paxalisib（GDC-0084）
近日，澳大利亞Kazia Therapeutics公司宣布，美國FDA已授予paxalisib（GDC-0084）治療彌漫性?xún)壬詷蚰X膠質(zhì)瘤（Diffuse intrinsic pontine glioma, DIPG）的罕見(jiàn)兒科疾病資格（RPDD）。DIPG是一種罕見(jiàn)和高度侵襲性的兒童惡性腫瘤，極度缺乏有效治療手段、致死率極高。Paxalisib是一種能穿過(guò)血腦屏障的PI3K/AKT/mTOR通路小分子抑制劑，于2018年進(jìn)入II期臨床試驗。在2018年2月，FDA還授予了paxalisib治療膠質(zhì)母細胞瘤的孤兒藥資格（ODD）。
今年4月初，Kazia公司公布了paxalisib治療多形性膠質(zhì)母細胞瘤（GBM）II期研究（NCT03522298）的陽(yáng)性中期數據。該研究在新診斷的、非甲基化MGMT啟動(dòng)子狀態(tài)的GBM患者中開(kāi)展，正在評估患者接受最大限度手術(shù)切除和替莫唑胺（temozolomide，TMZ）聯(lián)合同步放化療后，將paxalisib作為輔助治療藥物的安全性、耐受性、推薦的II期劑量（RP2D）、藥代動(dòng)力學(xué)（PK）和臨床活性。
研究結果顯示，與現有標準護理TMZ相關(guān)的12.7個(gè)月相比，paxalisib輔助治療的中位總生存期（OS）為17.7個(gè)月，具有明顯的延長(cháng)。paxalisib輔助治療的中位無(wú)進(jìn)展生存期（PFS）為8.5個(gè)月，長(cháng)于TMZ相關(guān)的5.3個(gè)月。此外，接受治療時(shí)間最長(cháng)的患者，在確診后19個(gè)月仍保持疾病無(wú)進(jìn)展。目前，約半數入組患者仍在接受paxalisib治療，隨著(zhù)研究的繼續推進(jìn)，OS和PFS數據可能進(jìn)一步改善。
近二十年來(lái)，新診斷的膠質(zhì)母細胞瘤患者沒(méi)有任何新的藥物治療。以上臨床數據表明，paxalisib正在迅速成為這一極具挑戰性疾病全球管線(xiàn)中最有希望的候選藥物之一。
Paxalisib(GDC-0084)合成工藝探索
Paxalisib(GDC-0084)實(shí)驗室發(fā)現階段的合成路線(xiàn)如圖一所示。該路線(xiàn)以2,6-二氯-9H-嘌呤1為起始原料，通過(guò)選擇性THP保護得到中間體2，然后用嗎啉進(jìn)行區域選擇性取代，得到嘌呤3。隨后使用強堿正丁基鋰脫質(zhì)子并與丙酮進(jìn)行反應得到叔醇中間體4。對甲苯磺酸脫THP得到氨基醇5。而后，中間體5與2-溴乙酸乙酯進(jìn)行親核反應，隨后酯水解提供二醇中間體6。二醇中間體6經(jīng)環(huán)化得到環(huán)醚中間體7。最后，在經(jīng)微波條件下的Suzuki交叉偶聯(lián)反應得到目標產(chǎn)物GDC-0084。
圖一 實(shí)驗室發(fā)現階段合成路線(xiàn)
研究者分析該路線(xiàn)認為：①如果可以實(shí)現氨基醇5與合適的親電試劑直接環(huán)合以制備嗎啉中間體7，能夠縮短2個(gè)步驟。并且也有可能降低中間體6到7的 SN1環(huán)化過(guò)程中因消除反應形成的雜質(zhì)9。②路線(xiàn)中過(guò)度依賴(lài)柱層析色譜純化步驟必須得到優(yōu)化。③以Suzuki反應作為API合成的最后一步，需要解決API中殘留重金屬的問(wèn)題。④API結晶魯棒性需要進(jìn)一步優(yōu)化。
圖二 路線(xiàn)中涉及的雜質(zhì)
第一代工藝優(yōu)化
圖三 第一代合成工藝路線(xiàn)
工藝優(yōu)化的第一個(gè)目標是從叔醇中間體5直接轉化得到嗎啉雜環(huán)中間體7。經(jīng)詳細篩選，確定1,2-二溴乙烷為該環(huán)化反應的最優(yōu)反應試劑。并進(jìn)一步確定碳酸鉀作為堿在DMF溶劑中進(jìn)行該反應。由于該反應為放熱過(guò)程，因此控制物料的加入速度是必要的。通過(guò)向1，2-二溴乙烷和碳酸鉀的混合物中分批加入底物5，能夠有效抑制分子間二聚體雜質(zhì)的形成，且對轉化率沒(méi)有負面影響。
在確定了該步反應條件的基礎上，研究者對中間體7分離純化過(guò)程進(jìn)行探索。向非均相反應混合物中加水未能誘導結晶，而是使產(chǎn)物呈油狀析出。將產(chǎn)物萃取到乙酸乙酯中，并用水洗滌以除去DMF。然后將乙酸乙酯萃取液溶劑交換成2-丙醇，隨后通過(guò)蒸餾結晶得到產(chǎn)物7。
最終，將該優(yōu)化條件應用于5.83 Kg叔醇化合物5的環(huán)化反應，以67％的收率得到4.27Kg嗎啉雜環(huán)7，HPLC純度為97.8A％（雜質(zhì)9為0.40A％）。
該合成步驟中存在四種潛在的遺傳**雜質(zhì)（溴乙烯，1,2-二溴乙烷，9和10）。通過(guò)開(kāi)發(fā)氣相色譜法對其進(jìn)行檢測，在最終分離得到的API中，這些雜質(zhì)的定量均<6 ppm。
接下來(lái)，研究者對中間體7和芳基硼酸酯8之間的Suzuki交叉偶聯(lián)反應進(jìn)行詳細研究，優(yōu)化了反應的催化劑用量與反應溶劑。反應結束后，將反應液冷卻至<10ºC使GDC-0084從反應混合物中析出，過(guò)濾得到濾餅并用水洗滌得到粗產(chǎn)品。利用優(yōu)化后的反應條件，使用4.10 kg的中間體7成功進(jìn)行了Suzuki交叉偶聯(lián)反應，得到的產(chǎn)品能夠在后續結晶步驟中進(jìn)一步純化。
粗品GDC-0084包含大量殘留的鈀，因此需要加入鈀清除劑降低金屬鈀含量。仔細篩選后發(fā)現，在克級實(shí)驗中，Si-Thiol和Si-Thiourea均可將殘留的Pd降低至≤16ppm，而在公斤級實(shí)驗中，則使用兩種清除劑的混合物以確保有效去除不同狀態(tài)的Pd。
在90ºC下，過(guò)濾除去清除劑并從2-丙醇中蒸餾結晶，最終以80％的收率和99.4A％的HPLC純度提供了3.87kg的GDC-0084。
應用第一代合成工藝路線(xiàn)，研究者成功完成了3.87 kg GDC-0084的合成，用以啟動(dòng)臨床研究。但是，該路線(xiàn)有幾個(gè)方面需要進(jìn)一步提高：①減少步驟1中消除副產(chǎn)物9的水平；②為步驟2確定更高效的催化劑；③最小化步驟3中乙酰胺雜質(zhì)的形成。
圖四 第二代合成工藝路線(xiàn)
第二代工藝優(yōu)化
在原工藝路線(xiàn)中，第一步關(guān)環(huán)反應會(huì )產(chǎn)生雜質(zhì)9，并且由于使用DMF做溶劑，后處理過(guò)程需要溶劑交換，占用多個(gè)反應釜進(jìn)行后處理，步驟繁雜。由此，研究人員開(kāi)發(fā)了一種在水中使用相轉移催化劑（PTC）的新工藝，用于合成中間體7。反應采用催化量的四丁基溴化銨（TBAB，30 mol％）在90ºC下反應 17 小時(shí)。反應結束后，產(chǎn)物呈油狀從體系中析出，其中含有大量的1,2-二溴乙烷。通過(guò)加入乙醇，能夠使產(chǎn)品從反應混合物中直接結晶析出，乙醇與水的最佳配比為1.3:1。利用該優(yōu)化后的反應條件，在9.40 kg的規模下得到了6.85 kg的中間體7，收率為67%，高效液相色譜純度為98.5A%，證明了該工藝的穩健性。
對于第二步的Suzuki偶聯(lián)反應，主要問(wèn)題在于鈀催化劑用量過(guò)高以及總溶劑量大（58 vol）。經(jīng)過(guò)仔細篩選，選擇XPhos Pd G2作為催化劑，能夠使催化劑的用量從2降至0.5 mol%。使用優(yōu)化后的反應條件，以在6.75 kg 的中間體7作為底物，能夠得到7.49 kg的粗GDC-0084(94%收率，99.4A% HPLC)。
API的純化過(guò)程，通過(guò)進(jìn)一步微調乙酸與水的比例，可以發(fā)現GDC-0084在90ºC時(shí)完全溶于10體積的乙酸：水（3：1）中，并在60ºC時(shí)結晶析出。研究者認為，30ºC溫度差足以完成在90ºC進(jìn)行的精濾過(guò)程（polish filtration）。 因為第二步中Pd的負載量從2mol％降低到0.5mol％，所以在該純化步驟中用10wt％的Si-Thiol進(jìn)行處理就足以將殘留的Pd降低到10ppm以下。最終，在7.70 kg規模上驗證了該純化工藝，得到6.41 kg GDC-0084，HPLC純度99.70A％，產(chǎn)率為83％。
第二代合成工藝通過(guò)3個(gè)步驟以52％的產(chǎn)率和99.70A％的純度生產(chǎn)了6.41 kg的GDC-0084。基于PMI（process mass intensity）分析，與第一代合成方法相比，第二代合成方法有了顯著(zhù)的改進(jìn)，并已被證明可以生產(chǎn)出公斤級高純度原料藥。
參考文獻
1. Org. Process Res. Dev. 2016, 20, 4, 751-759.
2. ACS Med. Chem. Lett. 2016, 7, 4, 351-356.
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