瑞戈非尼合成工艺研究

汤 君, 何广卫*, 张 强, 刘为中, 刘 毅

(1. 合肥医工医药股份有限公司,安徽 合肥 230601； 2. 安庆医药高等专科学校,安徽 安庆 246052)

瑞戈非尼(Regorafenib,1)化学名为4-[4-[[[4-氯-3-(三氟甲基)苯基]氨甲酰基]氨基]-3-氟苯氧基]-N-甲基吡啶-2-甲酰胺一水合物,商品名为Stivarga,是由拜耳公司研发的第一个治疗转移性结肠直肠癌的口服小分子多激酶抑制剂,于2012年9月在美国上市[1-2]。本品主要通过抑制促进肿瘤生长的多种酶,包括血管内皮细胞生长因子受体(VEGFR-1、 VEGFR-2、 VEGFR-3 等),进而阻断肿瘤细胞增殖、抑制肿瘤血管生成作用[3-4]。

1由4-[4-[[[4-氯-3-(三氟甲基)苯基]氨基甲酰]氨基]-3-氟苯氧基]-N-甲基吡啶-2-甲酰胺(瑞戈非尼无水物,6)加水而成。6的合成路线主要有以下3条:①文献[5]报道了4-氨基-3-氟苯酚(2)和N-甲基-4-氯-2-吡啶甲酰胺(3)经亲核取代得4-(4-氨基-3-氟苯氧基)-N-甲基吡啶-2-甲酰胺(4);4在CDI(N,N-羰基二咪唑)的活化下,与4-氯-3-三氟甲基苯胺缩合得6,但由于CDI对空气敏感,对湿不稳定,遇水极易分解,且易生成胺的自身成脲产物,导致杂质增多,收率较低,不适合工业化生产,路线见Scheme 1。②原研专利[6]报道了2和3经亲核取代得4,4再与4-氯-3-三氟甲基异氰酸苯酯(5)缩合得6,该工艺采用5替代4-氯-3-三氟甲基苯胺,由于5的活性较强,省去了CDI活化的过程,减少了杂质的生成[7-9],但该专利工艺仍存在如下问题：所得4的产品颜色深,纯度和收率偏低；在制备6时,需要浓缩甲苯后再使用低沸点溶剂乙醚处理,操作复杂且安全性低,路线见Scheme 2。③原研专利[10]和文献[11]报道了先将2与4-甲基-2-戊酮反应生成亚胺类中间体,增强了氧原子的亲核性,再与3反应后于酸性条件下脱去保护基得4,最后与5缩合得6,但该方法涉及保护、脱保护,反应步骤增加,操作复杂,成本增加,不适合工业化生产,路线见Scheme 3。

Scheme 1

Scheme 2

Scheme 3

Scheme 4

本研究参考原研路线(Scheme 4),对1的合成工艺进行了优化,使1的有关物质等各项指标符合规定,晶型与原研一致,总收率48.5%(以3计),产品结构经1H NMR、13C NMR、 MS(ESI)、元素分析确证。具体为,制备4时,将反应温度升高至95～105 ℃后,再滴加3的N,N-二甲基乙酰胺分散液,反应时间缩短至3 h(文献[6]反应时间16 h)；使用活性炭脱色,能明显改善产品的颜色(文献[6]所得产品颜色较深为红棕色)；使用无水乙醇重结晶,可明显降低4的有关物质,纯度提高至99.05%,而重复文献[6]制得4不经纯化直接用于后续反应,实验结果显示制得6和1的纯度均较低。制备6时,使用二氯甲烷作溶剂,反应毕直接过滤即可,避免文献中浓缩甲苯再用乙醚处理的工艺,大大简化了操作。制备1时,文献采用先将6成盐再中和的方法,但需要将乙酰氯滴入到甲醇溶液中或使用氯化氢的甲醇溶液成盐酸盐后,再于50 ℃下使用氢氧化钠溶液中和,操作复杂,且容易引入杂质,两步收率62.6%,本研究开发了将6溶于丙酮中再滴加水后程序降温析晶的工艺,操作简捷,适合放大,提高了收率,两步收率75.5%。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

WRS-1A型数字熔点仪；Bruker Am-500 MHz型核磁共振仪(DMSO-d6为溶剂,TMS为内标)；NEXUS 870FT红外光谱仪；GCT型气相色谱-飞行时间质谱连用仪；Elementar Vario Micro型元素分析仪；Shimadzu AT20型高效液相色谱仪；Pyris1 TGA型热重分析仪；X’TRA型X-射线衍射仪。

化合物2,工业级,苏州盖德精细材料有限公司；化合物3,工业级,北京华威锐科化工有限公司；化合物5,工业级,北京华威锐科化工有限公司；丙酮,工业级,无锡市展望化工试剂有限公司；其余所用试剂均为分析纯。

1.2 合成

(1) 4-(4-氨基-3-氟苯氧基)-N-甲基吡啶-2-甲酰胺(4)的合成

氮气保护下,向50 L反应釜中加入N,N-二甲基乙酰胺7.78 kg,搅拌下加入叔丁醇钾2.19 kg(19.53 mol),控温0～10 ℃搅拌20 min。向反应液中滴加22.50 kg(19.68 mol,N,N-二甲基乙酰胺7.78 kg分散),滴毕,升至20～30 ℃继续搅拌0.5 h。然后升温至95～105 ℃,滴加32.55 kg(15.02 mol,N,N-二甲基乙酰胺2.96 kg分散),滴毕,控温 95～105 ℃反应2 h(HPLC检测)。反应毕,降温至20～30 ℃,过滤,滤液减压浓缩至粘稠。向100 L反应釜中加入乙酸乙酯17.95 kg,搅拌下将黏稠物加入到反应釜中,加水(3×40.00 kg)洗涤,分液,收集有机层,加入无水硫酸钠2.67 kg干燥12 h,过滤,适量乙酸乙酯洗涤滤饼。将滤液转移至30 L反应釜中,升温至75～85 ℃,加入活性炭0.24 kg,搅拌1 h,趁热过滤,用适量乙酸乙酯洗涤滤饼,滤液减压浓缩至粘稠得4粗品。向10 L反应瓶中加入无水乙醇5.52 kg,搅拌下加入4粗品,回流1 h,然后降温至0～10 ℃,过滤,滤饼用适量冷无水乙醇(0～10 ℃)洗涤后于38～42 ℃真空干燥4 h得4精品3.14 kg,收率80.2%, HPLC纯度99.05%, m.p. 140～142 ℃(140.5～141.2 ℃[10])。

(2) 4-[4-[[[4-氯-3-(三氟甲基)苯基]氨基甲酰基]氨基]-3-氟苯氧基]-N-甲基吡啶-2-甲酰胺(6)的合成

氮气保护下,向100 L反应釜中加入二氯甲烷40.33 kg,搅拌下加入42.01 kg(7.70 mol),控温20～30 ℃,继续搅拌10 min。向反应液中滴加52.21 kg(10.01 mol,二氯甲烷14.88 kg溶解),滴毕,控温20～30 ℃反应20 h(HPLC检测)。反应毕,过滤,滤饼于28～32 ℃真空干燥4 h得6粗品2.97 kg。向100 L反应釜中加入丙酮42.41 kg和6粗品,升温至55～65 ℃,待物料溶解后,滴加水15.76 kg,滴毕,保温搅拌1 h。然后降温至50 ℃,加入晶种,进一步降温至30～40 ℃析出,最后降温至0～10 ℃,过滤,滤饼于58～62 ℃真空干燥4 h得6精品2.71 kg,收率73.0%,HPLC纯度99.62%,m.p. 207～208 ℃(208.0～208.9 ℃[12])。

(3) 瑞戈非尼(1)的合成

向50 L反应釜中加入丙酮29.49 kg和6精品1.68 kg,升温至55～65 ℃,待物料溶解后,滴加水13.44 kg,滴毕,保温搅拌1 h。然后降温至50 ℃,加入晶种,进一步降温至30～40 ℃析出,最后降温至0～10 ℃,过滤,滤饼于48～52 ℃真空干燥4 h得白色固体11.45 kg,收率82.7%,卡尔费休法测得水分为3.61%(理论水分3.59%),HPLC纯度99.86%；热重分析(TGA)：约150 ℃失重3.389%(3.6%[13])；1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)d: 9.49(s, 1H), 8.78～8.76(m, 1H), 8.73(s, 1H), 8.51(d,J=5.6 Hz, 1H), 8.18(t,J=9.2 Hz, 1H), 8.11(s, 1H), 7.62～7.57(m, 2H), 7.44(d,J=2.5 Hz, 1H), 7.23(dd,J=2.6 Hz, 11.5 Hz, 1H), 7.15(dd,J=2.6Hz, 5.6 Hz, 1H), 7.05～7.04(m, 1H), 2.81(d,J=4.8 Hz, 3H);13C NMR(100 MHz, DMSO-d6)d: 165.91, 164.19, 154.08, 152.97, 152.57, 152.13, 150.85, 148.50, 139.43, 132.45, 127.28, 125.40, 123.19, 122.81, 122.13, 117.44, 117.02, 114.44, 109.41, 26.42; MS(ESI)m/z: 483.1{[M+H]+}; Anal. calcd for C21H17N4O4ClF4: C 50.33, H 3.42, N 11.18, found C 50.30, H 3.59, N 11.10。

2 结果与讨论

2.1 合成4的反应条件优化

(1) 反应溶剂

文献[5]报道的反应溶剂为N,N-二甲基乙酰胺,进一步考察不同的反应溶剂对反应的影响,结果显示,N,N-二甲基甲酰胺作为反应溶剂,3剩余10.17%未反应完全；采用N-甲基吡咯烷酮作为反应溶剂,3反应完全,但其沸点太高后处理难以蒸除,工艺操作难度大；而采用N,N-二甲基乙酰胺作为反应溶剂,3反应完全,因此反应溶剂优选N,N-二甲基乙酰胺。

(2) 反应温度

文献[5]报道的反应温度为100 ℃,进一步考察不同的反应温度对反应的影响,结果显示,75～85 ℃时,反应温度过低,3未反应完全,产品有关物质大,收率低；采用95～105 ℃和115～125 ℃时,3均反应完全,产品有关物质基本一致,但95～105 ℃所得产品的收率略高,因此反应温度优选95～105 ℃,具体结果见表1。

表1 反应温度对4有关物质和收率的影响Table 1 Effect of reaction temperature on related substances and yield of 4

(3) 投料比

文献[5]报道的叔丁醇钾/2/3(摩尔比)为1.30/1.30/1,进一步考察不同的投料比对反应的影响,结果显示,减少叔丁醇钾和2的用量,所得产品的有关物质明显增大,收率偏低；当按照文献的投料比时,所得产品的有关物质为2.57%,收率为71.3%；进一步增加叔丁醇钾和2的用量,所得产品的有关物质未见明显提高,收率反而降低,因此投料比优选叔丁醇钾/2/3(摩尔比)为1.30/1.30/1,具体结果见表2。

表2 投料比对4有关物质和收率的影响Table 2 Effect of the ratio on related substances and yield of 4

(4) 重结晶

文献[5]报道的重结晶溶剂为无水乙醇,进一步考察溶剂种类、溶剂用量以及析晶温度对产品有关物质和收率的影响,结果显示,无水乙醇所得产品的收率最高,而无水甲醇、异丙醇和乙酸乙酯重结晶所得产品的收率均较低,4种溶剂对产品的有关物质影响均不大,因此优选无水乙醇作为重结晶溶剂；当无水乙醇和4粗品的体积质量比为2/1和3/1时,所得产品的收率相当,但无水乙醇和4粗品的体积质量比为3/1时,产品的有关物质较小,进一步增加无水乙醇用量,产品有关物质虽有降低趋势,但收率偏低,因此无水乙醇的体积优选4粗品质量的3倍；析晶温度对产品的有关物质影响不大,0～10 ℃时所得产品的收率最高,因此析晶温度优选0～10 ℃，结果见表3。

表3 重结晶对4有关物质和收率的影响Table 3 Effect of the recrystallization on related substances and yield of 4

2.2 合成6的反应条件优化

采用6粗品制备1时,所得1的有关物质为0.90%,有关物质偏大,单杂超过0.1%,不符合ICH要求,因此有必要对6粗品进行重结晶,进一步提高纯度。考察了丙酮、无水甲醇、无水乙醇、异丙醇对产品有关物质和收率的影响,结果显示,4种溶剂所得产品的收率均较低,且无水乙醇和异丙醇所得产品的有关物质偏大,鉴于1的制备采用的是丙酮/水的结晶工艺,所得1的有关物质和收率均较佳,故考虑采用丙酮/水对6粗品进行纯化,结果所得产品的有关物质为0.60%,收率为75.0%,因此重结晶溶剂优选丙酮/水。进一步考察水和6粗品的质量比,结果：水的用量对产品的有关物质和收率影响很大,结合数据优选水的质量是6粗品质量的8倍；析晶温度对产品的有关物质影响不大,0～10 ℃时所得产品的收率最高,因此析晶温度优选0～10 ℃,结果见表4。

表4 6的重结晶条件优化Table 4 Optimization of the recrystallization conditions of 6

2.3 合成1的反应条件优化

(1) 重结晶

在制备瑞戈非尼时,原研专利[13]在实施例中公开了使用丙酮溶解6后过滤,滤液加水至滤液的1/4直至得到沉淀,干燥后得一水合物的工艺。原研专利[10]公开了以丙酮水为溶剂,分次加水程序降温析晶制得一水合物的工艺。综合上述专利,对丙酮/水的重结晶工艺进行研究,考察了水和6的质量比,结果显示,水的用量对1的有关物质和收率均有影响,当水/6的质量比为9/1时,收率最高,但有关物质大,结合数据优选水的质量是6粗品的8倍；同时考察了搅拌速率、降温速率和析晶温度对1有关物质和收率的影响,结果显示,搅拌速率为120 r/min时,水分不合格；降温速率为15 ℃/h时,水分不合格；析晶温度为0～10 ℃时,收率最高,且水分和有关物质符合要求,因此搅拌速率优选60 r/min,降温速率优选10 ℃/h,析晶温度优选0～10 ℃,具体结果见表5。

表5 1的重结晶条件优化Table 5 Optimization of the recrystallization conditions of 1

(2) 干燥条件

在制备1时,原研专利[13]在实施例中公开了在室温条件下干燥的工艺。原研专利[10]中公开了一水合物于90 ℃下减压干燥(21 mbar)3 h可得无水物。对1的干燥温度进行了考察,发现38～42 ℃干燥2～4 h,水分大于3.8%； 58～62 ℃干燥2～4 h,水分小于3.4%；而48～52 ℃干燥3～4 h,水分符合要求,有关物质基本不变,因此干燥温度优选48～52 ℃,具体结果见表6。

表6 1的干燥条件优化Table 6 Optimization of the dry conditions of 1

2.4 自研品1的晶型

对自研品1的晶型进行了研究,按本工艺所得1的晶型经粉末XRD、红外光谱测定与原研专利报道的晶型一致,进一步对自研品在留样过程中进行了稳定性考察(粉末XRD测定),结果显示自研品在留样过程中晶型保持一致,具体晶型数据见表7。

表7 1的晶型数据Table 7 Crystalline form datas of 1

对瑞戈非尼合成工艺进行了研究,并按照优化后的工艺进行了公斤级规模的放大。结果表明,该路线工艺稳定,操作简便,产品总收率48.5%(以3计)、纯度99.86%,晶型与原研一致,适合工业化生产。