本文作者：杉杉

导读

诺华生物医学研究所（Novartis Institutes for BioMedical Research）Markus Furegati研究团队报道了一种新型β-内酰胺酶抑制剂IID572合成的新途径，克服了文献中总收率低（0.9%）且关键起始底物不易获得的弊端。通过此方案，可实现从市售的底物开始，并以19步获得1.7-2.9％总产率的目标化合物IID572。该方案主要通过亚胺叶立德[3+2]环加成反应制备复杂的中间体，同时通过酶拆分方法获得所需的对映异构体（高ee值）。尽管在官能团相互转化方面存在一些合成挑战，但仍可以进行8 mol规模的放大，从而获得10 g的IID572以及各类中间体，为临床前毒理学研究和各类反应条件的优化提供了便捷。

Scale up synthesis of IID572: A new-lactamase inhibitor

Markus Furegati, Sandro Nocito, Folkert Reck, Anthony Casarez, Robert Simmons, Heiner Schuetz, and Guido Koch

Org. Process Res. Dev. ASAP DOI: 10.1021/acs.oprd.0c00069

正文

国内外用于临床治疗的β-内酰胺酶抑制剂合剂种类很多，如阿莫西林、替卡西林、氨苄西林、舒拉西林、头孢哌酮等。临床应用显示，这些合剂对某些β-内酰胺酶所致的耐药菌株具有明显抑制作用，但对不同种类β-内酰胺酶的抑制作用范围有限。因此，新型的β-内酰胺酶抑制剂仍在不断地开发。在对二氮杂双环辛烷（DBO）类新型β-内酰胺酶抑制剂的研究中，作者发现，IID572（1）作为最佳的抑制剂，可与LYS228或其他β-内酰胺类抗生素联合使用，对抗由更广泛的CRE引起的难以治疗的感染。而后期功能化（LSF）则是合成IID572的有效方法。据文献报道，该路线的起点是阿维巴坦（Avibactam）合成的中间体4（Scheme 1），可在6个步骤中以48％的收率获得。该方案的关键步骤为在光化学下Michael受体6进行Giese自由基加成反应，从而获得中间体7和三种其他非对映异构体的混合物。分离出所需的异构体7，再用TFA脱保护后，伯胺在碱性条件下自发环化，得到化合物8。

虽然该工艺路线相对较短，也对于LSF来说比较理想，但在按比例放大方面存在三个弊端。首先，需要PhSeCl（一种有毒且昂贵的试剂）来引入自由基受体烯烃，仅以24％的收率获得6。其次，在自由基加成之后形成非对映异构混合物，仅形成10％的所需异构体7。四种异构体的比例不受反应条件的影响（如溶剂、催化剂或温度）。第三，即使从乙酯3开始经12步仅以0.48％的总产率的获得目标产物1。

随后，作者进行了三种路线的设计（Scheme 2）。（a）Aza-Diels-Alder路线，然而，环加成作为具有挑战性的关键步骤，但结果获得复杂的混合物。（b）天冬酰胺环化路线，以氨基酸衍生的9为底物，然而N-烷基化效果不好，同时环化失败。（c）从已知的11中进行吡啶加氢，尽管这是一种有前途的方法，但以昂贵的3-甲基吡啶-2-羧酸甲酯（10）开始，同时不能获得令人满意的收率，氨解也不能很好地进行。因此，上述三种路线均被放弃。

因此，作者选择简单易得的起始原料，并通过分子内甲亚胺叶立德[3+2]环加成反应以构建复杂分子结构（Scheme 3）。根据文献中报道，当在NaHCO₃存在下，可在水/THF中以定量收率获得Bn-Gly-OH的Boc保护中间体13。同时，T₃P被证明是与市售烯丙基苄胺形成酰胺的最佳偶联剂，并通过TFA脱Boc保护获得N-烯丙基-2-(甲基氨基)-N-苯基乙酰胺15，收率为30％；若缓慢滴加乙醛酸乙酯时，可将收率提高至76％。同时，该反应主要副产物是非对映异构体，难以通过色谱法除去。紧接着，用LiBH₄将rac–16还原为醇rac–17，从而获得第二个关键的起始原料，即扩环反应。原位形成的三氟乙酸盐被苄胺以分子内方式取代，形成叠氮基中间体，再经开环即可合成六元环化合物，反应混合物用饱和NaHCO₃水溶液淬灭，并通过硅胶色谱纯化，从而获得目标化合物rac–18。同时，较长的反应时间对于高收率至关重要，而在使用较高温度（微波）下，会导致产生不希望的五元环异构体以及较低的转化率。为避免手性色谱的分离，作者筛选了21种脂肪酶，用于rac–18的乙酸乙烯酯进行立体定向酶促酯化反应，反应结果表明，QLM脂肪酶可选择性地获得高对映体纯度的19和(+)-18（>95％ ee）。

紧接着，在NaOH的THF/MeOH（2:1）溶液中，获得定量收率的19。同时，双脱苄基比预期的困难，通过大量条件的优化后，当使用Li和EtOH的Birch条件下，可将18中内酰胺氮上的苄基选择性地除去，然后在标准条件下进行氢化可去除另一个苄基，从而获得77％收率的21。该反应需将Bn改为Boc保护基的原因有两个：首先，在随后的Mitsunobu反应中避免与叔胺的相互作用；其次，在引入羟胺基后氢化是不合适的。在Mitsunobu条件下形成4-硝基苯甲酸酯，然后在MeOH中用K₂CO₃皂化，可完成21中3-位立体中心的转化，经色谱法可获得68％收率的23。用N-(苄氧基)-2-硝基苯磺酰胺（24）制成的Mitsunobu条件19形成25，在Boc脱保护和色谱分离后，以51％的收率得到26。随后，在标准条件下，用Nosyl脱保护基可以形成84％收率的27。通过将光气溶液（注射器泵）缓慢添加到27中形成环状脲，并在色谱和结晶后得到81％收率的关键中间体28（通过HPLC可将纯度提高至99.6％，并将ee提高至100％）。而在Pd/C上用H₂进行脱苄基反应获得定量收率的29，再经三氧化硫吡啶配合物处理和色谱分离后，可获得85%收率的30。最后，通过阳离子交换，即可获得IID572（收率为73％，纯度>95％）。

总结

作者开发了一种新型β-内酰胺酶抑制剂IID572的合成途径，克服了总收率低（0.9%）且关键起始底物不易获得的弊端。通过此方案，可实现从市售的底物开始，并以19步获得1.7-2.9％总产率的目标化合物IID572。该方案主要通过亚胺叶立德[3+2]环加成反应制备复杂的中间体，同时通过酶拆分方法获得所需的对映异构体（高ee值）。尽管在官能团相互转化方面存在一些合成挑战，但仍可以进行8 mol规模的放大，从而获得10 g的IID572以及各类中间体，为临床前毒理学研究和各类反应条件的优化提供了便捷。

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