明星药物之依鲁替尼的合成路线和晶型解析
简介
依鲁替尼(Ibrutinib)作为一种Michael受体，可选择性地与布鲁顿酪氨酸激酶(Bruton’s tyrosine kinase，BTK)的半胱氨酸残基(Cys-481)形成共价键。该激酶是至少三种关键B-细胞生存机制的重要介质。布鲁顿酪氨酸激酶的这种多重作用可以使其指挥B-细胞恶性肿瘤进行入淋巴组织，使肿瘤细胞能够接触必要的微环境而得以生存。
最初，Celera Genomics开展BTK抑制剂项目，筛选出了一系列小分子抑制剂。2006年4月，Pharmacyclics公司从Celera Genomics公司购得BTK抑制剂项目，随后选择PCI-32765(即现在的依鲁替尼)进行后续的临床前研究。2011年12月，Pharmacyclics公司与杨森制药(Janssen)合作共同开发依鲁替尼和市场推广。2013年2月，依鲁替尼被FDA授予突破性治疗药物资格，并分别于2013年11月和2014年2月批准为套细胞淋巴瘤(mantle cell lymphoma，MCL)和慢性淋巴细胞白血病(chronic lymphocytic leukemia，CLL)的治疗药物。
作为Pharmacyclics的旗舰产品，依鲁替尼已经在超过40个国家被批准用于治疗血癌疾病，其中包括一种类型的白血病和一种罕见的淋巴瘤。2014年，依鲁替尼为Pharmacyclics公司贡献了5.4亿美元的全球销售收入，分析师预计，依鲁替尼的年销售收入将能在未来三年内达到30亿美元以上。2015年5月，制药公司艾伯维(Abbvie)斥资210亿美元收购依鲁替尼的生产商Pharmacyclics公司。据药渡数据检索，2015年依鲁替尼的年销售额已达14.43亿美元。
合成路线
目前据文献和专利披露的依鲁替尼的合成路线主要有两条。第一条是在芳醚的结构基础上构建1H-吡唑并[3,4-d]嘧啶杂环，随后通过Mitsunobu反应，立体选择性的引入哌啶环，最后酰化，得到依鲁替尼，具体如下图所示。
在活性筛选的早期，这条路线可以便捷的构筑不同的杂环体系，使化合物的结构多样化，有助于候选化合物的选择。之后，药物化学家对这条路线进行了简单的优化，通过对化合物9的碘化和Suzuki偶联，可以快速制得中间体5。
杨森制药(Janssen)申请的专利中披露了另一条生产依鲁替尼的工艺路线。化合物3和手性的肼12-R反应得到单一区域选择性的产物13。化合物13与大大过量的甲脒反应，催化氢化后得到化合物8粗品。粗品在甲醇与水的混合溶剂中重结晶，能以80%的收率和92.5%的纯度得到化合物8。
消旋的肼12-Rac是由化合物15与Boc保护的肼反应得到的腙16，经NaCNBH3还原后得到。专利中提到对12-Rac进行拆分，可以得到12-R，不过没有详细的实施例。
相较于早期的合成路线，这条制备路线具有以下优势：
①通过化合物12-R，整条合成路线更具有会聚性；
②避免使用Mitsunobu反应，减少废弃物的产生，工艺路线更加绿色环保；
③避免使用在高温下会分解放热的致癌物质水合肼；
④在构筑嘧啶环的步骤中，将反应温度从180℃降低到120℃，同时底物由甲酰胺替换成甲脒。
同时也有个很大的缺陷，就是要经过手性拆分才能得到手性的肼12-R。
鉴于其市场前景，依鲁替尼引起很多药企仿制的兴趣，不过其化合物专利最早要到2026年12月28日才会失效。目前，有众多药企开发了合成路线来制备依鲁替尼，用以规避原研的专利，主要可以分成4类。
2.1. 在工艺的最后阶段构筑吡唑并嘧啶杂环
在制备的最后阶段才构筑吡唑并嘧啶杂环，化合物3与18在三乙胺的作用下形成吡唑杂环，随后与DMF-DMA反应，以73%的收率得到依鲁替尼，具体如下所示。该路线的优势就是避免了哌啶环的保护和脱保护。不过，专利中没有提化合物18的制备方法及其稳定性，此外化合物18和化合物19都是Michael受体，可能具有基因毒性。
2.2. 在工艺的开始阶段先引入哌啶环，再引入芳环
在工艺的开始阶段先通过Mitsunobu反应或SN2引入哌啶环，再通过Suzuki或Kumada偶联引入芳环。在Arromax、Mylan、Sun Pharmaceutical和几家中国公司披露的专利中都采用类似的合成路线。化合物9可以大批量的商业购买，不过手性化合物6的生产成本较高，同时在Mitsunobu反应中，化合物6需要过量使用，会造成整个工艺的生产成本较高。在几篇专利中没有具体说明由此得到的依鲁替尼的纯度。
2.3. 以嘧啶环为底物构筑吡唑并嘧啶杂环
在以上提到的制备工艺中，都是在合成路线中构筑吡唑并嘧啶杂环，Sandoz和浙江台州的九洲药业通过另一种策略制得依鲁替尼。Sandoz开发的合成路如下所示，嘧啶化合物22与二苯醚通过Friedel-Crafts酰化反应得到化合物23，氨水取代，与肼反应构筑吡唑并嘧啶杂环，脱去保护得到依鲁替尼。
九洲药业的策略与之相类似，化合物26与格氏试剂得到苄醇28，经TEMPO/NBS氧化后，与水合肼反应构筑吡唑并嘧啶杂环29，氨基取代后得到重要中间体5。
2.4. 通过“屏蔽”丙烯酰胺得到依鲁替尼
在Sandoz披露的一篇专利中，采用了一种新颖的方式来引入依鲁替尼中的Michael受体部分。化合物30与化合物5发生SN2取代后，在高温下使降冰片烯部分通过逆Diels-Alder反应分解，得到依鲁替尼。这一策略的优点就是避免使用具有基因毒性的中间体，不过缺陷也很明显，反应条件过于苛刻，在最终生产放大中难以实现。
2.5. 其他的切断方式
在Janssen申请的一篇专利中，给出了如下可能的合成方法，不过并没有具体实例。
依鲁替尼的晶型
原研公司的晶型专利显示依鲁替尼具有3种无水多晶型物(A、B、C)和3种溶剂合物。晶型A具有最高的熔点，约154℃，晶型B在约120℃熔化，而晶型C的熔点约为140℃，表明晶型A是热力学上最稳定的形式。在室温下，晶型B和C是在动力学受控的条件下形成的亚稳态多晶型物。晶型A是Pharmacyclics公司选择商业化的晶型。晶型A在水中具有较低的溶解度(13mg/L，pH8)和较高的体外渗透性，属于BCS 2类化合物。由于API的粒径对依鲁替尼的生物利用度影响较大，需要对API进行微粉化。
在禁食条件下，晶型A的绝对口服生物利用度仅为2.9％。在一项临床研究中，当食用高脂肪食物后，其生物利用度约增加2倍，表明依鲁替尼有着显著的食物效应。鉴于其生物利用度低和食物效应大，游离碱并不是理想的API形式。考虑到FDA加速审批程序，Pharmacyclics和Janssen决定继续开发这种不完美但可接受的晶体形态以最快的速度获准上市。
根据FDA橙皮书，晶体A的专利将于2033年10月30日到期。这项重要的专利有可能将依鲁替尼的独家销售延长7年。一般情况下，依鲁替尼的仿制药不能在化合物专利到期时就开始销售，除非他们拥有自己的API晶型专利或得到原研药企的授权。因此，仿制药企已经投入大量资源来研究和开发其晶型，以期能替代原研晶型。
此外，美国FDA已经发布了依鲁替尼的生物等效性要求，包括对健康男性和女性受试者的140mg剂量的进食和禁食研究。鉴于晶型A的生物利用度为2.9％，并且具有显著的食物效应，可以尝试使用新晶型来代替原研晶型。目前对仿制药公司有两个好消息(1)由于依鲁替尼没有细胞毒性，生物等效性研究可以在健康志愿者中进行；(2)还有近十年的时间来对此进行研究和优化，相信会有一个好的结果。如果决定采用新晶型和/或制剂，那么将通过505B(2)进行申请。这样，就必须进行独立的临床试验以证明其有效性和安全性。不过原研公司(杨森和AbbVie)也可以选择开发具有改进的生物利用度和较低剂量的替代晶型/制剂，以延长其独家销售。
目前专利申请已经提交了许多新晶型，大多数新发现的晶型是游离碱的结晶溶剂合物，药用价值不高。相比晶型A，苏州晶云和苏州鹏旭医药申请保护的晶型I具有略高的水溶性，因此很难显著的提高其生物利用度。Perrigo公司描述了通过DME溶剂合物制备的无水结晶形式VI，但没有提供表征，不清楚其性质。
依鲁替尼的pKa为3.74，因此可以与强酸形成盐，由Ratiopharm公司报道了其HCl盐，可能会改善其生物利用度。Ratiopharm公司发现，在-20℃的二氯甲烷中，在异丙醇中使用1.25M HCl，可以使依鲁替尼形成盐酸盐，然后在冷却下加入甲基叔丁基醚，最后浆料升温至室温，得到其盐酸盐和低于0.1％的酸加成副产物。该方法在专利申请中以30g规模进行的。测量依鲁替尼的游离碱晶型A及其盐酸盐的动力学和热力学溶解度发现，盐酸盐在所有pH下都能显著的改善溶解度，尽管在pH4.5和6.8时溶解缓慢。如果其盐酸盐的粒径较大，可以通过研磨提高溶解速率。专利中没有为盐酸盐提供生物利用度数据，也没有提供关于长期稳定性的任何数据，而这些是衡量其盐酸盐能否代替晶型A的关键信息。Zentiva公司的专利申请则描述了依鲁替尼硫酸盐的多晶型物和无定型，同样没有披露关于溶解度，稳定性或生物利用度的信息。
参考文献
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