索托拉西布（Sotorasib）中间体拆分工艺开发（二）

研究论文介绍

索托拉西布（Sotorasib）中间体拆分工艺开发（二）

2026/4/3
研究论文介绍
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Author: CS editor

作者：石油醚

引言

索托拉西布（Sotorasib）（Scheme 1）是一种靶向药物，它像一把设计精巧的”钥匙”，能够特异性地锁住并失活由KRAS G12C突变产生的异常蛋白，从而阻断癌细胞的生长信号。索托拉西布的药物活性成分含稠合双杂环核心和丙烯酰胺共价弹头，特异性靶向KRASG12C。

前述，Amgen, Inc的科学家采用（+）-2,3-二苯甲酰-D-酒石酸［（+）-DBTA］对索托拉西布关键中间体进行经典拆分，获得所需atropisomer M–1。该工艺理论收率上限为50%，副产物P-1随母液废弃。为响应安进可持续发展与持续改进目标，希望回收废液中的P-1，经高温连续流消旋化转化为高纯度rac-1，实现其循环用于拆分（Scheme 1）。

正文

DFT计算对旋转能垒的研究

DFT计算表明：P–1→M-1的旋转能垒为40.7 kcal/mol（Figure 1a,b）。其种，高能垒源于手性轴周边显著位阻，C–N键旋转迫使P–1发生大幅结构扭曲，导致其热稳定性高、难以消旋。正/负向扭转扫描所得能量曲线呈镜像对称，且能垒峰值偏离理想0°/180°（Figure 1a,b）。过渡态分析（1-TS1和1-TS3）进一步表明：旋转过程中尿嘧啶氮原子因几何畸变而产生手性，形成一对对映过渡态，从而解释上述非对称能垒分布（Figure 1c,d）。

热消旋化计算势垒的实验验证及概念验证

P–1 的计算旋转势垒（40.7 kcal/mol）及其构型稳定性与典型轴手性化合物（如BINOL）相当。基于此，采用动力学实验直接测定其消旋活化能。通过系统筛选溶剂（Table 1），发现高沸点极性非质子溶剂（如NMP、DMI、环丁砜）易引发2-氯吡啶单元水解，导致显著分解。尽管如此，NMP中200 °C加热2 h即检测到0.5%消旋（Table 1，entry 1），验证了热消旋可行性。升温至250 °C后，DMI和环丁砜中实现近完全消旋（Table 1，entries 3–5），但副反应严重，不适用于精确动力学研究。非极性高沸点溶剂显著抑制分解，同时维持高效消旋。二苯醚在250 °C下反应4 h即可实现近完全消旋且手性纯度保持完好（Table 1，entry 6）。长链烷烃虽有效（entry 7），但因P–1与rac–1溶解度低，不适用于动力学测定。

以二苯醚为溶剂，在280 °C下对M–1（100 mg，10 mL/g）进行动力学研究：浆液加热后迅速澄清，取样分析显示消旋过程符合一级动力学（ln(ee) vs. time，R² = 0.998；Figure 2A,B）。观测速率常数kobs = 4.42 × 10⁻⁴ s⁻¹，对应t₁/₂ = 26.2 min，Eyring分析得ΔG^‡ = 42.3 kcal/mol，与DFT计算值（40.7 kcal/mol）高度一致。基于上述数据，外推表明：若需在合理时间内完成消旋（5×t₁/₂），反应温度须超过300 °C（Table 2），凸显连续流高温设备的必要性。

拆分废液中回收P-1的工艺开发

前述，P–1母液无法直接高温消旋：2-MeTHF与庚烷在>300 °C下蒸气压过高，且残留（+）-DBTA过量（2.75 eq），易干扰后续反应。因此需先高纯度回收P–1。即开发了两步纯化工艺：（1）碱洗脱除（+）-DBTA；（2）结晶得P-1固体。其中，碳酸钾水溶液（20 wt%）被确定为最优碱洗体系。系统筛选多种无机碱发现，多数导致（+）-DBTA或其盐沉淀；溶解度研究表明，其二钾盐水溶性显著优于单钾盐及其他反离子盐（Figure 3）。仅20 wt% KHCO₃（1:1 v/v）和20 wt% K₂CO₃（1:2 v/v）可避免明显析出，后者因体积效率更高被选定。进一步优化明确关键操作窗口：严格控制加料速率、温度与相比，以实现清晰相分离、最大限度抑制沉淀，并将（+）-DBTA去除至下游消旋工艺要求的不可检出水平（<10 ppm）；同时将P–1在水相中的损失控制在7.5%以内。采用反向加料（母液缓慢加入含K₂CO₃的搅拌釜）可维持局部高碱浓度，有效阻止单钾盐生成。

结晶工艺基于P–1在2-MeTHF/庚烷中的溶解度特性开发，并经千克级验证（scheme 2）。典型操作：母液按1:2（v/v）反向加入20 wt% K₂CO₃水溶液，实现高效萃取（>99% DBTA进入水相）；分相后，有机相水洗除盐；浓缩至2 L/kg（以P–1计），再加入庚烷（2.0 L/kg）反析，得均匀浆料；过滤、干燥后获得P–1晶体（P/M = 88:12），收率90%，纯度与晶型完全满足后续高温消旋要求。

可扩展外消旋化的工艺与反应器概念验证

前述高旋转势垒（ΔG^‡ = 42.3 kcal/mol）表明，P–1 的热消旋需极端条件，导致传统间歇设备无法满足。为此，设计了连续推流式反应器（PFR）：其窄管结构保障高效传热；精确调控停留时间与分布；集成实时温压监测，兼顾安全与质量。为实现高产率、小体积及低过渡损耗，目标设定为“分钟级完全消旋”。动力学模型明确要求温度 ≥300 °C（Table 2）。小规模实验堆对溶剂筛选显示，苯甲醚综合最优：对P–1溶解性好、成本低、热稳定性与操作安全性突出（Table 3）。其对rac–1的溶解度显著更低（< P–1的1/5），支持反应液直接冷却结晶，无需反溶剂。进一步测定立体化学相图共熔点：P/M为67:33–83:17的悬浮液，上清液恒为99:1（P/M），证实可通过结晶富集高ee P–1以配制PFR进料，并可于消旋后选择性去除残余P–1。此外，蒸气压测定（150–325 °C）拟合安托万方程（Figure 4），表明300–325 °C下需≥20 bar系统压力以维持苯甲醚液相。25 mL高压釜批式验证：35 mg/mL P–1/苯甲醚溶液于300 °C停留10 min（>200 °C总时长1 h），得4% ee，非手性纯度>99% LC面积%，确认溶剂适用性。

据此构建小型PFR（90 mL，316L不锈钢管中管换热器，ID 0.18″，L=217″；Figure 5）。出口物料经调温换热器快速冷却至<155 °C（苯甲醚常压沸点），再经伴热管线与背压阀（BPR）进入收集罐结晶。实验表明：仅需11 min平均停留时间（V/Q），即可实现完全消旋，且无明显分解。结合动力学与溶解度数据（Table 3），最终确立优化工艺：10 wt% P-1/苯甲醚溶液，315 °C下停留11 min，产出近乎外消旋（<2% ee）、高化学纯度（≥99.0% LC面积%）的rac–1溶液，冷却后直接结晶。Table 4实验统一采用50 mg/mL进料浓度，以抑制高温进料段局部过饱和与析出风险。

工艺放大的安全性评估

DSC（高压坩埚，400 °C）显示：纯苯甲醚及10 wt% P-1/苯甲醚溶液在360 °C以下无显著放热；360 °C以上出现微弱放热，对应苯甲醚超临界转变（Tc = 372.4 °C，Pc = 41.9 atm）。ARC进一步验证：10 wt%溶液自热起始温度为347 °C，压力升至系统极限199 bar（Figure 6），最大温升与压升速率分别为1.62 °C/min和2.31 bar/min。经φ因子校正后，其热失控时间（TMRad）达70 h（按PFR操作温度计），超目标停留时间100倍以上。结合背压推算，反应最高技术温度为370 °C（该压力下沸点），据此判定为Stoessel Class 2工艺。综合表明：在配备温压联锁监控的前提下，系统可安全运行。

流动反应器的安全优势不仅源于高比表面积带来的强化传热，更在于夹套与导热介质（HTF）赋予的高热惯性。φ因子（系统总热容/物料热容）定量表征该特性：φ=1表示反应器无热容贡献（如大型间歇釜）；φ越高，系统吸热缓冲能力越强。实测筛选用管式反应器φ≈33（工艺流体仅占3%热容，HTF占~70%，Table 5）；中试反应器φ≈8；而典型千升玻璃釜φ≈2。高φ值、高导热壁材与高压设计共同构成三重安全冗余。

对比直接电加热或烘箱式管式反应器，HTF夹套设计虽体积略大、升温稍慢，但显著提升φ值——低φ系统易因温控延迟引发热失控，需额外工程补偿。鉴于工艺温度（315–370 °C）接近ARC起始温度（347 °C），且远超苯甲醚常压沸点（155 °C），依据API RP 521标准开展泄压评估：计算确定安全泄放口尺寸与PFR管径相当。中试系统增设多重防护：背压阀（BPR）(Table 6)下游串联爆破片+分离罐，并配置NC电磁阀（与紧急停车联锁）；急停可手动或自动触发，同步关停进料泵及通风橱内全部设备；温控单元独立置于通风橱外，确保急停后仍可持续冷却。

拆分工艺的最终优化及千克级实例

前期外消旋化研究采用高ee P-1（>99:1 P/M）以加速开发与概念验证。为推进放大，改用经典拆分母液来源的粗品（88:12 P/M）。该物料在目标进料浓度（10 wt%）下于苯甲醚中析出浆料，故采用“共熔富集”策略：配制17 wt%浆料，平衡至共熔点后过滤得上清液（99:1 P/M）与rac–1固体（50:50 P/M）；前者稀释至10 wt%作PFR进料，后者作下游结晶晶种。工艺采用两级换热器，预热至315 °C、冷却至120 °C；未来可集成为一机，利用反应液余热预热进料以节能(Figure 7)。

千克级实例在1.1 L PFR中完成（产能>0.5 kg/h rac–1），配套90 mL管中管预热器。TCU设定315 °C，但因保温不足，PFR实际运行温度为290 °C（Figure 8首点显示转化率下降）。通过降流速（85→80 g/min）延长表观停留时间（12.94→13.75 min），补偿低温影响。3 h连续运行中，HPLC监测显示：总1浓度稳定在~10 wt%，ee由88:12降至53:47（P/M），质量平衡良好，产物接近外消旋。

如Figure 8所示，含rac–1的工艺流体于120 °C收集并保温至连续运行结束。随后冷却至90 °C，加入进料罐制备中分离的rac–1固体晶种；浆料继续降温至0 °C后过滤，滤饼用苯甲醚洗涤，真空干燥，得1.43 kg结晶rac–1（P/M = 50.5:49.5），总收率77%，纯度满足下游工艺要求。PFR中rac–1分解仅造成2%质量损失；其余约20%的质量平衡缺口源于结晶工序，是后续工艺优化的重点。该集成回收-外消旋路线显著提升可持续性：最终药物物质的工艺质量强度（PMI）降至141，较原路线降低58%（基于回收与外消旋全过程原料消耗计算）。18 实际PMI取决于原始原料与回收rac-1的配比及每批次循环次数。