蛋白酶體抑制劑Carfilzomib的發現以及工藝路線研究

Carfilzomib上市商品名：Kyprolis，是用於治療多發性骨髓瘤的一種蛋白酶抑制劑。該藥物在2012年7月在美國批准上市，於2015年11月在歐洲上市，於2016年7月在日本上市。

在1992年，百時美施貴寶東京研究所發現一種天然產物epoxomicin,這種天然產物具有抗腫瘤的活性。由於這種天然產物的作用機制一直未明導致該天然產物為得到開發。直到1999年耶魯大學的Crew教授團隊發現了epoxomicin的作用機制在於：蛋白酶體抑制劑。這些蛋白質可以在細胞中作為廢物管理員來水解和除去不需要或者損壞的蛋白質。這些蛋白酶體的抑制由於導致廢棄蛋白質的積聚導致癌症細胞的死亡（cancercellapoptosis）。

接下來，Crews研究團隊開始優化了epoxomicin的活性、治療窗口以及癌症細胞與健康細胞之間的選擇性，最後他們優化獲得了YU-101作為先導化合物。2003年Crews教授和加州理工的教授Deshaies共同創立了公司Proteolix，基於他們的先導化合物YU-101進行該蛋白酶體抑制劑的前臨床和臨床研究。通過將YU-101中乙醯基中甲基更換成嗎啉亞甲基，獲得了他們的PCC化合物，這一改變據說是改善了YU-101的溶解度，獲得的化合物PR-171（carfilzomib）。同時從結構上PR-171（carfilzomib）更加簡潔，減少了3個手性中心，大大降低了合成難度。該化合物於2005年進入臨床研究。

以上是carfilzomib的葯化合成路線，該路線中用到最多的就是酸胺縮合和脫保護基團，產物中手性的部分除了化合物11之外，均可以經一些手性氨基酸引入。此路線中的關鍵在於化合物11的合成。從上圖中我們可以看到，葯化路線中，Boc保護亮氨酸的Weinreb醯胺12a作為起始原料，在叔丁基鋰的作用下與烯基溴形成烯酮13a，然後採用雙氧水對雙鍵進行氧化得到環氧化合物（dr = 1.7: 1），選擇性很差。雖然該非對映異構體不需要SFC進行拆分，但是還需要過柱子對非對映異構體進行分離，然後通過TFA脫保護得到了關鍵片段11.

在這個葯化路線中，有一些是不合適用於放大生成的：1）叔丁基鋰的使用；2）手性選擇性不好；3）異構體的過柱分離，這些都給放大生產帶來了麻煩。所以該放大路線的好壞就決定在該環氧化合物的合成。

美國的Onyx藥物研發公司改善了該路線，他們採用烯基溴化鎂與weinreb醯胺得到烯酮，然後採用次氯酸鈣進行環氧化反應，專利中並未報道該步驟的的diastereoselectivity，而是在最後脫去Boc保護後再MEBT/Heptane中結晶出來的，得到了手性純的三氟乙酸鹽11.

雖然該路線避免了使用叔丁基鋰，但是在結晶的過程了有異構體的損失，並不是一個很好的路線。

在Proteolix的改善的路線中，他們通過優化最後採用Luche還原對羰基進行還原，可以得到了9:1的非對映選擇性。再通過V催化的烯丙醇的環氧化，可以保持9:1的比率，再通過Swern氧化獲得14，非對映選擇性依然保持9:1.。我們會注意到，在該路線中胺基的保護基由原來的Boc更換成了Cbz，原因是Boc保護時，還原步驟只能獲得4.5:1的選擇性，在氧化的時候非對映選擇性無法保持，只能得到1:1的異構體。

另外一條路線中，上海昊元化工科技有限公司報道了採用雙保護的胺在次氯酸鈣的作用下獲得了較好的選擇性。

在上表中可以看到，無論是Boc還是Cbz保護，雙保護比單保護都可以獲得較高的非對映選擇性。雖然產率適中，但是選擇性已經非常好了，在放大生產方面應該是可以的。

寫到這裡，我們似乎都沉浸在基於亮氨酸的烯酮怎樣去獲得更高選擇性的環氧化合物，有時候思維還是要開闊一些，假如N上不加保護基，而是採用本身就要接的基團呢？如下表所示，當採用二肽的時候，在雙氧水的作用下同樣可以獲得9:1的選擇性。當採用三肽的時候並未獲得任何數據，而採用四肽的時候選擇性和產量都一般，對於一個倒數第二步的反應來說有些無法接受。

除了這些條件之外，還有一些其他專利報道了類似的該分子手性環氧合成方法，由於新穎性與前面大致相當，就不在這裡提及了。對於該環氧的合成除了拆分之外，也有一些不對稱合成的報道。Biophore公司報道了一個將烯烴在AD-mix-β的作用下雙羥化再構建環氧的方法。

另外，Sandoz公司報道了一個新穎的有機小分子催化的Mannich合成策略來構建環氧。

雖然該方法比較新穎，手性催化劑廉價，但是環氧的合成步驟較長，同時路線中Mannich反應的時間太長，不是太適合於工業放大生產。

以上均是關於手性環氧化合物合成的一些方法，而對於另外片段的合成也有專利進行了報道，如下所示，他們採用固相合成的方法，減少了在酸胺縮合過程中的保護和脫保護以及中間體的分離，從而在縮短合成路線的同時，增加了反應的產量和產率。不足之處是樹脂的大量消耗以及大量溶劑的使用。

最後，總結一下，該上市藥物Carfilzomib的合成主要在於手性環氧化合物的合成，針對同一問題，各種方法得到了發展。從中，我們可以看到在優化工藝的過程中，我們不僅要注重條件的優化、後處理的優化，還要注重一些細節部分，比如其中亮氨酸的保護基，我們很容易形成思維定勢：一般酸胺縮合反應中，保護一個胺基就夠了。在這裡就不一樣，他們發現雙取代胺基可以帶來優於單取代的效果。所以，不管是反應優化的過程中，還是反應後處理的過程中，我們一定要突破自己的思維定勢，讓事實來說話。

參考文獻：Org. Process Res. Dev.,2016,20(12), pp 2028–2042

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