DE102012112886A1 - New spin transition complex, useful as MRI contrast agent, magnetic memory, sensor, storage medium, and optical temperature sensor - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ungeladene neutrale Spinübergangskomplexe, deren Herstellung und Verwendung.The present invention relates to uncharged neutral spin-transition complexes, their preparation and use.
Verbindungen die in einem externen Magnetfeld ihren Spinzustand in Abhängigkeit von der Temperatur von lowspin (diamagnetisch) nach highspin (paramagnetisch) ändern, sind auf verschiedenen technischen Gebieten von Nutzen. Ein Beispiel ist die Herstellung von MRI-Kontrastmitteln, bei welchen die erhöhte Temperatur im Tumorgewebe im Vergleich zu gesundem Gewebe zu einem erhöhten Kontrast bei bildgebenden Verfahren führt.Compounds which change their spin state as a function of the temperature from lowspin (diamagnetic) to highspin (paramagnetic) in an external magnetic field are useful in various technical fields. One example is the production of MRI contrast agents, in which the elevated temperature in tumor tissue leads to increased contrast in imaging compared to healthy tissue.
Gängige Gadolinium-haltigen MRI-Kontrastmittel können unter Umständen nephrogene systemische Fibrose auslösen. Dieser Nachteil der Gd-Ionen ist von eisenhaltigen Kontrastmitteln nicht zu erwarten. Da Eisenionen in jedem menschlichen Organismus (z. B. im Blut und in Zellen) vorhanden sind.Common gadolinium-containing MRI contrast agents may induce nephrogenic systemic fibrosis. This disadvantage of Gd ions is not expected from iron-containing contrast agents. Since iron ions are present in every human organism (eg in the blood and in cells).
Aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgemäß, Spinübergangskomplexe zur Verfügung zu stellen, welche zum einen die Nachteile der bisher verwendeten Gadoliniumverbindungen vermeidet und zum anderen aber auch zu einem verbesserten Einstellen des Temperaturbereichs des Schaltvorgangs führt. Die temperaturabhängige Änderung des magnetischen Moments soll zu besseren Kontrasten bei MRI-Verfahren führen. Dies ist speziell hinsichtlich der erhöhten Temperatur von Tumorgewebe verglichen mit gesundem Gewebe von Vorteil. Ebenso soll aber auch eine Verwendung auf anderen Gebieten, z. B. im Bereich der Magnetspeicher, der Sensoren, insbesondere Thermosensoren und intelligenter Drucktinten, der druckbaren Elektronik, erreicht werden.It is accordingly an object of the present invention to provide spin-transition complexes which on the one hand avoids the disadvantages of the gadolinium compounds used hitherto and, on the other hand, also leads to an improved setting of the temperature range of the switching process. The temperature-dependent change of the magnetic moment should lead to better contrasts in MRI procedures. This is particularly advantageous in terms of the elevated temperature of tumor tissue compared to healthy tissue. Likewise, but also a use in other areas, such. As in the field of magnetic memory, the sensors, especially thermal sensors and intelligent printing inks, the printable electronics, can be achieved.
Diese Aufgabe wird durch einen Spinübergangskomplex der allgemeinen Formel
M = Fe, Mn, Co
x = 2 und
L = 2-Pyrazol-1-yl-6-(1H-Tetrazol-5-yl)-pyridin mit verschiedenen Substituenten R gelöst.This object is achieved by a spin-transition complex of the general formula
M = Fe, Mn, Co
x = 2 and
L = 2-pyrazol-1-yl-6- (1H-tetrazol-5-yl) -pyridine with different substituents R.
Erfindungsgemäß handelt es sich vorzugsweise um neutrale, nicht ionische Verbindungen, welche sublimierbar sind und so als dünner Film oder zu Nanopartikeln verarbeitet werden können.According to the invention, these are preferably neutral, nonionic compounds which are sublimable and can thus be processed as a thin film or nanoparticles.
Zugleich kann durch den Einsatz anionischer Liganden eine erhöhte Stabilität erzielt werden, wobei die Liganden das Fe(II), Mn(II) und Co(II) Kation zu koordinieren vermögen. Die Stabilität ist damit im Vergleich zu vergleichbaren ionischen Fe(II), Mn(II) und Co(II)-Komplexen erhöht. Die Verbindungen können bei Raumtemperatur in einem externen Magnetfeld von nicht-magnetisch zu magnetisch geschaltet werden (Umschaltung von „low-spin” zu „high-spin”, diamagnetisch zu paramagnetisch). Die erfindungsgemäßen Spinübergangskomplexe enthalten vorzugsweise Eisenatome der Oxidationsstufe +2. Demgemäß hat der Spinübergangskomplex bevorzugt folgende Strukturformeln: wobei die Reste R1, R2, R3, R4, R5 und R6 gleich oder verschieden sein können. Bei den genannten Resten kann es sich um H, Alkyle, aromatische Ringe, heteroaromatische Ringe, NO2, OH–, Ester, Ether, Halogene, z. B. I, Br, Cl, Fl, NH2, NH(CH3)2 handeln. Diese Reste kommen auch in Betracht, wenn M = Mn oder Co ist.At the same time, an increased stability can be achieved by the use of anionic ligands, wherein the ligands are able to coordinate the Fe (II), Mn (II) and Co (II) cation. The stability is thus increased in comparison to comparable ionic Fe (II), Mn (II) and Co (II) complexes. The compounds can be switched from non-magnetic to magnetic at room temperature in an external magnetic field (switching from "low-spin" to "high-spin", diamagnetic to paramagnetic). The spin-transition complexes according to the invention preferably contain iron atoms of the oxidation state +2. Accordingly, the spin-transition complex preferably has the following structural formulas: where the radicals R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 may be the same or different. The radicals mentioned may be H, alkyls, aromatic rings, heteroaromatic rings, NO 2 , OH - , esters, ethers, halogens, eg. B. I, Br, Cl, Fl, NH 2 , NH (CH 3 ) 2 act. These radicals are also contemplated when M = Mn or Co.
Die Komplexe sind vorteilhafterweise für die Herstellung von MRI-Kontrastmitteln einsetzbar, bei welchen die erhöhte Temperatur im Tumorgewebe im Vergleich zu gesundem Gewebe zu einem erhöhten Kontrast bei bildgebenden Verfahren führt, d. h. vor allen Dingen in der medizinischen Diagnostik ist eine Anwendung gewährleistet. Ebenso können Thermosensoren, Magnetspeicher und Drucktinten hergestellt werden.The complexes can be used advantageously for the production of MRI contrast agents in which the elevated temperature in the tumor tissue leads to an increased contrast in imaging processes compared with healthy tissue, ie. H. Above all, in medical diagnostics, an application is guaranteed. Similarly, thermal sensors, magnetic memories and printing inks can be produced.
Die erfindungsgemäßen Spinübergangskomplexe können in Form von Pulvern oder Kristallen, Nanopartikeln oder dünnen Filmen verwendet werden. Für die Nanopartikel sind vorzugsweise Bereiche von 1–200 nm, besonders bevorzugt von 1–100 nm einsetzbarThe spin-transition complexes of the invention may be used in the form of powders or crystals, nanoparticles or thin films. For the nanoparticles preferably ranges of 1-200 nm, more preferably 1-100 nm are used
Vorteilhaft bei den erfindungsgemäßen Spinübergangskomplexen ist, dass diese bei Raumtemperatur von „low-spin” (S = 0) zu „high-spin” (S = 2) umzuschalten vermögen. Eine erhöhte Stabilität kann durch anionische Liganden erreicht werden, die die Fe(II)-Kationen koordinieren. Damit werden im Vergleich zu entsprechend ionischen Fe(II)-Komplexen erhöhte Stabilitäten erreicht. Das System weist demgemäß Vorteile gegenüber den kationischen Verbindungen gemäß der
Neben den genannten Anwendungsgebieten im Bereich der Medizin (MRT-Techniken, Radiologie-Bereich) und der Elektrotechnik (Magnetspeicher, Thermosensoren) sind auch Anwendungen bei Geräten mit Speichermedien und bei diversen optischen Temperatursensoren (z. B. farbiges Papier, das die Farbe in Abhängigkeit von der Temperatur ändert) denkbar.In addition to the above fields of application in the field of medicine (MRI techniques, radiology area) and electrical engineering (magnetic memory, thermal sensors) are also applications for devices with storage media and various optical temperature sensors (eg colored paper, the color depending changes from the temperature) conceivable.
Die erfindungsgemäßen Spinübergangskomplexe können vorzugsweise durch Umsetzung von 2-Pyrazol-1-yl-Pyridin in Gegenwart von Eisensalzen hergestellt werden. In einem ersten Schritt erfolgt hierbei eine Synthese des 2-Pyrazol-1-yl-6-(1H-Tetrazol-5-yl)-Pyridins nach folgendem Schema: The spin-transition complexes according to the invention can preferably be prepared by reacting 2-pyrazol-1-yl-pyridine in the presence of iron salts. In a first step, a synthesis of 2-pyrazol-1-yl-6- (1H-tetrazol-5-yl) -pyridine proceeds according to the following scheme:
In einem letzten Schritt wird sodann eine Umsetzung in Gegenwart von Eisensalzen nach folgendem Schema durchgeführt: In a final step, a reaction in the presence of iron salts is then carried out according to the following scheme:
Die Reste R1, R2, R3, R4, R5 und R6 haben die o. g. Bedeutung.The radicals R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 have the abovementioned meaning.
Zur Herstellung eines Pulvers wird ein Lösungsmittel einer Lösung des Spinübergangskomplexes verdampft. Als Lösungsmittel kommen zum Beispiel Mischungen aus Methylenchlorid und Methanol in Betracht. Die Herstellung verschiedener Korngrößen wird erfindungsgemäß durch Ausfällen des Spinübergangskomplexes aus einer Lösung und durch Zugabe eines zweiten Lösungsmittels, in dem die Verbindung nicht löslich ist, erreicht. Hierbei kann vorzugsweise der Spinübergangskomplex aus Lösungsmitteln, wie beispielsweise Chloroform ausgefällt werden. Als zweites Lösungsmittel ist insbesondere N-Hexan geeignet. Unterschiedliche Korngrößen können hierbei über die Einstellung der Konzentration des Spinübergangskomplexes vor der Zugabe des zweiten Lösungsmittels erzielt werden. Die Konzentrationswerte liegen erfindungsgemäß vorzugsweise zwischen 0,1 mmol/l bis 1 mmol/l. Bevorzugt sind 0,05–0,5 mmol/l und besonders bevorzugt 0,1–0,5 mmol/l.To prepare a powder, a solvent of a solution of the spin-transition complex is evaporated. Suitable solvents are, for example, mixtures of methylene chloride and methanol. According to the invention, the production of different particle sizes is achieved by precipitating the spin-transition complex from a solution and by adding a second solvent in which the compound is not soluble. Here, preferably, the spin-transition complex can be precipitated from solvents such as chloroform. As a second solvent, in particular N-hexane is suitable. Different particle sizes can be achieved by adjusting the concentration of the spin-transition complex prior to the addition of the second solvent. The concentration values are according to the invention preferably between 0.1 mmol / l to 1 mmol / l. Preference is given to 0.05-0.5 mmol / l and more preferably 0.1-0.5 mmol / l.
Im Folgenden wird die Erfindung unter die Bezugnahme auf die Beispiele näher beschrieben:The invention will be described in more detail below with reference to the examples:
1. Synthese des Pyrazolylpyridin-N-Oxids.1. Synthesis of the pyrazolylpyridine N-oxide.
2-Pyrazol-1-yl-Pyridin (20 g) wird gelöst in 50 ml Trifluoressigsäure (TFA). H2O2 (30%, 20 ml) wird vorsichtig zu dieser Lösung hinzugefügt.2-Pyrazol-1-yl-pyridine (20 g) is dissolved in 50 ml trifluoroacetic acid (TFA). H 2 O 2 (30%, 20 mL) is added carefully to this solution.
Die Reaktionslösung wird in einem Ölbad auf 50°C erhitzt. Nach 17 Stunden werden 10 ml Wasserstoffperoxid zugesetzt. Es erfolgt über Nacht eine Reaktion, die sodann gestoppt wird, in dem unter Zusatz von Eis gekühlt wird. Ein pH-Wert von 10 wird vorsichtig mit 8 M KOH eingestellt. Das Produkt wird mit Dichlormethan (4 × 30 ml) extrahiert. Die organische Phase wird über Na2SO2 getrocknet und gefiltert. Das Lösemittel wird bei reduziertem Druck entfernt. Die Komponente wird anschießend in einer Chromotographiesäule über Kieselgel (Eluent CH2Cl2/MeOH) gereinigt. Die Ausbeute beträgt 70%.The reaction solution is heated to 50 ° C in an oil bath. After 17 hours, 10 ml of hydrogen peroxide are added. There is an overnight reaction, which is then stopped, is cooled in the addition of ice. A pH of 10 is carefully adjusted with 8 M KOH. The product is extracted with dichloromethane (4 x 30 ml). The organic phase is dried over Na 2 SO 2 and filtered. The solvent is removed under reduced pressure. The component is subsequently purified in a chromotography column over silica gel (eluent CH 2 Cl 2 / MeOH). The yield is 70%.
2. Synthese des 6-Pyrazol-1-yl-Pyridin-2-Carbonitril.2. Synthesis of 6-pyrazol-1-yl-pyridine-2-carbonitrile.
Zu einer eisgekühlten Lösung des Pyrazol-Pyridin-N-Oxids (0,644 g, 4 mmol) und Trimethylsilylcyanid (2 ml, 16 mmol) in ca. 12 ml CH2Cl2 wird unter N2 vorsichtig Benzoylchlorid (2 eq., 0,93 ml, 8 mmol) hinzugefügt. Nach Rühren über 23 Stunden bei Raumtemperatur werden 20 ml einer einmolaren Na2CO2 sorgfältig zu der gekühlten Reaktionsmischung hinzugefügt. Die Mixtur wird mit Dichlormethan (3 × 30 ml) extrahiert. Die organische Phase wird über MgSO4 getrocknet und das Lösungsmittel entfernt. Die Reinigung erfolgt mittels Säulenchromatographie auf SiO2 unter Verwendung von n-Hexan und CH2Cl2. Der Ertrag liegt bei 0,44 g bzw. 64%.To an ice-cooled solution of the pyrazole-pyridine-N-oxide (0.644 g, 4 mmol) and trimethylsilyl cyanide (2 ml, 16 mmol) in about 12 ml CH 2 Cl 2 is carefully benzoyl chloride under N 2 (2 eq., 0, 93 ml, 8 mmol). After stirring for 23 hours at room temperature, 20 ml of 1 molar Na 2 CO 2 are carefully added to the cooled reaction mixture. The mixture is extracted with dichloromethane (3 x 30 ml). The organic phase is dried over MgSO 4 and the solvent removed. Purification is carried out by column chromatography on SiO 2 using n-hexane and CH 2 Cl 2 . The yield is 0.44 g or 64%.
3. Synthese des 2-Pyrazol-1-yl-6-(1H-Tetrazol-5-yl)-Pyridins.3. Synthesis of 2-pyrazol-1-yl-6- (1H-tetrazol-5-yl) -pyridine.
6-Pyrazol-1-yl-Pyridin-2-Caronitril (0,426 g), 2,5 mmol, 1 eq.), NaN3 (0,366 g, 5,63 mmol, 2,2 eq.) und NH4Cl (0,301 g, 5,63 mmol, 2,2 eq.), werden in 5 ml frisch destilliertem Dimethylformamid (DMF) suspendiert und auf eine Temperatur von 100°C unter Stickstoffatmosphäre über Nacht erhitzt.6-pyrazol-1-yl-pyridine-2-caronitrile (0.426 g), 2.5 mmol, 1 eq.), NaN 3 (0.366 g, 5.63 mmol, 2.2 eq.) And NH 4 Cl ( 0.301 g, 5.63 mmol, 2.2 eq.) Are suspended in 5 ml of freshly distilled dimethylformamide (DMF) and heated to a temperature of 100 ° C. under nitrogen atmosphere overnight.
Das Reaktionsprodukt wird in 40 ml Wasser gegeben und eine 1 M HCl-Lösung wird zur Azidifizierung auf einen pH-Wert von 1–2 verwendet. The reaction product is poured into 40 ml of water and a 1 M HCl solution is used to acidify to a pH of 1-2.
Der weiße Niederschlag wird abfiltriert und mit Wasser gewaschen (5 × 3 ml) sowie unter Vacuum getrocknet. Der Ertrag liegt bei 0,451 g entsprechend 84%.The white precipitate is filtered off and washed with water (5 × 3 ml) and dried under vacuum. The yield is 0.451 g, corresponding to 84%.
2-Pyrazol-1-yl-6-(1H-Tetrazol-5-yl)-Pyridin (0.451 g, 2,11 mmol) wird in Methanol (90 ml) und Methylenchlorid (30 mL) gelöst. Dazu gibt man Kalium-tert-butanolat (2,2 mmol) zu. Die Lösung wird mit Argon entgast, bis sie frei von Sauerstoff ist. Es folgt die Zugabe eines halben Äquivalents Fe(H2O)6(BF4)2 (0,356 g, 1,055 mmol). Die Reaktion wird für 3 Stunden am Rückfluß erhitzt. Das Reaktionsprodukt kristallisiert nach langsamen verdampfen der Lösungsmittel, Ausbeute 76%.2-Pyrazol-1-yl-6- (1H-tetrazol-5-yl) -pyridine (0.451 g, 2.11 mmol) is dissolved in methanol (90 ml) and methylene chloride (30 ml). To this is added potassium tert-butoxide (2.2 mmol). The solution is degassed with argon until it is free of oxygen. This is followed by the addition of half an equivalent of Fe (H 2 O) 6 (BF 4 ) 2 (0.356 g, 1.055 mmol). The reaction is refluxed for 3 hours. The reaction product crystallizes after slow evaporation of the solvent, yield 76%.
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