研究背景
碳基化合物α-烷基化是構(gòu)建化合物分子新的手性中心的重要手段之一,在藥物合成方面具有重要的應用價值。
傳統(tǒng)的方法是利用羰基化合物與大位阻堿預先反應形成烯醇鹽,再和不同的烷基鹵化物在化學計量的手性助劑存在下的SN2型反應得到手性烷基化產(chǎn)物。該方法需要用到或者是昂貴的催化劑,或者是需要多步才能合成的催化劑,而且反應時間長,無法放大。(圖1,a,b)
圖1:(R)-2-乙基-4-氧-4-苯基丁醛合成反應方程式
歐洲著名連續(xù)流專家奧地利Graz 大學C. Oliver Kappe 教授,塞維爾(Servier)醫(yī)藥化學研究所以及藥物工程研究中心有限公司 (RCPE)的連續(xù)流合成和處理中心 (CC FLOW) ,成功實現(xiàn)醛基α位的手性選擇性烷基化反應的新方法。
在總結(jié)前人研究的基礎上,他們以2-溴苯乙酮生成(R)-2-乙基-4-氧-4-苯基丁醛3的反應作為模板反應(如圖1,c),利用康寧LRS (Lab Reactor System) 光化學反應器進行了光催化連續(xù)合成α-烷基化醛的研究。以芐基溴衍生物作為烷基化劑,使用市售二芳基脯氨醇三甲基硅基醚作為手性有機催化劑,實現(xiàn)醛基α位的手性選擇性烷基化反應。該方法反應速度快,可以直接放大。
1.催化劑和溶劑的篩選
作者首先利用釜式反應對手性催化劑和反應溶劑進行了初步篩選。
表1. 手性催化劑和溶劑的篩選
最終選擇以R-雙-3,5-二三氟甲基苯基脯氨醇三甲基硅基醚(1)為催化劑,用二氯甲烷作為溶劑進行連續(xù)合成研究。
2. 光波長和反應時間的篩選
接著,作者使用康寧LRS光化學反應器首先對光的波長和反應停留時間進行了初步研究。
圖2. 波長和反應時間的篩選
結(jié)果顯示,初步篩選出光源波長為375 nm,停留時間5 min,并在此基礎上對反應條件進行進一步的優(yōu)化。
3. 實驗穩(wěn)定性和放大的研究
為了驗證穩(wěn)定性和實驗室規(guī)模過程的制備能力,以2-溴丙酮為烷基化劑對丁醛進行了α-烷基化反應長時間運行的研究。
圖2:(R)-2-乙基-4-氧-4-苯基丁醛連續(xù)合成
合成條件為:2-溴苯乙酮濃度為0.625 M,丁醛 2.25 eq,催化劑(1)15 mol%,2,6-二甲基吡啶1 eq,所有物料溶解于二氯甲烷中一股進料,反應光照波長375 nm,反應溫度10 ℃,停留時間5min(如圖2所示)。
在該條件下,連續(xù)運行了3.5 h,中途隨機取樣監(jiān)測反應轉(zhuǎn)化率和選擇性穩(wěn)定,得到12.27 g 純品,收率89%,實驗室生產(chǎn)效率3.51 g/h。
作者也對該方法的普適性進行了廣泛的研究,發(fā)現(xiàn)對于不同的醛和芐溴都有很好的適用性。
通過改變催化劑雙-3,5-二三氟甲基苯基脯氨醇三甲基硅基醚的構(gòu)型,可以得到不同構(gòu)型的產(chǎn)品。
圖3:醛基a位連續(xù)合成方法適用性研究
基于普適性的研究結(jié)果,作者開發(fā)了一種新的合成抗風濕藥物Esonarimod 的方法(如圖4)。該工藝只需兩步反應,就可以得到單一構(gòu)型的(R)-Esonarimod。
圖4:Esonarimod中間體的連續(xù)合成
如果想要合成(S)-Esonarimod也可以通過選用S-雙-3,5-二三氟甲基苯基脯氨醇三甲基硅基醚(ent-1)為催化劑來選擇性制備。
使用康寧LRS光化學反應器可以達到3.44 g/h的生產(chǎn)效率。結(jié)合康寧反應器無縫放大的特點,使得該工藝可以非常便利的由實驗室規(guī)模放大到工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模。
實驗結(jié)
歐洲著名連續(xù)流專家奧地利Graz 大學C. Oliver Kappe 教授團隊共同研究發(fā)現(xiàn):
用康寧LRS(Lab Reactor Systerm)連續(xù)光化學反應器實驗室研發(fā)平臺,以2-溴苯乙酮生成(R)-2-乙基-4-氧-4-苯基丁醛3的反應作為模型板反應,進行了光催化連續(xù)合成α-烷基化醛的研究。
研究團隊成功開發(fā)了一種以芐基溴衍生物作為烷基化劑,使用市售二芳基脯氨醇三甲基硅基醚作為手性有機催化劑,實現(xiàn)醛基α位的手性選擇性烷基化反應的方法。
該方法具有廣泛的底物適用性,將反應時間從103小時縮短到5分鐘,產(chǎn)率和對映體純度都優(yōu)于現(xiàn)有文獻報道的結(jié)果。
利用該連續(xù)流方法,研究團隊開發(fā)了抗風濕藥物Esonarimod(KE-298)新的合成工藝。結(jié)合康寧反應器技術無縫放大的特點,該工藝可以非常便利的由實驗室規(guī)模放大到工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模。
參考文獻:
ACS Appl. Electron. Mater. 2022, 4, 1875−1881
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