新型选择性PI3Kα抑制剂-XJTU-L453

化学与生活

新型选择性PI3Kα抑制剂-XJTU-L453

2026/3/6
化学与生活
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Author: CS editor

作者：石油醚

引言

PI3K/Akt/mTOR 通路在多种癌症中常因突变而异常激活。其中，PI3Kα 是实体瘤中最常突变的激酶之一。因此，靶向 PI3Kα 成为关键治疗策略；选择性 PI3Kα 抑制剂在 PIK3CA 突变（编码 p110α）的 HR+/HER2− 晚期或转移性乳腺癌中展现出明确的抗肿瘤活性。目前，仅有alpelisib 和inavolisib两款选择性 PI3Kα 抑制剂获 FDA 批准用于该适应症。

XJTU-L453：前世今生

XJTU-L453 是西安交通大学李义平教授团队自主研发的新型高选择性 PI3Kα 抑制剂。其在体外和体内均具强效抑制活性，且口服生物利用度高、药代动力学性质优良，已进入临床前开发阶段。

图1 PI3Kα 抑制剂- XJTU-L453

XJTU-L453的合成路线

[药物发现阶段-第一代路线]

图2 XJTU-L453的第一代路线

XJTU-L453 的药物发现阶段的合成路线，如图2所示。即2,4-二溴苯甲酸（1）和间苯二酚（2）发生Hurtley reaction生成6H-benzo[c]chromen-6-one (3)；(3)在苯基硅烷/GaBr₃还原体系下发生还原获得6H-benzo[c]chromene (4)；(4)与D-乳酸甲酯(5)发生Mitsunobu 反应获得(6)；(6)随后发生氨解生成(7)；(7)在钯催化的作用下与联硼酸频那醇酯反应生成(8)。最后，(8)与(9)发生Suzuki反应获得XJTU-L453。上述路线共六步，总收率仅 14%，且需五次硅胶柱层析。主要问题包括：6H-benzo[c]chromen环构建收率低且需高温；内酯还原使用吸湿性强的 GaBr₃，操作困难；Mitsunobu 反应虽收率达 89%，但原子经济性差，产生等摩尔三苯基氧膦和偶氮二甲酸酯副产物，仍需柱层析纯化。

[XJTU-L453临床阶段-第二代路线]

由于第一代路线的缺陷无法满足临床前研究对质量与批量的需求。为此，我们重新设计了合成工艺（图3），实现了 XJTU-L453 的可放大、稳健、安全制备。

图3 XJTU-L453的第二代路线

以下是具体优化内容

1）6H-Benzo[c]chromen-6-one 3的工艺优化

基于文献，CuI/Na₂CO₃ 体系显著可提升了 Hurtley 反应产率（目标物不同）。据此，系统筛选 2,4-二溴苯甲酸（1）与间苯二酚（2）的反应条件（表1）。CuI /Na₂CO₃ 组合给出最高产率（84%，表 1，entry 1）；K₂CO₃ 效果相当（84%，entry 2）。其他碳酸盐（Cs₂CO₃、Li₂CO₃、NaHCO₃；entries 3–5）或强碱（NaOH、KOH、LiOH·H₂O；entries 6–8）均导致产率下降。因分子量更低、成本更优，优选 Na₂CO₃ 而非 K₂CO₃。在 Na₂CO₃ 条件下进一步筛选铜源，发现 CuSO₄、CuCl₂、CuBr 和 Cu(OAc)₂ 均不如 CuI（entries 9–12）。最终确定 CuI/Na₂CO₃ 为最优催化体系，与文献报道一致。

表1 Hurtley 反应条件筛选

进一步的研究集中在优化试剂用量、温度和反应时间（表 2）。在固定间苯二酚 2 与碳酸钠的摩尔比为 1:1.1 的条件下，将 2 的当量从 3.2 降至 2.5 时，产率降至 76%（表 2，entry 1）。使用 3.0 或 3.5 eq.时，产率与初始的 3.2 eq.相当（表 2，entires 2 – 4）。偏离 2 与碳酸钠 1:1.1 的摩尔比也会降低产率（表 2，entries 2、5 和 6）。对碘化铜负载量的筛选表明，较低的当量会导致产率不佳（表 2，entries 2 和 7），而将负载量增加到 0.5 eq.时，产率提高到 95%（表 2，entry 8），与初始条件相比提高了超过 10%。在该最优碘化铜负载量（0.5 eq.）下，反应温度（表 2，entries 8、9 和 10）和时间（表 2，entries 8、11 和 12）的变化所得到的结果与 50°C 反应 5 小时的条件相当。在将 2,4-二溴苯甲酸 1 与碳酸钠混合时观察到明显的泡沫问题，这给放大生产带来了挑战。这通过首先用 1.00 当量的氢氧化钠预处理 1 将其转化为钠羧酸盐，然后加入 2.30 eq的碳酸钠来缓解。这种改进抑制了泡沫的产生，并以 94% 的产率得到 3（表 2，entry13）。因此，选择第entry13的条件进行放大。

表2 Hurtley 反应条件筛选

6H-苯并[c]色烯-6-酮 3 虽可通过过滤和水洗初步分离，但残留铜确难以清除。文献报道其内酯环在碱性条件下可逆开环溶于碱液，酸化后闭环析出。据此，开发了改进的后处理工艺（图 4）：反应结束后，向悬浮液中加入 4 M NaOH（8 V/W）和水（20 V/W），使有机组分（除铜杂质外）全部溶解，滤除不溶铜渣；滤液含开环钠盐 3′，加入 CH₃CN（4 V/W）以增溶未反应的间苯二酚（2），避免其在酸化时共沉淀；随后快速加入 12 M HCl（5 V/W）闭环，定量再生 3，直接过滤、水洗即得高纯产物。该工艺应用于 20.0 g 2,4-二溴苯甲酸（1）与 23.6 g 间苯二酚（2）的 Hurtley 反应，以 85% 收率获得 3，HPLC 纯度 99%，铜残留仅 4 ppm。

图4 Hurtley Reaction的后处理

2）6H-Benzo[c]chromen 4的工艺优化

鉴于成本低、适用性广，作者选用 BH₃·THF 作为替代还原剂。相比苯基硅烷/GaBr₃ 体系，BH₃·THF 可高选择性地将 6H-苯并[c]色烯-6-酮（3）还原为 6H-苯并[c]色烯（4），副产物极少。当 BH₃·THF 用量低于 3.00 eq.时，产率显著下降（表 3，entries 1–2）；增至 4.00 或 5.00 eq.未提升产率（entries 2–4）；升温至 40 或 60 °C 亦无改善（entries 5–6）；缩短至 12 h 导致转化不足，延长反应时间则产率持平（entries 7–8）。故选定entry 2 条件用于放大。BH₃·THF 的淬灭是关键安全步骤：因 BH₃ 高度活泼，淬灭不彻底可能在后续萃取或减压浓缩中突发氢气释放，引发严重风险。标准操作为：冰浴冷却反应液至 0–5 °C，缓慢滴加甲醇至无气体逸出，再进行后续处理。粗品经萃取、浓缩后可直接用于下一步反应——实验证实，本步杂质不影响下游转化效率；而纯化（浆洗或重结晶）不仅收率低（重结晶仅 48%，柱层析 73%）、纯度未达优（重结晶 98%，但颜色差），反而增加操作风险与损耗。

表3还原反应条件筛选

3）Propanamide 7的工艺优化

前人研究表明，(R)-1-氨基-1-氧代丙-2-基甲磺酸酯（10）与 TMG 在 CH₃CN 中可高效实现酚羟基的乳酰胺化，且消旋化程度极低。化合物 10 按“反应物合成”部分制备；随后在 CH₃CN 中考察其与 6H-苯并[c]色烯（4）的亲核取代反应（表 4）。筛选均相有机碱发现：NMM 和 DIPEA 因碱性不足，反应不发生（entries 1–2）；TMG 给出 94% 收率和 97.4:2.6 e.r.，DBU 虽达 100% 收率，但 e.r. 降至 93.4:6.6（entries 3–4）。综合考量，TMG 为最优选择——兼顾高收率与优异对映体控制。当量优化表明：10 eq. 低于 3.00 equiv（如 2.00 equiv）导致收率跌至 88%（entries 3、5–6）；增至 3.00 equiv 无增益。TMG 用量减至 1.50 equiv 时收率亦为 88%，升至 2.50 equiv 则收率提升至 98%（entries 7–8）；此时 e.r. 的轻微下降（<1%）可接受，因收率显著提高。

表4亲核取代反应条件筛选

丙酰胺（7）水溶性差，而其他杂质在碱性水相中保持溶解。反应结束后冷却至室温，加水稀释；减压共沸蒸除 CH₃CN，7 即析出；过滤、水洗、干燥，即得产物，收率 98%，纯度 98%（HPLC）。

经优化，亲核取代反应直接采用上步还原所得粗品 4 进行。结果证实：还原杂质不干扰取代反应，但影响丙酰胺（7）纯化——水沉淀法无法完全去除。改用 MTBE 溶剂重浆（reslurry），可高效脱除杂质。最终确立后处理为：水沉淀 → MTBE 重浆。

图5 两步一锅串联工艺

为规避中间体 6H-苯并[c]色烯（4）纯化收率低的问题，开发了从 6H-苯并[c]色烯-6-酮（3）至丙酰胺（7）的两步一锅串联工艺（图5）：BH₃·THF 反应淬灭后，直接置换溶剂为 CH₃CN，不经分离，立即投入甲磺酸酯（10）进行取代。以 17.4 g 起始原料（3）计，丙酰胺（7）以 71% 总收率、98% HPLC 纯度（A%）、96.5:3.5 e.r. 直接获得，呈浅黄色粉末。相较原药物化学路线（3 → 4 → 7，三步，57% 总收率，含两次柱层析），该串联工艺减少一步操作，总收率提升 14 个百分点，并彻底避免柱层析。

5）Borate Ester 8的工艺优化

基于第一代路线，PdCl₂(dppf) 降至 2 mol% 后，收率反升至 95%（表 5，entry 1），证实其充足性。溶剂筛选（表 5，entries 2–6）显示：2-MeTHF 94%收率，与二氧六环相当；THF 因沸点偏低收率下降；EtOH、i-PrOH 和 EtOAc 则因副反应增多导致收率降低。最终确立最优条件：丙酰胺（7）、B₂Pin₂（1.50 equiv）、KOAc（2.00 equiv）、PdCl₂(dppf)（2 mol%）在 2-MeTHF 中，Ar 气保护下 80 °C 反应 6 h。反应结束后，混合物经硅藻土垫过滤除杂；滤液萃取、减压浓缩得粗品；粗品悬浮于正庚烷中重浆，脱除残留 B₂Pin₂；10 g 规模下直接获得硼酸酯（8），94%收率， 94%纯度（HPLC A%）。

表5 Miyaura 硼化反应条件筛选

6）XJTU-L453的工艺优化

基于第一路线，在初始条件下（二氧六环/H₂O 5:1，3 mol% PdCl₂(dppf)，1.5 equiv 嘧啶 9，2.0 equiv K₂CO₃）以89%的收率获得产物（表 6，entry 1）。其他钯催化剂（PdCl₂(dbtpf)、Pd(PPh₃)₄、Pd(dba)₂/2.4PCy₃）及碱（Na₂CO₃、K₃PO₄、Cs₂CO₃、t-BuONa）的筛选进一步确认：PdCl₂(dppf)/K₂CO₃ 仍为最优组合。

为规避高毒、难回收的二氧六环，作者评估了多种工业友好溶剂（表 6，entries 1–5）：i-PrOH、EtOH、THF 和 2-MeTHF 收率均低于二氧六环，主因沸点偏低。i-PrOH/H₂O（5:1）表现相对最佳，但调整两相比例（entries 6–8）导致收率下降约 10%。提高 PdCl₂(dppf) 至 6 mol% 和 9 mol% 后，收率升至 76% 和 78%（entries 9–10）；但钯残留风险同步上升。权衡后选定 i-PrOH/H₂O（5:1）中 6 mol% PdCl₂(dppf) 为折中条件。

表6 Suzuki反应条件筛选

进一步延长反应时间无显著增益（表 7，entires 1–3）。碱筛选显示：K₃PO₄ 和 Na₂CO₃ 降低收率（entires 4–5），而 Cs₂CO₃（85%）和 t-BuONa（83%）提升收率（entires 6–7）；其中 Cs₂CO₃ 效果最接近原二氧六环体系（89%）。最终优化条件为：嘧啶（9）（1.50 equiv）、Cs₂CO₃（2.00 equiv）、PdCl₂(dppf)（6 mol%）在 i-PrOH/H₂O（5:1）中，Ar 气保护下 85 °C 反应 13 h。

表7 Suzuki反应条件筛选

同时，对残留钯的去除也做了研究。即评估了三种含硫清除剂：N-乙酰半胱氨酸、L-半胱氨酸和 Silia-Thiol。三者均通过–SH 基团与钯形成稳定 Pd–S 络合物实现捕获。其中 N-乙酰半胱氨酸效率最高，L-半胱氨酸次之；Silia-Thiol 单独使用效果差（entries 2–4）。采用“N-乙酰半胱氨酸预处理 + Silia-Thiol”两步法，钯分别降至 41 ppm 和 56 ppm（entries 5–6），仍高于 10 ppm 限值；对前者再追加一次 Silia-Thiol 处理，钯降至 9 ppm，达标entry 7）。最终确立的钯清除工艺如下：粗反应液经硅藻土过滤、EtOAc 萃取、减压浓缩；残渣溶于 2-MeTHF，加入 N-乙酰半胱氨酸、K₃PO₄ 和 H₂O，60 °C 搅拌 5 h 后分液；有机相换溶剂为 i-PrOH（兼顾 XJTU-L453 溶解性与 Silia-Thiol 分散性），加入 Silia-Thiol，60 °C 再搅拌 5 h，过滤；重复该吸附步骤一次，5 g 规模下残留钯 <10 ppm。

表8 残留钯的去除实验

7）XJTU-L453结晶工艺

钯去除后，浓缩物经 MeOH/DCM（5:1）研磨纯化，得灰白色 XJTU-L453，收率 85%，纯度 92%（HPLC A%）。二次研磨仅小幅提升纯度，故转向结晶工艺开发。基于室温 HPLC 溶解度测定（图6），筛选溶解度 5.0–20.0 mg/mL 的溶剂：n-BuOH（5 V）、2-MeTHF（12 V）几乎不析晶（表 9，entires 1、3）；i-PrOH（8 V）得浅黄色晶体，回收率 61%，纯度 96%（entry 2）。进一步考察溶解度 2.0–4.0 mg/mL 的溶剂，仅 EtOH（40 V）获得白色晶体，回收率 70%，纯度 99%（entry10）。

图6 XJTU-L453溶解性实验

表9 XJTU-L453的结晶实验

三批粗品（各 5.00 g）在 200 mL EtOH 中结晶，回收率稳定在 68–71%；所得白色固体纯度 99%，含两种杂质（0.15% 和 0.84%，HPLC A%），e.r. 99.4:0.6，Pd <10 ppm（图 7）。铃木偶联–钯清除–EtOH 重结晶集成工艺，在 10 g 规模下总收率 60%，获得高纯度 XJTU-L453。