【工艺进展】S-892216的制造工艺开发 - 第一部分：一种用于可放大合成的多取代巴比妥酸骨...

（来源：PharmaBlock药石科技）

转自：PharmaBlock药石科技

背景

由严重急性呼吸综合征冠状病毒2 (SARS-CoV-2)引起的全球冠状病毒(COVID-19)大流行自2019年首次病例以来持续蔓延。尽管世界卫生组织(WHO)于2023年5月宣布COVID-19紧急阶段结束，但由于病毒的高度突变性，其威胁仍然存在。因此，工业界和学术界持续开发抗病毒治疗药物，通过对SARS-CoV-2病毒的基因组分析，已鉴定出多个抑制病毒复制的潜在靶蛋白。例如，3C样(3CL)蛋白酶因其在翻译后切割SARS-CoV-2多蛋白以释放功能性病毒蛋白中的关键作用，被认为是一个极具吸引力的靶点。因此，大量药物发现研究聚焦于该蛋白酶。在此背景下，盐野义制药有限公司与北海道大学合作开发了一种非共价3CL蛋白酶抑制剂恩司特韦(Ensitrelvir)。恩司特韦因其良好的药物代谢和药代动力学(DMPK)特性，表现出显著的抗病毒活性和高生物利用度，成为潜在的口服COVID-19治疗药物。最近，盐野义制药有限公司发现了一种新的COVID-19候选治疗药物S-892216 (1，图1)，该药物通过将共价连接基引入非肽化合物中制备而成。S-892216不仅具有增强的疗效和优化的DMPK特性，而且所需剂量低于恩司特韦。

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Ensitrelvir和S-892216的结构分析与对比

从结构上看，恩司特韦(Ensitrelvir)具有1,3,5-三嗪酮结构骨架，无论药化路线(图2)还是生产路线(图3)都是通过逐步引入法实现合成的； S-892216为尿嘧啶衍生物，包含两个芳香杂环、一个螺氮杂环丁烷部分和一个甲基氰基。这种高度功能化的尿嘧啶衍生物的合成无法通过恩司特韦所采用的逐步引入法实现。

图1：Ensitrelvir和S-892216的结构对比

图2：Ensitrelvir的药化路线

图3：Ensitrelvir的生产路线

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S-892216的药化路线

早期S-892216的药化路线是以4-氯-2,6-二甲氧基嘧啶为起始物料，并作为尿嘧啶骨架的前体，随后通过Negishi偶联、Ullmann偶联等多步反应合成目标分子，存在的问题如下：

1.需在低温下制备有机锌试剂。

2.脱甲基反应需过量浓盐酸和高温条件。

3.Ullmann偶联反应产生卤素杂质，产物纯度低(80% LCAP)，需柱层析纯化。

4.总产率仅为28%，工艺质量强度(PMI)高(523)。

4：S-892216的药化路线

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路线筛选

为了满足工艺放大的要求，还需在产物纯度和收率方面进一步改进。为解决这一问题，本文报道了一种基于高度功能化巴比妥酸作为尿嘧啶衍生物合成等价物的新合成方法。传统上，巴比妥酸可通过丙二酸酯与尿素化合物的缩合反应合成(图5，方案b)。因此，作者采用该方法，尝试使用相应的丙二酸乙酯(14)和尿素(17)制备巴比妥酸(11)，但仅得到微量目标产物。这可能是由于缩合反应的副产物乙氧基离子的亲核加成导致11和17的分解。通过一系列探索性研究，作者发现当以带有2,4,6-三氯苯氧基作为离去基团的丙二酸衍生物(16)代替相应的丙二酸乙酯(14)，最终成功地以67%的收率合成了11。然而，酯化和环化反应的收率不可重现，可能是由于16的化学不稳定性，容易分解和脱羧，不适合进行生产，因此寻求另一种构建巴比妥酸(11)的方法势在必行。

5：关键中间体巴比妥酸（11）逆合成分析

在重新评估丙二酸衍生物(16)的合成时，苯乙酸衍生物(12)可通过多步反应引入了羰基(图6)。因此，作者提出在巴比妥酸骨架形成的后期阶段引入羰基，避免可能存在的脱羧和分解，高效地构建巴比妥酸骨架(图5，方案c)。

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巴比妥酸骨架的新合成路线优化

通过逆合成分析(图5，方案c)，新合成路线的核心步骤包括：

1. 缩合反应(图7)：

作者对常用的缩合剂，如EDCI, HATU, PyBOP以及T3P，进行了筛选，发现当以T3P为缩合剂时，中控纯度最高，可以92.7%的分离收率得到产物20。通过考察T3P缩合体系的加料顺序，作者推测T3P可以活化尿素(17)生成活性中间体碳二亚胺，随后与羧酸反应得到目标产物。

7：缩合反应条件筛选

2. 环化反应(图8)：

作者首先使用最常用的CDI为羰源，对碱进行了筛选，当使用强碱时，可以观察到产物的生成，个人认为是强碱可以攫取羰基邻位碳上的氢，提高了碳的亲核性，促进了碳负离子进攻CDI，进而再被酰胺中的氮原子进攻得到关环产物。除此之外，作者也提到了：当以DBU为碱，效果最佳，推测DBU不仅可以作为强碱，还可以活化原位生成的酰基咪唑中间体(图9)，促进氮亲核试剂的进攻；当使用弱碱，如iPr2NEt时，原料基本完全剩余，个人推测碱性太弱，无法攫取羰基邻位碳上的氢，导致反应无法进行。当以DBU为碱，使用其它羰源，如CO(OPh)2, ClCO(OPh), ClCO(OMe)代替CDI时，基本无产物生产，作者归结于DBU和CDI的特殊组合。

8：环化反应条件筛选

3. 选择性脱氧氯化：

首先，当直接使用三氯氧磷(POCl3)，无添加剂时，反应亦可进行，24%的原料剩余，51%的产物生成。随后作者进行了一些常规的筛选：当加入当量的缚酸剂，反应变差(图10, entry 2)；当加入催化量的DMF，与POCl3形成Vilsmeier试剂，从而促进脱氧氯化反应的进行时，基本无改善(图10, entry 3)。随后，作者在体系中加入一些含氯试剂，以增加体系中氯离子含量，促进氯离子进攻膦氧中间体时，得到脱氧氯化反应；当以四正丁基氯化铵为氯化试剂时，收率并无改善(图10, entry 4)；当以浓盐酸为氯化试剂时，收率有较大的提升(图10, entry 5)，可能是浓盐酸中的水分对反应起到了至关重要的作用；当以水为添加剂，收率与浓盐酸体系类似，证明了上述猜想。

对比三氯氧磷体系加水和不加水的中控，不加水会观察到产物与三氯氧磷的反应的中间体，加水后则未发现中间体，因此作者推测水会迅速与三氯氧磷反应，将其转化为氯化氢和单羟基二氯磷酸[(HO)POCl2]，生成的(HO)POCl2可能比POCl3具有更高反应活性，因此采用POCl3/H2O体系能实现更高效的脱氧氯代反应。基于这一假设，作者筛选了多种二氯磷酸衍生物作为潜在氯化试剂(图11)，当以苯氧基二氯氧磷[(PhO)POCl2]时，化合物8的中控收率可与POCl3/H2O体系相当(图11, entry 3)。鉴于(PhO)POCl2的沸点(240 °C)相比POCl3 (106 °C)更高，可实现更高反应温度，且可以减少氯化氢气体的生成，最终作者选择以(PhO)POCl2为氯化试剂进行脱氧氯化反应。

10：脱氧氯化添加剂的筛选

11：氯化试剂的筛选

总结

1) 采用羧酸(12)与尿素(17)在T3P存在下缩合，再经CDI/DBU环化构建巴比妥酸骨架，为多取代巴比妥衍生物(传统方法难以制备)提供了全新合成策略；

2) 在环丁砜溶剂中使用(PhO)POCl₂实现温和条件下的高效脱氧氯代反应。

3) 该工艺具有双重优势：既无需过渡金属参与，又能在不经过柱层析纯化的情况下，通过精确控制关键中间体8的质量，最终获得高纯度的S-892216 (1)。

采用这一创新合成路线后，优势在于：

1) 从化合物18出发的总收率达41.3%，较原药化路线(28%)提升约1.5倍；

2) 过程质量强度(PMI)降低38% (原路线：523；新路线：323)；

3) 启动合成研究仅六个月内，即成功完成＞15 kg规模的放大生产，为临床开发进程争取了宝贵时间。

12：S-892216的生产路线

参考文献：

1. Sahara N, Hirano Y, Le TP, Yamakawa K, Ohashi E, Shibuya S, et al. Development of a Manufacturing Process for S-892216 Part I: A Novel Method for Constructing a Multi-Substituted Barbiturate Skeleton for Scalable Synthesis. ChemRxiv. 2025; doi:10.26434/chemrxiv-2025-sdmw6