CN111499633A - 螯合化合物 - Google Patents

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CN111499633A CN202010082357.4A CN202010082357A CN111499633A CN 111499633 A CN111499633 A CN 111499633A CN 202010082357 A CN202010082357 A CN 202010082357A CN 111499633 A CN111499633 A CN 111499633A
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Abstract

本发明提供了适于在磁共振成像(MRI)中用作造影剂的式(I)化合物。本发明的化合物为与类似的已知化合物相比具有有利性质的锰(II)络合物。

Description

螯合化合物
本申请是申请日为2017年6月20日，中国国家申请号为201780051082.4，发明名称为“螯合化合物”的发明申请的分案申请。
发明技术领域
本发明涉及螯合化合物及其在磁共振成像(MRI)程序中用作造影剂的用途。
相关技术描述
MRI是一种医学成像技术，其中身体的部位经由所选原子的核、尤其是氢原子核可视化。MRI信号取决于可视化核周围的环境及它们的纵向和横向弛豫时间T1和T2。因此，在可视化核为质子的情况下，MRI信号强度将取决于因素如质子密度和质子的化学环境。造影剂可用在MRI中以改善成像对比度。它们通过实现T1、T2和/或T2*弛豫时间来工作，从而影响图像中的对比度。
已知对于螯合的顺磁性造影剂，可通过结构修饰来优化T1、T2和/或T2*弛豫时间。特别重要的是与顺磁离子结合的水分子的存在和停留时间以及造影剂的旋转相关时间。与顺磁离子结合的水分子的存在和停留时间可通过顺磁离子和螯合部分的选择来调节。旋转相关时间可通过改变造影剂的大小来调节。
已知几种类型用于MRI中的造影剂。血池MR造影剂，例如超顺磁性氧化铁颗粒，将在脉管系统内保留较长时间。已证明它们对增强对比度非常有用，例如在肝中，但也可检测毛细血管通透性异常，如肿瘤中的“渗漏”毛细血管壁——这是肿瘤血管生成的结果。
当顺磁性螯合物用作MRI的造影剂时，顺磁性螯合物在水中的溶解度也是一个重要因素，因为它们以相对大的剂量给予患者。高度水溶性的顺磁性螯合物需要较低的注射量，因此更容易给予患者并引起较少的不适。水溶性的顺磁性螯合物，即螯合剂与顺磁性金属离子的络合物，是众所周知的——例如市售的钆螯合物OmniscanTM(GE Healthcare)、DotaremTM(Guerbet)、GadavistTM(Bayer)和MagnevistTM(Bayer)。由于它们的低分子量，当被给予到脉管系统中时，它们将迅速分布到细胞外空间(即，血液和间质)中。它们也会从身体相对快速地清除。
若干出版物描述了为开发改进的顺磁性螯合化合物所开展的工作。例如，US8540966教导了以下通式结构：
Figure BDA0002380768230000021
其中L为连接基，R为H或C2-70氨基多元醇部分。US8540966的实验实施例比较了这些化合物中的某些与市售的钆螯合物，证实了类似的药代动力学特性但具有更高的弛豫率。
EP1931673教导了以下通式结构：
Figure BDA0002380768230000031
上述结构中的每个R在EP1931673中定义为配位配体并且每个X包含至少一个C1-6羟烷基基团。EP1931673强调了这些化合物的弛豫率性质。EP1931673指出，这些化合物可与选自Gd3+、Mn2+和Fe3+的顺磁性金属离子络合，但实际上焦点在于适合于Gd3+的稳定络合的螯合物结构，例如以下含钆络合物：
Figure BDA0002380768230000032
所有公开的络合物都是七齿的，因为四个氮和三个羧酸基团与络合的金属离子配位。在WO2011073371中描述了七齿锰螯合物的有害作用。
MRI螯合化合物的关键性质是使顺磁离子尽可能保留在螯合物结构内。在体内从螯合物释放的顺磁离子可能干扰生物学路径并可能诱发毒性。螯合物保留顺磁离子的能力(在本文中也称稳定性)也是可通过螯合部分的结构设计来调节的性质。特别感兴趣的是动力学稳定性，以解离半衰期量度，其表示朝向改变的化学环境(即内源性离子)的惯性程度。上述出版物没有讨论它们描述的化合物的金属转移惰性。
从市售试剂和现有技术的焦点可认识到，钆是用于MRI螯合物的最广泛使用的顺磁性金属离子，这可归因于其有利的弛豫性质。螯合物结构内顺磁离子的稳定性对于钆螯合物特别重要，因为存在与游离钆和毒性相关的众所周知的问题。由于这些问题，故存在寻求钆的替代品的动机。
锰(II)离子是具有高自旋数和长电子弛豫时间的顺磁性物质，并且文献(Tóth,
Figure BDA0002380768230000043
Advances in Inorganic Chemistry,2009,61(09),63-129)中报道了基于锰(II)的高弛豫造影剂的潜力。然而，迄今开发的某些锰(II)螯合物已经证实比相应的钆螯合物稳定性要低得多。例如，DOTA的锰螯合物(MnDOTA)稳定性比相应的钆络合物要低数百倍(GdDOTA(
Figure BDA0002380768230000042
B；Inorganic Chemistry,2012(12),1975-1986)。
WO2011073371中描述的工作展现了有利于高螯合物稳定性和高弛豫率的分子设计。这使得这些化合物非常适合用作MRI造影剂。WO2011073371的一种示例性化合物具有以下结构(在本文中也称“现有技术Mn螯合物”)：
Figure BDA0002380768230000041
然而，仍存在具有改进和持续的动力学稳定性同时保持可行的弛豫性质的其他锰螯合化合物的余地。
发明概述
在一个方面，本发明提供了式I化合物：
Figure BDA0002380768230000051
或其盐或溶剂合物，其中：
每个R1独立地选自C1-20羟烷基、C1-6烷基、任选地被一个或多个选自卤素和–C(＝O)-NH-C1-6羟烷基的取代基取代的C3-6芳基、或糖部分；
每个R2独立地选自C1-20羟烷基、C1-6烷基或氢；
R3选自C1-3烷基或–(CH2)m-C(＝O)-NR5R6，其中m为2-5的整数，并且R5和R6分别如针对R1和R2所定义；
R4表示0-3个选自羟基、C1-6烷基和C1-6羟烷基的取代基；和
每个n为0-4的整数；
并且其中式I化合物包含至少两个羟基基团。
在另一个方面，本发明提供了一种制备本发明的式I化合物的方法，其包括：
(i)用肽试剂活化式II化合物的羧酸酯基团
Figure BDA0002380768230000052
然后
(ii)将所述活化的式II化合物与取代基-NR1R2的胺衍生物偶联以得到所述式I化合物，其中R1和R2如权利要求1中所定义。
在另一个方面，本发明提供了一种制备如本文所定义的式II化合物的方法，其包括式III化合物的烷基化：
Figure BDA0002380768230000061
其中X1为甲基或–(CH2)3-COOH。
在另一个方面，本发明提供了一种药物组合物，其包含本发明的式I化合物以及呈适于哺乳动物给予的形式的生物相容性载体。
在另一个方面，本发明提供了一种方法，其包括：
(i)向受试者给予本发明的式I化合物或本发明的药物组合物；
(ii)自其中已分布所述化合物的所述受试者或所述受试者的部位检测磁共振(MR)信号；
(iii)自所述检测到的信号生成MR图像和/或MR光谱。
本发明的化合物已经证实具有表明它们作为MRI造影剂的有用性的性质。
如实施例13中所述测量的本发明化合物的溶解度证实了它们用作MRI的造影剂的适合性。
用于评价本发明化合物的效率的体外弛豫率测量(参见实施例14)表明，这些化合物将诱导与金属离子配位的水分子的纵向和横向弛豫速率(例如，分别为1/T1和1/T2)的增大。
在微酸性溶液中在存在竞争性金属离子Cu2+和Zn2+的情况下评价测试本发明化合物的动力学惰性的实验(参见实施例15)。这些实验证实，与现有技术相比，本发明的化合物具有有利的特性。
本发明化合物显示基于Mn(II)的螯合物与现有技术化合物相比动力学惰性的改善及更慢的解离。
因此，总的来说，本发明化合物证实了造影剂效率与改善的体内稳定性之间的有利平衡，这是Mn(II)螯合化合物先前未展现的。额外的体内稳定性表明，在用于医学MRI的下一代临床造影剂中，本发明的化合物可能是Gd(III)的有吸引力的替代物。
附图简述
图1示意了如实施例15的方法中所测试的基于Mn(II)的螯合物的解离动力学。
图2和3示出了如通过实施例14中描述的方法所测量的基于Mn(II)的螯合物的1HNMRD图谱。
图4和5示出了如实施例15中所述对现有技术Mn螯合化合物进行的金属转移实验的结果。
图6和7示出了如实施例15中所述对现有技术化合物和某些本发明化合物获得的金属转移结果的比较。
图8示出了本发明化合物的纵向弛豫时间(即，T1)的时间依赖性曲线。
图9和10示意了与现有技术Mn螯合化合物相比，本发明的Mn螯合化合物的由竞争性Cu2+引起的转化。
图11示意了与本发明的化合物相比，现有技术的Mn螯合物的与Zn2+的金属转移反应获得的结果。
优选实施方案的详述
为了更清楚和简明地描述和指出要求保护的发明的主题，下文针对贯穿本说明书和权利要求书使用的特定术语提供了定义和示例性实施方案。本文中特定术语的任何示例均应视为非限制性实例。
术语“包含(comprising)”或“包含(comprises)”在整个本申请中具有它们的常规含义并且暗示所述试剂或组合物必须具有所列出的基本特征或组分，但可另外存在其他特征或组分。术语“包含”包括“基本上由......组成”作为优选的子集，其意思是该组合物具有所列出的组分而不存在其他特征或组分。
术语“烷基”，单独或组合地，指具有通式CnH2n+1的直链或支链烷基原子团。此类原子团的实例包括甲基、乙基和异丙基。
术语“羟基”是指基团-OH。
术语“羟烷基”是指包含如上定义的羟基取代基的如上定义的烷基基团。
术语“芳基”是指衍生自芳环、通常芳烃的官能团或取代基，其实例包括苯基和吡啶基。在一个实施方案中，本发明的芳基基团为芳族6-元环，其具有0-3个选自O、N和S的杂原子。
术语“卤素”或“卤代”指选自氟、氯、溴或碘的取代基。
术语“糖部分”是指多元醇的醛或酮衍生物，包括单糖、二糖和寡糖残基。非限制性实例包括果糖、葡萄糖和蔗糖残基。
在所述式I化合物的一个实施方案中，每个R1为C1-12羟烷基。
在所述式I化合物的一个实施方案中，每个R1为C3-6羟烷基。
在所述式I化合物的一个实施方案中，每个R1为C6羟烷基。
在所述式I化合物的一个实施方案中，每个R1独立地选自：
Figure BDA0002380768230000081
其中在每一情况下星号表示与式I化合物的其余部分的连接点。
在所述式I化合物的一个实施方案中，每个R1独立地选自：
Figure BDA0002380768230000091
其中在每一情况下星号表示与式I化合物的其余部分的连接点。
在所述式I化合物的一个实施方案中，每个R1为被一个或多个选自卤素和–C(＝O)-NH-C1-6羟烷基的取代基取代的C3-6芳基。
在所述式I化合物的一个实施方案中，所述C3-6芳基为苯基。
在所述式I化合物的一个实施方案中，所述卤素为碘。
在所述式I化合物的一个实施方案中，–C(＝O)-NH-C1-6羟烷基为–C(＝O)-NH-CH2-C(OH)-CH2-C(OH)。
在所述式I化合物的一个实施方案中，每个R1为：
Figure BDA0002380768230000092
其中星号表示与式I化合物的其余部分的连接点。
在所述式I化合物的一个实施方案中，每个R1为：
Figure BDA0002380768230000101
其中星号表示与式I化合物的其余部分的连接点。
在所述式I化合物的一个实施方案中，每个R1相同。
在所述式I化合物的一个实施方案中，每个R2为C1-3烷基。
在所述式I化合物的一个实施方案中，每个R2为甲基。
在所述式I化合物的一个实施方案中，每个R2为氢。
在所述式I化合物的一个实施方案中，每个R2为C1-20羟烷基。
在所述式I化合物的一个实施方案中，每个R2为C1-6羟烷基。当每个R2为C1-6羟烷基时，在一个实施方案中，每个R1也为C1-6羟烷基，在另一个实施方案中，R2和R1相同。
在所述式I化合物的一个实施方案中，每个R2相同。
在所述式I化合物的一个实施方案中，每个n为1-3的整数。
在所述式I化合物的一个实施方案中，n为1。
在所述式I化合物的一个实施方案中，n为2。
在所述式I化合物的一个实施方案中，每个n为3。
在所述式I化合物的一个实施方案中，R3为C1-3烷基。
在所述式I化合物的一个实施方案中，R3为甲基。
在所述式I化合物的一个实施方案中，R3为如本文所定义的–(CH2)m-C(＝O)-NR5R6。
在所述式I化合物的一个实施方案中，R5为如本文针对R1所定义。
在所述式I化合物的一个实施方案中，R6为如本文针对R2所定义。
在所述式I化合物的一个实施方案中，m为3。
在所述式I化合物的一个实施方案中，n为2。
在所述式I化合物的一个实施方案中，R4代表0个取代基。
在所述式I化合物的一个实施方案中，R4代表1或2个羟基基团。
在所述式I化合物的一个实施方案中，R4代表在吡啶环的间位处的2个羟基基团。
在一个实施方案中，所述式I化合物包含至少4个羟基基团。
在一个实施方案中，所述式I化合物包含4-15个羟基基团。
在一个实施方案中，所述式I化合物包含5-10个羟基基团。
在本发明的化合物的一个实施方案中，所述Mn为Mn的富集同位素，选自52Mn和54Mn。在一个实施方案中，所述Mn同位素为54Mn。
式I化合物的非限制性实例有以下化合物：
Figure BDA0002380768230000111
Mn螯合物1外消旋物
Figure BDA0002380768230000121
Mn螯合物2外消旋物
Figure BDA0002380768230000122
Mn螯合物3外消旋物
Figure BDA0002380768230000123
Mn螯合物4外消旋物
Figure BDA0002380768230000131
Mn螯合物5外消旋物
Figure BDA0002380768230000132
Mn螯合物6外消旋物
Figure BDA0002380768230000133
Mn螯合物7外消旋物
Figure BDA0002380768230000141
Mn螯合物8外消旋物
Figure BDA0002380768230000142
Mn螯合物9外消旋物
Figure BDA0002380768230000143
Mn螯合物10外消旋物
Figure BDA0002380768230000151
Mn螯合物11外消旋物
Figure BDA0002380768230000152
Mn螯合物5a外消旋物
Figure BDA0002380768230000153
Mn螯合物7a外消旋物
Figure BDA0002380768230000154
Mn螯合物10a外消旋物。
在式I化合物中，与羧酸酯臂连接的碳为立体中心。本发明的式I化合物可作为外消旋混合物或作为富含对映异构体的混合物提供，或者可使用熟知的技术分离外消旋混合物，并可单独使用单独的对映异构体。在一个实施方案中，式I化合物为外消旋混合物或是非对映异构纯的。在一个实施方案中，式I化合物是非对映异构纯的。
非对映异构纯的式I化合物的非限制性实例有以下化合物：
Figure BDA0002380768230000161
Mn螯合物3
Figure BDA0002380768230000162
Mn螯合物4
Figure BDA0002380768230000163
Mn螯合物5
Figure BDA0002380768230000171
Mn螯合物7
Figure BDA0002380768230000172
Mn螯合物9
Figure BDA0002380768230000173
Mn螯合物10
Figure BDA0002380768230000174
Mn螯合物11
Figure BDA0002380768230000181
Mn螯合物5a
Figure BDA0002380768230000182
Mn螯合物7a
Figure BDA0002380768230000183
Mn螯合物10a。
经由与脂族连接基的酰胺键实现亲水衍生化以获得本发明的化合物。酰胺，其为非配位连接基团，离锰离子太远并因此不会配位。式I的R3处的非配位连接基的确切长度非常重要，如果太短(即，如果式I中m＝1)，则存在酰胺基团与锰离子配位的风险，从而阻止水分子的进入，大大降低复合物的总体弛豫率。连接到羧甲基臂(配位基团)的非配位连接基的长度可短(即，其中式I中n＝0)，因为同一个“臂”不能够便利两个配位基团(配位角应变将太大)。
式I化合物可通过本领域技术人员已知的若干合成途径由市售起始材料合成。在制备本发明化合物时引入到螯合物中的合适的锰源包括碳酸盐(MnCO3)、氧化物(MnO)、乙酸盐(Mn(OAc)2)、氯化物(MnCl2)、氢氧化物(Mn(OH)2)、草酸盐(MnC2O4)、甲酸盐(Mn(HCO2)2)和硝酸盐(Mn(NO3)2)。可使用和/或易于采用以下通用程序来获得式I化合物：
Figure BDA0002380768230000191
概括来说：
A：氨基乙醇的甲苯磺酰化得到氮杂环丙烷(Carrillo,Arkivoc,2007)。
B：氨基丁酸(Sigma Aldrich目录56-12-2)的氮杂环丙烷化。在一个实施方案中，甲胺的氮杂环丙烷化在纯乙腈中进行。在针对此氨基酸的一个实施方案中，使用一些碱来活化胺。任选地，酸官能团可以酯的形式保护。
C：用2,6-双(氯甲基)-吡啶(Sigma Aldrich目录3099-28-3)环化。在一个实施方案中，该步骤在乙腈中以碳酸钾作为碱来进行。
D：在一个实施方案中使用浓硫酸进行去甲苯磺酰化。在一个实施方案中，该步骤定量进行。
E：基于文献中描述的方法进行溴化(Henig,J.,Tóth,
Figure BDA0002380768230000201
Engelmann,J.,Gottschalk,S.,&Mayer,H.a.(2010).Inorganic Chemistry,49(13),6124–38)。
F：多胺的烷基化。在一个实施方案中，该步骤在水溶液中进行。在其中仲卤化物缓慢反应(伯烷基卤化物进行良好)的另一个实施方案中，可以合成双酯(E)并转换为有机溶剂以提高反应速度。
G：使用MnCl2进行络合。使用碱沉淀过量的Mn。
H：用肽试剂活化羧酸酯。在一个实施方案中，这些试剂为EDCI和/或HOBT(如EP2457914 B1中所述)。与合适的胺(例如，葡甲胺)偶联。
当式I化合物在R1处包含取代的芳基如三碘化苯基时，可使用或采用以下反应方案来获得所述化合物：
Figure BDA0002380768230000211
如下文实施例1-10中所述合成本发明化合物的非限制性选择并如实施例11中所述合成现有技术的化合物。如实施例12-15中所述体外和/或体内表征这些化合物。
用于体外表征螯合物稳定性的合适方法可见于文献(Idée,J.-M.Journal ofMagnetic Resonance Imaging:JMRI,2009,30(6),1249–58and Baranyai,Z.Chemistry-AEuropean Journal,2015,21(12),4789–4799)中。其他合适的方法包括生理介质(即，人血清或血浆)的体外研究以监测金属转移惰性。另一种评估金属转移惰性的合适方法是在注入螯合金属后测量体内金属离子的保留。已知完好的螯合物通常遵循非常快速的清除动力学。
在本发明的一个方面，式I化合物以药物组合物的形式提供。
“药物组合物”为包含本发明化合物和呈适于哺乳动物给予的形式的生物相容性载体的组合物。“生物相容性载体”为流体，尤其是液体，其中式I化合物被悬浮或溶解使得所得组合物是生理上可耐受的，即可被给予哺乳动物体而没有毒性或过度不适(这可理解为是术语“适于哺乳动物给予”的定义)。
本发明的药物组合物适于用作人和非人动物体的磁共振成像(MRI)中的磁共振(MR)造影介质。
在一个实施方案中，本发明的药物组合物可包含一种或多种药学上可接受的赋形剂。它们合适地不会干扰最终组合物的制造、储存或使用。
合适的药学上可接受的赋形剂的非限制性实例包括缓冲剂、稳定剂、抗氧化剂、渗透压调节剂、pH调节剂、过量的螯合配体和生理上可耐受的离子的弱络合物。这些及其他合适的赋形剂对于本领域技术人员来说是熟知的并在例如WO1990003804、EP0463644-A、EP0258616-A和US5876695中有进一步描述，它们的内容通过引用并入本文。在一个实施方案中，本发明的药物组合物呈适于肠胃外给予的形式，例如呈适于注射的形式。因此，根据本发明的药物组合物可以本领域技术人员完全熟悉的方式配制为使用生理上可接受的赋形剂给予。例如，可将任选地加入了药学上可接受的赋形剂的式I化合物悬浮或溶解在水性介质中，然后将所得溶液或悬浮液灭菌。
合适的缓冲剂的一个非限制性实例为氨丁三醇盐酸盐。
术语“过量的螯合配体”定义为能够清除游离的顺磁离子(锰)但不清除保持在本发明的络合物内的顺磁离子(锰)的任何化合物，如EP2988756A1中所述。尽管少量对人体健康至关重要，但过量暴露于游离的锰离子可能导致称为“锰中毒”的神经退行性疾病，其症状类似帕金森病。然而，作为造影剂的Mn以及其他金属的根本问题在于它们的螯合物稳定性。螯合物稳定性是反映体内游离金属离子的潜在释放的重要性质。已知在顺磁性螯合物制剂中过量的螯合配体的量与在动物模型中沉积的顺磁性金属的量之间存在相关性(Sieber 2008J Mag Res Imaging；27(5):955-62)。因此，在另一个实施方案中，选择一定量的过量螯合配体，其可用作Mn清除剂以减少或防止注射后Mn从制剂的释放。最佳量的游离螯合配体将产生具有合适的物理化学性质(即粘度、溶解度和渗透压)的药物组合物并避免毒理效应如过多游离螯合配体情况下锌的耗尽。US5876695特别描述了过量的线形螯合物，特别是游离DTPA，并且这是适用于本发明的药物组合物中的过量螯合配体的非限制性实例。该制剂策略被用于产品如MagnevistTM、VasovistTM或PrimovistTM。WO2009103744描述了一种基于精确量的游离螯合物的添加的类似制剂策略以使所述螯合物的过量非常少并且游离镧系元素的浓度为零。
在一个实施方案中，所述生理上可耐受的离子可选自生理上可耐受的离子，包括钙盐或钠盐，如氯化钙、抗坏血酸钙、葡萄糖酸钙或乳酸钙。
肠胃外给予形式应该是无菌的并且不含生理上不可接受的药剂，并且应该具有低渗透压以最小化给予时的刺激或其他不利影响，因此药物组合物应该是等渗的或略微高渗的。合适载体的非限制性实例包括习惯上用来给予肠胃外溶液的水性载体，所述肠胃外溶液如氯化钠注射液、林格氏注射液、葡萄糖注射液、葡萄糖和氯化钠注射液、乳酸化林格氏注射液和其他溶液如Remington's Pharmaceutical Sciences,第22版(2006LippincottWilliams&Wilkins)及The National Formulary(https://books.google.com/books？id＝O3qixPEMwssC&q＝THE+NATIONAL+FORMULARY&dq＝THE+NATIONAL+FORMULARY&hl＝en&sa＝X&ve d＝0CC8Q6AEwAGoVChMImfPHrdTqyAIVJfNyCh1RJw_E)中描述的那些。
对于待肠胃外即通过注射给予的本发明的药物组合物，其制备还包括步骤：除去有机溶剂，加入生物相容性缓冲剂和任何任选的其他成分如赋形剂或缓冲剂。对于肠胃外给予，还需要采取步骤以确保药物组合物是无菌且无热原的。
在另一个实施方案中，本发明提供了一种方法，其包括在生成MR图像和/或MR光谱时给予如本文所定义的式I化合物。
上文已结合药物组合物描述了预期在本发明的上下文中合适的给予方法和受试者。式I化合物的给予优选肠胃外进行，最优选静脉内进行。静脉内途径代表了将化合物递送到受试者全身的最有效方式。此外，静脉内给予并不代表实质性的物理干预或实质性的健康风险。本发明的式I化合物优选以如上定义的本发明药物组合物给予。本发明的方法还可理解为包括对已预先给予本发明化合物的受试者进行的步骤(ii)-(iii)。在一个实施方案中，药物组合物以适于增强MR成像(MRI)方法中的对比度的量给予。关于MRI方法的进一步细节，读者可参考本领域的普通常识，例如如“Magnetic Resonance Imaging:Physicaland Biological Principles(MRI物理和生物原理)”(第4版2015Elsevier,StewartCarlyle Bushong&Geoffrey Clarke,Eds.)中第27章“ContrastAgents andMagneticResonance Imaging(造影剂和MRI)”中或者“Contrast Agents I:Magnetic ResonanceImaging(造影剂I：MRI)”(2002Springer-Verlang,Werner Krause,Ed.)中所教导。
本发明的方法可用来在健康受试者中或者在已知或怀疑具有与生物学标记物的异常表达相关的病理状况的受试者中研究生物学标记物或过程。当该方法用于对已知或怀疑具有病理状况的受试者成像时，其可用于诊断所述病症的方法中。
本发明方法的“检测”步骤包括借助于对所述信号敏感的检测器检测由式I化合物发射的信号。该检测步骤也可理解为信号数据的获取。
本发明方法的“生成”步骤由计算机执行，所述计算机对所获取的信号数据应用重建算法以产生数据集。然后操纵该数据集以生成显示信号的位置和/或量的一个或多个图像和/或一个或多个光谱。
本发明的“受试者”可为任何人或动物受试者。在一个实施方案中，本发明的受试者为哺乳动物。在一个实施方案中，所述受试者为体内完整的哺乳动物体。在另一个实施方案中，本发明的受试者为人。
该书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且使得任何本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何引入的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定，并可包括本领域技术人员想到的其他实例。如果这些其他实例具有与权利要求书的字面语言无不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他实例意图涵盖在权利要求书的范围内。文中提到的所有专利和专利申请都通过引用整体并入本文，如同它们单独地并入一样。
实施例简述
实施例1描述了Mn螯合物3的合成。
实施例2描述了Mn螯合物4的合成。
实施例3描述了Mn螯合物5的合成。
实施例4描述了Mn螯合物7的合成。
实施例5描述了Mn螯合物9的合成。
实施例6描述了Mn螯合物10的合成。
实施例7描述了Mn螯合物11的合成。
实施例8描述了Mn螯合物5a的合成。
实施例9描述了Mn螯合物7a的合成。
实施例10描述了Mn螯合物10a的合成。
实施例11描述了一种现有技术Mn螯合物的合成。
实施例12描述了大鼠体内54Mn生物分布研究。
实施例13描述了本发明化合物的水溶性的表征。
实施例14描述了本发明化合物的体外质子弛豫率和核磁弛豫分散(NMRD)图谱。
实施例15描述了为确定本发明化合物的解离动力学而进行的实验。
实施例中使用的缩写列表
AcN 乙腈
DMSO 二甲亚砜
EDCI 1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺
EtOAc 乙酸乙酯
EtOH 乙醇
h 小时
HOBt 羟基苯并三唑
MeOH 甲醇
NMR 核磁共振
NMRD 核磁弛豫分散
实施例
实施例1：Mn螯合物3的合成
实施例1(i)：4-甲基苯磺酸4-(苄氧基)-4-氧代丁烷-1-铵盐的合成
Figure BDA0002380768230000271
对2L三颈烧瓶装配机械搅拌器、Dean-Stark分水器、回流冷凝器和氮气入口。向烧瓶中加入4-氨基丁酸(41.522g，0.403mol)、对-甲苯磺酸(91.912g，0.048mol)和苄醇(201mL)。将所得浑浊溶液加热回流14小时。在回流期结束时，向热的反应溶液中加入n-hepate(175mL)。让反应冷却至环境温度。经由真空过滤分离所得白色晶体并用6：1的乙酸乙酯/n-hepate重结晶，得到124.2g(收率84％)呈白色固体的所需产物。1HNMR(400MHz,CDCl3,δ)7.71(5H,d),7.31(5H,m),7.13(2H,d),5.02(2H,s),2.87(2H,m),2.32(5H,m),1.85(2H,m)。
实施例1(ii)：4-(双(2-(4-甲基苯基磺酰氨基)乙基)氨基)丁酸苄酯的合成
Figure BDA0002380768230000281
向装配有4叶片锚形搅拌桨、回流冷凝器和氮气入口的2L夹套反应器中加入N-甲苯磺酰基氮杂环丙烷(107.7g，0.546mol)和无水乙腈(870mL)。然后加入4-甲基苯磺酸4-(苄氧基)-4-氧代丁烷-1-铵盐(100g，0.274mol)和无水乙腈(500mL)以得到灰白色悬浮液。加入二异丙胺(47.6mL，0.274mol)并将反应于40℃下搅拌16小时。然后将反应冷却至22.5℃并再搅拌49小时。将浑浊的白色悬浮液真空过滤并将澄清的黄色滤液蒸发至干。通过硅胶色谱法(50％己烷/EtOAc至10％己烷/EtOAc；两种洗脱液均含有1％的三乙胺)纯化粗物质，得到89.7g(54％)呈无色油的所需产物。1H NMR(400MHz,CD2Cl2,δ)7.74(4H,d),7.35(9H,m),5.13(2H,m)5.10(2H,s),2,85(4H,m),2.41(10H,m),2.23(4H,m),1.60(2H,m)。
实施例1(iii)：受保护的环状3-臂螯合物的合成
Figure BDA0002380768230000282
向装配有机械搅拌器、回流冷凝器和氮气入口的3L三颈圆底烧瓶中装入8个6mm直径的玻璃球、4-(双(2-(4-甲基苯基磺酰氨基)乙基)氨基)丁酸苄酯(143.9g，0.245mol)和2,6-双(氯甲基)吡啶(43.1g，0.245mmol)。加入无水乙腈(1.632L)，然后加入无水碳酸钾(135.5g，0.980mol)，并将所得溶液于80℃下加热47小时。然后将所得悬浮液冷却至环境温度并再搅拌65小时。加入无水碳酸钾(67.0g，0.485g)并将反应于环境温度下搅拌27小时。经由真空过滤除去未溶解的碳酸钾并将澄清的橙色滤液蒸发至干。通过硅胶色谱法(100％CH2Cl2至10％MeOH的CH2Cl2溶液；两种洗脱液均含有1％的三乙胺)纯化粗物质，得到70.9g(42％)呈白色泡沫的所需产物。1HNMR(400MHz,CD2Cl2,δ)7.72(5H,m),7.34(9H,m),7.26(2H,d),5.09(2H,s),4.31(4H,s),3.07(4H,m),2.43(6H,s),2.28(8H,m,1.61(2H,m)。
实施例1(iv)：脱保护的3-臂环状螯合物的合成
Figure BDA0002380768230000291
向装配有机械搅拌器、回流冷凝器和塞子的3L三颈圆底烧瓶中装入受保护的环状3-臂螯合物(70.5g，92.3mmol)和浓H2SO4(282mL)并于100℃下加热19小时。将所得黑色溶液冷却至环境温度并用50重量％的NaOH水溶液调节pH至7。加入MeOH(1L)并经由真空过滤除去固体。将滤液浓缩至干，留下黑色残余物，将其用MeOH(500mL)于60℃下研磨1小时。经由真空过滤除去不溶物并将滤液浓缩至干。将所得焦糖色半固体溶解在MeOH(1L)中，用浓H2SO4调节pH至约1并在环境温度下搅拌18小时。然后将溶液加热至60℃并搅拌25小时。经由真空过滤除去不溶物并用碳酸钾调节滤液的pH至7。经由真空过滤除去未溶解的碳酸钾并将滤液蒸发至干。将所得灰白色固体用无水乙腈(1L)研磨并经由真空过滤除去不溶物。将滤液蒸发至干，得到25.3g(89.6％)呈白色固体的所需产物(ESI：m/z＝306(M+H+))。
实施例1(v)：受保护的Mn 3-臂C5螯合物的合成
Figure BDA0002380768230000301
向装配有磁力搅拌棒和回流冷凝器的100mL圆底烧瓶中装入脱保护的3-臂环状螯合物(2.776g，9.06mmol)和无水乙腈(60.4mL)。然后加入三乙胺(3.16mL，22.7mmol)，接着加入2-溴戊二酸二甲酯(4.982g，20.8mmol)，并将所得溶液于65℃下加热20小时。加入第二份2-溴戊二酸二甲酯(1.36g，5.7mmol)并继续加热另外23小时。真空除去溶剂，粗物质在C18硅胶上纯化(30％的乙腈水溶液)，得到2.883g(51％)呈黄色油的所需产物(ESI：m/z＝623(M+H+))。
实施例1(vi)：脱保护的Mn 3-臂C5螯合物的合成
Figure BDA0002380768230000302
向装配有磁力搅拌棒的500mL圆底烧瓶中装入溶解在水(225mL)中的受保护的Mn3-臂C5螯合物(14.010g，22.5mmol)并加入12.5M NaOH(18.0mL)。将所得溶液在环境温度下搅拌18小时。然后用浓HCl调节pH至6并真空除去溶剂。将粗残余物在C18硅胶上纯化(100％水至15％的AcN水溶液)，得到12.43g(100％)呈黄色油的所需产物(ESI：m/z＝553(M+H+))。
实施例1(vii)：Mn 3-臂C5螯合物的合成
Figure BDA0002380768230000311
向装配有磁力搅拌棒的1L三颈圆底烧瓶中装入脱保护的Mn 3-臂C5螯合物(12.43g，22.5mmol)、氯化锰四水合物(8.90g，45.1mmol)和水(405mL)。将所得溶液于环境温度下搅拌12.5小时。然后调节pH至6并将反应于75℃下加热7小时。将溶液冷却至环境温度并用饱和碳酸钠水溶液调节pH至8。经由真空过滤除去所得白色沉淀并将滤液真空蒸发至干。将粗残余物在C18硅胶上纯化(100％水)，得到13.33g(98％)呈黄色固体的所需产物(ESI：m/z＝606(M+H+))。
实施例1(viii)：Mn螯合物3的合成
Figure BDA0002380768230000312
向装配有磁力搅拌棒的100mL三颈烧瓶中装入Mn 3-臂C5螯合物(1.54g，2.5mmol)和溶解的水(26.8mL)。加入N-甲基-D-葡糖胺(1.54g，7.9mmol)，然后加入EDCl-HCl(1.64g，8.6mmol)，并用1.0M HCl调节pH至6.4。加入HOBt水合物(0.140g，1.0mmol)并将pH保持在6，同时在环境温度下搅拌18小时。加入N-甲基-D-葡糖胺(0.77g，3.9mmol)和EDCI-HCl(0.82g，4.3mmol)并将pH保持在6，同时在环境温度下搅拌8小时。加入EDCI-HCl(0.42g，2.2mmol)并在环境温度下搅拌17小时。然后真空除去所有溶剂，得到棕色油，将其在C18硅胶上纯化(100％水至30％的AcN水溶液)，得到1.6g(56％)所需产物(ESI：m/z)＝1138(M+H+))。
实施例2：Mn螯合物4的合成
实施例2(i)：N,N'-((甲基氮烷二基)双(乙烷-2,1-二基))双(4-甲基苯磺酰胺)的合成
Figure BDA0002380768230000321
向装配有磁力搅拌棒的1L圆底烧瓶中装入N-甲苯磺酰基氮杂环丙烷(49g，248mmol)和AcN(450mL)。加入41％的甲胺水溶液(12mL，121mmol)并于环境温度下搅拌36小时。加入第二份N-甲苯磺酰基氮杂环丙烷(1.7g，8.62mmol)并于环境温度下再搅拌48小时。真空除去溶剂，粗残余物用EtOH重结晶，得到45g(87％)呈白色固体的所需产物。1HNMR(400MHz,DMSO-D6,δ)7.68(4H,m),7.36(6H,m),2.75(4H,t),2.38(6H,s),2.22(4H,t),1.93(3H,s)。
实施例2(ii)：受保护的环状2-臂螯合物的合成
Figure BDA0002380768230000322
向装配有回流冷凝器和机械搅拌器的12L三颈圆底烧瓶中装入N,N'-((甲基氮烷二基)双(乙烷-2,1-二基))双(4-甲基苯磺酰胺)(93g，218.5mmol)和AcN(8.3L)。加入2,6-双(氯甲基)吡啶(38.5g，218.5mmol)并将所得溶液于80℃下加热16小时。将反应混合物冷却至环境温度并真空除去溶剂直至开始结晶。经由真空过滤收集所得晶体，得到86.9g(75％)呈白色固体的所需产物(ESI：m/z＝530(M+H+))。
实施例2(iii)：脱保护的2-臂环状螯合物的合成
Figure BDA0002380768230000331
向装配有机械搅拌器的1L三颈圆底烧瓶中装入受保护的环状2-臂螯合物(150g，284mmol)和浓硫酸(250mL，4.69mol)并于100℃下加热15小时。将溶液倒到冰上并加入50重量％的NaOH水溶液调节pH至7.4，从而形成白色固体。加入AcN(200mL)并经由真空过滤除去白色固体。将滤液蒸发至干，得到棕色泡沫。将泡沫溶解于水(200mL)中，用呈其氢氧化物形式的Amberlite A26树脂纯化，得到61g(98％)呈褐色固体的所需产物。1HNMR(400MHz,CD3CN,δ)7.56(1H,m),7.03(2H,m),3.76(4H,s),2.47(4H,m),2.19(3H,s),1.95(4H,s)。
实施例2(iv)：受保护的Mn 2-臂C5螯合物的合成
Figure BDA0002380768230000332
向装配有磁力搅拌棒的500mL圆底烧瓶中装入脱保护的2-臂环状螯合物(20.0g，90.8mmol；根据实施例2(iii)获得)和AcN(160mL)。加入二异丙基乙胺(38.7mL，217mmol)和2-溴戊二酸二甲酯(47.7g，199.7mmol)并将所得溶液于65℃下搅拌20小时。加入二异丙基乙胺(9.75mL，54.6mmol)和2-溴戊二酸二甲酯(11.8g，49.4mmol)并将所得溶液于65℃下再搅拌19小时。真空除去溶剂，留下红色油。然后将该油溶解于水(300mL)中并用EtOAc(300mL)洗涤。然后用水(2×50mL)萃取EtOAc层，并与初始水层合并，真空除去水，留下红色油，其不经进一步纯化即使用。
实施例2(v)：Mn 2-臂C5螯合物的合成
Figure BDA0002380768230000341
向装配有磁力搅拌棒的1L圆底烧瓶中装入受保护的Mn 2-臂C5螯合物(48.7g，90.8mmol)和水(450mL)。加入氢氧化钠(29.1g，726mmol)并于环境温度下搅拌2小时。用EtOAc(250mL)洗涤反应混合物并分离各层。再次用EtOAc(2×100mL)洗涤水层并收集水层。向水溶液中加入氯化锰四水合物(19.6g，99mmol)。用6M NaOH调节pH至7.1并于环境温度下搅拌17小时，然后于90℃下搅拌2.5小时。冷却至环境温度后，用50重量％的NaOH水溶液调节pH至10.1并形成细的棕色沉淀。经由在3000rcf下离心20分钟除去沉淀物，收集上清液并真空蒸发至干。将残余物用MeOH(127mL)于40℃下研磨1.5小时。经由在3000rcf下离心30分钟除去不溶的白色固体。将上清液真空蒸发至干，得到灰白色固体，将其在C18硅胶上纯化(3％的AcN水溶液)，得到36.8g(75％)呈灰白色固体的所需产物(ESI：m/z＝534(M+H+))。
实施例2(vi)：Mn螯合物4的合成
Figure BDA0002380768230000351
向装配有磁力搅拌棒的250mL三颈圆底烧瓶中装入Mn 2-臂C5螯合物(4.40g，7.27mmol)和水(76.5mL)。加入N-甲基-D-葡糖胺(2.98g，15.3mmol)，然后加入EDCI-HCl(3.30g，17.2mmol)和HOBt水合物(0.20g，1.47mmol)。根据需要加入1.0M HCl或1.0M NaOH使pH保持在6，同时在环境温度下搅拌7小时。加入EDCI-HCl(1.62g，8.45mmol)并将pH保持在6，同时在环境温度下搅拌20小时。加入N-甲基-D-葡糖胺(0.75g，3.84mmol)和EDCI-HCl(0.83g，4.32mmol)并将pH保持在6，同时在环境温度下搅拌3天。将反应溶液真空蒸发至干，粗产物在C18硅胶上纯化(100％水至20％的AcN水溶液)，得到3.66g(57％)呈浅黄色固体的所需产物(ESI：m/z＝888(M+H+))。
实施例3：Mn螯合物5的合成
Figure BDA0002380768230000352
向装配有磁力搅拌棒的50mL二颈烧瓶中装入D-葡糖胺(0.713g，3.94mmol)和水(19.7mL)。用1.0M HCl调节所得溶液的pH至7.4并加入Mn 2-臂C5螯合物(1.00g，1.87mmol；根据实施例2(v)获得)，然后加入EDCI-HCl(0.848g，4.42mmol)和HOBt水合物(0.121g，0.787mmol)。根据需要加入1.0M HCl或1.0M NaOH使pH保持在6，同时在环境温度下搅拌8小时。加入D-葡糖胺(0.359g，1.98mmol)和EDCI-HCl(0.433g，2.26mmol))并将pH保持在6，同时在环境温度下搅拌16小时。将反应溶液真空蒸发至干，粗产物在C18硅胶上纯化(100％水至20％的AcN水溶液)，得到0.782g(48％)呈浅黄色固体的所需产物(ESI:m/z＝860(M+H+))。
实施例4：Mn螯合物7的合成
Figure BDA0002380768230000361
向装配有磁力搅拌棒的二颈50mL烧瓶中装入5-氨基-N,N'-双(2,3-二羟基丙基)间苯二甲酰胺盐酸盐(1.432g，3.94mmol)和水(19.7mL)。调节所得溶液的pH至6并加入Mn2-臂C5螯合物(1.005g，1.88mmol；根据实施例2(v)获得)，然后加入EDCI-HCl(0.858g，4.48mmol)和HOBt水合物(0.108g，0.799mmol)。根据需要加入1.0M HCl或1.0M NaOH使pH保持在6，同时在环境温度下搅拌4.5小时。加入EDCI-HCl(0.868g，4.53mmol)并将pH保持在6，同时在环境温度下搅拌16小时。加入EDCI-HCl(0.853g，4.44mmol)并将pH保持在6，同时在环境温度下搅拌7小时。将反应溶液真空蒸发至干，粗产物在C18硅胶上纯化(100％水至25％的AcN水溶液)，得到0.600g(28％)呈浅黄色固体的所需产物(ESI:m/z＝1152(M+))。
实施例5：Mn螯合物9的合成
Figure BDA0002380768230000371
向装配有磁力搅拌棒的二颈25mL烧瓶中装入二乙醇胺(0.207g，1.97mmol)和水(9.86mL)。用1.0M HCl调节所得溶液的pH至7并加入Mn 2-臂C5螯合物(0.500g，0.956mmol；根据实施例2(v)获得)，然后加入EDCI-HCl(0.445g，2.32mmol)和HOBt水合物(0.045g，0.333mmol)。根据需要加入1.0M HCl或1.0M NaOH使pH保持在6，同时在环境温度下搅拌20小时。加入二乙醇胺(0.207g，1.97mmol)和EDCI-HCl(0.432g，2.25mmol)并将pH保持在6，同时在环境温度下搅拌8小时。加入二乙醇胺(0.207g，1.97mmol)和EDCI-HCl(0.448g，2.34mmol)并将pH保持在6，同时在环境温度下搅拌15.5小时。将反应溶液真空蒸发至干，粗产物在C18硅胶上纯化(100％水至30％的AcN水溶液)，得到0.110g(16％)呈浅黄色固体的所需产物(ESI:m/z＝708(M+H+))。
实施例6：Mn螯合物10的合成
Figure BDA0002380768230000372
向装配有磁力搅拌棒的25mL二颈烧瓶中装入3-氨基丙烷-1,2-二醇(0.190g，2.03mmol)和水(10.4mL)。用1.0M HCl调节所得溶液的pH至7并加入Mn 2-臂C5螯合物(0.603g，0.996mmol；根据实施例2(v)获得)，然后加入EDCI-HCl(0.473g，2.47mmol)和HOBt水合物(0.063g，0.466mmol)。根据需要加入1.0M HCl或1.0M NaOH使pH保持在6，同时在环境温度下搅拌7.5小时。加入3-氨基丙烷-1,2-二醇(0.095g，1.04mmol)和EDCI-HCl(0.453g，2.36mmol)并将pH保持在6，同时在环境温度下搅拌15.5小时。将反应溶液真空蒸发至干，粗产物在C18硅胶上纯化(100％水至20％的AcN水溶液)，得到0.280g(41％)呈浅黄色固体的所需产物(ESI:m/z＝680(M+H+))。
实施例7：Mn螯合物11的合成
Figure BDA0002380768230000381
向装配有磁力搅拌棒的100mL三颈圆底烧瓶中装入Tris碱(0.632g，5.22mmol)和水(26.0mL)。用1.0M HCl调节所得溶液的pH至7并加入Mn 2-臂C5螯合物(1.500g，2.49mmol；根据实施例2(v)获得)，然后加入EDCI-HCl(1.141g，5.95mmol)和HOBt水合物(0.160g，1.04mmol)。根据需要加入1.0M HCl或1.0M NaOH使pH保持在6，同时在环境温度下搅拌7.5小时。加入Tris(0.636g，5.25mmol)和EDCI-HCl(1.177g，6.14mmol)并将pH保持在6，同时在环境温度下搅拌17小时。加入Tris(0.624g，5.15mmol)和EDCI-HCl(1.133g，5.91mmol)并将pH保持在6，同时在环境温度下搅拌23小时。将反应溶液真空蒸发至干，粗产物在C18硅胶上纯化(100％水至20％的AcN水溶液)，得到0.247g(13％)呈浅黄色固体的所需产物(ESI:m/z＝740(M+H+))。
实施例8：Mn螯合物5a的合成
实施例8(i)：受保护的Mn 2-臂C4螯合物的合成
Figure BDA0002380768230000391
向装配有机械搅拌器的250mL圆底烧瓶中装入2-臂环状螯合物(19.85g，90.1mmol；根据实施例2(iii)获得)、马来酸二甲酯(51.94g，360.4mmol)、蒙脱石K10(36.0g)和MeOH(36mL)。将所得悬浮液于环境温度下搅拌26小时。经由过滤除去不溶物并将澄清的橙色滤液蒸发至干。将残余物溶解于EtOAc(200mL)中并用水(200mL)萃取。分离各层并将水层蒸发至干，得到39.35g(86％)橙色固体(ESI：m/z＝509(M+H+))，其不经进一步纯化即使用。
实施例8(ii)：Mn 2-臂C4螯合物的合成
Figure BDA0002380768230000392
向装配有磁力搅拌棒的1L圆底烧瓶中装入受保护的Mn 2-臂C4螯合物(39.35g，77.2mmol)、氢氧化钠(24.71g，617mmol)和水(500mL)。将所得溶液于45℃下搅拌4小时。用浓HCl调节pH至7并加入MnCl4·4H2O(16.8g，84.9mmol)。将pH保持在7，同时于90℃下搅拌2.5小时，然后冷却至环境温度。用6.0M NaOH调节pH至10.1并经由在3000rcf下离心20分钟除去所得沉淀物。收集上清液并真空蒸发至干。将残余物用MeOH(72mL)于40℃下研磨1.5小时。经由在3000rcf下离心30分钟除去不溶的白色固体。将上清液真空蒸发至干，得到灰白色固体，将其在C18硅胶上纯化(3％的AcN水溶液)，得到25.8g(66％)呈灰白色固体的所需产物(ESI:m/z＝506(M+H+))。
实施例8(iii)：Mn螯合物5a的合成
Figure BDA0002380768230000401
向装配有磁力搅拌棒的二颈50mL圆底烧瓶中装入Mn 2-臂C4螯合物(0.667g，1.32mmol)和水(13.0mL)。加入葡糖胺(0.505g，2.79mmol)并用1.0M HCl调节pH至7。加入EDCI-HCl(0.599g，3.12mmol)和HOBt水合物(0.036g，0.266mmol)，并根据需要加入1.0MHCl或1.0M NaOH使pH保持在6，同时在环境温度下搅拌7.5小时。加入第二份EDCI-HCl(0.610g，3.18mmol)并将pH保持在6，同时在环境温度下搅拌16.5小时。加入第三份EDCI-HCl(0.610g，3.18mmol)并将pH保持在6，同时在环境温度下搅拌72小时。将反应溶液真空蒸发至干，粗产物在C18硅胶上纯化(100％水至30％的AcN水溶液)，得到0.350g(31％)呈浅黄色固体的所需产物(ESI:m/z＝832(M+H+))。
实施例9：Mn螯合物7a的合成
Figure BDA0002380768230000402
向装配有磁力搅拌棒的三颈100mL圆底烧瓶中装入5-氨基-N,N’-双(2,3-二羟基丙基)间苯二甲酰胺盐酸盐(1.516g，4.17mmol)和水(20mL)。用1.0M NaOH调节所得溶液的pH至8并加入Mn 2-臂C4螯合物(1.000g，1.98mmol；根据实施例8(ii)获得)，然后加入EDCI-HCl(0.901g，4.70mmol)。根据需要加入1.0M HCl或1.0M NaOH使pH保持在6，同时在环境温度下搅拌6.5小时。加入第二份EDCI-HCl(0.895g，4.67mmol)并将pH保持在6，同时在环境温度下搅拌16.5小时。加入第三份EDCI-HCl(0.417g，2.18mmol)并将pH保持在6，同时在环境温度下搅拌8小时。加入第四份EDCI-HCl(0.536g，2.80mmol)并将pH保持在6，同时在环境温度下搅拌17小时。将此浑浊的反应混合物真空过滤以除去固体。将澄清的黄色滤液蒸发至干，粗产物在C18硅胶上纯化(100％水至20％的AcN水溶液)，得到0.494g(22％)呈浅黄色固体的所需产物。
实施例10：Mn螯合物10a的合成
Figure BDA0002380768230000411
向装配有磁力搅拌棒的二颈50mL圆底烧瓶中装入Mn 2-臂C4螯合物(0.667g，1.32mmol；根据实施例8(ii)获得)和水(13.0mL)。加入3-氨基-1,2-丙二醇(0.253g，2.77mmol)并用1.0M HCl调节pH至7。加入EDCI-HCl(0.599g，3.12mmol)和HOBt水合物(0.036g，0.266mmol)，并根据需要加入1.0M HCl或1.0M NaOH使pH保持在6，同时在环境温度下搅拌7小时。加入第二份EDCI-HCl(0.610g，3.18mmol)并将pH保持在6，同时在环境温度下搅拌17.5小时。加入第三份EDCI-HCl(0.610g，3.18mmol)并将pH保持在6，同时在环境温度下搅拌70小时。将反应溶液真空蒸发至干，粗产物在C18硅胶上纯化(100％水至30％的AcN水溶液)，得到0.160g(19％)呈浅黄色固体的所需产物(ESI:m/z＝652(M+H+))。
实施例11：现有技术Mn螯合物的合成
实施例11(i)：受保护的Mn 0-臂螯合物的合成
Figure BDA0002380768230000421
向装配有磁力搅拌棒和回流冷凝器的100mL三颈圆底烧瓶中装入受保护的环状2-臂螯合物(4.51g，8.53mmol；根据实施例2(ii)获得)和浓硫酸(18.0mL)并于100℃下加热18小时。将反应冷却至环境温度并置于冰浴中，然后用50％的NaOH水溶液调节pH至9.9。将所得悬浮液转移至250mL三颈圆底烧瓶中，加入无水碳酸钾(11.78g，85.2mmol)，然后加入AcN(25mL)和溴乙酸叔丁酯(6.64g，34.0mmol)，并将反应于70℃下加热3小时。将反应冷却至环境温度并经由真空过滤除去固体。滤液用AcN(3×50mL)萃取并将有机层蒸发至干，得到深棕色油，将其在C18硅胶上纯化(100％水至100％的AcN水溶液)，得到1.28g(33％)呈灰白色固体的所需产物。1H NMR(400MHz,CD3CN,δ)7.67(1H,m),7.12(2H,m),5.14(2H,bs),3.95(4H,m),3.44(4H,m),3.28(6H,m),3.16(2H,m),2.78(3H,s),1.42(18H,s)。
实施例11(ii)：脱保护的Mn 0-臂螯合物的合成
Figure BDA0002380768230000431
向装配有磁力搅拌棒和回流冷凝器的三颈100mL圆底烧瓶中装入受保护的Mn 0-臂螯合物(1.28g，2.85mmol)、AcN(8.4mL)和THF(21mL)。加入88％的甲酸水溶液(29.1mL，556mmol)并将所得溶液于65℃下加热4小时。加入第二份88％的甲酸水溶液(29.1mL，556mmol)并继续加热另外9小时。真空除去溶剂，留下黄色油，其不经进一步纯化即使用。1HNMR(400MHz,CD3OD,δ)7.74(1H,m),7.20(2H,m),4.07(4H,m),3.65(4H,m),2.91(3H,s),2.99(4H,m),1.92(4H,m)。
实施例11(iii)：现有技术Mn螯合物的合成
Figure BDA0002380768230000432
向装配有磁力搅拌棒的250mL圆底烧瓶中装入脱保护的Mn 0-臂螯合物(0.959g，2.85mmol)和氯化锰(II)四水合物(1.119g，5.65mmol)。根据需要加入1.0M NaOH和1.0MHCl使pH保持在6，同时在环境温度下搅拌15.5小时。然后用饱和碳酸钠水溶液调节pH至10并经由真空过滤除去所得灰白色沉淀。将滤液真空浓缩至干并在C18硅胶上纯化(100％水至10％的AcN水溶液)，得到0.511g(46％，2步后)呈浅黄色固体的所需产物(ESI:m/z＝390(M+))。
实施例12：大鼠体内54Mn生物分布研究
使用以下方法制备用于生物分布研究的54Mn标记螯合物。向装配有磁力搅拌棒的3mL玻璃小瓶中加入相应的含锰螯合物(1mg)和pH＝4的1.0M甲酸铵(0.5mL)(对于现有技术的Mn螯合物，pH＝5)。然后加入在1.0M HCl中的54MnCl2(～500μCi)并将所得溶液于40℃下加热16小时。经由制备HPLC纯化所得溶液以除去未螯合的Mn。收集放射性级分并真空蒸发至干。将放射性残余物溶于含有非放射性Mn螯合物(0.310M)的水中，使得在0.620mmol Mn/kg的剂量中配制～30μCi的放射性，注射量为2mL/kg。
该实验方案符合实验动物管理和使用指南(Guide for the Care and Use ofLaboratory Animals)并由IACUC批准在General Electric Global Research(Niskayuna,NY)进行。将雌性Sprague-Dawley大鼠(130-150g；Charles River Laboratories；Massachusetts；USA)圈养在标准笼中，让其随意获取标准的市售食物和水，并在温度和湿度受控的房间中保持交替的12小时白昼循环。在注射54Mn标记螯合物之前，经由吸入3％异氟烷(Piramal,NDC 66794-013-25；EZ-Anesthesia EZ700 Isoflurane Vaporizer,S/N107)麻醉大鼠。注射部位用酒精擦拭物进行准备并在尾静脉中放置临时的27Ga导管(Surflo SROX2419V)。用相应的基于非放射性Mn(II)的螯合物配制30μCi(0.74MBq)的54Mn标记螯合物，给予剂量为0.620mmol非放射性Mn螯合物/kg，注射量为2mL/kg，注射速率为1mL/min。注射后，将动物一个一个单独圈养在衬有滤纸的金属网底笼中直至收集到首次尿。然后将大鼠共同圈养在标准的长期圈养笼中。注射后7天，通过沉浸于CO2处死动物，取出感兴趣的器官和组织，并使用Wizard 2480γ计数器(Perkin Elmer,Beaconsfield,UK)测定放射性。
通过尾静脉注射使从未做过实验的大鼠(Charles River Laboratories；Massachusetts；USA)接受单剂0.620mmol/kg(大约30μCi，0.740MBq)的试验项目。另外，一组动物接受渗透压匹配的盐水(注射用浓NaCl：APP Pharmaceuticals part#NDC 63323-187-30Lot#6008656与注射用无菌水：Hospira part#NDC 0409-7990-09Lot#49-396-DKas混合)作为阴性对照(表1)。处死后，取出器官和组织并测定其在单次给予后7天的残留放射性(即，54Mn器官滞留)。
表1：大鼠中54Mn生物分布研究的研究设计。试验项目：现有技术Mn螯合物；Mn螯合物3和Mn螯合物4。单次静脉内给予后7天评估残余放射性(％ID)。
Figure BDA0002380768230000451
本研究的目的在于在单次注射用54Mn(放射性同位素)标记的基于Mn(II)的螯合物后7天评估在从未做过实验的大鼠中的组织分布。测量相关的收集组织中的残余放射性(例如，％ID)(表2)。评估的基于Mn(II)的螯合物显示在收集的几乎所有器官和组织中54Mn滞留水平均在生理学锰
Figure BDA0002380768230000452
水平变异性范围内，并且排泄器官中存在痕量。对于所有评估的化合物，预期在肝和肾中检测到54Mn，因为这些器官是所有MR造影剂的主要排泄途径的一部分。与使用54MnCl2的文献数据相比，基于Mn(II)的螯合物显示出心脏和脑分布的减少。确实，对于Mn螯合物3和Mn螯合物4，在脑中检测到的54Mn的较低水平(例如，在内源水平变异性范围内)非常令人感兴趣，因为脑是Mn(II)的毒性靶器官之一。令人惊奇的是，考虑到骨骼充当游离金属离子(例如，Mn(II))的储库，与现有技术Mn螯合物相比，Mn螯合物3和4在胫骨/腓骨和股骨中的较低水平54Mn也表明这类化合物改善的体内稳定性。这三种基于Mn(II)的螯合物的生物分布图谱证实了顺磁性络合物的体内稳定性是可通过螯合物部分的结构设计调节的性质，其中Mn螯合物3和Mn螯合物4显示出比现有技术Mn螯合物改善的稳定性。
表2：收集的组织的％ID±标准偏差。在单次给予0.62mmol非放射性Mn螯合物/kg剂量后7天测量保留的活性，所述剂量含～30μCi的54Mn标记螯合物。
Figure BDA0002380768230000471
aLoD＝0.002％ID,n＝8；bLoD＝0.002％ID,n＝8；cLoD＝0.005％ID,n＝3
实施例13：基于Mn(II)的螯合物的水溶性
通过将经纯化的基于Mn(II)的螯合物(～99％纯度)溶解在规定体积的溶剂(Millipore水(18.2兆欧)，来自Millipore BioCell Benchtop装置)中以提供给定体积的溶液来证实基于Mn(II)的螯合物的溶解度。目视检查溶液的均匀性，如果需要，通过0.45μmPTFE过滤膜过滤。评估在25℃下进行。经由ICP-MS(Spectro Arcos FHS12,S/N 10003910或S/N 12006120)测定最终的Mn(II)浓度来确认最终样品浓度。
顺磁性络合物的尺寸可影响水溶性，因此影响向细胞外空间中的分布和从身体的清除率。还需要足够的水溶性来维持低的注射量以便于向患者给予造影剂。为此，通常市售的Gd(III)造影剂以0.5M的浓度配制。基于Mn(II)的螯合物的溶解度经确认在标准溶解度范围(>0.5M)内，与一些化合物所观察到的增大的分子尺寸无关(表3)。
表3：本发明中包含的示例性的基于Mn(II)的螯合物的MW和溶解度范围。溶解度在25℃下评估。
Figure BDA0002380768230000481
Figure BDA0002380768230000491
实施例14：基于Mn(II)的螯合物的体外质子弛豫率和核磁弛豫分散(NMRD)图谱
在人血清(BioreclamationIVT,Cat#HMSRM-M)中测量纵向和横向弛豫时间以反映在接近生理学的环境中基于Mn(II)的螯合物的效率。使用在60MHz(1.4T)下以反转恢复脉冲序列运行的Minispec Mq台式NMR弛豫仪(Bruker Instruments,Rheinstetten,Germany)在40℃下于5至0mM Mn(II)的浓度范围下进行弛豫率评估。对于每一基于Mn(II)的螯合物，通过绘制它们的弛豫时间的倒数相对于经由ICP-MS(Spectro Arcos FHS12,S/N 10003910或S/N 12006120)测得的锰浓度的关系图来计算络合物的纵向和横向弛豫率(例如，分别为r1和r2)。经由获得1H核磁弛豫分散(NMRD)图谱评估T1与施加的B0(即，磁场)的相关性。使用专用的Stelar SMARTracer快速场循环弛豫仪(0.01-10MHz)和适应于可变场测量(20-80MHz)并由SMARTracerPC-NMR控制台控制的BrukerWP80 NMR电磁铁记录在扩展的拉莫尔频率范围内(0.01至80MHz)的1H NMRD图谱。通过VTC91温度控制单元监测温度并通过气流维持。通过使用Pt电阻温度探针预先校准来测定温度。在Bruker AVANCE NMR光谱仪上于400MHz下测量高场弛豫率。在每个温度、pH 6.9和现有技术Mn螯合物、Mn螯合物4和Mn螯合物3样品中分别为6.99、6.78和4.45mM的锰浓度下记录每个NMRD图谱总共25个数据点。通过体磁化率(BMS)测量验证所有样品中Mn(II)的浓度。通过从每个场强下Mn(II)络合物溶液的弛豫速率减去介质(蒸馏水)的弛豫速率并将该差值除以通过BMS测量验证的锰浓度来计算弛豫率。
1/T1和1/T2与Mn浓度的函数关系的线性拟合(对于所有检测的化合物，R2>0.99)对于人血清产生表4中报告的r1或r2值。
表4：示例性的基于Mn(II)的螯合物在60MHz和40℃下在人血清中的弛豫率r1和r2。
化合物 r<sub>1</sub>(mM<sup>-1</sup>s<sup>-1</sup>) r<sub>2</sub>(mM<sup>-1</sup>s<sup>-1</sup>)
现有技术Mn螯合物 3.0 7.4
Mn螯合物3 8.0 18.3
Mn螯合物4 5.3 13.7
Mn螯合物5 5.2 13.1
Mn螯合物7 6.0 12.8
Mn螯合物9 4.3 12.0
Mn螯合物10 4.3 11.6
Mn螯合物11 4.6 12.3
Mn螯合物5a 3.7 7.9
Mn螯合物10a 3.8 8.8
弛豫测量证实，所有基于Mn(II)的螯合物都是可行的并且在市售MRI造影剂的标准弛豫率(即，r1和r2)范围内(r1≥3mM-1s-1)。特别感兴趣的是基于Mn(II)的螯合物的r1(即，纵向弛豫率)值，其表示螯合物在静脉内给予后在体内产生T1(或阳性)对比的能力。而r2(即，横向弛豫率)值表示基于Mn(II)的螯合物在静脉内给予后产生T2(或阴性)对比的能力。
记录现有技术Mn螯合物和Mn螯合物4的1H NMRD图谱(分别为图2和图3)。评价的两种基于Mn(II)的螯合物均显示出可行的1HNMRD图谱，其具有比Mn(II)水合离子低的纵向弛豫率并且在图谱中约1MHz处仅有一个分散。Mn螯合物4的NMRD图谱(图3)在60和80MHz(～1.5T)之间的频率区域中显示出小的r1峰，这可能有利于未来的临床成像应用，其中基于Mn(II)的螯合物在临床相关磁场强度下具有改善的效率。这种高场r1峰归因于与化合物的较大分子尺寸有关的翻滚速率的小幅下降。
实施例15：基于Mn(II)的螯合物的解离动力学
由于在生理学pH下顺磁性络合物的缓慢解离速率并由于在用于实验的浓度和接近生理学的pH值下金属离子的潜在水解，故在微酸性pH下评价动力学惰性。
Zn2+交换
经由Zn2+金属转移记录纵向弛豫时间(即，T1)的时间依赖性变化来评估本发明的基于Mn(II)的螯合物(浓度1mM)的解离动力学。对于现有技术的Mn螯合物，评估在包括不同的竞争性金属离子浓度(5、10、20、40当量的Zn2+)的一组实验中于25℃和不同的pH(pH：5.1；5.4；5.7)下完成。在25℃及pH 5.1和5.7下在5当量Zn2+的存在下评估Mn螯合物4(浓度1mM)的解离动力学。对于这两个评估，反应混合物均含有0.15M NaCl和50mM N-甲基哌嗪缓冲液(即，NMP)。对于现有技术的Mn螯合物在1MHz下监测纵向弛豫时间变化，而对于Mn螯合物4在0.01MHz下监测纵向弛豫时间变化。确实，由Zn2+诱导的游离Mn2+离子的释放导致在所有实验条件下评价的两种基于Mn(II)的螯合物弛豫时间的减少。基于观察到的Mn(II)水合离子与基于Mn(II)的螯合物(例如，现有技术的Mn螯合物和Mn螯合物4)之间的差异选择这组实验的采集频率以便在这两种化学物质之间有足够的区别。对于现有技术的Mn螯合物、Mn螯合物4和MnCl2，基于图1中所示的1HNMRD图谱选择频率。
Cu2+交换
经由Cu2+金属转移记录在25℃和不同的pH(pH：5.0；5.2；5.4)下在过量竞争性金属离子(10和40当量的Cu2+)的存在下UV-Vis吸光度的时间依赖性变化来评估现有技术的Mn螯合物、Mn螯合物4和Mn螯合物3在0.2mM的浓度下的解离动力学。对于所有评估，反应混合物均含有0.15M NaCl；50mM NMP。用于采集UV-Vis光谱的
Figure BDA0002380768230000522
基于对基于Mn(II)的螯合物(例如，现有技术的Mn螯合物、Mn螯合物3和Mn螯合物4)和新形成的Cu2+-络合物观察到的吸光度之间的差异来选择以便在这两种化学物质之间有最佳区别。在Perkin-Elmer Lambda 19分光光度计上于
Figure BDA0002380768230000524
下获得UV-Vis光谱。确实，在所有实验条件下，对于所有基于Mn(II)的螯合物，由Cu2+诱导的Mn(II)离子的置换导致在
Figure BDA0002380768230000523
处观察到吸光度的增加。这种增加归因于Cu2+-络合物的形成。
金属转移实验的结果
通过使用过量的交换金属离子来研究Zn2+和Cu2+金属转移以证实基于Mn(II)的螯合物的动力学惰性。对于用现有技术的Mn螯合物进行的任何金属转移实验(例如，在不同的pH、不同的Zn2+或Cu2+浓度下)，显然弛豫速率T1的变化(对于Zn2+-交换；图4)或由竞争性金属离子引起的UV-Vis吸光度的变化(对于Cu2+-交换；图5)是“单阶段”过程，更好地描述为单-指数函数。确实，现有技术的Mn螯合物显示出由伪一阶方程(1)控制的交换反应，其中反应速率与基于Mn(II)的螯合物的总浓度成正比。由kobs描述的解离速率经由方程(1)计算，其中[MnL]tot为基于Mn(II)的螯合物的总浓度，t为观察时间。
Figure BDA0002380768230000521
与现有技术的Mn螯合物相反，对于Mn螯合物4和Mn螯合物3，在与Cu2+的金属转移反应中UV-Vis吸收的时间依赖性曲线没有用单指数函数描述，而是显示出两阶段性质(即，两步机理解离过程)。对于Mn螯合物3和Mn螯合物4，在评估的所有pH及竞争性金属离子浓度下，Mn(II)-Cu2+交换过程的两阶段性质都是明显的并且得到证实。图6和图7中呈现了现有技术的Mn螯合物、Mn螯合物3和Mn螯合物4的动力学曲线之间的比较，这些曲线描述了在不同的pH下与Cu2+的金属转移。曲线型式清楚地显示了当在相同的实验条件下研究时这三种化合物不同的解离机理。
为了证实Mn螯合物3和Mn螯合物4的动力学解离曲线的两阶段性质，评估了Mn螯合物4与Zn2+的金属转移反应。在pH 5.1和5.7下记录纵向弛豫时间(即，T1)的时间依赖性曲线(图8)，它们由此证实了Mn螯合物4的解离过程的动力学曲线的两阶段行为。
Mn螯合物3和Mn螯合物4显示出由两个独立的指数函数之和控制的交换反应。这些两阶段动力学曲线可在数学上用双指数方程(2)很好地拟合，其中A为观察到的吸光度；b、A1和A2为基于Mn(II)的螯合物的两阶段解离过程所特有的常数；kobs1和kobs2为描述两阶段解离的速率常数，t为观察时间。
Figure BDA0002380768230000531
分别对该组实验中采用的不同实验条件经由方程(2)和(1)计算由kobs1和kobs2描述的Mn螯合物3和Mn螯合物4的两阶段解离速率和由kobs描述的现有技术Mn螯合物的单阶段解离速率。
表5：通过单指数(对于现有技术的Mn螯合物)或双指数方程(对于Mn螯合物3和Mn螯合物4)计算的对于Cu2+金属转移的速率常数kobs1和kobs2观察值。
Figure BDA0002380768230000541
从动力学曲线和初步kobs的定性比较可以看出，与现有技术的Mn螯合物相比，Mn螯合物3和Mn螯合物4以由双指数函数描述的不同机理解离并且速度较慢。为了定量比较这些基于Mn(II)的螯合物的动力学惰性，记录了Cu2+交换反应在300nm处UV-Vis吸光度的演变的直接比较。UV-Vis吸光度的直接比较允许定量在金属转移反应过程中基于Mn(II)的螯合物向基于Cu2+的螯合物的转化，这可与Mn(II)络合物的动力学惰性相关联。“转化”按方程(3)计算，其中At为时间t(或反应结束)时的吸光度，A0为零时(或采集开始时)的吸光度，Aeq为平衡时的吸光度。
Figure BDA0002380768230000542
对用现有技术的Mn螯合物、Mn螯合物3和Mn螯合物4(例如，在不同的pH、不同的Zn2+或Cu2+浓度下)进行的任何金属转移实验计算的转化的直接比较证明现有技术的Mn螯合物在比Mn螯合物3短得多的时间点达到完全转化，而络合物Mn螯合物4解离得甚至更慢。计算由竞争性Cu2+引起的转化并显示在图9和10中。
还使用相同的数学方法比较现有技术的Mn螯合物和Mn螯合物4的由与Zn2+的金属转移反应引起的转化(图11)。此评估清楚地证明了Mn螯合物4比现有技术的Mn螯合物优越的动力学惰性。
因此，相对于现有技术的Mn螯合物，Mn螯合物3和Mn螯合物4在Cu2+和Zn2+金属转移中表现出不同且较慢的解离机理。令人惊奇的是，通过直接比较三种化合物在相同的实验条件下在MnL(即，Mn(II)络合物)与Zn2+或Cu2+之间的金属转移反应过程中发生的转化，证明了改善的动力学惰性。所有解离动力学结果显示，相对于作为参比的现有技术的Mn螯合物，Mn螯合物3和Mn螯合物4的总体动力学惰性有明显改善。确实，Mn螯合物4是在所有实验条件下检测的最具动力学惰性的化合物。可以假定具有-OH基团的侧链的存在可包绕在较小的Mn(II)金属周围，从而成功地保护Mn使之免于解离，因此有助于增加这类基于Mn(II)的螯合物的动力学惰性。

Claims (49)

1.式I化合物：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
或其盐或溶剂合物，其中：
每个R1独立地选自C1-20羟烷基、C1-6烷基、任选地被一个或多个选自卤素和–C(=O)-NH-C1-6羟烷基的取代基取代的C3-6芳基、或糖部分；
每个R2独立地选自C1-20羟烷基、C1-6烷基或氢；
R3选自C1-3烷基或–(CH2)m-C(=O)-NR5R6，其中m为2-5的整数，并且R5和R6分别如针对R1和R2所定义；
R4表示0-3个选自羟基、C1-6烷基和C1-6羟烷基的取代基；和
每个n为0-4的整数；
并且其中所述式I化合物包含至少两个羟基基团。
2.根据权利要求1所述的化合物，其中每个R1为C1-12羟烷基。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的化合物，其中每个R1为C3-6羟烷基。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的化合物，其中每个R1为C6羟烷基。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的化合物，其中每个R1独立地选自：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
其中在每一情况下星号表示与式I化合物的其余部分的连接点。
6.根据权利要求1所述的化合物，其中每个R1独立地选自：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
其中在每一情况下星号表示与式I化合物的其余部分的连接点。
7.根据权利要求1所述的化合物，其中每个R1为被一个或多个选自卤素和–C(=O)-NH-C1-6羟烷基的取代基取代的C3-6芳基。
8.根据权利要求7所述的化合物，其中所述C3-6芳基为苯基。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的化合物，其中所述卤素为碘。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的化合物，其中所述–C(=O)-NH-C1-6羟烷基为–C(=O)-NH-CH2-C(OH)-CH2-C(OH)。
11.根据权利要求7-10中任一项所述的化合物，其中每个R1为：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
其中星号表示与式I化合物的其余部分的连接点。
12.根据权利要求7-10中任一项所述的化合物，其中每个R1为：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
其中星号表示与式I化合物的其余部分的连接点。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的化合物，其中每个R1相同。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的化合物，其中每个R2为C1-3烷基。
15.根据权利要求14所述的化合物，其中每个R2为甲基。
16.根据权利要求1-13中任一项所述的化合物，其中每个R2为氢。
17.根据权利要求1-13中任一项所述的化合物，其中每个R2为C1-20羟烷基。
18.根据权利要求17所述的化合物，其中每个R2为C1-6羟烷基。
19.根据权利要求18所述的化合物，其中每个R1为C1-6羟烷基。
20.根据权利要求1-19中任一项所述的化合物，其中每个R2相同。
21.根据权利要求1-20中任一项所述的化合物，其中每个n为1-3的整数。
22.根据权利要求21所述的化合物，其中每个n为1。
23.根据权利要求21所述的化合物，其中每个n为2。
24.根据权利要求21所述的化合物，其中每个n为3。
25.根据权利要求1-24中任一项所述的化合物，其中R3为C1-3烷基。
26.根据权利要求25所述的化合物，其中R3为甲基。
27.根据权利要求1-24中任一项所述的化合物，其中R3为如权利要求1中所述的–(CH2)m-C(=O)-NR5R6。
28.根据权利要求27所述的化合物，其中R5为如权利要求2-12中任一项针对R1所述。
29.根据权利要求27或权利要求28所述的化合物，其中R6为如权利要求14-18中任一项针对R2所述。
30.根据权利要求27-29中任一项所述的化合物，其中m为3。
31.根据权利要求30所述的化合物，其中n为2。
32.根据权利要求1-31中任一项所述的化合物，其中R4代表0个取代基。
33.根据权利要求1-31中任一项所述的化合物，其中R4代表1或2个羟基基团。
34.根据权利要求33所述的化合物，其中R4代表在吡啶环的间位处的2个羟基基团。
35.根据权利要求1-34中任一项所述的化合物，所述化合物包含至少4个羟基基团。
36.根据权利要求35所述的化合物，所述化合物包含4-15个羟基基团。
37.根据权利要求36所述的化合物，所述化合物包含5-10个羟基基团。
38.根据权利要求1-37中任一项所述的化合物，其中所述Mn为Mn的富集同位素，选自52Mn和54Mn。
39.根据权利要求1所述的化合物，所述化合物选自以下化合物中的任何之一：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
Mn螯合物1外消旋物
Figure DEST_PATH_IMAGE014
Mn螯合物2外消旋物
Figure DEST_PATH_IMAGE016
Mn螯合物3外消旋物
Figure DEST_PATH_IMAGE018
Mn螯合物4外消旋物
Figure DEST_PATH_IMAGE020
Mn螯合物5外消旋物
Figure DEST_PATH_IMAGE022
Mn螯合物6外消旋物
Figure DEST_PATH_IMAGE024
Mn螯合物7外消旋物
Figure DEST_PATH_IMAGE026
Mn螯合物8外消旋物
Figure DEST_PATH_IMAGE028
Mn螯合物9外消旋物
Figure DEST_PATH_IMAGE030
Mn螯合物10外消旋物
Figure DEST_PATH_IMAGE032
Mn螯合物11外消旋物
Figure DEST_PATH_IMAGE034
Mn螯合物5a外消旋物
Figure DEST_PATH_IMAGE036
Mn螯合物7a外消旋物
Figure DEST_PATH_IMAGE038
Mn螯合物10a外消旋物。
40.根据权利要求1-39中任一项所述的式I化合物，所述化合物是非对映异构纯的。
41.根据权利要求40所述的化合物，所述化合物选自以下化合物中的任何之一：
Figure DEST_PATH_IMAGE040
Mn螯合物3
Figure DEST_PATH_IMAGE042
Mn螯合物4
Figure DEST_PATH_IMAGE044
Mn螯合物5
Figure DEST_PATH_IMAGE046
Mn螯合物7
Figure DEST_PATH_IMAGE048
Mn螯合物9
Figure DEST_PATH_IMAGE050
Mn螯合物10
Figure DEST_PATH_IMAGE052
Mn螯合物11
Figure DEST_PATH_IMAGE054
Mn螯合物5a
Figure DEST_PATH_IMAGE056
Mn螯合物7a
Figure DEST_PATH_IMAGE058
Mn螯合物10a。
42.一种制备根据权利要求1-41中任一项所述的式I化合物的方法，所述方法包括：
(i)用肽试剂活化式II化合物的羧酸酯基团
Figure DEST_PATH_IMAGE060
；然后
(ii)将所述活化的式II化合物与取代基-NR1R2的胺衍生物偶联以得到所述式I化合物，其中R1和R2如权利要求1中所述。
43.根据权利要求42所述的方法，其中所述肽试剂选自1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺(EDCI)或羟基苯并三唑(HOBT)。
44.一种制备根据权利要求42所述的式II化合物的方法，所述方法包括式III化合物的烷基化：
Figure DEST_PATH_IMAGE062
其中X1为甲基或–(CH2)3-COOH。
45.一种药物组合物，所述药物组合物包含根据权利要求1-41中任一项所述的式I化合物以及呈适于哺乳动物给予的形式的生物相容性载体。
46.根据权利要求45所述的药物组合物，所述药物组合物还包含一种或多种药学上可接受的赋形剂。
47.根据权利要求46所述的药物组合物，其中所述药学上可接受的赋形剂选自缓冲剂、稳定剂、抗氧化剂、渗透压调节剂、pH调节剂、过量的螯合配体和生理上可耐受的离子的弱络合物。
48.一种方法，所述方法包括：
(i)给予受试者根据权利要求1-41中任一项所述的式I化合物或根据权利要求45-47中任一项所述的药物组合物；
(ii)自其中已分布所述化合物的所述受试者或所述受试者的部位检测磁共振(MR)信号；
(iii)自所述检测到的信号生成MR图像和/或MR光谱。
49.根据权利要求1-41中任一项所述的式I化合物用于根据权利要求48所述的方法中的用途。
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