失眠是任何年龄个体均较为常见的一类睡眠问题。最常见的是在入睡、睡眠维持和/或晨间早醒方面的问题。失眠不仅对个人的社交、职业、学业等功能造成显著损害，还可诱发或加重精神及身体疾病，例如，失眠、疼痛和抑郁常形成恶性循环。

鉴于目前在失眠病因病理、可行的生物标记物以及最佳疗法的确定等方面的局限，治疗失眠症(insomnia)的新药研发主要由国外医药公司主导，国内相应的新药研发经验有限，所以本文较为详细的介绍了Suvorexant的研发历程，从先导物的发现到工艺路线的优化再到最终生产工艺的确定。

Suvorexant是由Merck公司研发，于2014年在美国上市，用于治疗失眠症。作为食欲素(Orexin)受体拮抗剂，Suvorexant是该类药物中首款获得批准的药物。

早期发现历程

食欲素(Orexin)由Yanagisawa在1998年发现。它是由下丘脑分泌的一种饥饿调控信号，因其强烈的促食欲作用而得名。食欲素A (Orexin A)和食欲素B (Orexin B)是一种神经肽类物质，均作用于G蛋白偶联受体食欲素受体OX1R和食欲素受体OX2R。其中，OX1R与食欲素A的结合能力强于食欲素B，而OX2R与食欲素A和食欲素B的结合能力相当。随后就有研究发现患有发作性嗜睡病的犬类是由于其表达为OX2R的基因发生了突变，进而导致OX2R的功能紊乱。这一研究表明食欲素(Orexin)不但影响机体的摄食行为，还参与了睡眠-觉醒周期的调节。自此，研究者对失眠症(insomnia)的病因有了新的认识，即失眠症(insomnia)还可能是由于不恰当觉醒造成的。

考虑到食欲素(Orexin)在睡眠-觉醒周期中的作用，Merck公司开展了对食欲素受体拮抗剂的研究。经过一系列化合物的筛选，发现化合物2对两种食欲素受体有较好的活性。考虑到化合物2的部分理化性质较差(如低溶解度和高clogP值)和较高的肝代谢率，研究人员在化合物2的分子骨架上做了进一步的优化，得到化合物3。化合物3在保持较好的活性同时，适当的降低了其clogP值，但不妨碍其透过血脑屏障。在对化合物3的进一步研究中发现，3在大鼠和犬中有很高的清除率和很低的口服利用度。与此同时，研究人员发现化合物4没有这些问题。但对其进行代谢研究发现，化合物4的一种代谢产物具有很强的亲电性，倾向于与谷胱甘肽(GSH)结合。将化合物4中氟代喹唑啉结构替换成氯代苯并噁唑结构，得到化合物1，即现在的Suvorexant，能够有效的解决代谢产物问题，同时又能保持良好的药学活性、理化性质、口服利用度和药代动力学。

Suvorexant的早期合成路线(route1)

最初，Merck的药物化学家通过单Boc保护的乙二胺5与甲基乙烯基酮反应，随即原位CbzCl保护得到化合物7。选择性的脱去Boc后，通过还原胺化后，再次Boc保护得到diazepane 8。由于得到的化合物8是消旋体，研究人员拿到R-和S-的对映体进行单独的研究发现，R构型的8对食欲素受体(OXR)有更好的药学活性。所以通过手性制备液相分得R构型的8，三氟乙酸脱去Boc，然后与10生成酰胺13。氢化条件下脱去Cbz，与化合物15发生取代反应，得到Suvorexant (1)。化合物10则是通过2-碘-4-甲基苯甲酸11与三唑在CuI和微波条件下得到，但是这个反应的区域选择性不好(以55：45的比例得到10：12)，幸好可以通过色谱对两者进行分离。

基于Suvorexant (1)良好的类药性，研究人员对Suvorexant (1)进行了动物试验。数据表明，Suvorexant (1)对大鼠、犬和非人的灵长类动物有很好的促睡眠作用，并且有很强的剂量依赖性。在临床前的毒理试验中，Suvorexant (1)也表现很好。所以Suvorexant (1)很快的被推进临床阶段。

早期的中试放大路线(route 2)

随着试验的推进，需要大量的高质量的Suvorexant (1)样品，早先的合成路线暴露出诸多缺陷。所以研究人员对route1进行评估，提出了以下几个需要改进的地方。总结如下：

①整个合成路线中使用了大量的保护基团，增加了不必要的步骤；

②对消旋体8使用液相分离，效率很低；

③第一步反应中，产物6也会和底物甲基乙烯基酮发生aza - Michael加成，产生杂质；

④化合物10的制备反应中，区域选择性很差，需要通过色谱进行分离；

⑤最终分离得到的API的性状不好，过滤困难，熔点偏低。

针对以上所提出的问题，研究人员开始对路线进行重新设计，以期能更易进行放大。

1.氯代苯并噁唑结构的早期引入

首先针对第一步反应进行设计，考虑将氯代苯并噁唑结构在路线的早期引入，具体如下图所示：

2.还原胺化和手性拆分

顺利拿到化合物18后，准备进行分子内的还原胺化，得到消旋体22。

考虑到工艺放大的问题，研究人员对消旋体22进行了手性拆分。在对常见的手性酸和溶剂筛选后，发现使用L-二苯甲酰酒石酸与消旋的二胺22在THF中能以76%ee分得所需立体构型的22。随后，针对这一体系做了进一步的研究。研究人员先拿到手性纯的二胺22，并制备相应的L-二苯甲酰酒石酸盐27和28，测定27和28在一些常见溶剂中的溶解度，以期能对两者达到更好的分离效果。

在研究中发现，二胺22与L-二苯甲酰酒石酸能以2：1的比例形成盐29。而29在THF中的溶解度与27的相当，这就是只能以76% ee分得所需立体构型的原因所在。在后续实验中，将消旋的二胺22缓慢的滴加到1.5 eq的L-二苯甲酰酒石酸体系中，能以38%的收率，74% ee分得所需立体构型，并且可以放大到公斤级。在拿到中等ee值的盐后，需要对它进行纯化，以提升光学纯度。最终确定在醋酸异丙酯和甲醇的混合溶剂体系中打浆，能将光学纯度提升到96%。

3.酰胺的形成和晶型研究

将L-二苯甲酰酒石酸盐27转化成相应的胺22后，再与酰氯32反应，能以88%的收率，99.5%的纯度，96.4% ee得到API。

在route 1中，制得的API物理性状不好，过滤困难。考虑到晶型对API的重要性，研究人员对晶型做了进一步的研究。Merck的研究人员将早期制备得到的晶型命名为晶型 I，他们发现将API(晶型 I)与水在近100℃件下打浆，能够得到晶型II。晶型II的性质明显优于晶型I，更适合用于后期的放大开发。但在做两者间的稳定性研究发现，晶型II于室温条件下在大多数溶剂中打浆都会转化成晶型 I，水是个例外。所以，在中试放大时，将晶型I分离后，于100℃条件下在水中打浆，降温后能以97%的收率，99.6%的化学纯度和97.4%的ee值分得晶型II。

晶型I和晶型II的XRPD图谱

4.总结

经过以上的设计、优化，从4-氯-2氨基苯酚19出发，能以12%的总收率制得API。最终API的化学纯度和光学纯度都能满足临床前毒理研究、制剂处方工艺开发和临床I期试验。

具体的制备工艺如下图所示：

放大路线的再优化(route3)

随着临床试验的进行，所需的API数量越来越大，现有的中试工艺路线难以满足。研究人员再次对工艺路线进行审视，决定从以下几个方面进行优化：

①手性拆分这一步收率很低，并且还需要进行后续纯化，对整个路线的收率影响很大；

②在工艺路线的早期使用硫光气，对环境和实验人员非常不友好；

③在制备酰胺的这一步，需要提前将胺游离出来，同时相应的羧酸需要转化成酰氯，操作流程复杂。

1.硫光气的替换

使用乙基黄原酸钾与4-氯-2氨基苯酚19反应，得到化合物20。在巯基的氯化这一步，将二氯甲烷替换成四氢呋喃，在胺化这一步，使用碳酸钾替换三乙胺，在aza – Michael加成这一步，用催化量的氢氧化钠替换早先的DBU。这些试剂和物料的变换能有效的减少废弃物和增加收率。

2.不对称的还原胺化

在对消旋的22进行手性拆分过程中，造成了很大的浪费，研究人员建议在分子内还原胺化这一步，使用不对称的还原得到所需的立体构型的22，这样就避免了手性拆分。之后从这几个方面进行了筛选：过渡金属催化的不对称氢化、手性磷酸催化的不对称氢化、Na(OAc)3BH的手性衍生物还原和Ru催化的不对称转移氢化。手性磷酸催化的不对称氢化和Na(OAc)3BH的手性衍生物还原的反应只能得到较低的ee值和/或转化率。

具体的实验数据如下图所示：

确定催化体系后，在制备过程中出现杂质25，这种类型的杂质在route 2中也有形成，反应过程如下：

研究人员推测杂质25是化合物22自身异构化得到的，所以对22在不同温度和不同pH值的条件下进行了稳定性研究，具体过程如下：

备注：1：target pH obtained by addition of dilute HCl or NaOH.

对化合物22的稳定性研究数据进行分析发现，22在弱酸性条件下倾向于发生异构化。所以研究人员考虑从以下两点来抑制杂质25的生成：

a.对后处理的过程进行优化：一旦反应结束，使用NaOH(aq)淬灭以保持在后续的萃取和浓缩过程中体系呈碱性。

b.成盐的过程中，确保体系的pH值在2以下。在对酸进行筛选后，发现使用盐酸，可以以很好的ee值和很低的杂质25得到盐39。

经过以上的研究，确定不对称转移氢化反应的条件如下所示：

随后，Merck公司对该不对称转移氢化反应的反应动力学进行了研究，以期能降低催化剂的使用量和加快反应速率。研究表明，Ru-formate 49与其脱CO2产物Ru-H 50之间存在平衡，由于反应中产生的CO2会使此平衡朝着Ru-formate 49的方向进行，进而抑制了Ru-H 50与底物21的反应。所以及时的排出体系中产生的CO2，对该反应很重要。

在对反应溶剂重新做了研究之后，确定使用甲苯和乙腈的混合溶剂。同时，18在盐酸条件下脱Boc，仅作简单的相分离后，直接进行不对称氢化，可以避免对21的甲磺酸盐进行分离。

3.酰胺的合成及晶型的再研究

在形成酰胺制得API的这一步中，使用大量的二氯甲烷以及需要事先准备游离胺限制了该工艺的进一步放大。虽然使用酰氯来制备酰胺能提高反应收率，但是相应的酰氯也需要提前制备。同时对API的物理形态了解的不够深入，对最终产品的分离造成一定的影响。有鉴于此，Merck公司尝试胺盐39与酰氯32在两相体系中反应得到API。经过条件优化发现，在醋酸异丙酯中使用草酰氯和催化量的DMF将羧酸10制得酰氯32，然后将酰氯32的醋酸异丙酯溶液加到胺盐39、碳酸钾水溶液和醋酸异丙酯的两相体系中，反应得到API。由于得到的API是晶型I，需要在沸水中打浆，转化成晶型II。在这个打浆的过程中，并没有除杂的效果。所以研究人员想去掉这一步骤。

在对两中晶型进行详细研究后发现，晶型I和晶型II之间是双向转化的，即存在一个转变温度，低于这一温度，晶型I稳定，高于这一温度，晶型II稳定。而这一转变温度在35-40℃之间。分析现有的数据表明，晶型II在某些溶剂(如水)中，即使低于转变温度，也没有转换成晶型I。这是因为API在水中的固有溶解度很低，不足以使其转变晶型。所以，研究人员就尝试了一些对API的溶解度很低的溶剂，如正庚烷，与醋酸异丙酯按不同的比例混合，希望API能以晶型II的形式析出。最终确定正庚烷和醋酸异丙酯按85：15的比例混合，能以很好的收率、除杂效果和很稳定的以晶型II的形式拿到API。

4.总结

通过以上的工艺研究，大大减少了物料成本和分离操作，同时提高了收率和工艺的可行性。总结最终的商业工艺路线如下所示：

结束语

本文介绍了MK-4305整个的工艺研发过程，从药物活性筛选阶段到临床试验阶段，进而是药物上市后工艺路线的改进优化。整个研发过程中有以下几个关键的节点：

①将手性色谱分离改成经典的手性拆分；

②及时的对路线进行设计，避免不必要的保护基；

③及时解决制备三唑取代的芳香酸10过程中的区域选择性问题；

④对API的晶型研究，找到直接制备所需晶型的方法；

⑤对不对称还原胺化反应的深入研究；

由于工艺化学家致力于解决药物研发中各个阶段的工艺问题，能发现工艺中的问题并及时解决至关重要。在这一过程中，会遇到很多预期的和出乎意料的问题，通过对问题进行细致的分析，结合实验数据和已有的知识都能对问题做出很好的解答。

参考文献

1. J. Med. Chem. 2015, 59, 504–530.

2.ChemMedChem. 2009, 4, 1069–1074.

3.Curr. Top. Med. Chem. 2011, 11,696–725.

4.J. Med. Chem. 2010, 53, 5320–5332.

5.Bioorg. Med. Chem. Lett. 2009, 19,2997–3001.

6.Org. Process Res. Dev. 2011, 15,367–375.