治疗慢性淋巴细胞白血病的突破性新药Venetoclax的合成进展

引用本文: 童曦, 陶晴丽, 刘凤瑞, 唐凤翔. 治疗慢性淋巴细胞白血病的突破性新药Venetoclax的合成进展[J]. 化学通报, 2018, 81(2): 116-121. shu

Citation: Tong Xi, Tao Qingli, Liu Fengrui, Tang Fengxiang. Advances in the Synthesis of Venetoclax as a New Drug for the Treatment of Chronic Lymphocytic Leukemia[J]. Chemistry, 2018, 81(2): 116-121. shu

治疗慢性淋巴细胞白血病的突破性新药Venetoclax的合成进展

福州大学化学学院福州 350116

通讯作者: 唐凤翔, 博士, 副教授, 主要从事药物合成与分离研究, E-mail:hellotfx@fzu.edu.cn

基金项目:

福建省中青年教师教育科研项目(JAS151245)和福建省及福州大学创新创业教育改革联合项目资助

摘要: Venetoclax为首个获美国FDA批准的靶向B细胞淋巴瘤因子2的选择性抑制剂和突破性药物，用于治疗携带17p删除突变以及之前已接受至少一种疗法的慢性淋巴细胞白血病。本文综述了迄今为止文献报道的Venetoclax的4条合成工艺路线，并进行了相应的评价。通过对这些合成工艺路线的比较和分析，发现Venetoclax的合成为汇聚式，关键在于4类中间体的合成。从Venetoclax的合成工艺路线改进来看，其合成工艺路线总体上向着采用价廉易得原料、反应选择性高的原料或合成方式、更加温和的反应条件以及提高收率的方向进行。Venetoclax的4条合成工艺路线不可避免地采用了贵金属钯和配体催化，探索将它们负载在高聚物上，便于回收，简化分离过程和降低成本，也是Venetoclax工业化合成改进的方向。在此基础上，Venetoclax的合成路线4具有较好的工业化前景。

关键词:

English

Advances in the Synthesis of Venetoclax as a New Drug for the Treatment of Chronic Lymphocytic Leukemia

Department of Chemistry, Fuzhou University, Fuzhou 350116

Corresponding author: Tang Fengxiang, hellotfx@fzu.edu.cn

Received Date: 27 July 2017
Accepted Date: 31 October 2017
Available Online: 01 February 2018

Abstract: Venetoclax, the first selective inhibitor of B-cell lymphoma-2, was approved by FDA for treating relapsed or refractory chronic lymphocytic leukemia patients with 17p deletion who have received at least one prior therapy. In this paper, four reported synthesis routes of Venetoclax are reviewed. The comparison and analysis of these synthesis routes showed that convergent strategies are often applied in the synthesis of Venetoclax, and it includes the synthesis of four kinds of key intermediates. The synthesis routes of Venetoclax are continuously improved in these respects of using cheap and readily available raw materials, raw materials or synthesis approaches with higher reaction selectivity, milder reaction conditions and enhancing gross yields. In view of the fact that all of the four synthesis routes involve precious metal (palladium) and ligands as catalysts, investigation of polymer-supported palladium and ligands as catalysts will simplify the recovery of catalysts and separation process, and further decrease the preparation cost. This also helps to the development of sustainable industrial production of Venetoclax. If this improvement is accomplished, the fourth synthesis route of Venetoclax has the greatest potential for industrialization.

Key words:

慢性淋巴细胞白血病(chronic lymphocyticleukemia，CLL)是一种因细胞调亡受阻而导致的成熟B细胞恶性克隆增殖性疾病，表现为成熟的小淋巴细胞在外周血、骨髓以及其他淋巴组织中异常积聚。CLL是成人中最常见的白血病之一，约占成人白血病的30%，是欧美白血病的主要形式，年发生率为(0.7~21)/100000^[1]。2014年，美国和欧洲各新增15720和12000病例^[2]。Venetoclax的商品名为Venclexta，其化学名为4-(4-{[2-(4-氯苯基)-4, 4-二甲基-1-环己烯-1-基]甲基}呱嗪-1-基)-N-({3-硝基-4-[(四-2H-吡喃-4-基甲基)氨基]苯基}磺酰基)-2-(lH-吡咯并[2, 3-b]吡啶-5-基氧基)苯甲酰胺(化学结构式如图式 1所示)。它是由美国艾伯维公司和瑞士罗氏公司旗下的基因泰克公司合作研发的第一个靶向B细胞淋巴瘤因子2(B-cell lymphoma-2，BCL-2)的选择性抑制剂。Venetoclax通过直接与BCL-2蛋白选择性结合、替换唯BH3结构蛋白等促凋亡蛋白、增加线粒体外膜通透性和活化半胱天冬酶等机制，辅助修复肿瘤细胞的凋亡过程^[3~5]。Venetoclax的Ⅱ期临床研究数据表明，在携带17p删除突变(del 17p)的复发性或难治性慢性淋巴细胞白血病患者中，Venetoclax单药治疗使患者癌细胞数量实现临床意义的降低，总缓解率高达79%^[6]。Venetoclax曾获得美国食品药品监督管理局(FDA)3个突破性药物资格(突破性药物认定、优先审查资格和加速审批资格)和孤儿药地位，于2016年4月11日被FDA批准上市，用于治疗携带17p删除突变以及之前已接受至少一种疗法的慢性淋巴细胞白血病^[7]。据Evaluate Pharma分析，预计其2020年销售额可达14亿美元^[8]，具有良好的市场前景。2016年Hughes^[9]对Venetoclax的3条合成路线进行了简述，但随着时间的推进，Venetoclax的合成工艺也在不断完善中。本文按照起始原料的不同较全面地综述了已报道的4种Venetoclax合成工艺路线，并进行了相应的评价与归纳总结。

图图式 1

图图式 1 Venetoclax的化学结构式

Figure 图式 1. Chemical structure of Venetoclax

下载: 全尺寸图片幻灯片

1.   以2-甲氧羰基-5, 5-二甲基环己酮为起始原料的合成路线

2012年，艾伯维公司^[10~15]以2-甲氧羰基-5, 5二甲基环己酮(2)为原料，在强碱NaH作用下经烯醇化和O-磺酰化获得化合物3，接着在四(三苯基膦)钯和氟化铯的催化下与对氯苯硼酸经Suzuki偶联反应获得化合物4，再经硼氢化锂还原得到化合物5。化合物5磺酸酯化后，不经分离，在碱性条件下与N-叔丁氧羰基(Boc)哌嗪发生N-烃化反应得到化合物6。化合物6在三氟乙酸和三乙胺的作用下脱去Boc得化合物7，接着于二甲基亚砜(DMSO)体系中在K₃PO₄作用下与化合物8进行N-烃化反应生成化合物9。化合物9在碱性条件下先发生水解反应，而后在1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和4-二甲氨基吡啶(DMAP)联合活化下与化合物10发生N-酰化反应得到目标产物Venetoclax(1)。具体的合成工艺路线如图式 2所示。相关参考文献未给出每步反应的收率，所以该路线的总收率未知。

图图式 2

图图式 2 Venetoclax的原研合成路线

Figure 图式 2. The original developed synthesis route of Venetoclax

下载: 全尺寸图片幻灯片

其中化合物8的合成路线^[12]如图式 3所示，以5-溴-7-氮杂吲哚(11)为原料，经强碱二(三甲基硅基)氨基锂(LHMDS)拔去质子氢后，用三异丙基氯甲硅烷(TIPS-Cl)对吡咯氮进行保护获得化合物12。12再与硼酸三甲酯在丁基锂的作用下形成芳基硼酸，然后在H₂O₂和NaOH的作用下原位羟化成酚(13)。化合物13于高沸点溶剂二乙二醇二甲醚(Diglyme)中在K₃PO₄的作用下与2, 4-二氟-苯甲酸甲酯发生O-烃化反应生成化合物8。

图图式 3

图图式 3 化合物8的合成路线

Figure 图式 3. Synthesis route of compound 8

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 2中化合物10合成工艺路线^[12]如图式 4所示，即以4-氟-3-硝基苯磺酰胺(14)为原料，在Et₃N作用下与4-氨甲基四氢吡喃发生N-烃化反应生成化合物10。

图图式 4

图图式 4 化合物10的合成路线1^[12]

Figure 图式 4. The synthesis route of compound 10^[12]

下载: 全尺寸图片幻灯片

从图式 2可以看出，Venetoclax的合成关键在于合成中间体7，然后与中间体8经过N-烃化反应得到化合物9，再经水解、与中间体10经过酰化反应得到目标产物Venetoclax。

图式 2所示的合成路线为Venetoclax原研工艺路线，其目的为获得目标产物，较少考虑工业化生产潜质，因此存在诸多不足，如合成路线冗长繁琐(共13步，其中Venetoclax的直线合成路线就包括8步反应)；由化合物11合成化合物12时采用了有强腐蚀性的强碱LHMDS为拔氢试剂，且要求无水无氧，因此对设备要求苛刻，操作繁琐；在由化合物13合成化合物8的过程中，由于反应物2, 4-二氟-苯甲酸甲酯有两个可取代的F原子，会生成2位取代和4位取代的混合物，大大降低了化合物8的选择性和收率，也增加了后期的分离难度；同时，该过程采用了高沸点溶剂Diglyme，回收困难。此外，该路线所需原辅材料品种较多，有的原料(如2-甲氧羰基-5, 5二甲基环己酮(2)、4-氟-3-硝基苯磺酰胺(14)、四(三苯基膦)钯和氟化铯)成本高，使得该路线的合成成本大大提高。该路线大部分反应耗时长，其中有两步反应是在超过100℃的高温下长时间进行，因此生产效率低下，增加了操作中不可控的风险。

2.   以3, 3-二甲基环己酮(20)为起始原料的合成路线

2.1   Chan等开发的路线

针对原研路线中化合物8的合成中所采用的原料2, 4-二氟-苯甲酸甲酯选择性差的问题，2013年Chan等^{[16, 17]}以1-溴-3-氟-4-碘苯(15)为原料，在格氏试剂和亲电试剂二碳酸二叔丁酯(Boc₂O)的作用下合成化合物16，再与5-羟基-7-氮杂吲哚(17)在强碱t-BuOK的作用下发生O-烃化反应生成化合物18。具体的合成工艺路线如图式 5所示。

图图式 5

图图式 5 化合物18的合成路线

Figure 图式 5. Synthesis route of compound 18

下载: 全尺寸图片幻灯片

为了回避原研路线中反应原料4-氟-3-硝基苯磺酰胺(14)成本高不易获得的问题，2013年艾伯维公司^{[13, 14]}以4-氯-3-硝基苯磺酰胺(19)为原料，在N-乙基二异丙胺(DIEA)催化下与4-氨甲基四氢吡喃发生N-烃化反应得到化合物10。具体的合成工艺路线如图式 6所示。

图图式 6

图图式 6 化合物10的另一合成路线^{[13, 14]}

Figure 图式 6. Another synthesis route of compound 10^{[13, 14]}

下载: 全尺寸图片幻灯片

在上述基础上，2013年Chan等^{[16, 17]}以3, 3-二甲基环己酮(20)为起始原料，在N, N-二甲基甲酰胺(DMF)和POCl₃组合试剂作用下同时发生卤取代和甲酰化反应生成化合物21，再在Pd(OAc)₂催化下与对氯苯硼酸发生Suzuki偶联反应生成化合物22。化合物22在还原剂醋酸硼氢化钠作用下与N-Boc哌嗪发生还原烃化反应生成化合物23，再在酸性条件下脱Boc得化合物24。化合物24在三(二亚苄基丙酮)二钯(Pd₂(dba)₃)和((4-(N, N-二甲氨基)苯基)二叔丁基膦催化下与化合物18发生N-烃化反应生成化合物25，再在KH₂PO₄作用下水解调酸得化合物26。化合物26再与化合物10在EDC和DMAP联合活化下发生N-酰化反应得目标产物Venetoclax。具体的合成工艺路线如图式 7所示。

图图式 7

图图式 7 Chan等开发的Venetoclax的合成路线

Figure 图式 7. The synthesis route of Venetoclax developed by Chan et al

下载: 全尺寸图片幻灯片

由图式 7可见，该合成路线的关键在于中间体24(即中间体7的盐酸盐)的合成，然后与中间体18(即中间体8的类似物)经N-烃化反应合成化合物25(即化合物9的类似物)，经水解获得化合物26，再与中间体10经N-酰化反应合成目标产物Venetoclax。

与原研合成路线相比，此合成路线以价廉的3, 3-二甲基环己酮(20)为原料，巧妙地通过4步反应(卤代甲酰化、Suzuki偶联、还原烃化和脱保护基)获得中间体24，步骤少1步，且各步收率较高。此外，在由化合物24与化合物18经N-烃化反应合成化合物25时采用了贵金属钯化合物和配体催化，虽然反应条件比原研路线更加温和，但是合成成本也相应提高了。

由图式 7还可看出，Chan等开发的合成路线的总合成步骤较原研路线少(共10步，其中Venetoclax的直线合成路线只包含7步反应)，总收率为52%；并且总体上反应条件较温和，不存在高温反应。但是，由于化合物15中卤素原子活性相近，也会造成化合物16的选择性下降，从而降低了产品质量和收率。由化合物15合成化合物16时使用了格氏试剂，要求无水无氧体系。化合物16与化合物17反应过程中采用强碱t-BuOK拔去质子氢时会产生吡咯氮上的氢被取代的副产物。此外，该合成路线中两次使用了较贵的钯类催化剂，增加了生产成本。

2.2   葛敏等开发的路线

2015年，葛敏等^[18]也以3, 3-二甲基环己酮(20)为起始原料，在强碱NaH作用下经对羰基α位的酰化、活性亚甲基化合物的烯醇化和O-磺酰化获得化合物3，接着在二(三苯基膦)二氯化钯和醋酸钾的催化下于二氧六环中与对氯苯硼酸发生Suzuki偶联反应获得化合物4，再经氢化铝锂还原和磺酸酯化后得到化合物27。化合物27在碱性条件下与化合物28发生N-烃化反应得到化合物9。化合物9在碱性条件下先发生水解反应，而后在EDC和DMAP联合活化下与化合物10发生N-酰化反应得到目标产物Venetoclax。具体的合成工艺路线如图式 8所示。

图图式 8

图图式 8 葛敏等开发的Venetoclax的合成路线^[18]

Figure 图式 8. The synthesis route of Venetoclax developed by Ge et al^[18]

下载: 全尺寸图片幻灯片

其中化合物28的合成路线如图式 9所示，即以化合物13为原料，以碳酸铯为拔氢试剂，于DMF中与化合物29发生O-烃化反应获得化合物30，接着在酸性条件下脱保护得到化合物28。化合物29由价格低廉的N-Boc-哌嗪与2, 4-二氟苯甲酸甲酯反应制得，但参考文献[18]中未给出具体合成路线。由图式 8可见，该合成路线的关键步骤在于合成中间体27，然后与中间体28经N-烃化反应合成化合物9，再经水解、与中间体10经N-酰化合成目标产物Venetoclax。

图图式 9

图图式 9 化合物28的合成路线

Figure 图式 9. Synthesis route of compound 28

下载: 全尺寸图片幻灯片

此合成路线与原研合成路线非常相似，只不过以中间体27取代了中间体7(中间体27比中间体7少一个哌嗪环)，以中间体28取代了中间体8(中间体28比中间体8多一个哌嗪环)。但是相比原研路线，此路线在合成细节上有很大的改善。例如，以比2-甲氧羰基-5, 5二甲基环己酮(2)更廉价易得的3, 3-二甲基环己酮(20)为原料，巧妙地以一锅煮的方式获得化合物3；其次，在由化合物3合成化合物4的过程中将昂贵的氟化铯改为醋酸钾，催化剂由四(三苯基膦)钯改为二(三苯基膦)二氯化钯，溶剂由乙二醇二甲醚/甲醇体系改为二氧六环，收率因此由30%提高到81%，且合成成本也大大降低；在由化合物4合成化合物27的过程中，将还原剂由四氢硼锂改为四氢铝锂，同时舍弃原研合成路线中向反应中滴加甲醇的操作，最后该步收率从50%提高到94%，反应时间也由24h缩短为2h；以价格低廉的N-Boc-哌嗪与2, 4-二氟苯甲酸甲酯反应制得化合物29时，虽然也存在着2位取代的副产物，但该副产物可以通过正己烷洗涤予以分离，使操作便于工业化；在由化合物13与29合成30的过程中，避免了原研合成路线类似中间体8合成中存在的多位点取代而造成的选择性差和副反应多的问题。但是，在化合物30的合成过程中采用强碱碳酸铯为拔氢试剂，需要严格控制水分，否则会导致原料和产物大量水解；同时需严格控制温度低于130℃，一旦超过140℃，将会产生大量吡咯环上的氮参与取代反应的副产物；碳酸铯的使用也增加了合成成本。

3.   以5-羟基-7-氮杂吲哚(17)为起始原料的合成路线

2014年，葛敏等^[19]直接以5-羟基-7-氮杂吲哚(17)为起始原料，在K₂CO₃作用下于DMF中与2-氟-4-硝基苯甲酸甲酯发生O-烃化反应生成化合物31，再经钯碳加氢还原为化合物32。化合物32在K₂CO₃作用下与二(2-氯乙基)胺发生N-烃化反应生成化合物28，再以K₂CO₃为缚酸剂于DMF中与化合物27发生O-烃化反应得到化合物9。最后，化合物9经水解后与化合物10发生N-酰化反应生成目标产物Venetoclax。具体的合成工艺路线如图式 10所示。

图图式 10

图图式 10 以化合物17为起始原料的Venetoclax合成路线

Figure 图式 10. The synthesis route of Venetoclax by comound 17 as raw materich

下载: 全尺寸图片幻灯片

由图式 10可见，与葛敏等开发的从化合物20出发的合成路线3相比，他们专利报道的这一合成路线以全新的路线合成了关键中间体28，其后的合成路线则与原先开发的合成路线相似。该新路线巧妙地选择了2-氟-4-硝基苯甲酸甲酯为原料，与化合物17在弱碱作用和温和的条件下反应，避免了Venetoclax合成的原研路线和Chan等开发的合成路线中易多取代而造成的选择性差和收率低的问题。最后该路线直线合成的总收率为30%。此外，该路线除了直接采用中间体10和27以及2-氟-4-硝基苯甲酸甲酯较难获得外，大部分原料易得。总体上，反应条件温和，操作简单，没有无水无氧等苛刻要求。但是中间体化合物27(即化合物5的甲磺酸酯)合成时仍需采用较昂贵的钯试剂和配体催化。

4.   小结

Venetoclax作为治疗慢性淋巴细胞白血病的新药，是第一个被FDA批准的首个BCL-2选择性抑制剂，为携带17p删除突变以及之前已接受至少一种疗法的CLL患者提供了一个新的、有针对性的治疗方案。目前完整报道的Venetoclax的合成路线有4条。分析这4条合成路线，发现Venetoclax的合成路线主要有以下特点：(1)Venetoclax的合成关键在于合成中间体7(或中间体24或中间体27)，其与中间体8(或中间体18或中间体28)经N-烃化反应获得中间体9(或中间体25)，再经水解、与中间体10经N-酰化合成目标产物Venetoclax。可见，Venetoclax的合成工艺路线主要采用汇聚式合成方式。(2)在中间体7、24或27的合成中，均涉及卤代芳基与不饱和碳之间的C-C偶联，均需要金属钯和贵重配体催化。此外，中间体25的合成也需要贵重金属钯和配体催化。倘若能将带配体的钯类催化剂负载于高聚物上进行非均相催化，便于催化剂回收，简化分离过程，将大大降低合成成本，也便于工业化实施。(3)采用价廉易得原料、反应选择性高的原料或合成方式、温和的反应条件以及提高收率是Venetoclax的合成路线一直改进的方向。(4)若按照上述(2)提出的方向进行改进，葛敏等专利报道的Venetoclax合成路线将是一条颇具工业化前景的路线。
1. [1]
  S Devereux, K Cuthill. Medicine, 2017, 45(5): 292~296. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1357303917300373
2. [2]
  L Scarfò, A J M Ferreri, P Ghia. Crit. Rev. Oncol. Hematol., 2016, 104: 169~182. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1040842816301366
3. [3]
  S D Cang, C Iragavarapu, J Savooji et al. J. Hematol. Oncol., 2015, 8: 129~136. http://europepmc.org/articles/PMC4654800
4. [4]
  J K Bruelle, A Letai. J. Cell Sci., 2009, 122(4): 437~441. http://jcs.biologists.org/content/122/4/437
5. [5]
  R W Birkinshaw, P E Czabotar. Semin. Cell Dev. Biol., 2017, (https://doi.org/10.1016/j.semcdb.2017.04.001).
6. [6]
  V Brower. Lancet Oncol., 2016, 17(1): e11. http://europepmc.org/abstract/MED/26687593
7. [7]
  赵冬梅, 潘兴泉. 临床药物治疗杂志, 2017, 15(02): 85~88. http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?filename=lcyw201702023&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ
8. [8]
  医药经济学报. [2017-01-24]. http://www.menet.com.cn/info/201701/201701240925142514_133715.shtml.
9. [9]
  D L Hughes. Org. Process Res. Dev., 2016, 20: 2028~2042. doi: 10.1021/acs.oprd.6b00374
10. [10]
  N D Catron, D J Lindley, J Miller et al. WO: 2012058392, 2012.
11. [11]
  N D Catron, S Chen, Y C Gong et al. WO: 2012071336, 2012.
12. [12]
  M Bruncko, H Ding, G A Doherty et al. US: 8546399, 2013.
13. [13]
  M Bruncko, H Ding, G A Doherty et al. US: 9174982, 2015.
14. [14]
  G A Doherty, S W Elmore, L Wang et al. US: 8580794, 2013.
15. [15]
  N D Catron, S Chen, Y Gong et al. US: 8722657, 2014.
16. [16]
  V S Chan, T A Grieme, Y Y Ku et al. US: 20140275540, 2014.
17. [17]
  V S Chan, T A Grieme, A C Christensen et al. US: 9199992, 2015.
18. [18]
  许云雷, 葛敏. 合成化学, 2015, 11: 1063~1067. http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?filename=hchx201511018&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ
19. [19]
  葛敏, 许云雷. CN: 104370905, 2015.
图式 1 Venetoclax的化学结构式

Scheme 1 Chemical structure of Venetoclax

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 2 Venetoclax的原研合成路线

Scheme 2 The original developed synthesis route of Venetoclax

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 3 化合物8的合成路线

Scheme 3 Synthesis route of compound 8

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 4 化合物10的合成路线1^[12]

Scheme 4 The synthesis route of compound 10^[12]

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 5 化合物18的合成路线

Scheme 5 Synthesis route of compound 18

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 6 化合物10的另一合成路线^{[13, 14]}

Scheme 6 Another synthesis route of compound 10^{[13, 14]}

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 7 Chan等开发的Venetoclax的合成路线

Scheme 7 The synthesis route of Venetoclax developed by Chan et al

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 8 葛敏等开发的Venetoclax的合成路线^[18]

Scheme 8 The synthesis route of Venetoclax developed by Ge et al^[18]

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 9 化合物28的合成路线

Scheme 9 Synthesis route of compound 28

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 10 以化合物17为起始原料的Venetoclax合成路线

Scheme 10 The synthesis route of Venetoclax by comound 17 as raw materich

下载: 全尺寸图片幻灯片