CN113710679A

CN113710679A - 新的有机锗化合物

Info

Publication number: CN113710679A
Application number: CN202080024839.2A
Authority: CN
Inventors: 中村宜司; 佐藤克行; 岛田康弘
Original assignee: Asai Germanium Research Institute Co Ltd
Current assignee: Asai Germanium Research Institute Co Ltd
Priority date: 2019-10-24
Filing date: 2020-10-26
Publication date: 2021-11-26
Also published as: JPWO2021080019A1; WO2021080019A1; US20220242890A1; EP3929200A1; EP3929200C0; EP3929200A4; US11981693B2; JP6887195B1; EP3929200B1

Abstract

本发明涉及通式(I)的化合物(式中，R₁、R₂和R₃各自独立地为氢或低级烷基，X为碱金属阳离子、铵阳离子或季铵阳离子)。本发明的化合物显示在水中的优异的溶解性，此外其溶液在对生物体进行给药时也不需要中和处理，作为医药等是有用的。

Description

新的有机锗化合物

技术领域

本发明涉及具有新结构的有机锗化合物。

背景技术

锗(Ge)是很久以来就作为半导体的研究对象的元素，关于其有机化合物的研究也在积极进行，合成了各种有机锗化合物。

例如，Ge-132(也被称为聚-反式-〔(2-羧乙基)锗倍半氧烷]、瑞帕锗、Asai锗)是具有免疫活化作用、抗肿瘤作用、抗炎症作用、镇痛作用、与吗啡的协同作用等各种生理作用的有机锗化合物。Ge-132是具有由锗和氧的12个原子构成的环状结构的、常温下为固体的晶体性化合物，在水中水解而形成单体3-(三羟基锗基)丙酸(3-(trihydroxygermyl)propanoic acid，THGP)。生物体内富含水分，因此Ge-132被认为在生物体内发生水解而生成THGP或其盐。

THGP通过与含有顺式二醇的化合物的脱水缩合而形成内酯型THGP-顺式二醇络合物，控制该含有顺式二醇的化合物的生理功能(非专利文献1等)。作为通过相互作用控制生理功能的例子，报告了THGP通过与腺苷、ATP形成络合物来抑制它们与P1或P2受体的结合、获得对疼痛的抑制(非专利文献2)。从这样的见解出发，Ge-132显示出的各种生理作用被认为是由于在生物体内通过水解生成的THGP与生物体成分的相互作用而发挥的。

如果使THGP溶液干燥，则生成多个THGP脱水缩合而得的聚合物结构的固体有机锗化合物。Ge-132是如此生成的固体有机锗化合物的一种，此外还已知直链状线性聚合物结构的固体有机锗化合物即聚-[(2-羧乙基-羟基锗)氧化物](Poly-[(2-carboxyethyl-hydroxygermanium)oxide])、梯状结构(由锗与氧的8个原子构成的环状结构)的固体有机锗化合物即丙帕锗(3-氧锗基丙酸聚合物)((Propagermanium(3-oxygermylpropionicacid polymer))等(专利文献1、非专利文献3、4)。推测任一固体有机锗化合物均通过在含有水的溶剂中水解而生成THGP，由此来显示先前所述的各种生理作用。因此，期待发挥生理作用的固体有机锗化合物优选更容易产生THGP的物质、即溶解性优异的物质，具体为具有高溶解度和溶解速度的物质。

然而，以往的固体有机锗化合物在水中的溶解度不足，此外水解而达到在水中溶解需要时间，即溶解速度慢。而且，将以往的固体有机锗化合物溶解而得的溶液的pH呈酸性，因此在用该溶液对生物体进行给药时，存在必须进行溶液的中和处理的情况。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭57-102895

非专利文献1：Nakamura等，Future.Med.Chem.，2015，7(10)，1233-1246。

非专利文献2：Shimada等，Biol.Trace Elem.Res.，2018，181(1)，164-172。

非专利文献3：Tsutsui等，J.Am.Chem.Soc.，1976，98(25)，8287-8289。

非专利文献4：Mizuno等，J.Pharm.Sci.，2015，104(8)，2482-2488。

发明内容

发明所要解决的课题

本发明的目的在于，提供溶解性优异的新的有机锗化合物。

用于解决课题的方法

本发明人等反复对THGP的结晶化进行了深入研究，结果发现，通过用碱对含有高浓度THGP的水溶液进行中和、加入醇等可与水混和的有机溶剂，生成了均匀的单晶，并且该晶体是8分子THGP聚集而成的笼状八聚体，从而完成了下述发明。

(1)一种化合物，其为通式(I)的化合物，

[化1]

式中，R₁、R₂和R₃各自独立地为氢或低级烷基，X为碱金属阳离子、铵阳离子或季铵阳离子。

(2)根据(1)所述的化合物，R₁、R₂和R₃均为氢。

(3)根据(1)所述的化合物，X为钠阳离子。

(4)根据(1)所述的化合物，R₁、R₂和R₃均为氢，X为钠阳离子。

发明效果

根据本发明，能够提供溶解性优异、且在对生物体给药时也不需要中和处理的有机锗化合物。

附图说明

[图1]显示的是作为本发明化合物的例子的THGP八聚体的结构模型。

[图2]显示的是THGP八聚体的粒度分布。

[图3]显示的是THGP八聚体的红外吸收谱。

[图4]显示的是THGP八聚体利用TOF-MS得到的质谱和理论谱。

[图5]显示的是THGP八聚体和Ge-132的¹H NMR谱。

[图6]显示的是使用重水和氘代甲醇溶剂的THGP八聚体的¹H NMR谱。

[图7]显示的是腺苷与THGP八聚体或Ge-132的混合水溶液的¹H NMR谱。

[图8]显示的是NaHS(H₂S的钠盐)与THGP八聚体或Ge-132的混合水溶液的¹H NMR谱。

具体实施方式

以下记载的本发明的说明是基于代表性的实施方式或具体例，但本发明并非限定于这样的实施方式或具体例。需说明的是，本说明书中，各数值范围的上限值和下限值可任意组合。此外，本说明书中，除非特殊指明，否则，使用“～”或“-”表示的数值范围的意思均为包括其两端的数值作为上限值和下限值的范围。

本发明的第1方式涉及一种化合物，其为通式(I)的化合物，

[化2]

通式(I)中的R₁、R₂和R₃各自独立地为氢或低级烷基。低级烷基是指，碳数为1～6个、优选为1～4个、更优选为1～3个的直链或支链状烷基。优选实施方式中，R₁、R₂和R₃均为氢。

通式(I)中的X为Na⁺、K⁺等碱金属阳离子、铵阳离子或季铵阳离子。季铵阳离子是在氮上结合有4个烷基和/或芳基的阳离子，作为本发明中优选使用的季铵阳离子，可以列举碳数为1～6个、优选为1～4个、更优选为1～3个的直链或支链状的4个烷基结合在氮上的阳离子，例如四甲基铵阳离子、四乙基铵阳离子、四丙基铵阳离子、乙基三甲基铵、三乙基甲基铵等。优选实施方式中，X为Na⁺。

通式(I)的化合物也可以用通式(II)表示。式(II)中的R₁、R₂、R₃和X为如式(I)规定的那样。

[化3]

作为通式(I)的化合物的优选例，可以列举R₁～R₃均为氢、X为Na⁺的1,7,9,15-四(2’-羧乙基锗钠)-3,5,11,13-四-[丙酸钠(2-)-C^3’,O’]-锗-2,4,6,8,10,12,14,16,17,18,19,20-十二氧杂五环[8.1^1,5.1^7,11.1^9,13.1^3,15.]二十烷(1,7,9,15-tetra(2’-sodiumcarboxyethylgermanium)-3,5,11,13-tetra-[sodium propanato(2-)-C^3’,O’]-germanium-2,4,6,8,10,12,14,16,17,18,19,20-dodecaoxa-pent acyclo[8.1^1,5.1^7,11.1⁹ ^,13.1^3,15.]icosane，以下表述为THGP八聚体)。

通式(I)的化合物可以通过使通式(III)的化合物(式中，R₁～R₃如通式(I)的说明中所述)在水和可与水混和的有机溶剂的混合溶剂中结晶化来制造。

[化4]

通式(III)的化合物可以使用通式(IV)的丙烯酸衍生物和三氯化锗，像下面的简图所示那样合成。

[化5]

通式(IV)的丙烯酸衍生物与三氯化锗的水凝胶化例如可以使用浓盐酸、乙醚或氯仿等作为溶剂，在25～40℃左右的温度下进行。接下来，可以将通过水凝胶化得到的化合物在水的存在下、典型地在水溶液中与碱金属的氢氧化物或胺反应而进行水解和中和，从而制备通式(III)的化合物。

或者，也可以通过使Ge-132等公知的THGP聚合物在水的存在下与碱金属的氢氧化物或胺反应，制备式中的R₁～R₃为氢的通式(III)的化合物。

接下来，使得到的通式(III)的化合物在水和可与水混和的有机溶剂的混合溶剂中结晶化。混合溶剂中水与有机溶剂的混合比可以为1:3～1:20(v/v)，优选为1:3～1:10(v/v)，更优选为1:3～1:5(v/v)。作为所用的有机溶剂，例如为丙酮或低级醇，作为例子，为甲醇、乙醇、1-丙醇或2-丙醇等，特别优选为乙醇。

通过在通式(III)的化合物的水溶液中加入混合比率在上述范围的量的上述有机溶剂，制备用于结晶化的混合液。该混合液中通式(III)的化合物的浓度可以为2％～12％(w/v)，例如可以为4％～12％(w/v)、6％～12％(w/v)、8％～12％(w/v)，优选为8％～12％(w/v)。

将上述混合液充分搅拌后，通过在室温下静置12小时以上、优选为24小时以上，可以使通式(I)的化合物的晶体析出。此外，为了促进结晶化，可以加入通式(I)的化合物的晶体作为种晶。得到的晶体例如可以通过过滤、用低级醇等有机溶剂清洗和减压干燥等公知的方法，从混合液分离精制。

以这种方式，本发明还提供一种通式(I)的化合物的制造方法，包括：将溶解有通式(III)的化合物的水溶液、以及将水和可与水混和的有机溶剂按1:3～1:20(v/v)的比混合而得的混合溶剂按照通式(III)的化合物的浓度为2％～12％(w/v)的比率进行混合的工序；以及将混合后的液体静置，使通式(I)的化合物的晶体析出的工序。

通式(I)的化合物可以通过上述制造方法作为晶体来制造，该晶体是本发明的另一方式。THGP八聚体的晶体的大小为8μm×2μm，形状为板状。此外，也可以通过使有机溶剂从将该晶体溶解于有机溶剂中而成的饱和溶液蒸发来进行再结晶化。使用甲醇作为有机溶剂再结晶化而得的THGP八聚体的单晶在用于X射线衍射测定时，显示以下的晶体数据。

晶系：三斜(triclinic)

空间群：P-1

晶格常数：a＝11.8879(7)、b＝20.6589(12)、c＝22.5198(13)、α＝63.5610(10)、β＝76.4800(10)、γ＝81.3480(10)

单位晶格体积：V＝4808.14

X射线衍射测定中，可由于测定条件而产生测定误差。因此，通式(I)的化合物的晶体不限定为产生与上述晶体数据完全相同的晶体数据的晶体，产生与上述晶体数据基本相同的晶体数据的晶体也在本发明的范围内。本领域技术人员可以通过适当改变测定条件对晶体数据实质上的相同性进行确认。

此外，通式(I)的化合物的晶体并非全部为产生上述晶体数据的物质。本领域技术人员理解，产生上述晶体数据的晶体不过是通式(I)的化合物的晶体的一个形态而已，通式(I)的化合物的晶体中可以存在其他形态。

通式(I)的化合物在水中极易溶解，此外也迅速溶解。例如，在20℃的水中，Ge-132的溶解度(100g饱和溶液中溶质的质量(g))约为1％(即20℃的100g饱和水溶液中Ge-132的量约为1g)，此外在同温度的水中，1％的Ge-132达到完全溶解的时间为30分钟以上，而相同条件下THGP八聚体的溶解度为58.8％，溶解时间为10秒左右。此外，THGP八聚体溶解而得的水溶液的pH与生物体的pH同样地显示中性。进一步，通式(I)的化合物在现有THGP聚合物无法溶解的一部分有机溶剂、例如甲醇中也可溶解。

通式(I)的化合物在水中发生水解，生成作为结构单元的水溶性有机锗化合物。该水溶性有机锗化合物在水溶液中能够与具有顺式二醇结构的化合物(例如腺苷、果糖)、具有硫醇结构的化合物(例如H₂S、谷胱甘肽)相互作用。此外，能够抑制由可相互作用的物质引起的疼痛和机械性异常性疼痛。进一步，通过与可相互作用的物质一起在水中溶解，能够抑制可相互作用的物质的官能团的保护或挥发性。因此，通式(I)的化合物能够用于疼痛和机械性异常性疼痛的抑制、含有顺式二醇基的化合物的保护、含有巯基的化合物的保护、由硫化氢引起的疼痛或瘙痒的抑制、除臭或防臭、或者I型干扰素产生的抑制等与Ge-132同样的用途。

通式(I)的化合物可以以进一步含有药学上允许的缓冲剂、稳定剂、保存剂、赋形剂及其他成分和/或其他有效成分的医药组合物、食品组合物或化妆品组合物的形态对生物体使用。该组合物是本发明的进一步的方式。药学上允许的成分是本领域技术人员公知的，本领域技术人员可以在通常的实施能力范围内，例如根据制剂形态从第十七次修改的日本药典其他标准中记载的成分中适当选择使用。

含有通式(I)的化合物的医药组合物能够用于有机锗化合物特别是THGP有效的疾病治疗或症状缓和，例如癌症、感染病的治疗，炎症、疼痛的缓和等。因此，本发明提供有机锗化合物特别是THGP有效的治疗疾病或缓和症状的方法，包括用有效量的含有通式(I)的化合物的医药组合物对对象进行给药。作为疾病的例子，可以列举肿瘤、感染病等，作为症状的例子，可以列举炎症、疼痛等。

本发明中，上述组合物的形态是任意的，可以列举经口剂(锭剂、胶囊剂、散剂、颗粒剂、细粒剂、丸剂、悬浮剂、乳剂、液剂、糖浆剂等)和外用剂(软膏剂、粘贴剂等)作为优选的例子。

上述组合物的给药方法没有特别限定，根据剂形适当确定。一个优选实施方式中，上述组合物经口或经皮对生物体给药。

上述组合物的给药量根据用法、对象的年龄、疾病种类和部位以及其他条件等适当选择，通常，对于成人，每1kg体重为10μg～2000μg、优选为50μg～1000μg、更优选为100μg～500μg，可以将其1天1次、或分多次、或间歇性给药。

通过以下的实施例进一步详细地对本发明进行说明，但本发明不受这些例子的限定。

实施例

实施例1 THGP八聚体的合成与结构分析

1)合成

在2L烧杯中称量Ge-132(500g，换算为单体是2.95mol)，加入1L蒸馏水将其悬浮。在特氟隆(注册商标)容器中称量95％氢氧化钠(124g，2.95mol)，加入500mL蒸馏水将其溶解。搅拌下，将氢氧化钠水溶液分数次添加至先前的Ge-132水悬浊液中进行中和，使Ge-132溶解。将中和溶液移至2L茄形烧屏，减压下加热，浓缩至约1L。将浓缩液移入5L容器，添加3L乙醇，充分搅拌后，室温静置24小时。对析出的晶体进行吸滤和收集，风干，进一步减压下在玻璃管烘箱中105℃加热8小时以上使其干燥，以95％收率得到作为白色晶体的目标化合物。得到的晶体的大小为8μm×2μm，晶体形状为板状。

2)单晶X射线结构分析

将1)中得到的晶体在甲醇中溶解，制备饱和甲醇溶液。将其在室温下非密封静置，使甲醇缓慢蒸发，从而得到生长至1mm以上的板状晶体。回收晶体，使用单晶X射线结构分析装置(SMART APEXII ULTRA，Bruker公司)，在以下的条件下进行X射线衍射强度的测定。

检测器：Bruker APEXII CCD平板探测器(Bruker APEXII CCD area detector)

光源种类：Bruker TXS微焦旋转阳极(Bruker TXS fine-focus rotating anode)

使用波长：Mo

管电流：24mA

管电压：50kv

扫描宽度：0.5°

曝光时间：3s

分析软件和方法：

将确定的晶体结构的参数示于下文，将原子坐标示于表1，将由它们构建的分子结构示于图1。

晶系：三斜(triclinic)

空间群：P-1

单位晶格体积：V＝4808.14

[表1]

确认到1)中得到的晶体是具有8分子THGP脱水缩合而成的结构的有机锗化合物(1,7,9,15-四(2’-羧乙基锗钠)-3,5,11,13-四-[丙酸钠(2-)-C^3’,O’]-锗-2,4,6,8,10,12,14,16,17,18,19,20-十二氧杂五环[8.1^1,5.1^7,11.1^9,13.1^3,15.]二十烷，(1,7,9,15-tetra(2’-sodium carboxyethylgermanium)-3,5,11,13-tetra-[sodium propanato(2-)-C^3’,O’]-germanium-2,4,6,8,10,12,14,16,17,18,19,20-dodecaoxa-pent acyclo[8.1^1,5.1⁷ ^,11.1^9,13.1^3,15.]icosane)，THGP八聚体)(图1和表1)。作为特征点，可列举：构成八聚体的8个THGP中的丙酸链中4个为直链结构而剩下的4个为内酯结构，以及内酯结构中的锗原子为5配位。

3)溶解度

在100mg由1)中得到的THGP八聚体中一点一点地加入精制水或甲醇，室温下搅拌30分钟，重复该操作，测定通过目测确认THGP八聚体完全溶解时的液量。由测得的液量算出THGP八聚体的溶解度(溶质量(g)/总质量(g)×100％)。此外，测定完全溶解时溶液的pH。

以Ge-132为代表的以往的THGP聚合物在水中具有约1％的溶解度，在有机溶剂、例如甲醇中是不溶的。而THGP八聚体在水和甲醇中的溶解度分别为58.8％和1.4％。此外，水溶液的pH显示为7.5左右，在中性附近。

4)溶解速度

在10mL精制水中分别加入100mg Ge-132和THGP八聚体，室温下以300rpm的速度搅拌，测定通过目测确认达到完全溶解所需的时间。

使以Ge-132为代表的以往的THGP聚合物在室温下溶解于水时，晶体达到完全溶解需要某种程度的时间。在Ge-132的1％水溶液制备中测定晶体达到完全溶解的时间，结果确认需要30分钟以上。而THGP八聚体在10秒左右完全溶解。

5)激光衍射粒度分布

使用激光衍射式粒度分布测定装置(HRA，Microtrack公司制)，以乙醇为分散介质，在1分钟的超声波分散后，测定THGP八聚体的粒度分布。测定条件如下。

测定范围：0.06～1400μm

使用光源：二氧化碳激光器×3个

检测器：散射光检测器

结果，确认THGP八聚体是Dp10＝3.4μm、Dp50(中值直径)＝8.0μm、Dp90＝16.9μm的极为微细的粒子(图2)。

6)红外分光光度分析

对于将溴化钾(KBr)与THGP八聚体或Ge-132的混合物进行锭剂化而得的样品，使用红外分光光度计(FTIR-8100M，岛津制作所公司制)进行红外分光分析。分析条件如下。

测定方法：KBr锭剂法

测定范围：400～4600cm^-1

分辨率：4cm^-1

镜面速度：2.8mm/sec

累计次数：40次

结果确认到，在Ge-132中在1700cm^-1观察到的C＝O导致的吸收在THGP八聚体中向低频侧迁移至1650～1550cm^-1，在Ge-132中在3000cm^-1观察到的羧酸导致的吸收在THGP八聚体中消失，进一步，在1500cm^-1以下的指纹区中显示互不相同的光谱(图3)。

7)质谱分析

将THGP八聚体的甲醇溶液用于质谱仪(TOF-MS，QToF Ultima，Waters公司)，进行质谱分析。分析条件如下。

电离模式：ESI+

流动相：甲醇

将利用TOF-MS测得的THGP八聚体的质谱与由天然同位素的量计算的理论谱示于图4。确认实测值与理论值大体一致。

8)¹H NMR测定

对于将THGP八聚体分别溶解在重水和氘代甲醇中而得到的溶液，使用核磁共振装置(Gemini 2000，安捷伦科技公司)测定¹H NMR谱。作为比较对照，制备将Ge-132溶解于重水后用氘代氢氧化钠溶液中和而得的溶液，同样地进行测定。测定条件设为25℃、累计次数16次、300MHz，使残留的HOD的信号偏移至4.80ppm。

将各样品的¹H NMR谱示于图5和6。在将THGP八聚体溶解于重水而得到的¹H NMR谱中，在1.56ppm和2.47ppm分别观测到三重峰。该结果与Ge-132水溶液的¹H NMR谱一致，均提示生成了THGP(图5)。另一方面，在将THGP八聚体溶解于氘代甲醇而得到的¹H NMR谱中，在1.40ppm、1.51ppm、2.30ppm和2.38ppm分别观测到三重峰(图6)。推测在使用重水时，THGP八聚体发生水解而生成了THGP，因此在2个位置观测到位于丙酸链上的2个CH₂引起的信号；而在使用氘代甲醇时，因为不发生水解，所以八聚体中存在的直链状丙酸链和环状丙酸链分别具有的2个CH₂得以区别，在合计4个位置观测到。

实施例2与腺苷的相互作用性的确认

对于将THGP八聚体和腺苷溶解在重水中而得到的混合溶液(混合摩尔比1:1，pH7.0～7.5，100mM)，基于30℃、累计次数16次、300MHz的测定条件测定¹H NMR谱。使残留的HOD的信号偏移至4.80ppm。作为比较对照，对于Ge-132与腺苷的混合溶液也同样地进行测定。

将各样品的¹H NMR谱示于图7。在THGP八聚体与腺苷的混合溶液的¹HNMR谱中，除了来自THGP的1.58ppm(Ge-CH₂引起)和2.50ppm(CH₂-COO^-引起)的三重峰信号以外，在1.76ppm和2.57ppm也观测到新的信号。单独的腺苷时，在上述化学位移附近不具有谱峰，因而提示，新观测到的信号来自腺苷与THGP的复合体。该结果与使用Ge-132代替THGP八聚体时的¹HNMR谱一致，可见，THGP八聚体与Ge-132同样地生成THGP而显示与腺苷的反应性。

实施例3与H₂S的相互作用性的确认

对于将THGP八聚体和NaHS(H₂S的钠盐)溶解在用重水制备的10mM磷酸缓冲液(pH7.4)中而得到的混合溶液(混合摩尔比1:1，pH7.0～7.5，20mM)，基于25℃、累计次数16次、300MHz的测定条件，测定¹H NMR谱。使残留的HOD的信号偏移至4.80ppm。作为比较对照，对于Ge-132与NaHS的混合溶液也同样地进行测定。

将各样品的¹H NMR谱示于图8。在THGP八聚体与NaHS的混合溶液的¹H NMR谱中，除了来自THGP的1.56ppm(Ge-CH₂引起)和2.47ppm(CH₂-COO^-引起)的三重峰信号以外，在1.40ppm和2.39ppm也观测到新的信号。单独的NaHS时，在上述化学位移附近不具有谱峰，因而提示，新观测到的信号来自THGP与NaHS的复合体。该结果与使用Ge-132代替THGP八聚体时的¹H NMR谱一致，可见，THGP八聚体与Ge-132同样地生成THGP而显示与NaHS的反应性。

Claims

1.一种化合物，其为通式(I)的化合物，

[化1]

2.根据权利要求1所述的化合物，R₁、R₂和R₃均为氢。

3.根据权利要求1所述的化合物，X为钠阳离子。

4.根据权利要求1所述的化合物，R₁、R₂和R₃均为氢，X为钠阳离子。