DE60022058T2

DE60022058T2 - Verfahren zur herstellung von [18f] radiomarkierten nitroimidazol-derivaten zum nachweis zellulärer hypoxie

Info

Publication number: DE60022058T2
Application number: DE60022058T
Authority: DE
Inventors: Jacqueline Marchand; Vincent Gregoire
Original assignee: Universite Catholique de Louvain UCL
Current assignee: Universite Catholique de Louvain UCL
Priority date: 1999-08-11
Filing date: 2000-05-22
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2020-05-23
Also published as: EP1202945B1; ES2246858T3; WO2001012575A1; ATE302175T1; AU5215100A; DE60022058D1; US7108846B1; EP1202945A1; JP2003507354A; CA2378712A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der chemischen Synthese von radiomarkierten bioaktiven Verbindungen für den Nachweis spezifischer Ziele, die in Geweben und Zellen eines Patienten vorhanden sind, und betrifft die erhaltenen [¹⁸F]-radiomarkierten Verbindungen und die Zwischenprodukte, die in dem Verfahren zu ihrer Darstellung verwendet sind.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft [¹⁸F]-markierte perfluorierte Verbindungen, insbesondere [¹⁸F]-EF3 und [¹⁸F]-EF5.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Darstellung besagter markierter Verbindungen und ihre Zwischenprodukte.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung besagter [¹⁸F]-markierter Verbindungen für den Nachweis zellulärer Hypoxie.
Ganz besonders betrifft die vorliegende Erfindung das Gebiet der chemischen Synthese von radiomarkierten Verbindungen, die als Indikatoren für eine Gewebehypoxie verwendet werden sollen. Die vorliegende Erfindung stellt Verfahren zur Darstellung besagten Verbindungstyps bereit, wie auch zweckdienliche Vorläufer in besagter Synthese und Verfahren zur Darstellung derselben.
Zelluläre Hypoxie ist ein typisches Merkmal bei verschiedenen physiopathologischen Prozessen, wie häufig als maligne Tumorentwicklung, Herzkrankheit, Schlaganfall, Diabetes und Wundheilung. In malignen Tumoren haben haben experimentelle und klinische Anzeichen gezeigt, dass der hypoxische Anteil den malignen Phänotyp, die Wachstumsrate beeinflussen kann und die Empfindlichkeit für ionisierende Strahlen und Chemotherapeutika vermindern kann. In Schädel- und in Halslymphknoten- und in Cervixkarzinomen zum Beispiel ist die Tumorhypoxie individuell mit einer höheren Rate lokaler Wiederentstehung nach der Radiotherapie assoziiert. Bei Schlaganfall und Herzinfarkt ist gezeigt worden, dass die Schwere der Gewebefunktionsbeeinträchtigung entscheidend vom Ort und der Menge an ischämischem Gewebe abhängt.
In diesem Rahmen hat die genaue Bestimmung des Ausmaßes der Gewebehypoxie immer im Zentrum intensiver Forschungen gestanden. Eine derartige Information ist von großem Wert als Prognosefaktor für die Schwere der Krankheit und ist ein Mittel für die Auswahl alternativer Therapien und für die Kontrolle der Reaktion auf therapeutische Eingriffe. In der Onkologie hat die jüngste Entwicklung in den Mikroelektrodentechniken die Messung des Sauerstoffpartialdruckes (pO₂) in experimentellen wie auch in klinischen Tumoren erlaubt. Diese Technik hat viel zum jetzigen Wissen über den Einfluss der Hypoxie in der Tumorphysiopathologie und Reaktion auf die Behandlung beigesteuert. Allerdings hat eine derartige Technik wesentliche Grenzen. Die Empfindlichkeit des Verfahrens ist weit davon entfernt, im Bereich von pO₂-Werten (<10 mm Hg) optimal zu sein, die in der Onkologie von Interesse sind. Es fehlt ihr an Spezifität, da sie ebenfalls sehr stark von dem Ausmaß der Gewebenekrose um die Mikroelektrode herum beeinflusst wird. Überdies ist sie eine invasive und zeitraubende Technik, die niemals als Routine in der Klinik sehr große Anwendung finden wird. Bei Schlaganfall und Herzkrankheiten gibt es kein Verfahren für eine direkte Messung der Gewebehypoxie, auf die folglich nur aus indirekten Messungen des Gewebestoffwechsels und Vaskularisation geschlossen werden kann.
Tumorhypoxie wird unter Verwendung von Hypoxie-bindenden chemischen Markern detektiert. Diese Marker sind nitroheterocyclische Verbindungen, die einen besonderen Metabolismus unter hypoxischen zellulären Bedingungen zeigen und folglich an intrazelluläre Makromoleküle (z.B. Proteine, RNA, Lipide und DNA) kovalent binden. Diese in hypoxischen Zellen festgehaltenen reduzierten Komponenten können mittels Immunfluoreszenz auf Gewebeschnitten oder mittels Durchflusscytometrie unter Verwendung von für beide Techniken spezifischen Antikörpern detektiert werden. Markiert mit einem geeigneten radioaktiven Isotop könnten diese reduzierten Komponenten ebenfalls mit Hilfe nuklearmedizinischer Techniken detektiert werden. Misonidazol ist der Prototyp für Hypoxiebindende chemische Marker. Erst vor kurzem sind ein tri- und pentafluoriertes Nitroimidazol-Derivat, als EF3 beziehungsweise EF5 bezeichnet, synthetisiert worden (US Patent, Nr. 5.540.908, unter dem Namen Koch). Im Vergleich mit Misonidazol haben diese 2 Verbindungen mehrere Vorteile. Beide Verbindungen zeigen ein spezifischeres Binden an hypoxische Zellen und das Binden hängt nicht vom intrazellulären Level von Reduktasesystemen ab. Zusätzlich sind Fluorchrom-konjugierte spezifische Antikörper sowohl für EF3 als auch EF5 entwickelt worden. In verschiedenen Versuchssystemen wie beispielsweise EMT6 Sphäroide, EMT6 Tumoren und Moris 7777 Rattentumoren ist von einem Sauerstoffabhängigen Binden berichtet worden. EF5 ist jüngst von amerikanischen Behörden für Humanstudien zugelassen worden und ein Phase I Versuch läuft in den USA. Obwohl sehr sensitiv und spezifisch, bleibt allerdings die Bestimmung von zellulärer Hypoxie mit EF5 oder EF3 invasiv, da die Verwendung von Gewebeproben erforderlich ist.
Die [¹⁸F]-Monofluorierung von bioaktiven Verbindungen ist bekannt; normalerweise wird bei der Synthese die klassische nukleophile Verdrängung einer Abgangsgruppe mit einem [¹⁸F] Fluoridanion genutzt. Insbesondere ist das Verfahren für die Darstellung von [¹⁸F]-Fluorethanidazol (1) und [¹⁸F]-Fluormisonidazol (2) und [¹⁸F]-Fluorerythronitroimidazol (3), drei Mitglieder der Nitroimidazol-Familie, angewandt worden.
In der organischen Synthese bleibt die direkte und selektive Perfluorierung (-CF₂, -CF₃ und -C₂F₅) ein schwieriges Problem, weil die Strategie der klassischen nukleophilen Substitution nicht effizient angewandt werden konnte (4). Die Darstellung perfluorierter Moleküle mit einfachen Fluorierungsverfahren ist zunehmend problematisch, wenn die Anzahl der im Molekül enthaltenen Fluoratome steigt; dies resultiert aus den starken Elektronenabstoßungen zwischen den bereits in einem gegebenen Molekül vorhandenen Fluoratomen und dem Fluor-Reagenz, das in das Molekül eindringen möchte. Deshalb wird die Bildung einer -CF₃-Gruppe aus einem Carboxyl-Vorläufer normalerweise mit dem sehr starken und toxischen Reagenz SF₄ (4) durchgeführt. Kürzlich ist eine alternative Lösung gefunden worden, die sulfurierte Vorläufer (Orthotrithioester und Dithioester), Haloniumionen und ein HF-Reagenz nutzt; allerdings ist dieses Verfahren nur im Falle von wenig funktionalisierten aromatischen Verbindungen und konjugierten Verbindungen (5) anwendbar. Bei den Aliphaten ist ein Präzedenzfall festgestellt worden, der die Einführung einer CF₂-Gruppe in nicht-funktionalisierte Alkylketten (6) betrifft.
Was die [¹⁸F]-Markierung einer CF₃-Gruppe anbelangt, so ist das Substitutionsverfahren von einem CF₂Br-Vorläufer für zwei spezifische Anwendungen angewandt worden, in denen die Konkurrenz mit einer Eliminierungsreaktion nicht vorkommen konnte (7). Die [¹⁸F]-Markierung einer CF₂- und CF₃-Gruppe von nicht-funktionalisierten aromatischen und aliphatischen persulfurierten Vorläufern ist kürzlich von unserer Arbeitsgruppe beschrieben worden (8).
Soweit funktionalisierte aliphatische Vorläufer betrachtet werden (zum Beispiel Aminosäure-Derivate), ist kein Präzendenzfall in der Literatur für die [¹⁸F]-Markierung von CF₂-, CF₃- oder C₂F₅-Gruppen gefunden worden; dies ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung zielt auf die Entwicklung und das Testen markierter bioaktiver Verbindungen, ganz besonders [¹⁸F]-EF3 und [¹⁸F]-EF5 für eine in vivo Detektion von Hypoxie. Ein derartiges Verfahren würde Messungen sowohl des hypoxischen Anteils als auch der Verteilung der Hypoxie innerhalb eines individuellen Gewebes oder Tumors erlauben. Im Vergleich mit vorhandenen Verfahren zur Messung von Hypoxie (z.B. Mikroelektrode, Immunfluoreszenz und/oder Durchflusscytometrie zur Detektion Hypoxie bindender chemischer Marker) ist die PET-Detektion eine nicht-invasive Technik, die individuelle Messungen in beliebigen Geweben und Tumoren gestatten würde. Im Vergleich mit anderen nuklearmedizinischen Techniken (z.B. SPECT) bietet die Detektion mit der PET-Kamera den Vorteil einer besseren räumlichen Auflösung und viel genaueren Quantifizierung der Radioaktivität. Im Vergleich mit anderen Hypoxie-bindenden chemischen Markern würden [¹⁸F]-EF3 und [¹⁸F]-EF5 sowohl ihre überlegene Spezifität als auch Empfindlichkeit für hypoxische Zellen beibehalten, wie es für die nichtmarkierten Ausgangsverbindungen beobachtet wurde. Eine derartige Technik könnte ohne weiteres mit anatomischen bildgebenden Mitteln (z.B. CT Scanner und MRI) kombiniert werden, was eine bessere Kartierung der Verteilung der Hypoxie in einem bestimmten Gewebe/Organ erlauben würde. Zusätzlich könnte die Detektion der Hypoxie mit dem PET-Verfahren ebenfalls mit anderen funktionalen bildgebenden Techniken (z.B. fMRI, PET mit anderen Markern) kombiniert werden, um wichtige physiologische Parameter wie Gewebeproliferation oder -metabolismus zu untersuchen. Ein derartiger kombinierter Versuchsansatz sollte eine nicht-invasive Untersuchung von interessanten physiopathologischen Fragen bezüglich Tumorentwicklung und Reaktionen auf eine Behandlung oder bezüglich funktionaler Gewebedefekte nach einer ischämischen Verletzung erlauben. Wichtige physiopathologische Fragen bezüglich Tumorentwicklung und Reaktion auf eine Behandlung oder bezüglich Verständnis funktionaler Gewebedefekte nach einem ischämischen Schaden könnten mit dieser nuklearmedizinischen Technik untersucht werden.
Folglich hat die Einschätzung der Gewebehypoxie mit [¹⁸F]-EF3 oder [¹⁸F]-EF5 wahrscheinlich signifikante Vorteile für die Behandlung von Krebs und anderen Humankrankheiten. Die Strukturen von EF3 und EF5 sind in 1 (9) gezeigt.
Die vorliegende Erfindung zielt folglich auf Verfahren für die Synthese perfluorierter radiomarkierter bioaktiver Verbindungen, die mit einem in Patientenzellen vorhandenen Ziel selektiv reagieren.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Darstellung von ursprünglich schwefelhaltigen Vorläufern als eine erste Zwischenverbindung, die die direkte Radiomarkierung von Perfluoralkylgruppen (-CF₃, -CF₂-) mit [¹⁸F] auf Substraten erlaubt, die mit stickstoffhaltigen Funktionen ausgestattet sind. Diese erste Zwischenverbindung ist in Ansprüchen 10, 11, 12 und 13 definiert. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls die [¹⁸F]-markierte perfluorierte zweite Zwischenverbindung, wie in den Ansprüchen 14, 15, 16 und 17 definiert, und die [¹⁸F]-markierte perfluorierte dritte und letzte Zwischenverbindung mit der Formel eines wie in Ansprüchen 18, 19 und 20 definierten Perfluorpropylamins.
Ganz besonders zielt die vorliegende Erfindung auf Verfahren für die Synthese von [¹⁸F]-markierten perfluorierten Nitroimidazol-Derivaten, ganz besonders Verfahren zur Synthese von [¹⁸F]-markiertem EF3 und EF5.
Die vorliegende Erfindung zielt ebenfalls auf zweckdienliche schwefelhaltige Vorläufer für die Synthese besagter Verbindungen und Verfahren zur Darstellung derselben.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem verschiedene Verwendungen besagter perfluorierter radiomarkierter bioaktiver Verbindungen, ganz besonders die verschiedenen Verwendungen von [¹⁸F]-markierten Nitroimidazol-Derivaten und sogar ganz besonders die Verwendungen von [¹⁸F]-markierten EF3 und EF5.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung neue [¹⁸F]-radiomarkierte Verbindungen wie in Ansprüchen 1 bis 4 genannt.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen ersten Typ von Vorläuferverbindung, die ein Aminosäure-Derivat ist, das mit einer Imidogruppe N-geschützt ist und worin die Carboxylfunktion in eine Dithioesterfunktion oder eine synthetisch äquivalente persulfurierte Komponente umgewandelt ist.
Derartige persulfurierte Aminosäure-Derivate können zur Darstellung perfluorierter Alkylamin-Derivaten unter Verwendung eines geeigneten Perfluorierungsmittels und eines geeigneten Oxidationsmittels verwendet sein, wie es unten beschrieben ist.
Besagte persulfurierte Verbindung kann von einer beliebigen der nachfolgenden Aminosäuren abstammen: α-Aminosäuren natürlichen Ursprungs wie: Glycin, Alanin, Valin, Leucin, Isoleucin, Prolin, Phenylalanin, Asparagin, Glutamin, Asparaginsäure, Glutaminsäure und bis-geschütztes Serin, Threonin, Lysin, Arginin, Histidin; α-Aminosäuren synthetischen Ursprungs und Derivate davon; β-Aminosäuren wie eine 3-Aminopropionsäure und Derivate davon, γ-Aminosäuren wie 4-Aminobuttersäure und Derivate davon, δ-Aminosäuren wie 5-Aminovaleriansäure und Derivate davon, ε-Aminosäuren wie 6-Aminocapronsäure und Derivate davon und ähnlicherweise die ω-Aminosäuren-Derivate.
Besagte Imidogruppe kann eine beliebige in der Technik bekannte Imidogruppe sein, wie zum Beispiel eine Phthalimidogruppe.
Besagter erster Typ von Vorläuferverbindung wird für die Synthese einer zweiten und dritten Vorläuferverbindung verwendet, wie es unten beschrieben ist. 2 und 4 beschreiben zusammen eine repräsentative Synthese eines von β-Alanin abstammenden Vorläufers. Ethyl 3-(N-Phthalimido)aminopropandithioat mit der allgemeinen Formel des Endprodukts (3) des in 7 oder 2 dargestellten Reaktionsschemas ist ein Beispiel für ein persulfuriertes beta-Alanin-Derivat.
Gemäß einer bevorzugten Anwendungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Darstellung einer Verbindung nach Ansprüchen 1 bis 4, wie in 7 und 8 gezeigt, umfassend die folgenden Schritte:

a) Zugabe einer THF-Lösung von 2 von 7 zu einer PYBOP-Suspension in THF und anschließende Zugabe von Et₃N,
b) Zugabe eines Amins 1 von 7 und Et₃N zu der in Schritt (a) erhaltenen Lösung,
c) Zugabe einer katalytischen Menge an pTsOH zu der in Schritt (b) erhaltenen Lösung und erhitzen der Lösung unter Rückfluss,
d) Kühlen der nach Schritt (c) erhaltenen Lösung auf Raumtemperatur und Zugabe einer Natriumbicarbonat-Lösung,
e) Extraktion des nach Schritt (d) erhaltenen Produkts mit Ethylacetat und Trocknung und Aufkonzentrierung des Produkts mit Ethylacetat,
f) Reinigung des nach Schritt (e) erhaltenen Rückstands mittels Säulenchromatographie auf Silikagel,
g) Entfernen von Spuren von Wasser durch Waschen des Produkts von Schritt (f) mit Trifluoressigsäureanhydrid,
h) Reaktion besagten persulfurierten Derivates von Schritt (g) mit einem geeigneten markierten oder nichtmarkierten Perfluorierungsmittel und einem geeigneten Oxidationsmittel, was eine Verbindung mit einem hohen Ertrag an eingebauten Fluoratomen ergibt,
i) Entschützen der Stickstofffunktion, was ein Perfluoralkylamin-Derivat ergibt, und
j) Kopplung des in Schritt (i) erhaltenen Perfluoralkyl-Derivates mit einer aktivierten Form von 2-(2-Nitro-imidazol-1-yl)-essigsäure, was die [¹⁸F]-markierte oder nichtmarkierte perfluorierte-nitroaromatische Verbindung ergibt.

Wie in 7 gezeigt, wird Verbindung 3 als Ethyl-3-(N-phthalimido)aminopropandithioat bezeichnet. Verbindung 1 und ihre Synthese sind in Josse et al., 1999 (10) beschrieben worden. Vorzugsweise wird besagtes Verfahren angewandt, um nämlich N-(Phthalimido)3,3,3-trifluorpropylamin mit der allgemeinen Formel des Endprodukts 4 des in 8 dargestellten Reaktionsschemas darzustellen, wie es in Beispiel 2 beschrieben ist.
Besagte erste perfluorierte Zwischenverbindung gemäß dieser Anwendungsform der vorliegenden Erfindung wird zur Synthese einer zweiten Zwischenverbindung verwendet, die ein Amin-Synthon ist, das in die Synthese von [¹⁸F]-markierten Ziel-bioaktiven Verbindungen unter Verwendung klassischer Peptidkopplungsverfahren oder anderer Kopplungsverfahren eingebaut werden kann. Beispiele für geeignete Perfluorierungsmittel und geeignete Oxi dationsmittel gemäß der Erfindung sind in 3 gegeben. Details des Darstellungsverfahrens der [¹⁸F]-Perfluorierungsmittel sind in früheren Veröffentlichungen (8) gegeben.
Gemäß einer bevorzugten Anwendungsform betrifft die vorliegende Erfindung eine perfluorierte Derivatverbindung, die mit einer Reaktion zu erhalten ist, worin ein Fluorwasserstoff/Pyridin-Komplex (HF-Pyridin) als Perfluorierungsmittel verwendet wird und 1,3-Dibrom-5,5-Dimethylhydantoin (DBH) als Oxidationsmittel verwendet wird, was eine Verbindung mit einem hohen Ertrag an eingebauten Fluoratomen ergibt. Besagtes perfluoriertes Reagenz und Reaktionsprodukt kann [¹⁹F] oder [¹⁸F] enthalten.
Gemäß einer anderen Anwendungsform der Erfindung betrifft die vorliegende Erfindung ebenfalls Gemische aus [¹⁹F] und [¹⁸F]-markierten perfluorierten Derivatverbindungen wie oben definiert.
Das [¹⁸F]-Isotop ist in einer derartigen Menge eingebaut, dass die spezifische Radioaktivität der Verbindung zwischen 1 und 30 Ci/mmol, vorzugsweise zwischen 1 und 20 Ci/mmol, vorzugsweise zwischen 1 und 10 Ci/mmol, umfasst.
Gemäß einer noch bevorzugteren Anwendungsform betrifft die vorliegende Erfindung eine Verbindung mit der Formel des Endprodukts 4 der wie in 8 gezeigten Reaktion.
Gemäß einer bevorzugten Anwendungsform betrifft die Erfindung ein perfluoriertes Derivat der Verbindung nach Ansprüchen 1 bis 4, das gemäß einer in einem der Ansprüche 5 bis 8 definierten Reaktion zu erhalten ist.
Gemäß einer anderen Anwendungsform betrifft die vorliegende Erfindung eine finale Vorläuferverbindung, die in die Synthese von [¹⁸F] Ziel-bioaktiven Verbindungen eingebaut sein kann und die ein perfluoriertes Derivat des oben beschriebenen ersten Vorläufers ist, worin die Stickstofffunktion durch Kochen unter Rückfluss in Hydrazin-Lösung oder einem anderen entschützenden Verfahren entschützt worden ist, was ein Perfluoralkylamin-Derivat ergibt.
Gemäß einer anderen Anwendungsform betrifft die vorliegenden Erfindung ein Gemisch aus der radio-markierten perfluorierten bioaktiven Verbindung und der nicht-radioaktiv markierten Verbindung, wie es oben definiert ist.
Bevorzugt ist besagter finaler Vorläufer gemäß der vorliegenden Erfindung in 4 beschrieben und ist das Endprodukt (5). Da es gegenwärtig kein Verfahren für eine direkte und selektive Perfluorierung von N-funktionalisierten aliphatischen Verbindungen gibt, stellt die vorliegende Erfindung einen signifikanten Vorteil in der organischen Chemie im Allgemeinen (nichtmarkierte Verbindungen) und bei der [¹⁸F]-Radiomarkierung von biologisch aktiven Verbindungen im besonderen dar.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist flexibel, da [¹⁸F]-perfluorierte Alkylamine als Bausteine bei verschiedenen Totalsynthesen von Pharmazeutika verwendet werden können. Das im Beispielteil veranschaulichte Verfahren kann ohne weiteres erwartungsgemäß auf beliebig andere Aminosäuren von Interesse ausgeweitet werden.
Gemäß einer bevorzugten Anwendungsform betrifft folglich die vorliegende Erfindung eine [¹⁸F]-markierte bioaktive Verbindung, die unter Verwendung eines perfluorierten Derivates als Vorläufer synthetisiert ist.
Gemäß einer bevorzugten Anwendungsform betrifft folglich die vorliegende Erfindung die Verwendung besagten perfluorierten Derivates mit der Formel des Endprodukts 5 des wie in 4 gezeigten Reaktionsschemas für eine chemische Synthese eines [¹⁸F]-markierten perfluorierten Nitroimidazols mit einem Einbau von [¹⁸F]-Atomen in einer derartigen Menge, dass die spezifische Radioaktivität der Verbindung zwischen 1 und 10 Ci/mmol umfasst.
Gemäß einer bevorzugten Anwendungsform ist besagte [¹⁸F]-markierte perfluorierte Nitroimidazol-Verbindung [¹⁸F]-markiertes EF3 mit der wie in 1 angegebenen allgemeinen Formel.
Gemäß einer anderen bevorzugten Anwendungsform ist besagte [¹⁸F]-markierte perfluorierte Nitroimidazol-Verbindung [¹⁸F]-markiertes EF5 mit der wie in 1 angegebenen allgemeinen Formel. [¹⁸F]-markiertes EF5 kann unter Verwendung eines geeigneten persulfurierten Vorläufers dargestellt werden (siehe 6 für potenzielle Vorläufer-Typen).
ABKÜRZUNGEN

EEDQ

N-Ethoxycarbonyl-2-ethoxy-1,2-dihydrochinolin

PYBOP

Benzotriazol-1-yl-oxy-tris-pyrrolidino-phosphoniumhexafluorphosphat

THF

Tetrahydrofuran

pTsOH

para-Toluolsulfonsäure

Et₃N

Triethylamin

DBH

Dibromdimethylhydantoin

PET

Positronenemissionstomographie

MRI

Kernresonanzbildgebung

fMRI

funktionelle Kernresonanzbildgebung

SPECT

Single-Photon-Emissionscomputertomographie

TLC

Dünnschichtchromatographie

LEGENDEN DER FIGUREN
1 beschreibt die chemische Struktur von EF5 und EF3.
2 beschreibt ein Reaktionsschema für die Synthese von beta-Alanin-Ethyldithioester. Ein Teil dieses Reaktionsschemas wurde bereits in Josse et al., 1999 (10) beschrieben.
3 beschreibt die Struktur verschiedener Perfluorierungsmittel und Oxidationsmittel, die im Markierungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden sollen.
4 beschreibt das Reaktionsschema zur Darstellung eines [¹⁸F]-Perfluoralkylamin-Derivates aus dem in 2 erhaltenen persulfurierten ersten Vorläufer.
5 beschreibt die Synthese von EF3. Radiomarkiertes EF3 wird unter Verwendung von [¹⁸F]-Perfluoralkylamin-Derivat von 4 als ein Vorläufer in dem letzten Reaktionsschritt dargestellt. X = 2,3,5,6-Tetrafluorphenoxy.
6 beschreibt die verschiedenen potenziellen Vorläufer-Typen für die Synthese von EF5.
7 beschreibt das Reaktionsschema für die wie in Beispiel 1 beschriebene Synthese von Ethyl-3-(N-phthalimido)aminopropandithioat.
8 beschreibt das Reaktionsschema für die wie in Beispiel 2 beschriebene Synthese von N-(Phthalimido)3,3,3-trifluorpropylamin.
BEISPIELE
Beispiel 1: Synthese von Ethyl-3-(N-phthalimido)aminopropandithioat
Eine THF-Lösung von 2 wird zu einer PYBOP-Suspension in THF gegeben und anschließend wird Et₃N zugegeben; die Mischung wird 40 Minuten bei 20°C gerührt. Dann werden Amin 1 (als Trifluoracetatsalz; (10) und Et₃N zugegeben, und die Mischung wird 3 h bei 20°C gerührt. Nach dieser Reaktionszeit und der Zugabe katalytischer Mengen an pTsOH wird die Lösung über Nacht unter Rückfluss erhitzt. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wird eine Natriumbicarbonatlösung zugegeben und das Produkt wird mit Etylacetat extrahiert. Trocknung (MgSO₄) und Aufkonzentrierung unter vermindertem Druck ergab Rohprodukt 3. Der Rückstand wird mittels Säulenchromatographie auf Silikagel (Hexan/Ethylacetat 30:70) gereinigt. Letzte Spuren von Wasser werden mittels Waschen des Produkts mit Trifluoressigsäureanhydrid entfernt. Die Gesamtausbeute betrug 85%. Ein gelbes Festprodukt wurde erhalten. Spektraldaten: ¹H NMR (CDCl₃, 200 MHz) δ 1,26 (t, 3H, J = 7,3 Hz), 3,18 (q, 2H, J = 7,3 Hz), 3,37 (t, 2H, J = 7 Hz), 4,14 (t, 2H, J = 7 Hz), 7,73 (m, 2H), 7,85 (m, 2H); ¹³C NMR (CDCl₃, 50 MHz) ppm 11,93, 30,70, 38,24, 49,13, 123,30, 131,99, 167,97, 233,00.
Beispiel 2: Synthese von [¹⁸F]-markiertem N-(Phthalimido)3,3,3-trifluorpropylamin
Die [¹⁸O]-Wasserlösung von [¹⁸F]-Fluorwasserstoff wird mit einer kleinen Menge an wässrigem Kaliumhydroxid neutralisiert. Wasser wird durch Verdampfen in einem Argonstrom bis zur Trockene entfernt, um das Kaliumsalz ([¹⁸F]-KF) zu ergeben. Dann liefert eine erste Portion Dichlormethanlösung von HF-Pyridin das erwünschte Radiomarkierungsmittel. DBH wird zugegeben und die Mischung wird auf –78°C gekühlt, bevor 3 eingeführt wird. Die Lösung darf Raumtemperatur erreichen und wird 30 Minuten gerührt. Eine zweite Fraktion Dichlormethanlösung von HF-Pyridin wird zur Vervollständigung der Reaktion innerhalb von 30 Minuten zugegeben. Das Trifluormethylamin 4 wird mit einer spezifischen Radioaktivität wiedergewonnen, die zwischen 1 und 30 Ci/mmol umfasst, wie es mit Radio-TLC (Radio-Dünnschichtchromatographie) gemessen ist. ¹⁹F-NMR (282 MHz) δ – 66,2 (t, J = 10,5 Hz).
Beispiel 3: Synthese von [¹⁸F]-markiertem 3,3,3-Trifluorpropylamin
N-(Phthalimido)3,3,3-trifluorpropylamin 4 wird in Acetonitril und Hydrazin-Hydrat (2:1) gelöst und auf 75°C erhitzt. Das freie Amin wird in einem langsamen Argonstrom destilliert. Das Produkt wird durch Vergleich der gaschromatographischen Retentionszeit mit Kontrollmaterial identifiziert.
Beispiel 4: Synthese von [¹⁸F]-EF3
Das [¹⁸F]-3,3,3-Trifluorpropylamin, das aus 15 mg Ethyl-3-(N-phthalimido)aminopropandithioat dargestellt war, wurde bei 0°C in einer Acetonitril-Lösung von 2,3,5,6-Tetrafluorphenyl-2-(2-nitro-imidazol-1-yl)acetat, das nach Tewson (1) erhalten wurde (30 mg/3 ml CH₃CN), destilliert und kondensiert. Die Mischung wurde 30 min. bei 20°C gerührt, dann auf Silikagel mit Ethylacetat als Eluent chromatogaphisch gereinigt. [¹⁸F]-EF3 wurde mit 63% Ausbeute wiedergewonnen, wie mit Radio-TLC getestet.
REFERENZEN

(1) Tewson, T.J. Nuclear Medicine and biology 1997, 24 (8), 755.
(2) Rasey, J.S. et al., Radiation Research 1987, 111(2), 292 and Internat. J. Radiation Oncology, Biology, Physics 1996, 36 (2), 417; Grierson, J.R. et al. J. Nuclear Med. 1989, 30 (3), 343; Koh, W.J. et al. Internat. J. Radiation Oncology, Biology, Physics 1992, 22(1), 199.
(3) Yang, D.J. et al. Radiology 1995, 194 (3), 795;Cherif, A. et al. US 5, 886, 190 (1999).
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(5) Kuroboshi, M. and Hiyama, T. Chem. Letters 1992, 827 and Synlett 1991, 909; Furuta, S. and Hiyama, T. Synlett 1996, 1199; Matthews, D.P. et al. Fetrahedron Letters 1986, 27, 4861.
(6) Sondej, S.C. and Katzenellenbogen, J.A. J. Org. Chem. 1986, 51, 3508.
(7) Johnström, P. et al. J. Labelled Cpd Radiopharm. 1995,36, 537 and Appl. Rad. Isotopes 1996, 47, 401.
(8) Josse, O. et al. J. Labelled Cpd Radiopharm. 1998, 40, 48 and J. Labelled Cpd Radiopharm. 2000, 42,315.
(9) Koch, C.J. US 5, 540, 908 (1996); Koch, C.J. et al. British J. Cancer 1995, 72 (4), 869; Baird, I.R. et al. Synth. Commun. 1998, 28, 3701.
(10) Josse, O.; Labar, D.; Marchand-Brynaert, J. Synthesis 1999, 404.

Claims

Eine [¹⁸F]-markierte perfluorierte-nitroaromatische Verbindung mit der folgenden Formel:
R₁ ist CH₂ und R₂ ist eine Alkylgruppe mit bis zu etwa 6 Halogenatomen, worin besagte Alkylgruppe die Formel -CHXCX₂CY₃ besitzt, wo X Halogen oder Wasserstoff ist und Y Fluor ist.
Eine Verbindung gemäß Anspruch 1 mit einer spezifischen Radioaktivität der Verbindung, die zwischen 1 und 30 Ci/mmol, vorzugsweise zwischen 1 und 20 Ci/mmol, vorzugsweise zwischen 1 und 10 Ci/mmol, umfasst.
Eine Verbindung gemäß Anspruch 1 oder 2 mit der Formel 2-(2-Nitro-1H-imidazol-1-yl)-N-(3,3,3-trifluorpropyl)acetamid ([¹⁸F]-EF3).
Eine Verbindung gemäß Anspruch 1 oder 2 mit der Formel 2-(2-Nitro-1H-imidazol-1-yl)-N-(2,2,3,3,3-pentafluorpropyl)acetamid ([¹⁸F]-EF5).
Ein Verfahren für die Synthese einer Verbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend den Schritt der Kopplung von 2-(2-Nitro-imidazol-1-yl)essigsäure mit einem [¹⁸F]-markierten Perfluoralkylamin-Derivat.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 5, worin besagte Kopplung eine herkömmliche Peptidkopplung unter Verwendung eines 2-(2-Nitro-imidazol-1-yl)essigsäure-Derivates ist, in dem die OH-Gruppe der Carboxylfunktion durch eine gute Abgangsgruppe ersetzt worden ist.
Ein Verfahren für die Synthese einer Verbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 oder der entsprechenden nichtmarkierten Form davon, umfassend die Schritte: a) Zugabe einer THF-Lösung von (2) zu einer PYBOP-Suspension in THF und anschließende Zugabe von Et₃N,
b) Zugabe eines Amins (1) und Et₃N zu der in Schritt (a) erhaltenen Lösung,
c) Zugabe einer katalytischen Menge an pTsOH zu der in Schritt (b) erhaltenen Lösung und erhitzen der Lösung unter Rückfluss, d) Kühlen der nach Schritt (c) erhaltenen Lösung auf Raumtemperatur und Zugabe einer Natriumbicarbonat-Lösung, e) Extraktion des nach Schritt (d) erhaltenen Produkts mit Ethylacetat und Trocknung und Aufkonzentrierung des Produkts mit Ethylacetat, f) Reinigung des nach Schritt (e) erhaltenen Rückstands mittels Säulenchromatographie auf Silikagel, g) Entfernen von Spuren von Wasser durch Waschen des Produkts von Schritt (f) mit Trifluoressigsäureanhydrid, h) Reaktion besagten persulfurierten Derivates von Schritt (g) mit einem geeigneten markierten oder nichtmarkierten Perfluorierungsmittel und einem geeigneten Oxidationsmittel, was eine Verbindung mit einem hohen Ertrag an eingebauten Fluoratomen ergibt, i) Entschützen der Stickstofffunktion, was ein Perfluoralkylamin-Derivat ergibt, und j) Kopplung des in Schritt (i) erhaltenen Perfluoralkyl-Derivates mit einer aktivierten Form von 2-(2-Nitro-imidazol-1-yl)-essigsäure, was die [¹⁸F]-markierte oder nichtmarkierte perfluorierte-nitroaromatische Verbindung ergibt.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 7, worin Fluorwasserstoff/Pyridin-Komplex (HF-Pyridin) als ein Perfluorierungsmittel verwendet ist und 1,3-Dibrom-5,5-dimethylhydantoin (DBH) als ein Oxidationsmittel verwendet ist, und eine Verbindung mit einem hohen Ertrag an eingebauten Fluoratomen ergibt.
Eine [¹⁸F]-markierte Verbindung, die mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5, 6, 7 oder 8 zu erhalten ist.
Eine erste Zwischenverbindung mit der allgemeinen Formel eines Aminosäure-Derivates, das mit einer Imidogruppe N-geschützt ist, und worin die Carboxylfunktion in eine Dithioesterfunktion oder eine synthetisch äquivalente persulfurierte Komponente umgewandelt worden ist.
Eine erste Zwischenverbindung gemäß Anspruch 10, worin die Imidogruppe eine Phthalimidogruppe ist.
Eine erste Zwischenverbindung gemäß Anspruch 10 oder 11, die über Schritte a bis g des wie in Anspruch 7 beanspruchten Verfahrens zu erhalten ist.
Eine erste Zwischenverbindung gemäß Anspruch 10, 11 oder 12, die Ethyl 3-(N-phthalimido)-aminopropandithioat, N-(3,3,3-Trifluor-2-thioxopropyl)phthalimid, N-{[2- (Trifluormethyl)-1,3-dithiolan-2-yl]methyl}phthalimid, Methyl (oder Ethyl) 3-phthalimid-2,2-difluorpropandithioat, N-[2,2-Difluor-3,3,3-tris(methylthio)propyl]phthalimid oder N-[2,2-Difluor-3,3,3-tris(ethylthio)propyl]phthalimid ist.
Eine zweite Zwischenverbindung mit der allgemeinen Formel eines [¹⁸F]-markierten perfluorierten Amino-Derivates, das mit einer Imidogruppe N-geschützt ist.
Eine zweite Zwischenverbindung gemäß Anspruch 14, worin die Imidogruppe eine Phthalimidogruppe ist.
Eine zweite Zwischenverbindung gemäß Anspruch 14 oder 15, die über Schritte a bis h des wie in Anspruch 7 oder 8 beanspruchten Verfahrens zu erhalten ist.
Eine zweite Zwischenverbindung gemäß Anspruch 14, 15 oder 16, die N-(3,3,3-trifluorpropyl)phthalimid ist.
Eine dritte Zwischenverbindung mit der allgemeinen Formel eines [¹⁸F]-markierten Perfluoralkylamins.
Eine dritte Zwischenverbindung gemäß Anspruch 18, die [¹⁸F]-markiertes 3,3,3-Trifluorpropylamin ist.
Eine dritte [¹⁸F]-markierte Zwischenverbindung, die über Schritte a bis i des wie in Anspruch 7 oder 8 beanspruchten Verfahrens zu erhalten ist.
Eine Verbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 für eine Verwendung als bioaktive Verbindung.
Eine [¹⁸F]-markierte bioaktive Verbindung, die unter Verwendung eines wie in einem der Ansprüche 10 bis 13 beanspruchten ersten Zwischenprodukts, eines wie in einem der Ansprüche 14 bis 17 beanspruchten zweiten Zwischenprodukts und eines wie in einem der Ansprüche 10 bis 13 beanspruchten dritten Zwischenprodukts als Zwischenprodukte synthetisiert ist.
Eine [¹⁸F]-markierte bioaktive Verbindung, die unter Verwendung eines wie in einem der Ansprüche 10 bis 13 beanspruchten ersten Zwischenprodukts als Zwischenprodukte synthetisiert ist.
Verfahren zur Perfluorierung unter Verwendung einer wie in einem der Ansprüche 10 bis 13 beanspruchten Verbindung als ein Zwischenprodukt.
Die Verbindung nach Anspruch 22, die eine [¹⁸F]-markierte perfluorierte Nitroimidazol-Verbindung mit einem Einbau von [¹⁸F]-Atomen ist und mit einer spezifischen Radioaktivität der Verbindung gekennzeichnet ist, die zwischen 1 und 30 Ci/mmol, vorzugsweise zwischen 1 und 20 Ci/mmol, vorzugsweise zwischen 1 und 10 Ci/mmol, umfasst.