巴瑞替尼的合成研究

摘 要 目的：改進Janus激酶抑制劑（JAKi）巴瑞替尼（baricitinib， 1）的合成工藝。方法：3-（氰基亞甲基）氮雜環丁烷-1-甲酸叔丁酯（2）脫Boc得到中間體2-（3-氮雜環丁基亞基）乙腈鹽酸鹽（3），再經磺酰化反應得到2-[1-（乙基磺酰基）-3-氮雜環丁亞基]乙腈（4），再發生邁克爾加成反應得到1-（乙基磺酰基）-3-[4-（4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二氧硼雜環戊烷-2-基）-1H-吡唑-1-基]-3-氮雜環丁烷乙腈（5），最后與4-氯-7H-吡咯并[2，3-d]嘧啶發生偶聯反應得到1。結果與結論：總收率為63.6%，純度為99.9%（HPLC面積歸一化法），目標終產物及關鍵中間體的結構經MS和1H-NMR確證正確。該方法所使用的起始原料價廉易得。反應后處理簡單，總收率較高，適合大量制備，可為巴瑞替尼的生產及其衍生物的合成研究提供參考。

關鍵詞 巴瑞替尼 Janus激酶抑制劑 工藝改進

中圖分類號：O626.21 文獻標志碼：A 文章編號：1006-1533（2024）05-0073-04

引用本文 丁若洋， 唐春雷. 巴瑞替尼的合成研究[J]. 上海醫藥， 2024， 45（5）： 73-76.

Synthetic studies of baricitinib

DING Ruoyang， TANG Chunlei

（College of Life Science and Health Engineering， Jiangnan University， Wuxi 214122， China）

ABSTRACT Objective： To improve the synthetic route of Janus kinase inhibitor baricinib （1）. Methods： 3-（cyanomethylene） azocyclobutane-1-carboxylic acid tert-butyl ester （2） was deprotected to obtain the intermediate 2-（3-azocyclobutanylidene） acetonitrile hydrochloride （3）， which was then subjected to sulfonation reaction to obtain 2-[1-（ethylsulfonyl）-3-azocyclobutanylidene] acetonitrile （4）， followed by Michael addition reaction to obtain 1-（ethylsulfonyl）-3-[4-（4，5，5-tetramethyl-1，3，2-dioxocyclopentane-2-yl）-1H-pyrazole-1-yl]-3-azocyclobutane acetonitrile （5）. Finally， a coupling reaction was carried out with 4-chloro-7H-pyrrolo[2，3-d] pyrimidine to obtain 1. Results Conclusion： The total yield was 63.6% with the purity 99.9% （HPLC area normalization method）. The structures of the target end product and key intermediates were confirmed to be correct by MS and 1H-NMR. The starting materials used in this method are inexpensive and readily available and the post-treatment of the reaction is simple. The new route has a high overall yield and is suitable for large-scale preparation， and can provide reference for the production of baricitinib and the synthesis research of its derivatives.

KEY WORDS baricitinib； Janus kinase inhibitor； process improvement

JAK是一個由4種酪氨酸受體激酶組成的家族，通過與信號轉導子和轉錄蛋白激活子的相互作用，在細胞因子受體信號通路中發揮關鍵作用。JAK1和JAK2的抑制可導致JAK-STATS信號通路阻斷，進而抑制各種白介素、干擾素和生長因子等炎癥因子的轉錄[1]。巴瑞替尼（baricitinib， 1，圖1）的化學名為1-（乙基磺酰基）-3-[4-（7H-吡咯并[2，3-d]嘧啶-4-基）-1H-吡唑-1-基]氮雜環丁烷-3-乙腈，是由禮來制藥與Incyte制藥共同研發的選擇性口服Janus激酶（JAK1/2）抑制劑[2-3]。1于2017年首次在歐盟上市，隨后被FDA批準在美國上市，用于治療類風濕關節炎[4-5]，其針對JAK1和JAK2的IC50值分別達到5.9和5.7 nmol/L[6]。2022年，1又先后被FDA批準用于COVID-19重癥以及斑禿的治療[7-8]，同時，1還有多個適應證處于臨床研究階段，未來潛力十分巨大[9]。本研究對1的合成工藝進行了研究并加以改進，探索出一條簡潔高效的合成路線，以期為1及其結構類似物的合成研究提供參考。

1 合成路線

Rodgers等[2]報道的1的原研路線是由3-氧代氮雜環丁烷-1-甲酸叔丁酯為起始原料，與氰甲基膦酸二乙酯發生Horner-Emmons反應后脫除掉Boc保護基，接著與乙基磺酰氯反應得中間體2-[1-（乙基磺酰基）-3-氮雜環丁亞基]乙腈（4）。中間體4與4-（1H-吡唑-4-基）-7-[2-（三甲基甲硅基）乙氧基]甲基-7H-吡咯并[2，3-d]嘧啶發生邁克爾加成，最后脫掉SEM保護基得1，總收率21.0%。該合成路線制備關鍵中間體的步驟較長，原料氰甲基二磷酸二乙酯價格較高，需要使用大量氫化鈉，工藝成本較高，存在一定安全風險，合成效率有待提高。綜合已報道的合成路線，我們對各步反應條件與試劑進行了探索，優化改進了1的合成工藝，以高產率高純度合成了1（圖1），原料3-（氰基亞甲基）氮雜環丁烷-1-甲酸叔丁酯（2）脫Boc得到中間體2-（3-氮雜環丁基亞基）乙腈鹽酸鹽（3）；3經磺酰化反應得到4；再與4-吡唑硼酸頻哪醇酯發生邁克爾加成反應得到1-（乙基磺酰基）-3-[4-（4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二氧硼雜環戊烷-2-基）-1H-吡唑-1-基]-3-氮雜環丁烷乙腈（5）；最后與4-氯-7H-吡咯并[2，3-d]嘧啶發生Suzuki偶聯反應得到1。優化后的工藝路線不僅收率和純度更高，而且具備生產成本低、反應條件溫和、后處理簡便適合大量制備與生產等優點。

2 合成實驗

2.1 主要試劑與儀器

質譜采用LCMS-80質譜儀測定（日本島津公司）；化合物純度采用LC1260 色譜儀測定（安捷倫科技有限公司）；1H-NMR譜采用Bruker AVII-400 MHz核磁共振儀測定[德國Bruker公司，四甲基硅烷（TMS）為內標]。實驗所用試劑均為市售分析純或化學純，未進一步純化處理。

2.2 合成步驟

2.2.1 3的合成

0 ℃下將3-（氰基亞甲基）氮雜環丁烷-1-甲酸叔丁酯（5 g，25.7 mmol）溶于HCl的甲醇溶液（4 mol/L，30 mL）中，隨后至室溫下反應4 h，反應液減壓蒸干溶劑，析出固體，加入石油醚30 mL，攪拌，抽濾，濾餅于40℃真空干燥后得黃色固體3.1 g，產率92.2%。1H-NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：9.98（s，1H），5.98（s，1H），4.87（s，2H），4.79（s，2H），3.17（s，1H）。

2.2.2 4的合成

0 ℃下將中間體3（3 g，23.0 mmol）混懸于乙腈（40 mL）中，滴加N，N-二異丙基乙胺（N，Ndiisopropylethylamine，DIPEA）（8.9 g，69.0 mmol），攪拌20 min后，緩慢滴加乙基磺酰氯（3.25 g，25.3 mmol），室溫下反應4 h。反應液真空蒸發除去乙腈，加水40 mL，二氯甲烷60 mL萃取，無水硫酸鈉干燥，過濾，真空濃縮得棕色固體3.9 g，產率91.0%，無需純化直接用于下一步反應。ESI-MS （m/z）：203.1 [M+NH4]+，1H-NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：8.35（s，1H），7.77（s，1H），4.45（d，J=8.8 Hz，2H），4.15（d，J=8.8 Hz，2H），3.59（s，2H），3.20（q，J=7.2 Hz，2H），1.27（s，12H），1.23（t，J=7.2 Hz，3H）。

2.2.3 5的合成

室溫下將中間體4（3 g， 1 eq）和4-吡唑硼酸頻哪醇酯（4-pyrazoleboronic acid pinacol ester）（3.1 g， 1 eq）溶于乙腈（40 mL）中，加入DBU（1，8-二氮雜雙環[5.4.0]十一碳-7-烯）（4.9 g， 2 eq），室溫反應8 h。反應液真空蒸發除去乙腈，加入水40 mL，乙酸乙酯60 mL萃取，無水硫酸鈉干燥，過濾，真空濃縮后得淡黃色固體5.8 g，產率95%，無須純化直接用于下一步反應。1H-NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：8.35（s，1H），7.77（s，1H），4.45（d，J=8.8 Hz，2H），4.15（d，J=8.8 Hz，2H），3.59（s，2H），3.20（q，J=7.2 Hz，2H），1.27（s，12H），1.23（t，J=7.2 Hz，3H）。

2.2.4 1的合成

氮氣保護下，將中間體5（5 g，1 eq），4-氯-7H-吡咯并[2，3-d]嘧啶（2 g，1 eq），碳酸銫（10.7 g，2.5 eq），四（三苯基膦）鈀（0.3 g，0.02 eq）溶于二氧六環（75 mL）和水（15 mL）的混合溶劑中，回流反應10 h。反應液加入50 mL水，乙酸乙酯50 mL萃取，干燥，減壓蒸餾除去溶劑，經硅膠柱純化二氯甲烷-甲醇，體積比（20∶1）純化，真空濃縮后得淡黃色固體3.9 g，產率79.9%，純度99.9%。[HPLC面積歸一化法，色譜柱為Horizon C18柱（4.6 mm×250 mm，5 μm）；流動相A為體積分數0.1%的三氟乙酸水溶液，流動相B為乙腈（梯度洗脫：0～1 min B 10%～20%，1～11 min B 20%～40%，11～11.2 min B 40%～95%，11.2～13.2 min B 95%，13.2～13.5 min B 95%～5%，13.5～15 min B 5%）；檢測波長：254 nm；流速：1.0 mL/min；柱溫：40 ℃。ESI-MS（m/z）：372.2 [M+H]+，1H-NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：8.93（s，1H），8.71（s，1H），8.47（s，1H），7.61～7.63（m，1H），7.08～7.09（m，1H），4.60（d，J=8.8 Hz，2H），4.24（d，J=8.8 Hz，2H），3.69（s，2H），3.23（q，J=7.2 Hz，2H），1.25（t，J=7.2 Hz，3H）。

3 結果

3.1 合成起始原料的選擇

在本文提出的路線中，考慮到原料價格相差不大，直接以中間體2作為起始原料，節約成本的同時將收率從原研路線的21.0%提升至63.7%。

3.2 合成方法優化

3.2.1 中間體3的合成方法優化

在合成中間體3時，采用三氟乙酸-二氯甲烷體系脫除Boc保護基會導致N-叔丁基酰胺副產物的生成，使得反應產率降低，純化困難。本工藝路線采用鹽酸-甲醇體系脫除Boc保護基，避免了副產物的生成，反應液直接真空蒸除溶劑即可獲得較純粗品。

3.2.2 中間體5的合成方法優化

在合成中間體5時，反應溫度過高會導致硼酸酯的破壞，使后處理變得繁瑣。于是本路線將反應條件優化為室溫反應8 h的方法，該方法無需柱層析純化，反應液簡單加水萃取、干燥、蒸除溶劑后即為較純粗品。

3.2.3 1的合成方法優化

本研究經過探索反應條件發現，該步反應采用二氧六環與水體積比為5∶1的混合溶劑作為反應溶劑，碳酸銫做堿的反應效果最好，產率可達80%。

4 討論

本研究改進了1的合成方法，改進的具體內容為：用中間體3-（氰基亞甲基）氮雜環丁烷-1-甲酸叔丁酯作為起始原料，縮短了合成周期，降低了生產成本；采用鹽酸甲醇脫除叔丁氧羰基保護基，使后處理更迅速，條件更溫和；采用價格相對低廉的4-吡唑硼酸頻哪醇酯和4-氯-7H-吡咯并[2，3-d]嘧啶做為合成砌塊，降低了合成成本，避免了過多的保護脫保護反應，提高了整體收率；避免了危險試劑氫化鈉的使用，有利于工業生產；中間體純化簡便，僅在終產物合成時進行一次柱層析純化，提高了合成效率。

參考文獻

[1] Papp KA， Menter MA， Raman M， et al. A randomized phase 2b trial of baricitinib， an oral Janus kinase （JAK） 1/JAK2 inhibitor， in patients with moderate to severe psoriasis[J]. Br J Dermatol， 2016， 174（6）： 1266-1276.

[2] Incyte Corporation. Azetidine and cyclobutane derivatives as JAK inhibitors： WO2009114512[P]. 2009-09-17.

[3] Al-Salama ZT， Scott LJ. Baricitinib： a review in rheumatoid arthritis[J]. Drugs， 2018， 78（7）： 761-772.

[4] Markham A. Baricitinib： first global approval[J]. Drugs， 2017，77（6）： 697-704.

[5] Fridman JS， Scherle PA， Collins R， et al. Selective inhibition of JAK1 and JAK2 is efficacious in rodent models of arthritis： preclinical characterization of INCB028050[J]. Immunol， 2010， 184（9）： 5298-5307.

[6] Shi JG， Chen X， Lee F， et al. The pharmacokinetics， pharmacodynamics， and safety of baricitinib， an oral JAK 1/2 inhibitor， in healthy volunteers[J]. J Clin Pharmacol， 2014， 54（12）： 1354-1361.

[7] Richardson P， Griffin I， Tucker C， et al. Baricitinib as potential treatment for 2019-nCoV acute respiratory disease[J]. Lancet， 2020， 395（10223）： e30-e31.

[8] 夏訓明. 美國FDA批準巴瑞替尼（baricitinib）治療斑禿[J].廣東藥科大學學報， 2022， 38（4）： 22.

[9] 王素云， 王立峰. Janus激酶靶點藥物國內外研發總覽[J].中國藥理學與毒理學雜志， 2022， 36（8）： 619-633.

[10] Xu J， Cai J， Chen J， et al. An efficient synthesis of baricitinib[J]. J Chem Res， 2016， 40（4）： 205-208.