CN114478349B - 一种氟化的Cy7化合物及其合成方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氟化的Cy7化合物及其合成方法和应用，其结构式如下：
该化合物制备方法简单，原料便宜易得，合成条件相对简单，合成成本相对较低，产率较高，适合大规模生产。该化合物具有被动靶向能力，能够在肿瘤区域富集，使得肿瘤区域通过19F MRI和荧光成像的方法进行显影成像，从而实现对肿瘤的诊断，因此，该化合物适合作为19F MRI和荧光成像的双模态显影剂。
Description
技术领域
本发明属于多模态成像技术领域，具体涉及一种氟化的Cy7化合物及其合成方法和应用。
背景技术
相比于生物大分子药物或者显影剂，小分子药物或者显影剂的合成更加简单，结构更易控制，表征和纯度等特质比较容易确定，同时其作用靶点与功效较为明确，所以小分子药物或者显影剂经久不衰，不断地被开发。
将多模态成像功能整合到同一小分子载体上，能够实现批量生产和各自成像模态的优点互补，达到比单一成像模态更好的效果。荧光成像较为灵敏，能够达到细胞器层面的分辨率；磁共振成像没有组织穿透深度限制，但传统1H MRI灵敏度和分辨率相对较低，使用异核造影剂(3He、19F、129Xe等)因为没有背景信号的干扰能够进一步提升造影剂的灵敏度。将目前临床上应用的较为成熟的两种成像手段——磁共振成像和荧光成像进行融合，应用性和可靠性更高，可以根据具体情况采用不同的成像模式以提供更加优化的诊断信息。
发明内容
基于上述现有技术，本发明提供了一种氟化的Cy7化合物及其合成方法和应用，该化合物具有被动靶向能力，能够在肿瘤区域富集，使得肿瘤区域通过19F MRI和荧光成像的方法进行显影成像，从而实现对肿瘤的诊断，因此，该化合物适合作为19F MRI和荧光成像的双模态显影剂。
该化合物的合成方法相对简单，合成成本相对较低，适合大规模生产。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
一种氟化的Cy7化合物，其结构式如下：
一种氟化的Cy7化合物的合成方法，包括如下步骤：
1、在氮气保护下，苯肼-4-磺酸与3-甲基-2-丁酮发生Fischer吲哚合成反应，生成式(I)化合物，反应式如下：
2、式(I)化合物和碱发生酸碱中和反应，生成式(II)化合物，反应式如下：
其中，M为碱金属离子；
3、在氮气保护下，式(II)化合物和1,1,1-三氟-4-碘丁烷发生亲核取代反应，生成式(III)化合物，反应式如下：
4、环己酮与三氯氧磷和N,N-二甲基甲酰胺发生维尔斯迈尔-哈克反应，生成式(IV)化合物，反应式如下：
5、在碱性和催化剂存在的条件下，式(III)化合物和式(IV)化合物发生Knoevenagel缩合反应，生成氟化的Cy7化合物，反应式如下：
进一步，所述的Fischer吲哚合成反应的条件为：在120-130℃温度下发生回流反应，回流反应时间为4-6h。
进一步，所述的酸碱中和反应的条件为：在室温下反应20-28h，所用碱为氢氧化钾，M为钾离子。
进一步，所述的亲核取代反应的条件为：在120-130℃温度下发生回流反应，回流反应时间为12-24h。
进一步，所述的维尔斯迈尔-哈克反应的条件为：在50-60℃温度下发生回流反应，回流反应时间为3-6h。
进一步，所述的Knoevenagel缩合反应的条件为：反应温度为50-60℃，反应时间为12-24h，催化剂为无水乙酸钠。
一种氟化的Cy7化合物在制备多模态成像探剂方面的应用。
进一步，所述的多模态成像探剂为磁共振成像和荧光成像的双模态显影剂。
与现有技术相比，本发明的优点与有益效果在于：
1、该化合物具有被动靶向能力，能够在肿瘤区域富集，通过荧光成像和19F MRI两种成像模式进行可视化，可对肿瘤区域进行精准诊断。
2、该化合物的最大激发波长和最大发射波长都在近红外区域，能够有效地减少背景荧光信号的干扰，并且具备较深的组织穿透深度，可大大提高荧光成像的灵敏度和准确度。
3、该化合物具备较好的生物安全性，水分散性极好，适合用于活体MRI，在肿瘤的早期诊断方面具有很好的应用前景。
4、该化合物制备方法简单，原料便宜易得，合成条件相对简单，合成成本相对较低，产率较高，适合大规模生产。
附图说明
图1为实施例1制备的氟化的Cy7化合物的紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱图。
图2为实施例1制备的氟化的Cy7化合物在不同pH下的荧光发射光谱图。
图3为实施例1制备的氟化Cy7化合物在不同温度下的荧光发射光谱图。
图4为实施例1制备的氟化Cy7化合物的氟谱。
图5为实施例1制备的氟化Cy7化合物的活体荧光成像变化图。
图6为实施例1制备的氟化Cy7化合物的活体19F MRI。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
1、式(I)化合物的合成
称取苯肼-4-磺酸(17.0g，90.4mmol)、无水乙酸钠(7.5g，90.7mmol)和3-甲基-2-丁酮(17.0g，190.7mmol)于250mL圆底烧瓶中，向圆底烧瓶中加入100mL冰醋酸，在氮气保护下，将圆底烧瓶加热到130℃并回流反应6h，反应结束后冷却至室温，向所得混合产物加入大量乙醚进行沉淀，沉淀完全后过滤，收集滤饼，将滤饼用柱层析法进行提纯(洗脱剂：CH3OH：CH2Cl2＝1:5，v/v)，得到粉红色固体(16.4g，产率为75.9％)；
1H NMR(500MHz,MeOD)δ7.92–7.82(m,1H),7.50(d,J＝8.0Hz,1H),2.01(s,1H),1.38(s,3H)；
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2、式(II)化合物的合成
称取步骤1中制备得到的粉红色固体(15.0g，62.8mmol)溶解在100mL甲醇中，得到粉红色溶液，称取KOH固体(3.9g，69.1mmol)溶解在100mL正戊醇中，得到碱液，将碱液缓慢加入到粉红色溶液中，接着在室温搅拌反应24h，反应结束后，将所得的混合产物过滤，将所得滤饼用柱层析法进行提纯(洗脱剂：CH3OH：CH2Cl2＝1:10，v/v)，得到淡粉色固体(15.1g，产率为86.8％)；
1H NMR(500MHz,MeOD)δ7.96–7.81(m,1H),7.50(d,J＝8.0Hz,1H),2.01(s,1H),1.38(s,3H)；
13C NMR(126MHz,MeOD)δ192.09(s),173.82(s),153.74(s),145.54(s),142.48(s),125.74(s),119.49(s),118.29(s),53.91(s),21.70(s)；
3、式(III)化合物的合成
称取步骤2中制备得到的淡粉色固体(13.8g，50.0mmol)和1,1,1-三氟-4-碘丁烷(15.7g，75.0mmol)于100mL圆底烧瓶中，接着向圆底烧瓶中加入50mL甲苯，在氮气保护下，将圆底烧瓶加热到130℃并回流反应过夜，反应结束后冷却至室温，将所得的混合产物旋蒸、浓缩除去溶剂，残余物用柱层析法进行提纯(洗脱剂：CH3OH：CH2Cl2＝1:6，v/v)，得到灰色固体(15.1g，产率为77.8％)；
1H NMR(500MHz,MeOD)δ7.85(dd,J＝12.2,4.2Hz,1H),7.49(d,J＝8.0Hz,1H),2.35(s,1H),1.38(s,3H).
13C NMR(126MHz,MeOD)δ187.79(s),171.05(s),152.26(s),145.95(s),134.78(s),128.21(s),121.93(s),119.67(s),65.17(s),53.54(s),35.08(s),23.13(s),21.00(s),15.37(s)；
19F NMR(471MHz,MeOD)δ-67.91(s)。
4、式(IV)化合物的合成
取40mL无水DMF和40mL无水CH2Cl2于150mL圆底烧瓶中，将圆底烧瓶置于冰水浴中，向圆底烧瓶中缓慢加入POCl3(35mL，380mmol)并搅拌30min，接着用注射器向圆底烧瓶中加入环己酮(9.98g，100mmol)，然后将圆底烧瓶加热至60℃并回流反应3h，反应结束后冷却至室温，将圆底烧瓶中的混合产物倒入400g冰中，静置过夜，过滤，将滤饼先用纯水洗涤再用二氯甲烷洗涤，重复洗涤多次，再将所得的固体物用真空干燥箱干燥，得到明亮黄色固体(7.74g，产率为45.8％)。
1H NMR(500MHz,d6-DMSO)δ8.81(s,2H),2.36(t,J＝6.2Hz,4H),1.67–1.48(m,2H)；
13C NMR(126MHz,MeOD)δ150.65(s),148.69(s),141.75(d,J＝7.7Hz),139.03(d,J＝11.7Hz),120.80(d,J＝3.5Hz),112.88(s),111.37(s),111.19(s)。
5、氟化的Cy7化合物的合成
称取步骤3中制备得到的灰色固体(520.2mg，1.34mmol)、步骤4中制备得到的明亮黄色固体(120.1mg，0.7mmol)和无水乙酸钠(60.0mg，0.7mmol)于50mL圆底烧瓶中，向圆底烧瓶中加入20mL乙酸酐，加热到60℃并反应过夜，反应结束后过滤，将滤饼用CH2Cl2洗涤，将所得的固体物用柱层析法进行提纯(洗脱剂：CH3OH：CH2Cl2＝1:5，v/v)，得到深绿色带金属光泽固体(402.6mg，产率为62.4％)；
m/z＝834.20527；
1H NMR(500MHz,MeOD)δ8.52(d,J＝14.0Hz,1H),8.01–7.88(m,2H),7.42(d,J＝8.4Hz,1H),6.38(d,J＝14.0Hz,1H),4.39–4.22(m,2H),2.78(t,J＝6.1Hz,2H),2.50–2.36(m,2H),2.18–2.01(m,2H),1.87–1.73(m,5H),1.31(s,1H)；
13C NMR(126MHz,MeOD)δ177.66(s),173.49(s),150.97(s),144.97(s),143.28(s),142.42(s),141.11(s),128.17(d,J＝13.2Hz),126.87(s),126.03(s),120.21(s),110.22(s),101.63(s),49.34(s),42.63(s),26.90(s),25.88(s),21.29(d,J＝164.6Hz),20.63(s),19.64(s),13.55–12.50(m)；
19F NMR(471MHz,MeOD)δ-67.55(t,J＝11.0Hz)。
试验一、本发明的氟化Cy7化合物的光谱测试试验
试验方法：
称取9.6mg实施例1制备的氟化的Cy7化合物(标记为FCy7)溶解在10mL PBS中，配制成10mL的1mM母液，4℃下避光保存待用。从母液中吸取0.1mL，加入20mL PBS稀释成5μM的FCy7溶液，移取0.6mL于微量比色皿中进行紫外-可见光吸收光谱测试，移取3mL于四通比色皿中进行荧光发射谱测试。
试验结果：
实施例1制备的氟化的Cy7化合物的紫外-可见吸收光谱和荧光发射谱如图1所示，由图1可知，实施例1制备的氟化的Cy7化合物可激发范围较宽，最大吸收波长为792nm，最大发射波长为810nm，最大吸收波长和最大发射波长均处于近红外一区。
试验二、本发明的氟化的Cy7化合物在不同pH下荧光测试试验
试验方法：
称取9.6mg实施例1制备的氟化的Cy7化合物(标记为FCy7)溶解在10mL PBS中，配制成10mL的1mM FCy7母液，分别吸取0.1mLFCy7母液用20mL不同pH的PBS中(pH＝4.01、6.86和9.18)稀释，配制成不同pH的待测液，将不同pH的待测液进行荧光发射光谱分析，激发波长设置为792nm。
试验结果：
实施例1制备的氟化的Cy7化合物在不同pH下的荧光发射光谱如图2所示，由图2可以，在不同的pH下，实施例1制备的氟化Cy7化合物的荧光发射光谱基本保持不变，说明本发明的氟化的Cy7化合物荧光性质较为稳定，不随pH的变化而变化。
试验三、本发明的氟化的Cy7化合物在不同温度下荧光测试试验
试验方法：
称取9.6mg实施例1制备的氟化的Cy7化合物(标记为FCy7)溶解在10mL PBS中，配制成10mL的1mM FCy7母液，分别吸取0.1mLFCy7母液用20mL pH的PBS中(pH＝6.86)稀释，配制成三份待测液，将三份待测液在不同温度下(T＝32℃、37℃和42℃)进行荧光发射光谱分析，激发波长设置为792nm。
试验结果：
实施例1制备的氟化的Cy7化合物在不同温度下的荧光发射光谱如图3所示，由图3可知，在不同温度下，实施例1制备的氟化Cy7化合物的荧光发射光谱基本保持不变，说明本发明的氟化的Cy7化合物荧光性质较为稳定，不随温度的变化而变化。
试验四、本发明的氟化的Cy7化合物的19F NMR性能测试试验
试验方法：
称取9.6mg实施例1制备的氟化的Cy7化合物(标记为FCy7)溶解在10mL PBS中，配制成10mL的1mM FCy7母液，移取450μL于5mm核磁管中并加入50μL D2O锁场，室温下测其F谱和T1、T2值。
试验结果：
实施例1制备的氟化Cy7化合物的氟谱如图4所示，由图4可知，实施例1制备的氟化Cy7化合物显示出强烈的19F NMR信号，呈现单峰，且其T1值较小、T2值较大，由此表明，本发明的氟化的Cy7化合物非常适合做19F MRI造影剂。
试验五、本发明的氟化的Cy7化合物的活体荧光成像试验
试验方法：
称取9.6mg实施例1制备的氟化的Cy7化合物(标记为FCy7)溶解在10mL PBS中，配制成10mL的1mM FCy7母液，移取0.1mL FCy7母液加入0.9mL PBS中，配制成1mL 100μM的FCy7溶液，通过尾静脉注射的方式向转移瘤模型老鼠(裸鼠的右后腿皮下注射A549细胞，2-3周后肿瘤成型)中注射100μL FCy7溶液，利用视觉相机分别在不同时间点对转移瘤模型老鼠肿瘤部位拍照，测量其肿瘤部位的荧光强度的变化。
试验结果：
实施例1制备的氟化Cy7化合物的活体荧光成像变化图如图5所示，由图5可知，在转移瘤模型老鼠尾静脉注射FCy7溶液后，FCy7随血液循环很快到达全身，并且在极短的时间内(2h)在肿瘤区域富集并达到最大值，随着观测时间的延长，肿瘤和其他部位的荧光都在衰减，说明FCy7分子正在被代谢掉，保证了该造影剂分子的生物安全性。
试验六、本发明的氟化的Cy7化合物的活体19F MRI试验
试验方法：
称取9.6mg实施例1制备的氟化的Cy7化合物(标记为FCy7)溶解在2mL PBS中，配制成2mL的5mM FCy7溶液，将荷瘤老鼠(约5×106个A549细胞(约200μL)注射进小鼠的右后腿皮下，2-3周后形成转移瘤)用异氟烷麻醉，将100μL 5mMFCy7溶液原位注射进小鼠的肿瘤区域，然后通过9.4T核磁成像仪检测目标产物FCy7的信号，采样期间保持异氟烷麻醉。
试验结果：
实施例1制备的氟化Cy7化合物的活体19F MRI如图6所示，由图6可知，FCy7可在肿瘤区域扩散，可在-67.5ppm处采集信号，19F MRI信号区域与肿瘤区域高度重合，由此表明，本发明的氟化的Cy7化合物能够在活体内通过19F MRI实现对肿瘤的识别。
Claims (9)
1.一种氟化的Cy7化合物，其特征在于其结构式如下：
2.一种权利要求1所述的氟化的Cy7化合物的合成方法，其特征在于包括如下步骤：
(2.1)在氮气保护下，苯肼-4-磺酸与3-甲基-2-丁酮发生Fischer吲哚合成反应，生成式(I)化合物，反应式如下：
(2.2)式(I)化合物和碱发生酸碱中和反应，生成式(II)化合物，反应式如下：
其中，M为碱金属离子；
(2.3)在氮气保护下，式(II)化合物和1,1,1-三氟-4-碘丁烷发生亲核取代反应，生成式(III)化合物，反应式如下：
(2.4)环己酮与三氯氧磷和N,N-二甲基甲酰胺发生维尔斯迈尔-哈克反应，生成式(IV)化合物，反应式如下：
(2.5)在碱性和催化剂存在的条件下，式(III)化合物和式(IV)化合物发生Knoevenagel缩合反应，生成氟化的Cy7化合物，反应式如下：
3.根据权利要求2所述的氟化Cy7化合物的合成方法，其特征在于所述的Fischer吲哚合成反应的条件为：在120-130℃温度下发生回流反应，回流反应时间为4-6h。
4.根据权利要求2所述的氟化Cy7化合物的合成方法，其特征在于所述的酸碱中和反应的条件为：在室温下反应20-28h，所用碱为氢氧化钾，M为钾离子。
5.根据权利要求2所述的氟化Cy7化合物的合成方法，其特征在于所述的亲核取代反应的条件为：在120-130℃温度下发生回流反应，回流反应时间为12-24h。
6.根据权利要求2所述的氟化Cy7化合物的合成方法，其特征在于：所述的维尔斯迈尔-哈克反应的条件为：在50-60℃温度下发生回流反应，回流反应时间为3-6h。
7.根据权利要求2所述的氟化Cy7化合物的合成方法，其特征在于：所述的Knoevenagel缩合反应的条件为：反应温度为50-60℃，反应时间为12-24h，催化剂和碱均为无水乙酸钠。
8.一种权利要求1所述的氟化的Cy7化合物在制备多模态成像探剂的应用。
9.根据权利要求8所述的氟化的Cy7化合物的应用，其特征在于：所述的多模态成像探剂为磁共振成像和荧光成像的双模态显影剂。
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