Resolución Racémica

Uno de nuestros clientes nos envió una petición para desarrollar un método de resolución para el racemato de un candidato preclínico prometedor. Los puntos más destacables del producto eran un grupo arilo introducido a través de un acoplamiento organometálico y un grupo dimetilamino introducido a través de la aminación reductora de una cetona. El compuesto presentaba un centro quiral en esa posición, y los ensayos de actividad preliminares mostraban que el enantiómero S presentaba una actividad superior al R. La quiralidad era por tanto una cuestión crítica.

Se nos proporcionaron detalles de una ruta de síntesis directa en dos etapas y los building blocks necesarios para el acoplamiento. Se estaba desarrollando para el producto un método de síntesis enantioselectiva, pero era necesaria una resolución clásica del racemato para cubrir aspectos de la propiedad intelectual y permitir una entrega más rápida de lotes multigramo de compuesto enantioméricamente puro con vistas a futuros ensayos.

Consideramos tres posibles aproximaciones al problema: Alternativa 1, resolución del compuesto final; Alternativa 2, resolución de la dimetilamina intermedia generada antes del acoplamiento de la reacción; y Alternativa 3, resolución de otra amina intermedia apropiada para la preparación del compuesto final.

Cada una de las alternativas tenía ventajas y desventajas. La Alternativa 1 sería más rápida dado que la ruta estaba establecida y el cliente había desarrollado ya un método de HPLC quiral. Sin embargo, las Alternativas 2 y 3 permitirían la introducción de un building block caro en una etapa más avanzada, reduciendo por lo tanto costes. Para eso había que probar varias etapas de síntesis y desarrollar métodos de HPLC quiral.

Empezamos explorando la Alternativa 1. Primero ejecutamos una optimización rápida del acoplamiento mientras se incrementaba la escala de la reacción para dar gramos. La aminación reductora posterior condujo al producto deseado en cantidades suficientes para el estudio de resolución. Aplicando los principios habituales de Diseño de Experimentos (DoE), diseñamos un screening en paralelo usando tres disolventes y cinco agentes de resolución habituales de bajo coste usando condiciones estándar.

De los quince resultados en paralelo, nueve no mostraron cristales. En los restantes seis experimentos, se aislaron cristales y se determinaron los excesos enantioméricos (ee) mediante un método de HPLC quiral. Un resultado era prometedor, con un 73% de ee; aunque no era espectacular constituía un buen punto de partida.

Una cristalización adicional de la mezcla enriquecida nos permitió preparar el compuesto final con un ee superior al 99%. Cuando comparamos el enantiómero aislado con algunas muestras del enantiómero más activo proporcionadas por nuestro cliente mediante HPLC quiral preparativo, resultó que habíamos separado el enantiómero incorrecto. Se ejecutó de nuevo la resolución usando el enantiómero del agente de resolución, y se comprobó que los resultados obtenidos de ee e identidad del producto eran correctos.

Aunque estos resultados eran excelentes y se obtuvieron en pocas semanas, proseguimos con las otras dos alternativas teniendo en mente que ambas podían reducir el coste del proceso y reducir la cantidad de masa que se introducía en la resolución.

Las Alternativas 2 y 3 implicaban intercambiar los pasos de síntesis, realizando la aminación reductora primero. La aminación reductora del material de partida con dimetilamina presentó numerosos problemas. La reacción no se completaba y requería condiciones de reacción enérgicas y tiempos largos. Se llevaron las condiciones a microondas para acelerar la reacción y obtener al menos la suficiente cantidad de producto para el screening de resolución. Sin embargo, el desarrollo del método de HPLC quiral también fue problemático, y cuando se ensayaron las muestras resultantes del screening los resultados fueron desalentadores. Obviamente la Alternativa 2 fue relegada al olvido.

Simultáneamente se había trabajado en la Alternativa 3, que implicaba la aminación reductora con una amina protegida para dar un producto apropiado para la resolución. La aminación reductora se llevó a cabo en escala multigramo con excelentes rendimientos y buenas purezas. El método de HPLC quiral se desarrolló con rapidez y se hizo el screening de resolución de la amina protegida. Considerando los resultados de la Alternativa 1, escogimos sólo un disolvente y el grupo de agentes de resolución se amplió hasta ocho.

De los ochos experimentos en paralelo sólo dos no proporcionaron cristales. De los seis restantes se aislaron los cristales y se ensayaron por HPLC quiral. Sólo un resultado era prometedor, con un ee del 94%. Una segunda cristalización permitió enriquecer la mezcla y obtener producto con un ee superior al 99%. Este enantiómero puro se sometió a una secuencia de cuatro reacciones para dar el producto final con un rendimiento del 25% y un ee superior al 99%

La secuencia final de cuatro reacciones desde la amina resuelta hasta el producto final era demasiado larga, así que introdujimos un pequeño cambio en la secuencia. Redujimos la ruta en un paso y el producto final se obtuvo en un 68% de rendimiento y un ee superior al 99%. Aplicamos principios de DoE, técnicas de paralelización y nuestras habilidades analíticas al problema y ofrecimos al cliente no una, sino dos soluciones con un abanico de opciones más amplio de condiciones del que poder escoger. Más aún, el desarrollo del método clásico de resolución resolvió problemas de propiedad intelectual que podían presentarse durante la fase regulatoria y ayudó a bloquear posibles desafíos de competidores.