化劑和堿等條件進(jìn)行了探索。最終DMSO被選作溶劑，Cu(OAc)₂被選作催化劑，進(jìn)行后續(xù)研究。

表1. 釜式反應(yīng)條件測(cè)試實(shí)驗(yàn)

二、連續(xù)流裝置搭建

連續(xù)流工藝流程圖如下圖所示，原料（化合物3）溶解在DMSO中，加入5 mol%Cu(OAc)₂作催化劑，以3ml/min的流速泵入連續(xù)流反應(yīng)器（長(zhǎng)度90mm，內(nèi)徑9.5ml，持液體積3ml）。

反應(yīng)物氧氣通過質(zhì)量流量計(jì)后，以約20ml/min的流速進(jìn)入反應(yīng)器，在120℃左右的溫度下反應(yīng)，物料經(jīng)背壓閥（壓力設(shè)定35bar）流出后，經(jīng)過Zaiput分離器完成氣液分離，液體物料流過原位紅外流通池后，進(jìn)入收集罐。

表2. 連續(xù)流工藝條件優(yōu)化

作者在反應(yīng)出口設(shè)置了Zaiput分離器，將未反應(yīng)的氧氣與原料進(jìn)行在線分離，并以1L/min的流速的氮?dú)鈱?duì)剩余氧氣進(jìn)行稀釋（使尾氣中氧氣的含量在2%以下），確保尾氣的安全。

【編者】Zaiput分離器，主要原理為兩相不互溶的流體在多孔分離膜的表面張力差不同。本實(shí)驗(yàn)中氧氣和反應(yīng)后有機(jī)混合溶液形成兩相不相容的混合流體，通過Zaiput將氧氣分離出來。這樣可以減少由于流通池中的氧氣氣泡而產(chǎn)生的背景噪聲，提高在線原位紅外測(cè)試結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

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紅外光譜圖中，化合物3和4分別在1689cm^-1和1675 cm^-1，1693 cm^-1有不同的吸收峰，所以反應(yīng)過程中可以用原位紅外光譜（Mettle-Toledo React IR 15）進(jìn)行在線分析，對(duì)反應(yīng)過程進(jìn)行在線監(jiān)控。

三、連續(xù)流工藝優(yōu)化

在連續(xù)流裝置上，作者對(duì)反應(yīng)溫度、物料濃度、催化劑用量以及氧氣的摩爾當(dāng)量等參數(shù)進(jìn)行了快速優(yōu)化，并通過紅外和HPLC等對(duì)反應(yīng)過程進(jìn)行檢測(cè)。

最后選擇20倍體積的DMSO作溶劑， Cu(OAc)₂用量5mol%，原料流速3ml/min，氧氣流速20ml/min（約3當(dāng)量），在120℃條件下，連續(xù)反應(yīng)，表觀停留時(shí)間約52s，獲得了85%分離收率。

作者用70g化合物3為原料，連續(xù)運(yùn)行約7小時(shí)，未發(fā)生任何固體堵塞。所收集的反應(yīng)混合液加入等體積的水析出固體，漿液過濾后干燥后獲得黃色固體化合物4（分離收率85%）。化合物4經(jīng)過縮合反應(yīng)后，獲得原料藥AZD4635.

研究結(jié)果

通過使用連續(xù)流反應(yīng)器進(jìn)行連續(xù)氧化，縮短了AZD4635的合成路線，總收率提高4個(gè)百分點(diǎn)；
使用連續(xù)流反應(yīng)器對(duì)反應(yīng)溫度、物料濃度、催化劑用量以及氧氣的摩爾當(dāng)量等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，最終獲得了*優(yōu)的反應(yīng)條件；
三步反應(yīng)全連續(xù)，在線分離和檢測(cè)，極大地提高了過程效率；
連續(xù)氧化反應(yīng)工藝以70g化合物3為原料，連續(xù)反應(yīng)7小時(shí)，未發(fā)生堵塞，并最終以85%的分離收率獲得目標(biāo)化合物4；
解決了傳統(tǒng)間歇釜工藝的安全性問題，工藝簡(jiǎn)單、原子經(jīng)濟(jì)性好，綠色環(huán)保。

參考文獻(xiàn)：

Org. Process Res. Dev. 2022, 26, 1048−1053

編者語(yǔ)

該工藝是典型的氣液非均相反應(yīng)，這一類反應(yīng)在微通道反應(yīng)器上，尤其是康寧微通道反應(yīng)器上，具有很高的可行性。由于康寧反應(yīng)器可以實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室到生產(chǎn)的無縫放大，可以快速實(shí)現(xiàn)該類工藝的規(guī)模化生產(chǎn)。

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