强效抗生素候选药物TBI-223的关键中间体——DoE实验设计
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发布时间：2024-09-28 16:56
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时间：2024-10-05 15:50
结核病(Tuberculosis，TB)是导致死亡的疾病之一，2020年一年内造成150万人死亡，耐多药结核病(multidrug-resistant TB，MDR-TB)的出现增加了防治难度。恶唑烷酮类抗生素在治疗分枝杆菌感染中具有重要作用，利奈唑胺是这类药物的代表，显示了抗耐多药结核病活性。然而，利奈唑胺存在血液和骨细胞毒性。TBI-223是正在开发的新型抗生素，具有类似治疗效果，但无利奈唑胺的不必要的毒性。
全球结核病药物开发联盟报道了TBI-223的合成方法，其中中间体1的制备成本是关键。通过优化工艺，降低了原料药大规模制备的成本。中间体5最终转化为草酸盐，草酸盐稳定性问题影响储存。通过调整反应顺序，优化了关键步骤：3,3-二(溴甲基)氧乙烷(BBMO, 3)与2-氟-4-硝基苯胺的双N-烷基化。
实验步骤包括验证苯胺(2)与BBMO(3)的烷基化反应。通过筛选不同条件，发现丙酮回流(56°C)条件下使用碳酸钾为碱时，烷基化反应可成功进行，观察到适度的产物转化。为了验证苯胺的去质子化在生产烷基化反应中的关键作用，进行了进一步的筛选反应。使用较便宜的碱如NaOH在高温下可溶于多种溶剂，这些组合被证明是最有效的烷基化体系。
接下来优化烷基化反应条件。采用4因子2水平的全因子设计，通过16个实验，确定了最佳条件。在所有实验中，观察到产物1和起始化合物2的转化率，以及杂质6的生成。在优化过程中，发现产物1(图2，蓝线)的生成与碱当量或溶剂体积的增加相关，而化合物3的当量(图2，红线)对副产物的形成影响较小。最佳条件为NaOH当量和溶剂浓度分别为3eq和10V，反应温度为80°C。
为了抑制杂质生成，尝试改变投料顺序。化合物2、化合物3与环丁砜混合加热后，再将NaOH(50%水溶液)慢慢加入到反应混合物中，实现对产物1的高转化率，副反应生成达到最小。
最后，全流程的规模化验证显示了一个稳健的工艺。化合物3的合成可在高达400g的规模上重现，数据显示，随着规模的增加，分离收率和纯度几乎相同。产物1在所有反应中都以收率纯化得到，随着反应规模的增加，产品纯度显著提高。
通过全因子设计筛选合适的条件，优化产物1的收率。实验操作包括创建全因子设计、实施实验并记录数据、拟合模型以及解释模型。通过分析模型，确定氢氧化钠当量对产物1生成的影响最大，其次是溶剂体积，化合物3的当量和反应温度对产物1的转化率影响不显著。对杂质6进行分析因子设计，发现四个主效应因子均对其生成有显著作用。通过改变投料顺序，实现了对产物1的高转化率，并减少了杂质6的生成。
