托法替尼关键中间体合成ARDKR反应：双手性中心构建利器

图一 托法替尼

　　托法替尼（Tofacitinib）是辉瑞公司开发的一种JAK抑制剂，于2012年12月获得FDA上市许可，用于风湿性关节炎的治疗，它可有效抑制JAK1和JAK3的活性，阻断多种炎性细胞因子的信号转导，既有研究表明托法替尼对除类风湿关节炎外，也对溃疡性结肠炎、银屑病等多种炎症相关疾病有良好的治疗效应。

图二 托法替尼逆合成分析

　　作为首个上市的JAK选择性抑制剂，托法替尼的价格却也让人望而却步，60片/瓶的售价高达4284美元（5 mg/片，10 mg/片），平均每片托法替尼需要71美元，对于普通家庭来说，确实是一大负担，不过托法替尼在中国的化合物ZL保护将在2020年过期，目前已有四川科伦、正大天晴、齐鲁药业三家公司展开仿制研发。托法替尼的结构可分解为两部分：手性哌啶A和杂环B，两者可通过N-烷基化反应组装，其中手性中间体A是托法替尼生产的主要成本来源，同时也是工艺的瓶颈，由于其结构中含有两个手性中心，在制备中不仅需要解决对映选择性的问题，还要具备很好的非对映选择性，这无疑对高效的仿制带来困难，本文简要介绍Pfizer的ZL路线，并以最近刊登在OPR&D上的一篇文章为参考，阐述AR-DKR反应在中间体A合成中应用。

图三 AR-DKR反应

　　AR-DKR反应是指“不对称还原—动态动力学拆分反应”，早在1979年就有相关报道出现，反应底物通常为酮或者亚胺，在高手性区分的催化剂下，发生不对称还原反应，而此类反应成功的关键在于α位的消旋化速率krac要远大于两种异构体的氢化速率k1或者k2，选择不同的手性催化剂，k1、k2的差异不同，可以实现目标手性底物的制备，通过此方法可以高效的制备含有双手性中心的醇或者胺，而此两类结构在药物中也很常见，如加兰他敏、奥格列汀、甲砜霉素等，关于AR-DKR更为详细的介绍，可参考文末引用资料。

图四 PfizerZL路线

　　Pfizer在其早期ZL中公布的工艺路线还是采用经典的手性拆分法，但始终会造成至少50%的物料损失，在2007年公布的一篇ZL中描述了不对称氢化去芳构化的路线，但是dr值或ee值均不理想（图三），因此世界各地的很多研究小组积极开展对中间体A的制备优化研究，包括手性拆分、采用手性原料（氨基酸、苹果酸等）、不对称氢化等，但是仍然未能有一个非常理想的解决方案！

图五 托法替尼中间体A的ARA-DKR反应分析

　　在最新一期OPR&D杂志上，奥地利化学家Laurent Lefort报道了采用ARA-DKR反应制备中间体的A方法，以廉价易得的化合物1为起始原料，MeI甲基化后脱羧，两步反应得到不对称反应底物3。在进行不对称反应之前，要考虑到以下几点问题：1、亚胺的α位消旋化速率能否远远大于氢化反应速率；2、亚胺的E/Z构型是否会对催化剂的手性识别产生影响；3、以酮3作为底物，原位生成亚胺中间体，要保证酮不能够被还原，而仅有生成的中间体亚胺能被还原；4、最终产物A的非对映选择性（dr）以及对映选择性（ee）。

图六 初步的筛选结果

　　为了探索合适的催化剂和配体以及底物的反应性质，首先将3制备成亚胺，排除酮还原副反应的影响，根据经验选择Ir催化剂和12种手性配体，在不同的溶剂中，加碘或不加碘（碘是Ir催化氢化常见的活化剂）进行还原，结果显示，大多数反应都能够取得较好的非对映选择性（dr），但对映选择性（ee）最高仅有36%。以上数据表明，3a消旋化速率krac未能远远大于氢化速率kH，因此导致ee值较低，而理想的dr则表明Ir催化体系是合适的，因此问题的关键在于如何促进底物的消旋化和合适配体的选择。在上述反应条件中添加强碱tBuOK，结果发现仅有少数反应表现出优异的dr值，而ee值并未得到提高，可能是强碱破坏了手性配体，导致催化剂转变成非手性物质，因此强碱在该体系中并不合适。除了强碱外，酸也可以催化该消旋化反应，将3a和氘代醋酸混合后利用1H NMR分析，发现能够很顺利的发生消旋化。

图七 反应的优化

　　经过上述的分析和探索后，直接采用化合物3作为反应底物，加入NH2Me•AcOH和醋酸，原位生成亚胺，发生不对称还原胺化，在该体系中，醋酸不仅能够催化亚胺的生成，同时也可以促进消旋化，另外有报道显示在Ir催化的不对称还原胺化中，加入醋酸能够提高催化剂的活性。在上述条件下反应，产物的dr选择性得到了保留，同时ee提高到了72%，说明发生了有效的消旋化，升高反应温度至70 oC发现即使不加醋酸，也能够发生消旋化过程，而提高S/C，且de和ee均有所提高。

　　上述反应策略，在最优条件下能够获得72% ee和95% dr，但这仍然还不够理想，手性药物的ee至少要达到99%以上，不过该路线简短可靠，仅需三步反应就能得到中间体A，通过与L-酒石酸重结晶的方法可以提高ee，此外，AR-DKR反应仅一步便可完成双手性中心的构建，显示出巨大潜力，也为国内药企仿制托法替尼提供一种思路。