阿培利西的合成路线图解

刘 进，张向阳,蒋俊杰，秦三海，崔丙存

(1.湖北理工学院 医学院，湖北 黄石 435003;2.黄石世星药业有限责任公司，湖北 黄石 435111)

0 引言

阿培利西(Alpelisib,1)的化学名为(2S)-N1-{4-甲基-5-[2-(2,2,2-三氟-1,1-二甲基乙基)-4-吡啶基]-2-噻唑基}-1,2-吡咯烷二甲酰胺，是由瑞士诺华制药公司研发的一种新型磷脂酰肌醇-3-激酶α(PI3K-α)抑制剂，于2019年5月24日被美国食品药品监督管理局(FDA)批准上市，商品名为Piqray[1]。

临床研究表明，阿培利西与氟维司群(Fulvestrant)联合应用具有协同的抗肿瘤活性，主要用于治疗经基于内分泌的治疗方案治疗后疾病进展的激素受体阳性(HR)、人表皮生长因子受体-2(HER2)阴性、PIK3CA突变的晚期或转移性男性、绝经后女性乳腺癌患者[2-5]。晚期或转移性乳腺癌是指乳腺癌已经扩散到乳房以外的其他器官,常见于骨骼、肺、肝脏或大脑等。当乳腺癌激素受体阳性时，患者可以使用抗激素治疗(也称为内分泌治疗)单独使用或与其他药物联合使用[6]。大约40%的HR(+)晚期乳腺癌患者具有可能激活PI3K-α同种型的基因突变，称为PIK3CA突变。PIK3CA基因突变导致PI3K信号通路活化，促进肿瘤的增殖、转移和侵袭，在众多癌症中属高频出现事件[2-3,7-9]。这些突变与内分泌治疗耐药、疾病进展和预后不良有关。阿培利西抑制PI3K通路，主要是PI3K-α同种型起作用，以解决PIK3CA突变的影响[2-5,9-10]。据相关报道，全球约12.2%乳腺癌病例来自中国，中国乳腺癌死亡人数占全球的9.6%，中国乳腺癌发病率以每年2%的速度递增，是增长速度较快的国家之一[11-12]，因此，该药物的市场潜力巨大。本文对该药物的合成路线进行分析，根据不同的起始原料及关键中间体，归纳总结了2种阿培利西的合成方法，以优化其生产工艺，造福广大病患。阿培利西合成路线如图1所示。

图1 阿培利西合成路线

1 关键中间体11的合成

中间体11含取代的吡啶和取代的噻唑2个杂环结构，可以通过取代的噻唑杂环底物与取代的溴化吡啶直接偶联或环合噻唑环反应2种方式得到。

1)M1法(吡啶与噻唑直接偶联法)。以3,3,3-三氟-2,2-二甲基丙酸(2)为原料，与草酰氯在CHCl3中回流反应得到产物3,3,3-三氟-2,2-二甲基丙酰氯(3)。将(E)-4-甲氧基-3-烯-2-酮(4)在强碱LiHMDS(双(三甲基硅基)胺基锂)作用下，于-78 ℃的THF溶液中拔掉羰基α位的氢后，与3,3,3-三氟-2,2-二甲基丙酰氯(3)发生亲核加成反应得到产物7,7,7-三氟-5-羟基-1-甲氧基-6,6-二甲基庚-1,4-二烯-3-酮(5)。接着，在三氟乙酸的酸性条件下，产物5在甲苯溶液中，-10 ℃至室温的条件下发生环合反应得到产物2-(1,1,1-三氟-2-甲基丙-2-基)-4H-吡喃-4-酮(6)。产物6在氨水中经氧氮置换得到2-(1,1,1-三氟-2-甲基丙-2-基)吡啶-4(1H)-酮(7)，最后产物7在85 ℃，DCE(1,2-二氯乙烷)溶剂中与溴化试剂POBr3反应得到重要中间体4-溴-2-(1,1,1-三氟-2-甲基丙-2-基)吡啶(8)。化合物8与N-(4-甲基噻唑-2-基)乙酰胺(9)在醋酸钯催化剂作用下经碳氢活化反应，得到杂环偶联产物10。接着，化合物10在6N HCl酸性环境中，于85 ℃的EtOH中脱去乙酰基，得到关键中间体4-甲基-5-(2-(1,1,1-三氟-2-甲基丙-2-基)吡啶-4-基)噻唑-2-胺(11)[1,13-16]。

2)M2法(环合噻唑法)。以4-甲基-2-(1,1,1-三氟-2-甲基丙-2-基)吡啶(12)为原料，在-78 ℃的THF溶液中，强碱LiHMDS拔氢，然后与Weinreb酰胺N-甲氧基-N-甲基乙酰胺(13)发生反应，随后将反应混合物转移至1.5 M H2SO4的H2O/toluene混合溶剂体系中，室温剧烈搅拌得到化合物14。化合物14经NBS(N-溴代琥珀酰亚胺)溴代后，与硫脲发生环合反应构筑噻唑环合成4-甲基-5-(2-(1,1,1-三氟-2-甲基丙-2-基)吡啶-4-基)噻唑-2-胺的氢溴酸盐(15)。接着，化合物15在吡啶作缚酸剂、THF溶剂中经游离后制得关键中间体11。

3)原料4-甲基-2-(1,1,1-三氟-2-甲基丙-2-基)吡啶(12)的合成。1-(4-甲基吡啶-2-基)乙烷-1-酮(19)与TMSCF3(三氟甲基三甲基硅烷)在NaOAc作碱、DMSO(二甲亚砜)作溶剂、室温～45 ℃的条件下发生羰基加成反应，得到化合物20。化合物20在K2CO3的碱性条件下，于MeOH溶剂中室温脱去TMS(三甲基硅基)，得到叔醇产物21。化合物21通过MsCl(甲磺酰氯)在NaH的碱性条件下，于THF(四氢呋喃)溶剂中，室温～40 ℃的条件下生成甲磺酸酯(22)，最后化合物22与甲基化试剂AlMe3反应得到原料4-甲基-2-(1,1,1-三氟-2-甲基丙-2-基)吡啶(12)，此步反应不太好，收率仅28%。

2 目标产物阿培利西的合成

关键中间体11合成后可以通过2种缩合方法得到阿培利西。

1)CDI(N,N'-羰基二咪唑)缩合法。中间体11与N,N'-羰基二咪唑在DCM溶剂中回流反应得到中间产物16。这是CDI参与缩合反应的关键中间体，然后该中间体与(S)-吡咯烷-2-甲酰胺(18)在三乙胺碱性环境下、DMF(N,N-二甲基甲酰胺)溶剂中室温反应得到最终目标产物阿培利西[1,13-16]。

2)氨基甲酸酯氨解法。中间体11先与氯甲酸苯酯反应生成氨基甲酸苯酯17，然后(S)-吡咯烷-2-甲酰胺(18)在THF和H2O的混合溶剂体系中氨解化合物17得到最终目标产物阿培利西。

3 小结

合成阿培利西的2条路线反应步数相同，2条路线都有超低温-78℃的反应，工业放大存在一定操作难度。路线1在联接噻唑环和吡啶环时用到了Pd(OAc)2催化的碳氢活化反应，碳氢活化因其原子利用率高、底物不需预活化、反应效率好而成为当前药物合成领域研究的热点。但是就此步反应而言，也存在一些问题：①反应条件相对苛刻，操作条件要求相对较高且繁琐，需要隔绝空气和水分，工业放大会存在较大的因操作失误带来的反应失败风险；②Pd(OAc)2属贵金属催化剂，工业放大会存在成本较高的问题；③催化剂中的重金属钯还可能会残留至最后的目标产物原料药中，会存在一定的影响产品质量的风险。路线1在氨基甲酰化步骤中用到了CDI。该反应每消耗一分子CDI，在生成一分子甲酰化产物的同时还会生成两分子咪唑副产物，原子利用率不高，会产生大量含咪唑的废弃物，给反应后处理带来一定的压力。路线1各步反应收率都中等偏上。路线2在合成中间体12的第一、二步反应中，用TMSCF3作为三氟甲基化试剂和原料19的酮羰基发生加成反应，生成相应的α-羟基三氟甲基化合物21同时脱去三甲基硅，2步反应下来损失原子利用率。路线2在由21转变为22的反应中用到了强碱NaH，该试剂化学反应活性很高，在潮湿空气中能自燃，放大操作同样存在较大安全风险；除此之外，本步反应中还用到了剧毒试剂甲磺酰氯，该试剂原料来源不便并且不利于安全生产。此外，该路线在合成中间体12的最后一步反应中还用到了金属有机化物AlMe3的己烷溶液，该试剂非常活泼、反应性极强，在空气中易自燃，遇水还会发生爆炸，属危险性试剂，放大操作存在很大的安全风险，并且该步反应收率也较低。综上因素，路线2不适宜作为放大路线。

相比而言，路线1更适合作为放大路线进行开发研究。路线1可以通过以下途径进行优化和改进：①进一步探索和优化第6步碳氢活化反应条件，尝试降低催化剂用量或者探索更廉价的其他过渡金属催化剂(如镍、铬、铜等催化剂)，从而降低反应的成本并且减小后续步骤中处理重金属残留的压力；②深入探索第6步中更普适、更简单、更方便的碳氢活化反应条件，最好能实现无需隔绝空气和水分，简化反应操作程序，降低操作难度系数从而降低放大反应风险；③第8步氨基甲酰化反应中可以用氨基甲酸酯氨解法替代CDI缩合法，从而提高原子利用率，减少废弃物产生，减轻反应后处理压力。随着相关研究工作的深入，相信在当前2条路线基础上，通过不断优化和改进，新的更适宜工业生产的最佳路线不久将会被开发出来。