2- 硝基咪唑衍生物及其用途和制备方法 技术领域 本发明涉及放射性药物及其制备方法， 特别是一类具有放射性的 2- 硝基咪唑衍 生物及其制备方法。
背景技术 全球十大致命疾病排行榜上， 心血管疾病、 恶性肿瘤 ( 癌症 )、 脑血管疾病占据前 几位。就肿瘤治疗而言， 目前仍不能取得令人满意的结果。乏氧是指组织的氧浓度介于正 常与无氧之间， 且功能异常、 而尚无明显形态学变化， 它是许多重大疾病的一个重要特征， 广泛存在于心血管疾病、 肿瘤、 脑血管疾病等重大疾病中， 组织氧水平的测定对于这些疾病 的临床治疗具有重大意义。
放射性药物最重要的应用价值是研究生命过程中的生化变化 ； 利用放射性核素标 记的小分子进行 PET 或 SPECT 显像可以活体非侵入性诊断各种疾病， 是近年来分子影像学 最活跃的研究领域。乏氧组织显像剂是一类阳性显像剂， 能选择性地滞留在乏氧组织或细 胞中， 并通过核医学 PET 或 SPECT 显像探测组织缺氧及其程度， 它是近年来放射性药物的研 究热点之一。理想的肿瘤乏氧显像剂应具备以下一些条件 ： ①有足够的量选择性浓集于乏 氧区并具有一定的滞留时间 ； ②为探测组织氧压的细微变化， 能提供可靠的正常组织与缺 血组织的对照 ； ③显像质量高， 病人受辐照剂量小。
在心血管疾病方面， 心肌乏氧显像能迅速、 准确地区分缺血 / 存活和缺血 / 坏死 ( 梗死 ) 的心肌， 用于临床诊断能指导治疗方案的确定， 从而能有效地提高心血管病人的疗 效， 降低死亡率。脑细胞乏氧显像能弥补灌注显像只能辨认低血流区域而无法区分疤痕和 局部缺血的缺点， 特异性地确定乏氧状态下存活的脑组织， 这对脑血管病人的治疗起到关 键的作用。 肿瘤氧水平的测定则对肿瘤的早期诊断、 治疗方案的确定及疗效评价意义重大。 肿瘤本身的异质性给临床放射治疗造成极大的困难。运用放射性药物， 结合分子影像学技 术， 有助于勾画生物学靶区， 确定治疗方案。
迄今为止， 已经文献报道的乏氧组织 18F-PET 显像剂大多为 2- 硝基咪唑衍生物， 18 18 18 18 18 18 包括 18FMISO、 FETNIM、 FETA、 F-EF5、 F-EF3、 F-EF1、 FRP-170、 18FAZA 等 ( 示 1)， 其中 18 18 FMISO 已经广泛用于临床研究， 但是 FMISO 的临床显像性能并不理想， 主要的问题包括正 常背景组织摄取偏高， 非特异性结合 清除较慢导致注射和显像时间间隔较长， 具有神经毒 性等。 因此研究开发新型具有优秀的临床显像效果的新型乏氧组织显像剂仍是放射性药物 研究领域的一个重要课题。现有的 18F-PET 显像剂参见式 1。
式1发明内容 本发明旨在提供一种具有乏氧组织显像潜力的氟 - 聚乙二醇 - 三唑环 - 亚甲 基 -2- 硝基咪唑化合物及其制备方法。
本发明的化合物为氟 - 聚乙二醇 - 三唑环 - 亚甲基 -2- 硝基咪唑化合物， 其结构 18 通式如下， 其中 ： n ＝ 1 ～ 10， F 为 F。
式2 本发明的化合物可用于制备心脑血管疾病及恶性肿瘤的乏氧组织显像的药物或试剂。 本发明的化合物制备方法 ( 参见式 3 和式 4) 是 ：
将 2- 硝基咪唑、 炔丙基溴和 K2CO3 加入到 CH3CN 中， 回流充分反应后停止反应， 冷 却， 固液分离后除去滤液内的溶剂， 再经柱纯化后得化合物 1 ；
将化合物三缩四乙二醇的二对甲苯磺酸酯和 NaN3 加入到 DMF 中， 沸水浴加 热 充分反应后冷却， 除去溶剂， 残余物经柱纯化后得到化合物 2a(2-(2-(2-(2-azidoethoxy) ethoxy)ethoxy)ethyl 4-methylbenzenesulfonate) ；
将 化 合 物 1、 化 合 物 2a、 CuI 和 Et3N 加 入 到 THF 中， 室温搅拌充分反应 后， 除 去 溶 剂， 残 余 物 经 柱 纯 化， 得 到 化 合 物 3a(2-(2-(2-(2-(4-((2-nitro-1H-i 2， 3-triazol-1-yl)ethoxy)ethoxy)ethoxy)ethyl midazol-1-yl)methyl)-1H-1 ， 4-methylbenzenesulfonate) ；
式3
用溶有 11mg Kryptofix 222 和 3.3mg K2CO3 的 1mL 水 / 乙腈 ( 体积比 1/9) 溶液 将 QMA 柱上的 H18F 淋洗至反应瓶中， 115℃油浴加热蒸干溶剂， 再次加入无水乙腈并于相同 18 条件下蒸干溶剂， 重复该操作两次 ； 在干燥 K F/Kryptofix222 体系中加入溶于无水乙腈的 化合物 3a 溶液， 密封反应体系于 95℃油浴充分反应 ； 敞开反应体系， 蒸干溶剂后， 加入蒸馏 18 水， 然后分别过一个 Al2O3 和一个 C-18 固相萃取小柱进行纯化得 [ F]FPEG3-TAN 溶液。其 反应见式 4。
式4
以上反应的具体步骤如下 ：
a. 将 2- 硝基咪唑、 炔丙基溴和 K2CO3 加入到 CH3CN 中， 加热回流， 充分反应后， 冷 却， 滤除固体， 滤液减压除去溶剂并用硅胶柱过柱纯化， 得到褐色粘稠状化合物 1。
b. 将聚乙二醇的二对甲苯磺酸酯和 NaN3 加入到 DMF 中， 沸水浴加热反应充分后除 去溶剂并用硅胶柱过柱纯化， 得化合物 2 ；
c. 将化合物 1、 化合物 2、 CuI 和 Et3N 加入到 THF 中， 室温搅拌， 化合物 1 和化合物 2 发生 “click” 反应 ； 减压除去溶剂并用硅胶柱过柱纯化， 得化合物 3 ；
d. 用 Kryptofix 222 和 K2CO3 的水 / 乙腈溶液将 QMA 柱上的 H18F 淋洗至反应瓶中， 115℃油浴加热蒸干溶剂， 再次加入无水乙腈并于相同条件下蒸干溶剂， 重复该操作两次 ； 18 在干燥 K F/Kryptofix 222 体系中加入化合物 3 的无水乙腈溶液， 密封体系于 95℃油浴反 应 10min ； 敞开反应体系， 蒸干溶剂后， 加入蒸馏水， 然后分别过一个 Al2O3 和一个 C-18 固相 18 萃取小柱进行纯化得 [ F]FPEGn-TAN 溶液。
以上制备方法中所用的聚乙二醇聚合度为 1 ～ 10， 优选地本发明的氟 - 聚乙二 醇 - 三唑环 - 亚甲基 -2- 硝基咪唑化合物是 n ＝ 3， 作为本发明的最佳实施例的氟 - 聚乙二 18 醇 - 三唑环 - 亚甲基 -2- 硝基咪唑化合物 FPEG3-TAN(n ＝ 3) 的制备方法是 ：
a. 将 2- 硝 基 咪 唑 (600mg、 5.31mmol)、炔 丙 基 溴 (756mg、 6.36mmol) 和 K2CO3(878mg、 6.36mmol) 加入到 25mL CH3CN 中， 加热回流， 充分反应后， 冷却， 滤除固体， 滤液 减压除去溶剂并用硅胶柱过柱纯化， 得到褐色粘稠状化合物 1 ；
b. 将化合物三缩四乙二醇的二对甲苯磺酸酯 (1.5g、 2.99mmol) 和 NaN3(195mg、 3mmol) 加入到 1mL DMF 中， 沸水浴加热反应 2h ； 停止反应， 冷却， 减压除去溶剂， 残余物用硅 胶柱过柱纯化， 得浅黄色粘稠状化合物 2a。
c. 将 化 合 物 1(195mg、 1.29mmol)、 化 合 物 2a(530mg、 1.42mmol)、 CuI(24.6mg、 0.129mmol) 和 Et3N(359μL、 2.58mmol) 加入到 8mL THF 中， 室温搅拌过夜， 减压除去溶剂， 残余物用硅胶柱过柱纯化， 得黄色粘稠状化合物 3a。
d. 用溶有 11mg Kryptofix 222 和 3.3mg K2CO3 的 1mL 水 / 乙腈 ( 体积比 1/9) 溶 液将 QMA 柱上的 H18F 淋洗至反应瓶中， 115℃油浴加热蒸干溶剂， 再次加入无水乙腈并于相 18 同条件下蒸干溶剂， 重复该操作两次 ； 在干燥 K F/Kryptofix 222 体系中加入 10mg 化合物 3a 溶于 1mL 无水乙腈的溶液， 密封体系于 95 ℃油浴反应 10min ； 敞开反应体系， 蒸干溶剂 后， 加入蒸馏水， 然后分别过一个 Al2O3 和一个 C-18 固相萃取小柱进行纯化得化合物 [18F] FPEG3-TAN 溶液。
本发明以 2- 硝基咪唑为乏氧细胞靶向基团， 通过 “click” 反应将三唑环和 PEG 基 团引入到分子结构中， 设计合成新型氟 - 聚乙二醇 - 三唑环 - 亚甲基 -2- 硝基咪唑化合物， 该类硝基咪唑衍生物作为新型化合物有望通过优化药代动力学 和药效学性质， 增加分子 水溶性和生物相容度， 用于心脑血管疾病及恶性肿瘤的乏氧组织显像研究。 “Click” 化学， 是通过一系列可靠的化学反应成功构建新的药效团的一种方法。 目 前， “Click” 化学已在化合物库的合成， 特别是药物先导的发现和优化中显示出重要的作 用， 受到人们的广泛关注。聚乙二醇 (PEG) 已经广泛用于药物的结构修饰， PEG 修饰策略 具有多种作用， 包括提高化合物的水溶性及稳定性， 增加生物相容度， 改善药代动力学性质 等。本发明通过 “Click” 反应， 将三唑环引入到新型 2- 硝基咪唑化合物中， 并通过 PEG 修 饰优化其作为乏氧组织显像剂的药学性能。
具体实施方式
以下给出本发明的一个具体实施例， 在这一实施例中所用聚乙二醇连接基团的聚 合度 n 为 3。
氟 - 聚乙二醇 - 三唑环 - 亚甲基 -2- 硝基咪唑化合物 [18F]FPEG3-TAN(n ＝ 3) 的 合成 ：
化 合 物 1(2-nitro-1-(prop-2-ynyl)-1H-imidazole) ： 将 2- 硝 基 咪 唑 (600mg、 5.31mmol)、 炔丙基溴 (756mg、 6.36mmol) 和 K2CO3(878mg、 6.36mmol) 加入到 25mL CH3CN 中， 回流反应 2h， 溶液颜色变为暗黄色 ； 停止反应， 冷却， 滤除固体， 滤液减压除去溶剂， 并用硅 1 胶柱过柱纯化， 得到褐色粘稠状产物 770mg(5.10mmol， 96.5％ )。 H NMR(400MHz， CDCl3) ： + 2.66(t， 1H)， 5.27(d， 2H)， 7.20(s， 1H)， 7.47(s， 1H)， ppm.ESI-MS ： 152.2(MH )。
化 合 物 2a(2-(2-(2-(2-azidoethoxy)ethoxy)ethoxy) ethyl4-methylbenzenesulfonate) ： 将化合物三缩四乙二醇的二对甲苯磺酸酯 (Tetraethylene glycol di(p-toluenesulfonate))(1.5g、 2.99mmol) 和 NaN3(195mg、 3mmol) 加入到 1mL DMF 中， 沸水浴加热反应 2h ； 停止反应， 冷却， 减压除去溶剂， 残余物用硅 1 胶柱过柱纯化， 得浅黄色粘稠状产物 537mg(1.44mmol， 48.1％ )。 H NMR(400MHz， CDCl3) ： 2.46(s， 3H)， 3.39(t， 2H)， 3.53-3.73(m， 12H)， 4.16(t， 2H)， 7.35(d， 2H)， 7.80(d， 2H)， ppm.ESI-MS ： 374.1(MH+)， 391.2(M+NH4+)， 396.1(M+Na+)。
化 合 物 3a(2-(2-(2-(2-(4-((2-nitro-1H-imidazol-1-yl)methyl)-1H-1， 2， 3-triazol-1-yl)ethoxy)ethoxy)ethoxy)ethyl 4-methylbenzenesulfonate) ： 将 化 合 物 1(195mg、 1.29mmol)、化 合 物 2a(530mg、 1.42mmol)、 CuI(24.6mg、 0.129mmol) 和 Et3N(359μL、 2.58mmol) 加入到 8mL THF 中， 室温搅拌过夜 ； 停止反应， 减压除去溶剂， 残 1 余物用硅胶柱过柱纯化， 得黄色粘稠状产物 276mg(0.526mmol， 40.8％ )。 H NMR(400MHz， CDCl 3) ： 2.45(s ， 3H) ， 3.59(m ， 8H) ， 3.68(t ， 2H) ， 3.86(t ， 2H) ， 4.14(t ， 2H) ， 4.56(t ， 2H) ， 5.70(s， 2H)， 7.14(s， 1H)， 7.34(d， 2H)， 7.37(s， 1H)， 7.77(d， 2H)， 7.95(s， 1H)， ppm.ESI-MS ： + 525.1(MH )
化 合 物 FPEG3-TAN(1-(2-(2-(2-(2-fluoroethoxy)ethoxy)ethoxy)ethyl)4-((2-nitro-1H-imidazol-1-yl)methyl)-1H-1， 2， 3-triazole) ：将 化 合 物 3a(20mg， 0.038mmol) 和 NBu4F(19.8mg， 0.076mmol) 加入到 1mL 无水乙腈中， 加热回流 2h ； 停止反 应， 减压除去溶剂， 残余物用硅胶柱过柱纯化， 得浅黄色油状产物 11.8mg(0.0317mmol， 1 83.4 ％ )。 H NMR(400MHz， CDCl3) ： 3.61-3.70(m， 10H)， 3.86(m， 2H)， 4.22(t， 2H)， 4.55(t， + 2H)， 5.71(s， 2H)， 7.16(s， 1H)， 7.39(s， 1H)， 7.94(s， 1H)， ppm.ESI-MS ： 373.2(MH ) 化 合 物 [18F]FPEG3-TAN(1-(2-(2-(2-(2-[18F]fluoroethoxy)ethoxy)ethoxy) ethyl)-4-((2-nitro-1H-imidazol-1-yl)methyl)-1H-1， 2， 3-triazole) ：用 溶 有 11mg Kryptofix222 和 3.3mg K2CO3 的 1mL 水 / 乙腈 ( 体积比 1/9) 溶液将 QMA 柱上的 H18F 淋洗至 反应瓶中， 115℃油浴加热蒸干溶剂， 再次加入无水乙腈并于相同条件下蒸干溶剂， 重复该 18 操作两次 ； 在干燥 K F/Kryptofix 222 体系中加入 10mg 化合物 3a 溶于 1mL 无水乙腈的溶 液， 密封体系于 95℃油浴反应 10min ； 敞开反应体系， 蒸干溶剂后， 加入蒸馏水， 然后分别过 18 一个 Al203 和一个 C-18 固相萃取小柱进行纯化得 [ F]FPEG3-TAN 溶液 ( 合成时间约 40min， 放化产率～ 40％， 未衰变校正， 放化纯＞ 98％ )。
总之， 本发明涉及到一类新型的氟 - 聚乙二醇 - 三唑环 - 亚甲基 -2- 硝基咪唑化 合物及制备方法。该类化合物的结构特点在于 ： (1) 以 2- 硝基咪唑为靶向基团， 靶向浓集 于组织乏氧细胞 ； (2) 通过 “click” 反应形成三唑环， 将聚乙二醇 PEG 基团引入分子中 ； (3) PEG 基团可以改善化合物的药代动力学和药物学性质， 提高水溶性及生物相容度 ； (4) 放射 18 性 F 标记后可用于乏氧组织 PET 显像， 有潜力用于心脑血管疾病及恶性肿瘤的乏氧组织显 像研究。本发明设计的 2- 硝基咪唑衍生物合成方法可靠， 放射性标记过程简单， 放化产率 和放化纯都很高， 易于在商品化自动化模块中推广。
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