(讲解)process chemistry ——氟维司群

氟维司群：从实验室到商业规模的生产摘要：本文描述了氟维司群（在Faslodex中的活性成分）的商业规模生产的发展过程。

它合成的关键步骤是有机铜试剂对甾体二烯酮的1,6加成的立体选择性，及接下来铜离子催化的A环的芳构化。

本文也概括了处理非结晶性中间体的策略。

获得能被接受质量的药物产品关键是取决于限制关键杂质的形成。

讨论了这些杂质的来源及阻止或控制它们形成的策略。

引言氟维司群6是‘Faslodex’的活性成分，是被证明了治疗晚期乳腺癌安全有效的雌激素受体下调剂。

将药物设计为油状溶液并且作为长效的肌肉注射给药。

它合成的关键步骤是有机铜试剂对甾体二烯酮的1,6加成的立体选择性，及接下来铜离子催化的A环的芳构化。

生产出的氟维司群是亚砜旋光异构体，它们本质上具有一样的药理与毒理性质。

本文考虑了几个分子以不同顺序组装的潜在合成路径。

19-去甲睾酮，1,1,9-壬二醇，7，及五氟戊醇，10都可以购买的（尽管很贵）并且都可以被假设为任一合成路径的起始原料。

生产10的最有可能是从碘代五氟乙烷开始，但是碘代五氟乙烷由于容易挥发（bp13℃）及产生与环境问题有关的含碘化合物造成合成10很难操作。

对于最初的生产项目中10的供应是很难有保障的，所以明智的举措是将主要心思放在将这一关键的原料用在最经济的很成路线上并且最晚合成这一步。

用来合成克级的氟维司群的合成路径涉及到硅基保护的1-溴-9-羟基壬烷及它对甾体二烯酮的共价加成的制备。

本条路径主要关注的内容是：（a）大规模生产10五氟戊醇的容易性问题，（b）用色谱法纯化几个非结晶性中间体问题，（c）在低温条件下，甾体二烯C7位取代物的合成，产生了以需要的以7α构型为主的产物（异构体比例为1.9:1）。

最后产物通过结晶是除非色谱法以外的唯一纯化的方法，幸好出去了不需要的7β-异构体。

最后，建立了10五氟戊醇的生产，并且由于它的生产成本的下降，使其并不是选择合成路径的主要考虑因素。

在开始用的甾体原料是目前为止合成路径中所用的最贵原料，所以有必要关心利用这一原料最有效的方法。

而通过甾体与有硫侧链的前组装是实现这一目的的好方法，因此减少了从甾体二烯到氟维司群的合成步骤。

本文也研究和探讨了在含硫侧链加成到甾体二烯前的第二种合成路径。

由于含硫侧链在反应条件下与烷基亚砜的不兼容性，使可供选择的有机铜催化的耦合反应的效果显著下降。

第二种合成途径涉及比方法一更少的非结晶性中间体，发现在有机铜加成步骤能得到更大比列的7α与7β异构体比例（2.5:1对1.9:1），并且能显著提高昂贵的甾体原料的利用率。

使第二种合成路径选择成为大规模合成的路径。

结果与讨论第二种合成途径。

在发展第二中合成途径中考虑选择硫醇作为取代合适的烷基衍生物的离去基团（例如甲磺酸酯基）来生产硫化物。

由于五氟戊醇的相对易挥发性（112℃的沸点）及难闻，所以选择更小挥发性的化合物12 5-甲咪巯基五氟戊烷甲磺酸盐更好。

对于要求用含硫侧链的溴代物这种方法发展成为了可供商业化生产途径。

这一途径的主要特征是从异硫脲基盐17与甲磺酸五氟戊醇酯11（或一个非孤立的中间体）反应原位形成12。

由于其他更简单的方法（如氢溴酸）会产生不能接受水平的副反应，所以结晶状的醇的溴代在三苯基磷与乙腈条件下进行。

溴代物14在室温下是液体，它通过刮板式旋转蒸发仪可以得到纯化。

溴代物生产的质量考虑。

1,9-二溴代壬烷18，二溴代二硫化物 19，延长的含硫侧链溴代物20 是在生产溴代物14过程中最难处理的杂质。

（图表4）在早期的生产过程中不纯的14在形成格式试剂表现出很不稳定，一些批次未能进行下一步的生产。

气相色谱分析表明粗产物14包括19这一杂质（大约1% w/w）,发现这些杂质一起阻止了格式试剂的形成。

这就要求14必须经过蒸馏纯化。

由于在含有少量氧的溶剂中进行反应，二溴代二硫化物19主要来自于12的氧化。

19与格式试剂反应形成杂质20，它又进一步参与了下一步的合成，形成了氟维司群中的杂质25.醇16的过度溴化不可避免的产生二溴代物18。

18的另一个来源是12在溴化步骤通过三苯基磷的裂解，及随后是产生的5-甲咪巯基五氟戊烷甲磺酸盐的溴化。

二溴壬烷自身形成双格式试剂参与到与两分子二烯酮2的1,6加成中，结果产生了药物中相应的甾体二聚物24。

由于在氟维司群中（24和25）在纯化过程中十分不易出去，所以控制18和20的量十分重要。

通过适当的毒理研究表明在药物中杂质24与25的含量限分别是0.8%和0.3%（w/w）。

18的另一个来源是14储存过程中的降解。

热力学上引起的14的降解很有可能是经过硫原子的分子间烷基化形成锍盐就随后溴原子对他进行进攻形成了几个相应的降解产物（图表5）。

这些进一步的溴代物中20的形成速度最快（路径A）。

相应的溴代五氟戊烷并没有观察到量的增加，很有可能是这一成分很易挥发。

由于20的蒸发驱动了平衡的右移，这就解释了为什么降解成分是形成20。

另一个可能的裂解模式形成了18和（二五氟戊烷基）二巯基壬烷23。

为了延长溴代物14的有效期，在4℃储存是比较好的。

从已确定的原料的最终合成路径。

在探索过程中，甾体二烯酮2和溴代物14的供应商确定后，产生了更短的内部合成途径（图6）。

非结晶性中间体的影响。

由于缺少将杂质除去的可能性，缺少在二烯酮2与药物的结晶性中间体是主要的关心问题。

不幸的是，企图生产在C17为羟基官能团的可结晶性衍生物是没有任何帮助的。

生产过程中，随着连续的生产及增加的规模，药物中杂质的含量也越来越多（最终w/w有2.8），这有成了主要关心的问题。

有时在药物重结晶的时候杂质能被除去（或含量能减少）但是其它杂质的量没有改变，一些实际上甚至增加了。

因此在将技术转移到商业化生产的工厂之前，对令人困扰的杂质的来源进行研究是十分有必要的。

在杂质在最后化合物的重结晶不能将杂质除去情况下，很有必要引入一些方法控制它们的形成（如：上面的合成含硫侧链的溴化物）。

侧链的介绍：其他地方的一些文献细节描述了一种在低温、铜催化的烷基侧链对二烯酮1,6-加成过程的发展。

格式试剂在45℃时制备，有大约88%的产率和大约0.4M的溶液浓度（通过滴定法测定）；在工厂生产的途径中，第一批的生产是有小量需要特别制备的试剂（是以点化合物作为起始试剂的）开始的，因此第二批及随后批次是以来源于以前批次的格式试剂为起始的。

由于格式试剂的形成是吸热的（65kcal/mol,相当于在隔热时升高65℃的温度，考虑到安全因数，它应该分成四份分别加入。

有机铜试剂通过加入额外的氯化亚铜（0.08mol当量）在-34℃时形成。

2的加成控制温度在-28到-37℃能够得到很好的转变；温度过低由于格式试剂的不完全形成导致侧链的1,2-加成，温度过高导致脱烷基化，这样会很浪费格式试剂。

反应大约有90%的产率，产生7α和7β异构体的比例为2.5:1的烯酮。

由于是油状产物，它需要经过色谱柱进行纯化。

需要的烯酮15和在格式试剂形成过程中产生的副产物被分配到异己烷中（由于在进行芳构化以前异己烷能够出去乙腈，所以异己烷被选来作为提取产物的溶剂）。

甾体A-环的芳构化。

溴代杂质的控制。

研究发现溴化铜与溴化锂在乙腈中的溶剂是15芳构化很好高效的体系。

在中试工厂第一次扩大规模的过程中，2位和4位的溴代杂质27a和27b产生了大约1%的量。

不幸的是在药物重结晶过程中不能把它们相应的硫代衍生物给除去。

实际上它们的含量还增加了。

通过HPLC的的反应监控表明溴代杂质在芳构化快结束时才形成，它们的含量在反映混合物体系终止时会显著的提高。

这一问题在于酚环的给电子是亲电的溴代很容易进行。

我们推测，酚进行乙酰化保护（化合物28）会极大的减少副反应。

为了达到这一目的，2.0当量的醋酸酐被加到溴化铜和溴化锂的乙腈混合溶液中。

这一方法阻止了溴代杂质的形成，但是导致了杂质Δ6,7-烯29的些许增加。

为了阻止这一过程，在优化的过程中，一半的乙酸酐被加入到溴化铜溶液中，另一半在溴化铜溶液的芳构化完成后立刻加入。

铜离子的去除。

优化的过程中使用了2.37倍的溴化铜（精确的用量通过商业生产中整包试剂的参考说明来决定）。

我们研究了各种在反应过程结束后使用的铜离子试剂去除的方法。

通过蒸馏和用氯化铵或氯化钾水溶液的多次洗涤来去除溴化铜是相对来说无效的。

不错的方法是用与硫脲形成高度难溶性的复合物。

当芳构化完成后，通过加入硫脲水溶液使铜离子沉淀，需要的二乙酸酯28用甲苯来萃取出来。

由于反应混合物在这时的酸性是比较高的，需要用磷酸氢加来调节pH避免对过滤装置的腐蚀。

酯的水解。

28的甲苯提取物通过蒸馏来除去溶剂，并且甲醇的氢氧化钠溶液来除去乙酰基团。

这是有机会通过异己烷萃取来除去碳氢化合物和相应的杂质（与格式试剂反应形成的）。

需要的中间体26(也是油状物)可以通过酸化和乙酸乙酯的萃取来获得，乙酸乙酯也是下一步反应较好的溶剂。

一个新杂质的发现。

在技术转移生产的化合物26的第一批经过高效液相分析(225nm)表明在相对保留值0.96的区域中有含量为1.3%的一个新杂质。

为了鉴别这一新杂质，通过LC-MS并没有观察到这一杂质的分子离子峰。

实验尝试表明杂质的水平和它的HPLC保留值在将中间体变为氟维司群的过程中并没有改变。

通过色谱分离得到了杂质的一个样品，并且质谱表明它含有硫元素。

一种为了特别地检测硫元素含量而建立起来的HPLC方法表明杂质比化合物26在检测波长264nm处拥有近4倍大的响应因子。

对于这一问题的来源立刻指向了硫脲。

在芳构化步骤结束时，有没有反应完的溴化铜（在使用过程中至少过量了0.37mol当量），它很有可能是将硫脲迅速的氧化为了二硫化甲脒（图表7）。

文献研究表明30在水溶液中降解成了硫脲，甲脒和硫（图表8）。

测得的这一降解的半衰期随pH的增加而显著减小。

根据文献的数据表明，二硫甲脒的半衰期在pH2.43时为126min，但是在pH4.12处时仅有4min。

为了检测这一信息在生产26过程中的正确性，通过添加磷酸二氢钾到w/w为2%的30（从商品中可以买到的盐酸盐）的水溶液中制备得到了pH从1到6的溶液。

在五分钟之内上述所有的样品的pH都被降低，表明了30的去质子化和潜在的降解与上述的机制始终一致。

在pH4.5时硫的黄色沉淀也被观察到。

在静置了一晚后，除了pH为1的样品外其余都观察到了硫沉淀。

在生产过程中硫的控制。

我们发现了不同批次间硫的变化和以前没有观察到的硫的原因，发现问题是出现在了水解的步骤。

硫增加的量与过长的水解时间（这归因于氢氧化钾的不足）有关。

这揭示了以前再生产过程中没有观察到硫的存在是由于在碱催化的水解步骤它降解了。

S8是氰化物和三苯基磷作为亲核试剂逐步进攻而经历的开环过程产生的硫环也被氢氧根所裂解产生最终的硫代硫酸盐。