工艺 | 默沙东BACE1抑制剂Verubecestat公斤级合成工艺再开发

Verubecestat（MK-8931，图一）是默沙东的一个新型BACE1抑制剂。现有研究发现，BACE1酶可以催化淀粉样前体蛋白（APP）分解成β-淀粉样蛋白，而β-淀粉样蛋白是构成阿尔兹海默症患者大脑老年斑的主要物质，因此被作为检测阿尔兹海默症患病程度的重要指标之一，同时也是目前老年痴呆免疫疗法的关键靶标之一。曾经，Verubecestat最为一个BACE1抑制剂，在临床Ⅰ期试验中显示能够显著降低患者脑脊液中β-淀粉样蛋白含量，且具有良好的安全性，引起了业界非常大的关注。

       图一 BACE1抑制剂Verubecestat

但是，由于Verubecestat的再临床III期研究中并未让患者显示出明显的症状改善，因此止步于临床III期研究（图二）。即便如此，其工艺开发仍然具有较大价值，主要在于：1. Verubecestat的开发并未完全停止，其他适应症、衍生物合成开发正在探索；2. Verubecestat的结构中存在诸多药物分子中含有的片段，其合成工艺对其他类似小分子药物具有借鉴意义；3.其化学键的构建方法具有通用性，如C-N键、胍基环的构建方法对其他药物分子的合成具有借鉴意义。

       图二 截取自Thomson数据库

图三是默沙东报道的BACE1抑制剂Verubecestat公斤级合成工艺。在该工艺中，研究人员使用原料亚胺2和磺酰胺底物3通过Mannich-type加成反应得到了手性中间体4；水解脱除亚磺酰基团后与酸成盐得到中间体5，中间体5可以与化合物6缩合得到中间体7；中间体7脱除PMB保护基后与BrCN形成胍基产物9，最后在碱性条件下游离出碱性目标产物Verubecestat。该工艺实现了Verubecestat的公斤级合成，总产率高达61%。

       图三 BACE1抑制剂Verubecestat的公斤级合成工艺

（默沙东工艺）

但是，该工艺仍然存在改进空间，尤其是在中间体7的合成过程中需要使用高温（104℃），且会产生化合物10、6的水解产物11等杂质（图四），给收率和产物分离带来了较大的影响。因此，默沙东最近针对Verubecestat的合成公斤进行了再次优化改进，特别是针对中间体7的合成工艺改进。

       图四 中间体7的合成

在优化过程中，研究人员首先探索了反应试剂对水解杂质11产生量的影响，结果发现，催化剂CuI的使用量对水解杂质11产生量影响较大，表现为正相关。

       图五 水解杂质11形成机制探索

此外，研究人员还通过核磁（NMR）等分析方法对C-N键形成的偶联反应进行了系统研究，并根据反应结果提出了图六所示Cu离子螯合机制，并指出水解杂质11的形成是通过螯合态D而形成，而杂质11的形成则由于螯合态A的存在。通过图六我们可以看出，酰胺底物6实际上与二胺配体形成了一个竞争机制，这里的问题在于：底物6当量过大，则会通过D产生较多的水解杂质11；而二胺配体当量过大，则会通过A产生较多的杂质10。而要高产率得到目标产物7，则需要更多地以螯合太B的型式存在，因此，必须找到一个合适的当量比。

       图六 Cu离子螯合机制

最后，研究人员根据以上结果和推测，通过首先让0.25当量的酰胺底物6与Cu及二胺基配体进行预处理，从而保证了酰胺底物6与二胺基配体的当量基本一致，从而可以更多的形成螯合物B。通过条件筛选，成功让啊反应温度降至100℃以下，产率也保持在90%以上（图七）。

       图七 中间体7的合成条件优化

有人说：Verubecestat虽然不是阿尔兹海默症治疗领域的第一个BACE1抑制剂，但却是首个进入临床Ⅲ期的BACE1抑制剂；虽然临床Ⅲ期受挫，但对BACE1抑制剂的研究具有重要意义。在该领域，卫材旗下的Elenbecestat和罗氏旗下的Gantenerumab、Crenezumab均已进入临床开发后期。此外，此次Verubecestat的工艺开发，有利于Verubecestat的后期开发，以及对类似分子合成工艺的开发具有很大的借鉴意义。

参考文献：

1. Thomson数据库；

2. A Next Generation Synthesis of BACE1 Inhibitor Verubecestat (MK-8931)，2018；

3. Improved Process for a Copper-Catalyzed C?N Coupling in the Synthesis of Verubecestat， 2019.

作者简介：云天，药物化学博士，主要从事小分子药物研究，尤其擅长小分子药物的合成工艺及后期药物开发研究，已完成多个抗癌药物分子的合成和活性评估。

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来源：CPhI制药在线

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