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从实验室到 67kg 级:解决 GS-441524 剧毒氰化反应的放大难题

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GS-441524(CAS No. : 1191237-69-0) 是瑞德西韦的母核苷,也是口服抗病毒药物奥贝地韦的活性代谢物,可对抗多个病毒科的病原体,具备口服生物利用度高、安全性好、结构简单等优势,是极具潜力的广谱口服抗病毒候选药物。但缺少可规模化、杂质可控的合规合成路线,无法进行工业化放大。


原研路线及合成

糖基化步骤难以放大:传统 C-糖苷化依赖由卤素–镁交换制备的格氏试剂偶联碱基与核糖内酯,难以从实验室重复放大到公斤级生产;

立体选择性不足:氰化步骤中手性氰基非对映选择性低;

杂质不可控:脱苄基步骤副产物苄氯等潜在基因毒性杂质,难以清除。


原文具体合成步骤(向上滚动查看)


合成路线改进

以吡咯并[2,1-f][1,2,4]三嗪-4-胺为原料,通过碘代、格氏试剂介导的糖基化、非对映选择性氰化、全局脱苄基、游离碱化与晶型控制六大步骤,从源头控制杂质、提升立体选择性、优化纯化,最终得到 GS-441524 原料药。


针对关键起始原料吡咯并三嗪,开发了连续流缩合工艺,用更安全的可溶性碱叔丁醇钾,结合一氯胺的连续制备与环合反应,提升安全性并实现多公斤级稳定供应。


碘代反应:源头控制杂质,实现稳定放大

三嗪母核的碘代反应,使用 NIS 作为碘代试剂。经GC定量检测 NIS 中的 NBS 含量(NBS ≤ 3.0 A%),优化为NIS 用量 1.025 当量,在 DMF 溶剂、-5~5oC条件下反应,控制溴代与二碘代杂质的生成。


放大反应:在 8.5 kg 与 38.6 kg 的放大批次中,产物 HPLC 纯度分别达到 96.37% 与 96.9%,分离收率稳定在 69.8%~72.3%。

糖基化反应:均相化促进偶联

初期因原料杂质与镧系盐溶解不足,反应转化率偏低。先重结晶纯化内酯,再采用氯化钕与四丁基溴化铵体系,通过微量水共沸除水实现均相反应,完成路易斯酸与内酯的均相络合,提升反应转化率与重现性。


放大反应:在 11 kg 与 90 kg 的生产批次中,产物 HPLC 纯度可达 99% 以上,分离收率稳定在 79%~80%。

氰化反应:工艺亮点,立体选择性提升

经四流道连续流,采用1/5/5 当量的 TFA/TMSOTf/TMSCN,反应温度 -38~-34oC,经 30 wt% KOH溶液淬灭,实现半缩醛中间体的立体选择性氰化,构建目标手性中心。

优点:独立进料,避免了预混液的低温析出;降低剧毒试剂 TMSCN 在间歇釜大规模操作中的安全风险;将非对映选择性提升至 94:6。


放大反应:产能可达 2.1 kg/h,累计处理超过 300 kg 底物,67.2 kg 批次的分离收率达 77%,长时间运行无堵塞现象。

脱苄基与盐酸盐纯化

采用顺序加料,BCl3/B (OMe)3组合在温和条件下完成脱保护,产物直接以盐酸盐形式析出,经水与异丙醇 1:5 的比例,在 6 倍溶剂体积下进行纯化,50 g 规模可得到 HPLC 纯度 99.99% 的盐酸盐,收率 90%。


放大反应:在最高 19.79 kg 的投料批次中,产物 HPLC 纯度保持在 99.79%~99.99%,苄氯、氯甲烷、氯异丙基、苯等毒性杂质全部低于检测限,残留溶剂符合 ICH Q3C 要求,分离收率稳定在 73.1%~76.5%。

游离碱制备与多晶型控制

将 GS-441524 盐酸盐用 20% K2CO3水溶液调碱,即可析出游离碱固体,工艺操作简单,过滤、水洗、干燥后即可得到粗品游离碱。


放大反应:多公斤批次的 HPLC 纯度均高于 99.79%,收率超过 95%。

多晶型的识别

晶型直接影响口服药物的溶解度、稳定性与生物利用度,合成中发现 GS-441524 存在两种晶型,Form II 稳定性与成药性更佳,作为目标药用晶型。在DMSO/水 1:1 的溶剂体系,70oC下原位引晶,逐步加水并缓慢降温,可稳定得到纯 Form II。


放大反应:2.83 kg 与 7.28 kg 批次均得到纯 Form II 晶型,HPLC 纯度高于 99.9%,毒性杂质与残留溶剂均未检出,收率达 92.5%~94.7%。

总结

  1. 从碘代中间体出发总收率达 42%,成功实现数十公斤级稳定生产;

  2. 从源头控制杂质,实现从起始原料、中间体到 API 全链条杂质管控;

  3. 规避间歇釜安全风险,开发四流道连续流氰化解决了剧毒试剂放大的安全难题。


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