CN102126985B

CN102126985B - 18f标记前体化合物及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN102126985B
Application number: CN2011100243387A
Authority: CN
Inventors: 李业森; 徐宇虹; 张岚; 刘雅琴; 施玲丽
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2011-01-23
Filing date: 2011-01-23
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2031-01-23
Also published as: CN102126985A

Abstract

本发明公开了一18F标记前体化合物，其结构式如下：

；R1为氢、甲基、乙基、丙基、异丙基或丁基，n为1～5中的任意一个整数；F为¹⁹F或¹⁸F。本发明还同时公开了其制备方法，依次包括以下步骤：1）、标记前体化合物的合成：将3,4-二硝基苯甲酸、氨基炔、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑溶于二甲基甲酰胺中，搅拌反应；反应所得的产物经后处理，得前体化合物；2）、前体化合物的标记。上述18F标记前体化合物能用clickchemistry的方法标记氨基酸、多肽类化合物；也可作为分子影像探针，应用于PET显像。

Description

18F标记前体化合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于18F标记技术领域，具体发明涉及一类新型的18F标记前体化合物及其制备方法和用途。

背景技术

正电子发射计算机断层扫描（Positron emission tomography PET）显像技术是目前分子影像领域最重要的技术，它具有非常高的灵敏度和分辨率，可以动态实时的提供药物或者代谢物在体内的运输代谢变化【1，2】。在众多正电子放射性核素中，18F（t_1/2=109.8min）凭借其优良的性质，成为应用最广泛的正电子核素【3，4】。目前，18F-FDG已经广泛应用于临床诊断和肿瘤手术后的评估。

虽然18F是应用最广泛的正电子核素，但是因为其化学性质18F不能直接标记到药物或者诊断试剂上面，必须先通过标记相应的前体上面，然后再来标记目标化合物，目前已经有很多相应的18F标记前体合成出来了，但是他们都有各自的缺点，如：反应产率不高、反应时间太长、体内代谢不稳定等等【5～8】。

2001年，sharpless课题组提出了Click chemistry的概念，由于这类反应具有高的选择性，高转化率，而且反应条件温和等优点，其应用范围变得越来越广泛，其中click chemistry中最为典型的反应是Huisgen 1，3-diploar cycloaddition，它是叠氮基和炔基在一价铜离子的催化下，发生环加成反应【9】。

参考文献：

1. Bonasera, T. A., G. Ortu, et al. (2001). "Potential (18)F-labeled biomarkers for epidermal growth factor receptor tyrosine kinase." Nucl Med Biol 28(4): 359-74.（18F标记表皮生长因子受体酪氨酸激酶的生物标志物）。

2. Zhang, M. R. and K. Suzuki (2007). "[18F]Fluoroalkyl agents: synthesis, reactivity and application for development of PET ligands in molecular imaging." Curr Top Med Chem 7(18): 1817-28. （18F烷烃化合物：作为分子影像领域PET标记前体的合成、反应性及应用）。

3. Dolle, F. (2007). "[18F]fluoropyridines: From conventional radiotracers to the labeling of macromolecules such as proteins and oligonucleotides." Ernst Schering Res Found Workshop(62): 113-57.（18F氟吡啶化合物：常规放射性示踪剂到标记蛋白和核酸类大分子化合物）。

4. Okarvi, S. M. (2001). "Recent progress in fluorine-18 labelled peptide radiopharmaceuticals." Eur J Nucl Med 28(7). 929-38. （放射化学领域18F标记多肽的进展）。

5. Marik, J. and J. L. Sutcliffe (2006). "Click for PET: rapid preparation of [18F]fluoropeptides using CuI catalyzed 1,3-dipolar cycloaddition." Tetrahedron Letters 47(37): 6681-6684.click chemistry.（应用于PET显像：应用CuI催化的1，3-偶极环化反应快速合成18F标记的多肽类化合物）。

6. Glaser, M. and E. Arstad (2007). ""Click labeling" with 2-[18f]fluoroethylazide for positron emission tomography." Bioconjug Chem 18(3): 989-93.（应用于PET成像的2-¹⁸F-乙基叠氮基click标记）。

7. Sirion, U., H. J. Kim, et al. (2007). "An efficient F-18 labeling method for PET study: Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition of bioactive substances and F-18-labeled compounds." Tetrahedron Letters 48(23): 3953-3957.（应用于PET研究的快速标记18F的方法：利用Huisgen 1，3-偶极环化反应合成生物活性化合物和18F标记化合物）。

8. Baskin, J. M., J. A. Prescher, et al. (2007). "Copper-free click chemistry for dynamic in vivo imaging." Proc Natl Acad Sci U S A 104(43): 16793-7.（无铜催化的click chemistry的活体成像研究）。

9. Kolb, H. C., M. G. Finn, et al. (2001). "Click Chemistry: Diverse Chemical Function from a Few Good Reactions." Angew Chem Int Ed Engl 40(11): 2004-2021.（click chemistry：具有多种化学功能的新型化学反应）。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种体内代谢稳定的18F标记前体化合物及其制备方法，并且利用click chemistry的方法来标记氨基酸、多肽类化合物。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种18F标记前体化合物，结构式如下：

；

R1为氢、甲基、乙基、丙基、异丙基或丁基，n为1～5中的任意一个整数；F为¹⁹F或¹⁸F。

作为本发明的18F标记前体化合物的改进，其结构式如下：

。

本发明还同时提供了上述18F标记前体化合物的制备方法，依次包括以下步骤：

1）、标记前体化合物的合成：

将3,4-二硝基苯甲酸、氨基炔、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC·HCl）和1-羟基苯并三唑（HOBt）按照1:1~1.2：1.4~1.6:0.4~0.6的摩尔比溶于二甲基甲酰胺（DMF）中，于30℃～50℃搅拌反应10~48h；反应所得的产物依次经乙酸乙酯萃取、水洗、旋转蒸发和层析柱分离提纯，得到淡黄色固体状的3，4-二硝基苯炔；该3，4-二硝基苯炔即为前体化合物；

2）、前体化合物的标记：

用每1.2mL中含有17~18mgK₂₂₂和3.5~4.0mgK₂CO₃的乙腈水溶液淋洗18F-富集的QMA柱，得淋洗液；淋洗液经乙腈共沸蒸干后，将所得的含有K₂₂₂、K₂CO₃、18F-的混合物与前体化合物在乙腈中反应，反应温度为80℃～120℃，反应时间为1～20min，所得的反应液经过HPLC纯化，得到18F标记前体化合物；淋洗液与前体化合物的用量比为：每1mL放射剂量为20mCi的淋洗液配合4~6mg的前体化合物。

作为本发明的18F标记前体化合物的制备方法的改进：氨基炔为丙炔胺、丁炔胺、戊炔胺、己炔胺、庚炔胺、1-甲基丙炔胺或1-乙基丙炔胺。

本发明还同时提供了18F标记前体化合物的用途：用click chemistry的方法标记氨基酸、多肽类化合物。

本发明还同时提供了18F标记前体化合物的用途：作为分子影像探针，应用于PET显像。

在本发明的18F标记前体化合物的制备方法中，

步骤1）的标记前体化合物的合成路线如下：

上述步骤1）的反应产率为50-80%。

2）、前体化合物的标记的合成路线如下：

上述步骤2）的标记产率为50～95%。

3）、氨基酸、多肽类化合物的标记应用路线：

上述步骤的标记产率为60～90% 。

本发明具有以下优点：

1、本化合物标记的放射性产率高（即，步骤2的产率高），反应时间短。

2、本发明的18F标记前体化合物由于18F直接与苯环相连，所以本发明的化合物的稳定性高，在体内不溶于降解脱氟。

3、本发明可以快速高效的标记氨基酸、多肽类化合物。

具体实施方式

实施例1、3-硝基-4-氟苯甲酰丙炔胺的合成，依次包括以下步骤：

1）、3，4-二硝基苯甲酰丙炔胺的合成：

依次向50mL圆底烧瓶中加入3，4-二硝基苯甲酸212mg（1mmol），丙炔胺55mg（1.1mmol），EDC·HCl 288mg（1.5mmol），HOBt 67.5mg（0.5mmol），然后加入20mL DMF，在40℃～50℃反应10h。

反应完毕后，加入30mL乙酸乙酯，然后水洗（20mL*3），再经过旋转蒸发（在150转/分的转速下，于40℃进行蒸发）；蒸发后的遗留物过硅胶柱分离，具体为：用二氯甲烷：甲醇=9：1（体积比）的流动相过硅胶柱分离（200-300目），得到130mg产物。该产物为淡黄色固体状的3，4-二硝基苯甲酰丙炔胺；该3，4-二硝基苯甲酰丙炔胺即为前体化合物。

产物的收率为52%，¹H NMR (CD3Cl)δ2.5（1H），δ4.1（2H），δ8.3（2H），δ8.6（1H），δ9.5（1H），MS, m/z: 248 (M-)。

2）、4-氟-3-硝基苯甲酰丙炔胺的合成：

126mg四丁基氟化胺三水合物溶解到1mL无水乙腈中，加入反应瓶，将反应瓶浸入100℃的油浴中，通氮气吹干，然后再加入1mL无水乙腈吹干，再重复两次乙腈吹干。然后加入1mL溶解有50mg的3，4-二硝基苯甲酸丙炔酰胺的乙腈溶液，于100℃反应5min，然后停止反应。采用购买于贝克曼公司的C18半制备柱，用甲醇：水=40：60（体积比）的流动相，3mL/min的流速，254nm检测，HPLC纯化，收集9.5min处出峰的产物，得4-氟-3-硝基苯甲酰丙炔胺，反应产率50～80%，¹H NMR (CD3Cl)δ2.3（1H），δ4.2（2H），δ6.5（1H），δ7.2（1H），δ8.1（1H），δ8.5（1H），MS, m/z: 221 (M-)。

上述步骤2）相当于是预实验。

3）、4-氟-3-硝基苯甲酰丙炔胺的放射性合成：

18F-（为正电子放射性核素氟的负离子）被阴离子柱QMA（可购自瑞金医院）捕获后，用1.2mLK₂₂₂（即Kryptofix 222）溶液（17.3mgK₂₂₂，3.6mgK₂CO₃，1152μL乙腈，其余为水）将18F冲洗到瓶中；得淋洗液。取上述1mL放射剂量为20mCi的淋洗液放入反应瓶中，将反应瓶浸入到100℃的油浴中，通氮气吹干，然后再加入500μL无水乙腈吹干，重复无水乙腈吹干两次；然后将5mg的3，4-二硝基苯甲酰丙炔胺溶解于400μL无水乙腈中，迅速加入反应瓶，密闭反应5min（于100℃），反应结束后冷却至室温。放化产率60%～95%。所得的反应液利用购买于贝克曼公司的C18半制备柱，经过甲醇：水=40：60（体积比）的流动相，3mL/min的流速，254nm检测，HPLC纯化，收集9.5min处出峰的产物，得到18F标记前体化合物；即最终产物是4-氟-3-硝基苯甲酰丙炔胺，其中氟是放射性的。

应用实例1、将实施例1所得的18F标记前体化合物用于氨基酸的标记：

向3mCi¹⁸F标记前体化合物中加入2mg叠氮亮氨酸，溶解于1mL甲醇和水的混合溶液中（1：1的体积比），然后加入1.75mg五水硫酸铜，4.2mg维生素C钠，震荡反应30min，然后停止反应。利用购买于贝克曼公司的C18半制备柱，HPLC检测，用加入0.1%的三氟乙酸的乙腈和水作为流动相（即，每升乙腈和每升水中分别加入1mL三氟乙酸，）梯度洗脱，乙腈15min内由20%增加至50%（直线梯度洗脱，乙腈的比例匀速增加），1mL/min的流速，220nm检测，反应产率65%。

对比例1、现有的最为常用的标记氨基酸或者多肽类化合物所用的前体是SFB，合成路线如下：

18F-（为正电子放射性核素氟的负离子）被阴离子柱QMA（可购自瑞金医院）捕获后，用1.2mLK₂₂₂溶液（17.3mgK₂₂₂，3.6mgK₂CO₃，1152μL乙腈，其余为水）将18F冲洗到瓶中，取1mL放射剂量为23mCi的淋洗液放入反应瓶中，将反应瓶浸入到100℃的油浴中，通氮气吹干，然后再加入500μL无水乙腈吹干，重复无水乙腈吹干两次，然后向反应瓶中加入4-三甲胺苯甲酸乙酯三氟磺酸盐（5 mg， 6μmol，溶于0.3 mL 无水乙腈），90℃加热10 min。反应液冷却后，加入1 mol/L 的NaOH 0.7 mL，100℃反应5 min，冷却后加入1 mol/L 的HCl 0.9mL，反应液通过一活化的Sep-Pak C18 柱，先用2 mL 的0.01 mol/L 盐酸淋洗，用N2 吹干Sep-Pak C18 柱，再用3 mL 乙睛洗脱得到4-[18F]氟苯甲酸。将20μL氢氧化四丙基胺的水溶液加入其中，100℃共沸干燥，加入12 mg TSTU(溶于0.25mL 乙腈中)，90℃反应5 min。然后用3 mL 的5%醋酸酸化，再用6 mL 水稀释。将上述溶液通过一活化的Sep-Pak C18 柱，依次用10 mL 乙睛/水(V:V=1/7)淋洗，用N2 吹干Sep-Pak C18 柱，用2 mL 二氯甲烷洗脱，得到18F标记的SFB后，加入2mg叠氮亮氨酸，震荡反应30min，利用购买于贝克曼公司的C18半制备柱，HPLC检测，用加入0.1%的三氟乙酸的乙腈和水作为流动相，梯度洗脱，乙腈15min内由20%增加至50%，1mL/min的流速，220nm检测，反应产率10～40%。

通过对比实验可以看出，用本发明的18F标记前体，利用click chemistry的方法标记氨基酸多肽类化合物，减少了反应步骤，缩短了反应时间，提高了反应产率。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明若干的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.标记前体化合物，其特征是结构式如下：

R₁为氢、甲基、乙基、丙基或丁基，n为1～5中的任意一个整数；F为¹⁹F或¹⁸F。

2.根据权利要求1所述的标记前体化合物，其特征是结构式如下：

3.如权利要求1或2所述的标记前体化合物的制备方法，其特征是依次包括以下步骤：

1)、标记前体化合物的合成：

将3，4-二硝基苯甲酸、氨基炔、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑按照1∶1～1.2∶1.4～1.6∶0.4～0.6的摩尔比溶于二甲基甲酰胺中，于30℃～50℃搅拌反应10～48h；反应所得的产物依次经乙酸乙酯萃取、水洗、旋转蒸发和层析柱分离提纯，得到淡黄色固体状的3，4-二硝基苯炔；该3，4-二硝基苯炔即为前体化合物；

2)、前体化合物的标记：

用每1.2mL中含有17～18mgK₂₂₂和3.5～4.0mgK₂CO₃的乙腈水溶液淋洗¹⁸F-富集的QMA柱，得淋洗液；淋洗液经乙腈共沸蒸干后，将所得的含有K₂₂₂、K₂CO₃、¹⁸F-的混合物与前体化合物在乙腈中反应，反应温度为80℃～120℃，反应时间为1～20min，所得的反应液经过HPLC纯化，得到¹⁸F标记前体化合物；淋洗液与前体化合物的用量比为：每1mL放射剂量为20mCi的淋洗液配合4～6mg的前体化合物。

4.根据权利要求3所述的标记前体化合物的制备方法，其特征是：所述氨基炔为丙炔胺、丁炔胺、戊炔胺、己炔胺、庚炔胺、1-甲基丙炔胺或1-乙基丙炔胺。

5.如权利要求1所述的标记前体化合物的用途，其特征是：用click chemistry的方法标记氨基酸、多肽类化合物。

6.如权利要求1所述的标记前体化合物的用途，其特征是：作为分子影像探针，应用于PET显像。