CN105348309B - F‑bpa的亲核合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于放射性药物技术领域，公开了一种F‑BPA的亲核合成方法。该方法采用F^‑(KF)为进攻试剂，采用六个步骤制备F‑BPA。该方法也可用来制备¹⁸F‑BPA，且制备的¹⁸F‑BPA具有产物无载体、比活度高且会大大提高PET显像质量的优点。

Description

F-BPA的亲核合成方法

技术领域

本发明属于放射性药物技术领域，具体涉及一种F-BPA的亲核合成方法。

背景技术

硼中子俘获疗法(boron neutron capture therapy，BNCT)是一种新型的放疗方法，它是将含¹⁰B的药物通过口服或注射方法引入体内，并使之选择性地聚集在癌细胞中，然后用中子照射病变部位，使¹⁰B发生¹⁰B(n,α)⁷Li核反应，利用由此产生的α粒子和⁷Li离子在细胞范围内杀死癌细胞。人类首次脑瘤的BNCT临床试治始于上世纪50年代初期，经过几十年的探索、研究和临床实验，硼中子俘获治疗(BNCT)被认为是一种比较有效的治疗肿瘤的方法(治疗浅部脑胶质瘤的5年存活率达到33.3％空前记录)，与现行的外科手术、放疗化疗、免疫治疗、基因治疗癌症的方法相比，具有定位准确、疗效显著的特点。目前，除了脑胶质瘤治疗外，也开展治疗肝癌、关节坏死、黑色素瘤、肺癌等疾病的研究。此法成为目前治疗恶性脑胶质瘤和黑色素瘤最有效的方法之一。

脑胶质瘤生长在调控人体活动的神经系内，呈浸润性生长，脑瘤细胞增殖速度极快，现有的外科手术切除、化学疗法、放射疗法以及X刀、γ刀等疗法均未能取得好的治疗效果。一旦症状发作后，患者的平均存活期仅为4～6个月。肿瘤治疗最理想效果是既杀死肿瘤细胞、又不损伤正常的细胞和组织。对于脑肿瘤而言，这个目标显得更加艰巨。BNCT技术可以用来治疗脑部肿瘤，它具有局部辐射剂量大、副作用小、适用范围广和易防护等特点，但实现理想的BNCT治疗与药物发展水平有很大关系。

BPA自1987年应用于临床试验以来，其有效性和安全性都有保障，是国际上应用最多的BNCT药物，BPA对脑胶质瘤的有效性无庸质疑，但实验研究中如何快速获得其体内药代药理学数据、临床使用时如何实时监测患者体内的BPA分布以选择最佳时机进行中子束照射等问题均成为科学家努力研究的方向。随着PET(正电子发射断层显像)技术的发展且由于其能无创地、动态地在活体状态下从分子水平观察身体的生化和生理变化，因此它不仅是早期诊断和指导治疗脑部疾病、心血管疾病和肿瘤的最优工具之一，也是研究医药学基本理论及实践问题的有力手段，是目前联系分子生物学和临床医学的桥梁，因此用正电子发射核素如¹⁸F标记BPA(即¹⁸F-BPA)不仅能研究BPA在体内的代谢过程，更能通过PET显像实时掌握BPA在体内的生物分布状态，这对BNCT治疗的时间选择、治疗效果评价有重大意义。因而研究¹⁸F-BPA的标记方法，优化标记条件对BNCT技术的广泛开展以及其他BNCT药物研发的意义也将更加重大。

¹⁸F标记药物的常用合成方法有使用有载体的[¹⁸F]F₂亲电反应法和使用无载体的[¹⁸F]F^-亲核取代法。亲电反应法标记方法简便、步骤少，但该法是使用气体靶，产物有载体、比活度低；而亲核取代法所需[¹⁸F]F^-使用H₂ ¹⁸O水靶制备，产生的¹⁸F^-无载体、比活度高，克服了亲电取代法的缺点，不足之处是标记方法复杂、步骤多。但是，亲核取代法已成为当前国际上¹⁸F标记PET显像剂制备研究的主要发展方向。亲核取代法利用活性[¹⁸F]F^-离子与含合适离去基团的非标记前体发生亲核取代反应制备正电子发射药物，该法关键是制备合适的非标记前体。而到目前为止，关于BPA的亲核氟标记研究在国内外均未见相关报道。

对于BPA药物来说，BPA的¹⁸F直接亲电标记是由Ishiwata等首先报道的。目前，¹⁸F-BPA的制备多采用一步亲电法标记，该法利用亲电氟化剂[¹⁸F]AcOF通过苯环亲电取代可以有效快速地将¹⁸F引入到有机分子中，但标记率低，合成结束时的比活度为35-60MBq/μmol。总合成时间为80min，经HPLC分析放化纯大于95％。2004年等报道了一种可以获得较高比活度[¹⁸F]BPA的方法。该方法利用了[¹⁸F]F^-到[¹⁸F]F₂的靶后转换进行亲电标记。用该方法标记前体的量可以从100μmol减少到4.8μmol，大大降低了标记前体的用量。该法的放射化学产率平均为3.4％(按[¹⁸F]F^-的起始量算)，合成结束时的比活度为0.85-1.52GBq/μmol。总合成时间为50min，经HPLC分析放化纯大于96％。因此，目前急需一种产物比活度高的¹⁸F-BPA的亲核合成方法，但由于¹⁸F-BPA所用¹⁸F亲核试剂费用昂贵，且带有放射性，本申请用稳定F亲核试剂代替¹⁸F亲核试剂，提供了一种F-BPA的亲核氟化合成方法，该方法将来能够用于¹⁸F-BPA药物的亲核¹⁸F标记。

发明内容

(一)发明目的

根据现有技术存在的问题，本发明提供了一种以F^-为进攻试剂的F-BPA的亲核合成方法。

(二)技术方案

为了解决现有技术所存在的问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

F-BPA的亲核合成方法，该方法包括以下步骤：

(1)向位于冰盐浴体系内的第一容器中加入乙酸酐溶液作为反应溶剂，再向该容器中加入化合物1(即对硼羟基苯甲醛溶液)，搅拌均匀后向该容器中逐滴加入发烟硝酸；在冰盐浴体系下反应0.5～1h后撤去冰盐浴；在室温下继续反应至反应完全后将该容器中溶液置入碎冰中，待碎冰块完全融化后旋蒸浓缩至近干，加入20～50mL水继续旋蒸浓缩至一半体积，再加20～50mL水重复上述步骤1～2次，然后旋蒸至近干；加入乙醚重结晶，室温下放置10～20h后过滤，并利用乙醚洗涤后，真空干燥得化合物2，其反应式为：

化合物1与发烟硝酸的摩尔比为1:6；

(2)向第二容器中加入四氢呋喃并将化合物2溶于该四氢呋喃中；将固体二乙醇胺溶于四氢呋喃中，加热溶解并将其滴入第二容器中；上述溶液室温下搅拌反应完全后并将其旋蒸至近干，产生大量淡黄色固体物质，加10～15mL四氢呋喃溶解后继续旋蒸，旋蒸至近干后加15～20mL乙醚洗涤后旋蒸，重复用乙醚洗涤两次后旋蒸至干，然后真空干燥后得化合物3，其反应式为：

其中每克化合物2溶于12～16ml四氢呋喃中，每克二乙醇胺溶于10～15ml四氢呋喃中且二乙醇胺与化合物2的摩尔比为1：1；

(3)向第三容器中加入K_2.2.2(氨基聚醚)和KF，并用无水DMSO(二甲基亚砜)将其完全溶解；将化合物3溶解于无水DMSO中，并将溶解液加至该第三容器中，回流反应；其中K_2.2.2、KF和化合物3的摩尔比为1.1:1:1；反应停止后冷却至室温，利用减压蒸馏除去溶剂DMSO，蒸馏残渣用甲醇溶解，过固相萃取柱，并利用甲醇洗脱液洗脱并旋蒸至干，得到化合物4；其化学反应式为：

(4)向第四容器中加入化合物4、苯基唑啉酮及反应溶剂二氧六环溶液，加热回流反应，反应结束后冷却时室温，向第四容器中加入反应溶剂醋酸酐，继续反应，反应后过滤并将滤渣用醋酸酐洗涤，真空干燥得到化合物5；其反应式为：

其中化合物4、苯基唑啉酮的摩尔比为1:1.4

(5)向第五容器中加入化合物5，并滴加质量分数为1％的KOH水溶液，回流条件下反应，反应后冷却至室温，过滤，滤液用浓HCl调节pH至3后反应得到白色固体物质，利用水洗涤过滤得到的白色固体物质，并真空干燥得化合物6；其反应式为：

其中化合物5与KOH的摩尔比为1:2。

(6)向第六容器中加入化合物6、醋酸溶液并通入碘化氢气体，加热回流反应3h，停止通入碘化氢气体，向反应液中加入5mol/L HCl溶液及二氧六环溶液，并向该容器中充入氮气以保护；加热回流反应后，旋蒸除去HCl，加水继续旋蒸至近干后再加入0.2mol/L的HCl洗涤、过滤；向滤液中加3mol/L KOH将滤液pH调至6～6.5，冷却结晶并过滤，用水洗涤该过滤得到的固体后真空干燥得化合物7，即反应产物F-BPA，其反应式为：

其中，化合物6和HCl的摩尔比为1:71。

优选地，步骤(3)中所述KF为包含放射性核素¹⁸F的K¹⁸F和/或包含稳定元素F的KF。

优选地，所述第一容器、第三容器、第四容器、第五容器、第六容器均为三颈烧瓶，所述第二容器为二颈烧瓶。

优选地，步骤(1)中的冰盐浴维持的体系温度为-2～-5℃。

优选地，步骤(3)中所述固相萃取柱为Waters Sep-Pak C18固相萃取柱。

优选地，步骤(3)中溶解K2.2.2和KF是在加热120～130℃且搅拌的条件下溶解的。

优选地，所述乙酸酐、乙醚、发烟硝酸、四氢呋喃、二氧六环溶液均为分析纯。

优选地，步骤(6)中所述冷却结晶是在2～5℃温度下进行的。

(三)有益效果

采用本发明提供的F-BPA的亲核合成方法可以用来合成包含稳定F元素的F-BPA及包含放射性核素¹⁸F的¹⁸F-BPA，用亲核氟化法制备的¹⁸F-BPA具有产物无载体、比活度高且会大大提高PET显像质量的有益效果。具体解释为：

1)BPA亲电氟化法需使用F₂气体，而F₂气体非常活泼、腐蚀性极强，对反应容器有特殊要求，且操作危险系数较大，对放射性¹⁸F₂来说，从靶系统到合成模块均需使用特殊材质的设备，使得制造成本高昂，且制备得到的¹⁸F₂需要用稳定F₂气体载带出来，这使得后续标记制备的产物中也有稳定F(载体)，从而降低了产物的比活度，影响显像效果；而亲核氟化法本方法采用稳定F^-(KF)为进攻试剂，避免了F₂气体的危害，且制备放射性¹⁸F^-时不需要稳定F载带，这使得后续标记制备的产物中没有稳定F(载体)，所以产物的比活度高，PET显像效果好。

2)该法用稳定F亲核氟化制备了F-BPA，整个合成过程也可用于放射性¹⁸F亲核氟化标记BPA，¹⁸F亲核氟化标记BPA可大大降低当前亲电¹⁸F氟化标记BPA的成本。

3)本方法提供的亲核合成步骤中，通过精确控制化合物比例及反应条件，使得每一个步骤中产物的产率为67％～80％，并且，每一个合成步骤中均包含洗涤和/或旋蒸浓缩步骤，进一步对产物提纯除杂，提高了最终产物的纯度。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式对本发明作进一步阐述。

实施例1

F-BPA的亲核合成方法，该方法包括以下步骤：

(1)向三颈瓶中加20mL乙酸酐，用冰盐浴维持体系温度在-2℃，待体系温度稳定后，由侧口缓慢加入3.0g化合物1，同时不停搅拌，充分搅拌均匀后，将5.04mL发烟硝酸由滴液漏斗逐滴滴入反应液中，滴毕发烟硝酸，在冰盐浴下继续反应0.5h，撤去冰盐浴，在室温下反应过夜，第二天，停止反应，将反应液倾入碎冰中，待冰块完全融化，旋蒸浓缩，加20mLH₂O继续旋蒸浓缩至一半体积，再加20mL H₂O重复上述步骤，最后一次旋至近干，加乙醚重结晶，室温下放置过夜，过滤得黄色固体，乙醚冲洗，真空干燥得化合物2(2.46g)。化合物2呈黄色粉末状，该步产率为63％，¹HNMR、MS谱图表明结构正确。

¹HNMR(400MHz,DMSO)δ(ppm)2.46(s,2H，B‐(OH)₂),7.76,8.21,8.59(3H,芳氢),10.09(s,1H,‐CHO)。¹³CNMR(DMSO):δ193.0,149.2,138.3,136.1,130.2,129.4,125.2。

其反应式为：

(2)在两颈烧瓶中将1.95g化合物2溶于30mL四氢呋喃中，1.10g二乙醇胺溶于15mL四氢呋喃，加热溶解，室温下由滴液漏斗缓慢滴入反应液中，滴加完毕，在室温下继续搅拌反应1.5h，停止反应，将反应液转移至圆底烧瓶中，旋蒸至近干，产生大量淡黄色固体物质，加10mL四氢呋喃溶解后继续旋蒸，旋蒸至近干后加15mL乙醚洗涤后旋蒸，重复用乙醚洗涤两次后旋蒸至干，产生大量淡黄色固体，真空干燥得化合物3(2.05g)。化合物3呈黄色粉末状，该步产率为78％。

¹HNMR、MS谱图表明结构正确。¹HNMR(400MHz,DMSO)δ(ppm)2.49(s,溶剂峰),3.19,3.46(2H,-CH₂),4.53,5.13(2H,‐CH₂),7.62,7.86,8.23,(3H,芳氢),10.13(s,1H,‐CHO)¹³CNMR(DMSO):193.1,149.2,138.6,136.1,130.5,129.0,125.3,62.8,26.8。

其反应式为：

(3)在200mL三颈烧瓶中，加入2.48g K_2.2.2和0.35g KF(其中F为稳定的天然存在的F元素)，由滴液漏斗加入100mL无水DMSO溶解，在120℃的温度条件下，加热搅拌反应1h，将1.58g化合物3溶于20mL DMSO，由滴液漏斗缓慢滴入反应液中，随化合物3的滴入反应液变为深焦糖色，回流搅拌反应4h；停止反应，冷至室温，减压蒸馏除去溶剂DMSO，蒸馏残渣用甲醇溶解，过Waters Sep-Pak C18固相萃取柱，甲醇洗脱液旋蒸至干，得黄褐色固体，真空干燥得化合物4(0.96g)。该步产率为68％，¹HNMR、MS谱图表明结构正确。¹HNMR(400MHz,DMSO)δ(ppm)2.49(s,溶剂峰),1.54(2H,-CH₂),3.86(2H,-CH₂),7.42,7.56,7.63,(3H,芳氢),9.87(s,1H,-CHO)；

¹³CNMR(DMSO):193.4,163.2,138.4,131.1,125.5,121.3,117.2,62.8,26.8。

其反应式为：

(4)在100mL三颈烧瓶中，加入0.8g化合物4与0.75g苯基唑啉酮，由滴液漏斗加入30mL二氧六环溶解，加热回流搅拌反应3h，反应液变为黄色泥浆状物，降温至室温，由滴液漏斗加30mL反应溶剂醋酸酐，继续搅拌反应10min，过滤，固体用15mL醋酸酐洗涤，真空干燥得化合物5(0.84g)，产率为62％。¹HNMR谱图表明结构正确。

¹HNMR(400MHz,DMSO)δ(ppm)1.54,2.84(2H,-CH₂),3.60,3.79(2H,-CH₂),7.057.16,7.21,(3H,芳氢),7.30,7.60(5H,苯环氢)7.62(s,1H,-CH)。

¹³CNMR(DMSO):169.6,163.8,161.9,137.1,136.3,131.6,131.2,130.8,130.0,129.0,128.6,121.9,115.2,113.1,57.1,56.2,44.1,46.0。

其反应式为：

(5)在50mL三颈烧瓶中，加入0.70g化合物5，滴液漏斗滴加质量份数为1％的KOH水溶液20mL，加热回流，强力搅拌反应15min，反应液由黄色粘稠状变为无色透明状，冷却至室温，过滤除去少量白色固体，滤液用浓HCl调节pH至3，反应液中出现大量白色固体，过滤得白色固体，用少量水洗涤固体，真空干燥得化合物6(0.53g)，产率为85％。¹HNMR谱图表明结构正确。

¹HNMR(400MHz,DMSO)δ(ppm)2.06(s,2H，B‐(OH)₂),6.89(s,1H,‐CH),6.96,7.11,7.21(3H,芳氢),7.44,7.51,7.95(5H,苯环氢),8.00(s,1H,‐NH),11.09(s,1H,‐COOH)。¹³CNMR(DMSO):170.1,164.3,162.2,137.1,133.5,131.9,130.0,128.6,127.3,124.9,122.0,119.8,115.0,113.1。

其反应式为：

(6)在三颈烧瓶中，加入0.5g化合物6，20mL醋酸溶液并通入碘化氢气体，加热回流反应3h，停止通入碘化氢气体，向反应液中加入20mL 5mol/L HCl溶液，10mL二氧六环，充入氮气保护，搅拌回流反应4h，旋蒸除去大约5mL HCl，加两次水继续旋蒸，再加入5mL0.2mol/L HCl洗涤，过滤，滤液加3mol/L KOH中和至pH6～6.5，至4℃冰箱中冷却结晶，过滤得固体，少量水洗涤后真空干燥，得化合物7(0.22g)，产率为67％。¹HNMR谱图表明结构正确。

¹HNMR(400MHz,DMSO)

δ(ppm)2.02(s,2H,NH₂),2.06(s,2H,B‐(OH)₂),3.04(2H,‐CH₂),3.88(s,1H,‐CH),6.80,6.91,7.22(3H,芳氢),11.09(s,1H,‐COOH)。¹³CNMR(DMSO):177.0,162.1,141.9,130.2,124.4,115.1,112.8,62.5,39.4。

其反应式为：

实施例2

与实施例1不同的是，步骤(3)中温度条件为130℃；步骤(6)中冷却结晶温度为2℃。

实施例3

与实施例1不同的是，步骤(3)中温度条件为125℃；步骤(6)中冷却结晶温度为6℃。

实施例4

与实施例1不同的是，步骤(3)中的KF为包含放射性核素¹⁸F的K¹⁸F。

Claims (8)

1.F-BPA的亲核合成方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)向位于冰盐浴体系内的第一容器中加入乙酸酐溶液作为反应溶剂，再向该容器中加入化合物1，搅拌均匀后向该容器中逐滴加入发烟硝酸；在冰盐浴体系下反应0.5～1h后撤去冰盐浴；在室温下继续反应至反应完全后将该容器中溶液置入碎冰中，待碎冰完全融化后旋蒸浓缩至近干，加入20～50mL水继续旋蒸浓缩至一半体积，再加20～50mL水重复上述步骤1～2次，然后旋蒸至近干；加入乙醚重结晶，室温下放置10～20h后过滤，并利用乙醚洗涤后，真空干燥得化合物2，其反应式为：

其中，化合物1与发烟硝酸的摩尔比为1:6；

(2)向第二容器中加入四氢呋喃并将化合物2溶于该四氢呋喃中；将固体二乙醇胺溶于四氢呋喃中，加热溶解并将其滴入第二容器中；上述溶液室温下搅拌反应完全后并将其旋蒸至近干，产生大量淡黄色固体物质，加10～15mL四氢呋喃溶解后继续旋蒸，旋蒸至近干后加15～20mL乙醚洗涤后旋蒸，重复用乙醚洗涤两次后旋蒸至干，然后真空干燥后得化合物3，其反应式为：

其中每克化合物2溶于12～16ml四氢呋喃中，每克二乙醇胺溶于10～15ml四氢呋喃中且二乙醇胺与化合物2的摩尔比为1：1；

(3)向第三容器中加入K_2.2.2和KF，并用无水DMSO将其完全溶解；另将化合物3溶解于无水DMSO中，并将溶解液加至该第三容器中，回流反应；其中K_2.2.2、KF和化合物3的摩尔比为1.1:1:1；反应停止后冷却至室温，利用减压蒸馏除去溶剂DMSO，蒸馏残渣用甲醇溶解，过固相萃取柱，并利用甲醇洗脱，洗脱液旋蒸至干，得到化合物4；其化学反应式为：

(4)向第四容器中加入化合物4、苯基唑啉酮及反应溶剂二氧六环溶液，加热回流反应，反应结束后冷却至室温，向第四容器中加入反应溶剂醋酸酐，继续反应，反应后过滤并将滤渣用醋酸酐洗涤，真空干燥得到化合物5；其反应式为：

其中化合物4、苯基唑啉酮的摩尔比为1:1.4；

(5)向第五容器中加入化合物5，并滴加质量分数为1％的KOH水溶液，回流条件下反应，反应后冷却至室温，过滤，滤液用浓HCl调节pH至3后反应得到白色固体物质，利用水洗涤过滤得到的白色固体物质，并真空干燥得化合物6；其反应式为：

其中化合物5与KOH的摩尔比为1:2；

(6)向第六容器中加入化合物6、醋酸溶液并通入碘化氢气体，加热回流反应3h，停止通入碘化氢气体，向反应液中加入5mol/L HCl溶液及二氧六环溶液，并向该容器中充入氮气以保护；加热回流反应后，旋蒸除去HCl，加水继续旋蒸至近干后再加入0.2mol/L的HCl洗涤、过滤；向滤液中加3mol/L KOH将滤液中pH调至6～6.5，冷却结晶并过滤，用水洗涤该过滤得到的固体后真空干燥得化合物7，即反应产物F-BPA，其反应式为：

其中，化合物6和HCl的摩尔比为1:71。

2.根据权利要求1所述的F-BPA的亲核合成方法，其特征在于，步骤(3)中所述KF为包含放射性核素¹⁸F的K¹⁸F和/或包含稳定元素F的KF。

3.根据权利要求1所述的F-BPA的亲核合成方法，其特征在于，所述第一容器、第三容器、第四容器、第五容器、第六容器均为三颈烧瓶，所述第二容器为二颈烧瓶。

4.根据权利要求1所述的F-BPA的亲核合成方法，其特征在于，步骤(1)中的冰盐浴维持的体系温度为-2～-5℃。

5.根据权利要求1所述的F-BPA的亲核合成方法，其特征在于，步骤(3)中所述固相萃取柱为Waters Sep-Pak C18固相萃取柱。

6.根据权利要求1所述的F-BPA的亲核合成方法，其特征在于，步骤(3)中溶解K2.2.2和KF是在加热120～130℃且搅拌的条件下溶解的。

7.根据权利要求1所述的F-BPA的亲核合成方法，其特征在于，所述乙酸酐、乙醚、发烟硝酸、四氢呋喃及二氧六环溶液均为分析纯。

8.根据权利要求1所述的F-BPA的亲核合成方法，其特征在于，步骤(6)中所述冷却结晶是在2～5℃温度下进行的。