JP5688808B2

JP5688808B2 - 高速フルオロメチル化法及びそれを利用したｐｅｔトレーサーの製造方法

Info

Publication number: JP5688808B2
Application number: JP2011544300A
Authority: JP
Inventors: 正昭鈴木; 土居久志; 美樹後藤
Original assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2030-12-03
Also published as: WO2011068181A1; US20120289716A1; US8933252B2; EP2508505A4; EP2508505B1; JPWO2011068181A1; EP2508505A1

Description

本発明は、芳香族化合物フルオロメチル化を短時間で行う、高速メチル化法に関する。本発明は、陽電子放射断層画像撮影（以下「ＰＥＴ」という）の要となる、放射性トレーサーの合成に好適に用いることができる。

ＰＥＴ法とは、ポジトロンを放出する短寿命放射核で標識された標識化合物（以下「トレーサー」という）を生体内に投与し、このトレーサーから発生するγ線をＰＥＴカメラ（ガンマ線シンチレーターと光電子増倍管からなる検出器）によって計測して、その体内分布をコンピューターにより画像化する方法である。このＰＥＴ法は、核医学検査法として癌細胞などの腫瘍部位の特定、アルツハイマー病や脳梗塞などの診断、鬱病などの精神疾患の診断や治療の評価、薬物の動態及び薬効評価等に用いられている。

ＰＥＴ法でよく使用される短寿命放射核種としては、［¹¹Ｃ］や［¹⁸Ｆ］が挙げられる。
このうち、［¹¹Ｃ］で標識されたトレーサーは、全ての有機化合物中に存在している炭素原子を利用しているため適用範囲が極めて広いという利点を有する。しかし、［¹¹Ｃ］の半減期は、わずか２０分程度であるため、［¹¹Ｃ］による標識化の反応は、合成、精製、そして生体に投与するまで４０分以内（半減期の２倍以内）に行わなければならないといわれている。こうした困難にもかかわらず、本発明者らは、これまで、様々な芳香族化合物やアリール化合物の高速Ｃ-［¹¹Ｃ］メチル化反応を開発してきた（例えば特許文献１、２）。この開発によって、炭素−炭素結合法による化合物の基本骨格内（炭素毋核内）への［¹¹Ｃ］メチル化反応が可能となる。このため、従来のヘテロ原子上への［¹¹Ｃ］メチル化法と比べて、その標識部位が化学的及び生体内代謝に対してより安定となることが予想され、創薬研究に対して非常に強力な研究手段となる。

一方、［¹⁸Ｆ］の半減期（１１０分）は、［¹¹Ｃ］の半減期（約２０分）と比較して５倍以上であり、ＰＥＴトレーサー調製の時間や、ＰＥＴ診断を行う時間を延ばすことができるという利点がある。また、一つの目的化合物に対して［¹¹Ｃ］及び［¹⁸Ｆ］で標識された二つのＰＥＴトレーサーを実現することができれば、その半減期の違いを有効に活用することによって、目的化合物の生体内薬物動態や代謝物解析に非常に役立つ方法となる。

このため、本発明者らは、高速Ｃ-［¹¹Ｃ］メチル化反応の開発に加えて、様々な芳香族化合物の高速Ｃ-［¹⁸Ｆ］フルオロメチル化反応についても、これまで開発を行ってきた（特許文献２）。特許文献２には、下記反応式に示すように、フルオロヨウ化メチルとフェニルボロン酸ピナコールエステルとが、僅か５分間の反応時間で、収率５７％でカップリング反応が進行することが開示されている。この反応は、鈴木−宮浦クロスカップリングの一種として分類することはできるが、ＳＰ^３炭素を芳香族環に結合させることができるという点で画期的な反応である。

ＷＯ２００７／０４６２５８ＷＯ２００８／０２３７８０

しかし、上記特許文献２に記載の、［¹⁸Ｆ］ＦＣＨ_２Ｉのベンゼン環への結合反応では、［¹⁸Ｆ］ＦＣＨ_２Ｉが化学的に不安定であるため、熟練した実験技術者によって迅速に反応を行わなければ、成功させることは困難であるという問題があった。

また、［¹⁸Ｆ］ＦＣＨ_２Ｉの芳香族環への結合反応では、目的化合物以外に副生成物もかなりの量生成するという問題もあった。
例えば、下記反応式（化２）に示すように、[¹⁸F]ＦＣＨ_２Ｉと、パラ位にピナコールボランが置換した安息香酸エステル（１）とをクロスカップリングさせた場合、最適条件と考えられたＤＭＦ溶媒中、Ｋ_２ＣＯ_３存在下、Ｐｄ_２（ｄｂａ）_３／Ｐ（ｏ−ＣＨ_３Ｃ_６Ｈ_５）_３（１：６）のＰｄ錯体を用いて、６５℃で５分間反応させても、図１に示すように、かなりの量の副生成物（保持時間１．０−４．５分に存在するピーク）が生成する結果となり、目的の４-[¹⁸F]フルオロ安息香酸メチルエステル（２）のＨＰＬＣから求めた収率は２３％と低かった。

本発明は上記従来の実情に鑑みてなされたものであり、芳香族化合物の芳香環炭素にフルオロメチル基を容易に結合させることができ、副生成物の生成量も少ない高速フルオロメチル化法及びそれを利用したＰＥＴトレーサーの製造方法を提供することを解決すべき課題とする。

発明者らは上記課題を解決するため、上記反応式（化２）のモデル反応における化学的に不安定なＦＣＨ_２Ｉの替りに、ＦＣＨ_２Ｂｒを用いることを考えた。しかしながら、特許文献２の請求項１の方法をＦＣＨ_２Ｂｒで行った場合（すなわち、非プロトン性極性溶媒中において、ＦＣＨ_２Ｂｒと、芳香族環がホウ素に結合した有機ホウ素化合物とを、パラジウム錯体と、ホスフィン配位子と、塩基との存在下でクロスカップリングさせる方法を行った場合）、副生成物が多量に生成するという問題を解決することはできなかった。

このため、さらに鋭意研究を重ねた結果、驚くべきことに、非プロトン性極性溶媒に水を添加した溶媒を用いれば、副生成物の生成量が顕著に減少することを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の高速フルオロメチル化法は、非プロトン性極性溶媒に水及び／又はアルコールを添加した溶媒中において、ＦＣＸ_２Ｂｒ（ただしＸは水素又は重水素を示す）と、芳香族環がホウ素に結合した有機ホウ素化合物とを、パラジウム錯体と、ホスフィン配位子と、塩基との存在下でクロスカップリングさせることを特徴とする。

本発明の高速フルオロメチル化法は、次の反応機構で進行するものと考えられる（以下、Ｘが水素であるとして説明するが、重水素を用いた場合も同様である）。すなわち、まず、パラジウム錯体に、立体的に嵩高いホスフィン配位子が不飽和的に配位し、活性な反応場を創出する。そして、さらに、このホスフィン配位子が配位したパラジウム錯体にＦＣＨ_２Ｂｒが酸化的に付加をして、ＦＣＨ_２ＰｄＢｒにホスフィン配位子が配位した２価のパラジウム錯体が形成される。一方、芳香族環がホウ素に結合した有機ホウ素化合物のホウ素には、塩基が配位してホウ素−炭素間の極性が高まった、ホウ素アート錯体が形成される。そして、上記のホスフィン配位子が配位した２価のパラジウム錯体と、ホウ素アート錯体とが金属交換反応を起こし、さらにはＢｒ^-が脱離して、より安定なホウ素アート錯体が形成される。最後に、還元的脱離反応が起こって、フルオロメチル基が芳香族化合物に結合した化合物が得られる。なお、パラジウム錯体は、ＦＣＨ_２Ｂｒが酸化的付加をするためには、電子豊富状態の０価の状態が好ましい。そのため、０価パラジウム錯体を用いて反応を行う方法が有利であるが、２価のパラジウム錯体を用いて反応系内で還元させて０価の状態にする方法を用いたり、直接２価のパラジウム錯体を用いて反応を始める方法を用いたりしてもよい。

次に、本発明の高速フルオロメチル化法における溶媒に添加された水の役割について述べる。本発明者らは、当初、反応途上で生じるパラジウム錯体のパラジウム原子の空位の軌道に非プロトン性極性溶媒が配位することにより、パラジウム錯体の不安定さを軽減し、分解等の副反応を最小限とすることができると考えた。この予測が正しいならば、プロトン性の極性溶媒である水の存在は、非プロトン性極性溶媒の配位を妨害するため、反応の進行にとって好ましくないものと考えるのが、同じ分野の専門家の常識である。事実、非プロトン性極性溶媒に水を添加すると、目的化合物であるフルオロメチル化体の反応性は低下した。しかしながら、本発明者らも予期しなかった意外な効果が、水の添加によって得られた。すなわち、非プロトン性極性溶媒への水の添加によって、副生成物の生成が顕著に低下するという予期しない効果が、ＨＰＬＣによる分析結果から明らかにされたのである。

この水の役割については、その詳細について明らかとはなっていないが、次のように推定される。非プロトン性極性溶媒に水を添加しないでフルオロメチル化を行なった場合、熱力学的に安定なホウ素−フッ素結合を持ったフルオロホウ酸エステルが副生成物として生成しているものと考えられる。その生成の反応機構の詳細は不明であるが、原料のＦＣＨ_２Ｂｒからフッ素イオンが脱離し、ホウ素元素に結合するためであろうと推測される。そしてさらに、副生成物のフルオロホウ酸エステルは、塩基存在下においてさらに分解を受け、別の副生成物を生じる可能性もある。このため、ＨＰＬＣにおいて多数の副生成物が認められるとともに、目的化合物であるフルオロメチル化体の収率が減少するものと推定される。一方、非プロトン性極性溶媒に水を添加した本発明の高速フルオロメチル化法では、ホウ素−フッ素結合を持ったフルオロホウ酸エステルの生成が抑制され、ホウ素−酸素結合によるさらに熱力学的安定化合物であるホウ酸化合物が生成するのではないかと推測される。本発明者らの試験結果によれば、水の添加は反応性の低下を招いたが、副生成物の生成割合は顕著に低下した。そして、この反応性の低下という問題は、反応温度を高くすることで解決できた。この結果、本発明の高速フルオロメチル化法によれば、副生成物の生成が抑制でき、収率も良好であり、¹⁸Ｆ-標識ＰＥＴ用トレーサーの製造方法としても、好適に用いることができることが分かった。

以上は本発明の高速フルオロメチル化法における水の役割について説明したが、水の替わりに（あるいは水とともに）アルコールを非プロトン性極性溶媒に添加した場合の、アルコールの役割も、同様と考えられる。なぜならば、アルコールも水と同様プロトン性極性溶媒であり、ホウ素−フッ素結合を持ったフルオロホウ酸エステルの生成が抑制され、ホウ素−酸素結合によるさらに熱力学的安定化合物であるホウ酸化合物が生成するのではないかと考えられるからである。アルコールの種類については特に限定はないが、例えばメチルアルコール、エチルアルコール、ブチルアルコール、イソプロピルアルコール等を挙げることができる。

本発明の高速フルオロメチル化法では、フッ素源としてＦＣＨ_２Ｂｒの替わりにＦＣＤ_２Ｂｒ（Ｄは重水素を表す）を用いることもできる。ＦＣＤ_２Ｂｒの化学反応性は、ＦＣＨ_２Ｂｒの化学反応性とそれほど変わりはないため、同様に高速フルオロメチル化法のフッ素源として用いることができる。また、こうしてＦＣＤ_２基を導入したものと、ＦＣＨ_２基を導入したものとの、生体内での動態を比較することによって、より詳しい生体内の動態に関する知見が得られる。

本発明の第２の局面では、（水の容量）／（非プロトン性極性溶媒の容量）の値は０．０２以上１０以下であることとした。（水の容量）／（非プロトン性極性溶媒の容量）の値が０．０２未満では、副生成物の生成を少なくする効果が小さくなる。また、（水の容量）／（非プロトン性極性溶媒の容量）の値が１０を超えると、基質の溶解性が悪くなり、均一系での反応が困難となるおそれがある。特に好ましいのは０．０３以上１以下であり、最も好ましいのは０．０５以上０．１５以下である。

本発明の第３の局面では、ＦＣＸ_２Ｂｒ（ただしＸは水素又は重水素を示す）は¹⁸Ｆで標識されていることとした。こうであれば、本発明の高速フルオロメチル化法によって得られた化合物を、ＰＥＴ用トレーサーとして用いることができる。また、¹⁸Ｆは半減期が１１０分と長いため、¹⁸ＦＣＸ₂で標識されたＰＥＴトレーサーについて、さらにこれを別の化合物へ変換させる時間的余裕も生じる。このため、例えば、酵素、抗原、抗体等の物質に、¹⁸ＦＣＸ₂で標識されたＰＥＴトレーサーを、クリック反応で結合させ、ＰＥＴ撮影を行えば、クリック反応で標識化された酵素タンパクの分布や抗原の受容体の分布や抗体の分布がイメージングされる。これにより、酵素の働きや、抗原抗体反応の解明など、生化学の研究に重要な研究ツールを与えることができる。

本発明の第４の局面では、芳香族環がホウ素に結合した有機ホウ素化合物は芳香族ボロン酸エステルとした。発明者らは、有機ホウ素化合物として芳香族ボロン酸エステルを用い、芳香族化合物へのフルオロメチル基の付加を迅速かつ高収率で得ることを確認している。芳香族ボロン酸エステルとしては、ピナコールエステルであることが好ましい。こうであれば、本発明の芳香族化合物の高速メチル化法の最終段階における還元的脱離反応において、極性の高いピナコールボレイトが生成する。このため、逆相液体クロマトグラフ等で反応液から目的物質を分離生成する際、極性の高いピナコールボレイトの保持時間が、目的物質や大量に残存する出発基質の保持時間よりも短くなるため、分離をより完全に行うことができる。

本発明の第５の局面では、塩基は炭酸塩とした。発明者らは、塩基として炭酸塩を用いて芳香族化合物へのフルオロメチル基の付加を迅速かつ高収率で確実に得られることを確認している。

本発明の第６の局面では、ホスフィン配位子はトリ-o-トリルホスフィンとした。発明者らは、トリ-o-トリルホスフィンを用いることにより、迅速かつ高収率でフルオロメチル化が進行することを確認している。この理由は、トリ−ｏ−トリルホスフィンの嵩高さが活性の高い反応場を形成するためであると考えられる。また、トリ−ｏ−トリルホスフィンは、（ジ−tert−ブチル）メチルホスフィンと比較して、空気中で安定な結晶化合物で取り扱いやすいという利点がある。

本発明の第７の局面では、パラジウム錯体はトリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０）とした。発明者らは、このパラジウム錯体を用いることにより、迅速かつ高収率でメチル化が進行することを確認している。特に好ましいのは、パラジウム錯体はトリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０）であり、ホスフィン配位子はトリ-o-トリルホスフィンである。このため、本発明の第８の局面では、パラジウム錯体はトリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０）であり、ホスフィン配位子はトリ-o-トリルホスフィンであるとした。

本発明の第９の局面では、ＦＣＸ_２Ｂｒ（ただしＸは水素又は重水素を示す）に対して、芳香族環、アルケニル基又はアルキニル基がホウ素に結合した有機ホウ素化合物、パラジウム錯体、ホスフィン配位子、及び塩基をそれぞれ同当量以上を用いることとした。こうであれば、目的とする化合物が高い収率で得られる。特に、目的とする化合物を高い収率で得るには、ホスフィン配位子の添加量は、添加されたパラジウム錯体に含まれるＰｄの量に対してモル比で２倍以上とされていることが好ましい。このため、本発明の第１０の局面では、ホスフィン配位子の添加量は、添加されたパラジウム錯体に含まれるＰｄの量に対してモル比で２倍以上とした。さらに好ましいのは、２．５倍以上であり、最も好ましいのは３倍以上である。

本発明の高速フルオロメチル化法を用いて得られたフルオロメチル化物を、ＰＥＴ用トレーサーとして用いることができる。すなわち、本発明のＰＥＴ用トレーサーの製造方法は、非プロトン性極性溶媒に水及び／又はアルコールを添加した溶媒中において、[¹⁸Ｆ]ＦＣＸ_２Ｂｒ（ただしＸは水素又は重水素を示す）と、芳香族環がホウ素に結合した有機ホウ素化合物とを、パラジウム錯体と、ホスフィン配位子と、塩基との存在下でクロスカップリングさせることを特徴とする。

上述したように、本発明の芳香族化合物の高速フルオロメチル化法によれば、芳香族化合物の芳香環の炭素へのフルオロメチル基の結合を容易に行うことができ、その際の副生成物の生成量も少ない。

本発明の高速フルオロメチル化法において用いる非プロトン性極性溶媒について、特に限定はないが、例えばＮ，Ｎ’−ジメチルプロピレン尿素（ＤＭＰＵ）、Ｎ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ−メチル-2-ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、スルホラン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）、Ｎ，Ｎ’−ジメチルイミダゾリジノン等を用いることができる。また、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、ジイソプロピルエーテルなどのエーテル類や、モノグライム、ジグライム、トリグライム、テトラグライムなどのグライム類や、アセトニトリル、アジポニトリル等のニトリル類を用いることもできる。

また、芳香族環がホウ素に結合した有機ホウ素化合物とは、ボロン酸や、ボロン酸エステル（各種環式あるいは非環式のボロン酸エステルも含む）等が挙げられる。また、芳香族環がホウ素に結合した有機ホウ素化合物として、芳香族環の種類に特に限定はなく、複素環を有する芳香族環とすることもできる。

さらに、パラジウム錯体についても特に限定はないが、例えばＰｄ_２（ｄｂａ）_３、ＰｄＣｌ_２（ｄｐｐｆ）_２、Ｐｄ（ＰＰｈ_３）_４、ＰｄＣｌ_２（ＰＰｈ_３）_２等が挙げられる。

また、本明細書においてホスフィン配位子とは、本発明の反応を触媒する化合物であれば特に限定されるものではなく、例えばトリ-o-トリルホスフィン、（ジ-ｔ-ブチル）メチルホスフィンの他、Ｐ原子に結合する置換基の種類によって、配位子として電子的、立体的効果を順次変化させた化合物すべてをいい、二配座配位子、多配座配位子及び非対称型キレート配位子を含む概念である。

また、塩基についても特に限定はないが、アルカリ金属の炭酸塩やアルカリ金属のリン酸塩やアルカリ金属のフッ化物等を用いることができる。

以下、本発明を具体化した実施例について、比較例と比較しつつ詳述する。

(実施例１−１) 実施例１−１では、下記合成ルート（化３）に従い、反応溶媒としてＤＭＰＵ：Ｈ_２Ｏ＝９：１（容量比）中でｐ-[¹⁸Ｆ]フルオロメチル安息香酸メチル（２）を合成した。以下にその詳細を示す。

＜[¹⁸Ｆ]ＦＣＨ_２Ｂｒの合成＞
[¹⁸Ｆ]フルオロメチル化の基質となる[¹⁸Ｆ]ＦＣＨ_２Ｂｒの合成は、図２に示す標識用合成装置（JFEエンジニアリング株式会社製）を用い、以下のようにして行った。
すなわち、図示しない加速器サイクロトロン（HM-12S, 住友重機械工業株式会社製）を用い、[¹⁸O]水（太陽日酸株式会社製, 約2 mL）に対して12 MeVの電子ビームで照射して（電流値30μA 、照射時間1０分）、[¹⁸F]フッ素イオンを含む水を製造した。こうして得られた約10 GBqの[¹⁸F]フッ素イオンを含む[¹⁸O]水溶液を、図示しないホットセル内に設置した図２に示す標識用合成装置（JFEエンジニアリング株式会社製）に移送し、陰イオン交換樹脂カートリッジ(Sep-Pak light Accell plus QMA Cartridges、Waters製)に吸着させた。このカートリッジに、クリプトフィックス222 (K.222) （95 mg）と炭酸カリウム（17 mg）のアセトニトリル水溶液（アセトニトリル：水 = 960 μL： 40 μL溶液、1 mL）を通じて[¹⁸F]KFを溶出し、第１反応容器内に加えた。この溶液を減圧下、N₂ガスを流しながら180℃で加熱して乾固させた。続いて、アセトニトリル（約1 mL）を加えて残存する水を共沸乾燥させた。この共沸操作は２回行った。得られた残渣にCH₂Br₂（約50 μL）のアセトニトリル（1 mL）溶液を加え、110℃から180℃の加熱下で突沸に注意しながら[¹⁸F]FCH₂Brを合成した。この加熱下で蒸発した気体は4連結シリカカラム(Sep-Pak Plus Silica Cartridges)に移送して吸着させた。再度、反応容器にCH₂Br₂（50 μLから100 μL）のアセトニトリル（0.5 mLから1 mL）溶液を加えて同様の操作を行なった。同じく、蒸発した気体をN₂ガスで押し流しながら、先の４連結シリカカラム及び、porapak Type Q 80-100 Meshを通して、原料のCH₂Br₂、溶媒のアセトニトリル、及び目的の[¹⁸F]FCH₂Brの分離を行なった。本操作により、原料のCH₂Br₂ と溶媒のアセトニトリルをほぼ除くことができた。なお、この[¹⁸F]FCH₂Br合成の一連の操作時間は、サイクロトロンによる[¹⁸F]F^-の供給から始めて[¹⁸F]FCH₂Brの分離・精製までは約45分であった。

＜フルオロメチル化反応＞
次に、[¹⁸F]FCH₂Br（約500 MBq）を、あらかじめ第２反応容器に入れておいた0.5 mLのDMPU：H₂O(9：1)の溶液に吹き込み、得られた溶液を、有機ホウ素化合物1(32μmol)、Pd₂(dba)₃ (3.2 μmol), P(o-CH₃C₆H₄)₃ (19 μmol), 及び K₂CO₃ (3.6 μmol)を含む第３反応容器に移送して、120℃に保ち、５分後に反応液の一部を抜き取りHPLC分析を行なった。
HPLC分析条件：ナカライテスク株式会社製COSMOSIL AR-II 4.6 x 150 mmカラム, カラム温度30 ℃, 溶出液CH₃CN：H₂O=45：55、1 mL/min流量, 目的物2の保持時間6.5-7.5 分。

(実施例１−２) 実施例１−２では、上記フルオロメチル化反応の反応時間１５分とした。その他については実施例１−１と同様であり、説明を省略する。

(実施例１−３) 実施例１−３では、上記フルオロメチル化反応の反応時間３０分とした。その他については実施例１−１と同様であり、説明を省略する。

(実施例２−１、２−２及び２−３)
実施例２−１、２−２及び２−３では、フルオロメチル化反応の反応温度を９０℃とした。その他については、実施例１−１、１−２及び１−３と同様であり、説明を省略する。

（実施例３）
実施例３では、下記合成ルート（化４）に従い、実施例１−２の場合と同様の反応条件を用いて、食品成分であるフラボンの［¹⁸Ｆ］フルオロ（Ｄ_２）メチル化体（４）の合成を行った（Ｄは重水素を示す）。詳細を以下に示す。

[¹⁸Ｆ]フルオロ（Ｄ_２）メチル化の基質となる[¹⁸Ｆ]ＦＣＤ_２Ｂｒの合成は、実施例１-１に記載の方法に基づいて、ＣＨ_２Ｂｒ_２の代わりにＣＤ_２Ｂｒ_２を原料に用いて行った。約３０ＧＢｑの[¹⁸Ｆ]フッ素イオンをＣＤ_２Ｂｒ_２と反応させることにより約７ＧＢｑの[¹⁸Ｆ]ＦＣＤ_２Ｂｒを合成した。この[¹⁸Ｆ]ＦＣＤ_２Ｂｒを、あらかじめ第２反応容器に入れておいた０．５ｍＬのDMPU：H₂O(９：１)の溶液に吹き込み、得られた溶液をフラボンの有機ホウ素化合物（３）(３２μｍｏｌ)、Pd₂(dba)₃ (３．２ μｍｏｌ), P(o-CH₃C₆H₄)₃ (１９μｍｏｌ), 及び K₂CO₃ (３．６ μｍｏｌ)を含む第３反応容器に移送して、１２０℃で、１２〜１５分間反応させた。反応終了後、反応溶液を１．０ｍＬの洗浄液（アセトニトリル：水＝３：２溶液）で希釈し、続いて、綿栓あるいはフィルターを用いてろ過した。ろ液を分取HPLCに供し、目的の［¹⁸Ｆ］フルオロ（Ｄ_２）メチル化体（４）を分取した。分取用カラムはCOSMOSIL
5C18-AR-II 20mm×250mm、分取時間、移動層、および流量は次の通りである。
（分取条件）
（１）０〜７分、CH₃CN:H₂O=１０：９０、７ｍＬ/ｍｉｎ
（２）７〜１０分、CH₃CN:H₂O=６０：４０、８ｍＬ/ｍｉｎ
（３）１０〜２０分、CH₃CN:H₂O=６０：４０、１０ｍＬ/ｍｉｎ
（４）２０〜３５分、CH₃CN:H₂O=６０：４０〜６５：３５、１０ｍＬ/ｍｉｎ。
得られた［¹⁸Ｆ］フルオロ（Ｄ_２）メチル化体（４）をUV検出波長２５４ｎｍおよびγ線検出器で測定した結果、化合物４の保持時間は21.9分であった。

また、本反応溶液の一部（２０μＬ）を分析HPLCに供して、目的化合物の同定、純度検定、および比放射能の算出を行った。分析条件は以下の通りである。
（分析条件）
カラムはCOSMOSIL 5C18-AR-II 4.6mm×150mm を使用し、カラム温度30℃で分析を行った。流量は１ｍＬ/ｍｉｎで、移動層はCH₃CN:H₂O=４０：６０を使用した。UV検出波長２５４ｎｍおよびγ線検出器で測定した結果、化合物（４）の保持時間は15.7分であった。また、化合物（４）の総放射能は０．６ＧＢｑ、合成時間は88分、放射化学純度は99％以上、比放射能は推定値４００ＧＢｑ/μｍｏｌであった。

(比較例１−１、１−２及び１−３) 比較例１−１、１−２及び１−３では、反応溶媒としてＤＭＦを用い、水を添加しなかった。また、フルオロメチル化反応の反応温度を６５℃とした。その他については実施例１−１、１−２及び１−３と同様であり、詳細な説明を省略する。

(比較例２−１、２−２及び２−３) 比較例２−１、２−２及び２−３では、反応溶媒としてＤＭＦを用い、水を添加しなかった。また、フルオロメチル化反応の反応温度を９０℃とした。その他については実施例１−１、１−２及び１−３と同様であり、詳細な説明を省略する。

(比較例３−１、３−２及び３−３) 比較例３−１、３−２及び３−３では、反応溶媒としてＮＭＰを用い、水を添加しなかった。また、フルオロメチル化反応の反応温度を９０℃とした。その他については実施例１−１、１−２及び１−３と同様であり、詳細な説明を省略する。

(比較例４−１、４−２及び４−３) 比較例４−１、４−２及び４−３では、反応溶媒としてＤＭＰＵを用い、水を添加しなかった。また、フルオロメチル化反応の反応温度を９０℃とした。その他については実施例１−１、１−２及び１−３と同様であり、詳細な説明を省略する。

(比較例５−１、５−２及び５−３) 比較例５−１、５−２及び５−３では、反応溶媒としてＤＭＰＵを用い、水を添加しなかった。また、フルオロメチル化反応の反応温度を１２０℃とした。その他については実施例１−１、１−２及び１−３と同様であり、詳細な説明を省略する。

実施例１−１〜１−３、実施例２−１〜２−３、比較例１−１〜１−３、２−１〜２−３、３−１〜３−３、４−１〜４−３、５−１〜５−３の高速液体クロマトグラフィーによる分析結果を図３〜９に示す。また、実施例１、２及び比較例１〜５についての反応の条件及び、収率の結果を表１に示す。

図３〜９から、非プロトン性極性溶媒に水を添加した系では、水を添加しない系に比べて、原料及び目的のフルオロメチル化物（２）以外のピーク面積が小さく、副生成物が少ないことが分かる。

例えば、非プロトン性極性溶媒に水を添加した実施例１−１〜１−３では（表１参照）、図３に示すように、反応時間とともにフッ素源である[¹⁸F]ＦＣＨ_２Ｂｒが減少し、生成物であるフルオロメチル化物（２）が増大しており、[¹⁸F]ＦＣＨ_２Ｂｒ及び目的のフルオロメチル化物（２）以外のピーク面積が小さく、副生成物が少ないことが分かる。一方、非プロトン性極性溶媒に水を添加していない比較例５−１〜５−３では、溶媒、反応温度、及び反応時間が実施例１−１〜１−３と同じであるにもかかわらず（表１参照）、図９に示すように、フッ素源である[¹⁸F]ＦＣＨ_２Ｂｒ及び目的のフルオロメチル化物（２）以外のピーク面積が大きく、副生成物が実施例１−１〜１−３に比べて、明らかに多いことが分かる。

また、同様な反応を反応温度を９０℃で行った、実施例２−１〜２−３及び比較例４−１〜４−３においても、図４及び図８に示すように、非プロトン性極性溶媒に水を添加した実施例２−１〜２−３では、水を添加していない比較例４−１〜４−３に比べて、原料及び目的のフルオロメチル化物（２）以外のピーク面積が小さく、副生成物が少ないことが分かった。

さらに、非プロトン性極性溶媒に水を添加していない比較例２及び３（図６及び７）についても、[¹⁸F]ＦＣＨ_２Ｂｒ及び目的のフルオロメチル化物（２）以外のシグナルが顕著に認められ、副生成物が多いことが分かった。なお、比較例１（図５）については、フッ素源である[¹⁸F]ＦＣＨ_２Ｂｒが多量に残存しており、反応が充分に進行していないことが分かった。

また、表１に示すように、非プロトン性極性溶媒に水を添加した実施例１−１〜１−３における目的生成物の収率と、非プロトン性極性溶媒に水を添加していない比較例５−１〜５−３における目的生成物の収率とを比較すると、溶媒、反応温度、及び反応時間はどちらも同じであるにもかかわらず、実施例１−１〜１−３の方が、いずれの反応時間においても、高い収率を示した。
なお、非プロトン性極性溶媒に水を添加した実施例２−１（反応時間５分）の収率は８％であり、同様の条件で非プロトン性極性溶媒に水を添加しなかった比較例４−１（反応時間５分）の収率２７％と比較して、悪い結果となっている。しかしながら、実施例２−２（反応時間１５分）、実施例２−３（反応時間３０分）と経過するにつれ、収率は２５％、４３％と高くなり、副生成物についても、図４及び図８を比較して分かるように、実施例２−１〜２−３の方が、比較例４−１〜４−３より明らかに少なかった。このことから、本発明の高速フルオロメチル化法では、ある程度反応時間を長くすることにより、反応温度が低くても、収率及び純度を上げることができることが分かる。

また、図４に示すように、非プロトン性極性溶媒に水を添加した実施例１−３では、反応時間３０分でほぼフッ素源である[¹⁸F]ＦＣＨ_２Ｂｒのシグナルが消失しており、目的物であるフルオロメチル化物（２）の大きなシグナルが現れている。このことから、反応は１５分から３０分という短い時間で終了しており、半減期が１１０分と短い[¹⁸F]であっても、充分にＰＥＴトレーサーの製造方法として好適に利用できることが分かった。

なお、上記実施例１-１〜１−３及び実施例２−１〜２-３では、芳香族化合物である安息香酸メチルのフルオロメチル化を行ったが、芳香族化合物の替わりに、アルケニル化合物やアルキニル化合物を用いても、同様にフルオロメチル化反応を行うことができる。このことは、本発明の高速フルオロメチル化法が、基質許容範囲の広い鈴木−宮浦カップリング反応を応用していることから、当分野における専門家からみて自明のことである。

(比較例６) 比較例６では、フッ素源として [¹⁸F]ＦＣＨ_２Ｉを用い、下記合成ルート（化５）にしたがって、ｐ-[¹⁸Ｆ]フルオロメチル安息香酸メチル（２）を合成した。詳細を以下に示す。

＜[¹⁸Ｆ]ＦＣＨ_２Ｉの合成＞
[¹⁸Ｆ]フルオロメチル化の基質となる[¹⁸Ｆ]ＦＣＨ_２Ｉの合成は、図１０に示す標識用合成装置（住友重機械工業株式会社製）を用い、以下のようにして行った。
図示しない加速器サイクロトロン（HM-12S, 住友重機械工業株式会社製）を用い、[¹⁸O]水（太陽日酸株式会社製, 約2 mL）に対して12 MeVの電子ビームで照射して（電流値30μA 、照射時間1０分）、[¹⁸F]フッ素イオンを含む水を製造した。こうして得られた約10 GBqの[¹⁸F]フッ素イオンを含む[¹⁸O]水溶液を、図示しないホットセル内に設置した図１０に示す標識用合成装置に移送し、陰イオン交換樹脂カートリッジ(Sep-Pak light Accell plus QMA Cartridges、Waters製)に吸着させた。このカートリッジに、クリプトフィックス222 (K.222) （約20 mg）と炭酸カリウム（約5 mg）のアセトニトリル水溶液（アセトニトリル：水 = 700 μL： 200 μL溶液、1 mL）を通じて[¹⁸F]KFを溶出し、第１反応容器内に加えた。この溶液を減圧下、N₂ガスを流しながら100から130℃で加熱して乾固させた。続いて、アセトニトリル（1 mL）を加えて残存する水を共沸乾燥させた。得られた残渣にCH₂I₂（約50 μL）のアセトニトリル（0.6 mL）溶液を加え、130℃の加熱下で突沸に注意しながら[¹⁸F]FCH₂Iを合成した。この加熱下で蒸発した気体をN₂ガスで押し流しながら、3連結イオン液体バイアル(1-ブチル-3メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナート 2 mL×2、1-ブチル-3メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド 1.5 mL×1)を通して、原料のCH₂I₂ 、溶媒のアセトニトリル、及び目的の[¹⁸F]FCH₂Iの分離を行なった。本操作により、原料のCH₂I₂ と溶媒のアセトニトリルはほぼ除くことができた。なお、[¹⁸F]FCH₂I合成の一連の操作時間は、サイクロトロンからの[¹⁸F]F^-の供給から始めて[¹⁸F]FCH₂Iの分離・精製までは約40分であった。

＜フルオロメチル化反応＞
次に、[¹⁸F]FCH₂I（約126 MBq：通常100-300 MBq）をあらかじめ第２反応容器に入れておいた0.5 mLのDMFの溶液に吹き込み、得られた溶液を、有機ホウ素化合物1(32μmol)、Pd₂(dba)₃ (3.2 μmol), P(o-CH₃C₆H₄)₃ (19 μmol), および K₂CO₃ (3.6 μmol)を含む第３反応容器に移送して、65℃、5分間反応を行なった。

反応溶液の一部を抜き取り、HPLC分析を行なった。その結果、図１に示すように、目的物2のHPLC分析収率は23%と低く、副生成物のピーク（小さい矢印で示す）の面積も大きかった。
HPLC分析条件：ナカライテスク株式会社製COSMOSIL AR-II 4.6 x 150 mmカラム, カラム温度30℃, 溶出液CH₃CN：H₂O=45：55、1 mL/min流量, 目的物2の保持時間6.5-7.5 分。

＜ＰＥＴ撮像＞
実施例３で合成した化合物（４）のＰＥＴ画像を撮影した。詳細は以下に述べる。
実施例３で分取した溶液に２５％アスコルビン酸水溶液０．１ｍＬを添加して、エバポレーターを用いて減圧濃縮した。濃縮液は臨床用投与溶液（生理食塩水：２ｍＬ、propylene glycol：０．１５ｍＬ、Tween80：０．０２５ｍＬ）を用いて希釈し、無菌バイヤルに入れた。３８MBqの化合物（４）を含む本投与溶液をラットに尾静脈に注射し、PET画像を撮像した。

結果を図１２に示す。図１２は、３８MBqの化合物（４）をラット尾静脈に注射したときのラット全身のPET画像である。その結果、投与後５分までは脳への集積が認められた。

この発明は上記発明の実施の態様及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。

特許文献２に記載の、ＦＣＨ_２Ｉのベンゼン環への結合反応をさせた場合（比較例６）の高速液体クロマトグラフィーによる分析結果を示す。 [¹⁸Ｆ]ＦＣＨ_２Ｂｒの合成及び実施例及び比較例における[¹⁸Ｆ]フルオロメチル化に用いた標識用合成装置の模式図である。実施例１−１、１−２及び１−３の高速液体クロマトグラフィーによる分析結果を示す。実施例２−１、２−２及び２−３の高速液体クロマトグラフィーによる分析結果を示す。比較例１−１、１−２及び１−３の高速液体クロマトグラフィーによる分析結果を示す。比較例２−１、２−２及び２−３の高速液体クロマトグラフィーによる分析結果を示す。比較例３−１、３−２及び３−３の高速液体クロマトグラフィーによる分析結果を示す。比較例４−１、４−２及び４−３の高速液体クロマトグラフィーによる分析結果を示す。比較例５−１、５−２及び５−３の高速液体クロマトグラフィーによる分析結果を示す。 [¹⁸Ｆ]ＦＣＨ_２Ｉの合成及び比較例６における[¹⁸Ｆ]フルオロメチル化に用いた標識用合成装置の模式図である。実施例３の高速液体クロマトグラフィーによる分析結果を示す。実施例３で合成した化合物（４）をラットの尾静脈に投与した際のラット全身のＰＥＴ画像である。

Claims

非プロトン性極性溶媒に水及び／又はアルコールを添加した溶媒中において、ＦＣＸ_２Ｂｒ（ただしＸは水素又は重水素を示す）と、芳香族環がホウ素に結合した有機ホウ素化合物とを、パラジウム錯体と、ホスフィン配位子と、塩基との存在下でクロスカップリングさせることを特徴とする高速フルオロメチル化法。
（水の容量）／（非プロトン性極性溶媒の容量）の値は０．０２以上１０以下であることを特徴とする請求項１記載の高速フルオロメチル化法。
ＦＣＸ_２Ｂｒ（ただしＸは水素又は重水素を示す）は¹⁸Ｆで標識されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の高速フルオロメチル化法。
芳香族環がホウ素に結合した有機ホウ素化合物は、ボロン酸エステルであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載の高速フルオロメチル化法。
塩基は炭酸塩であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか1項に記載の高速フルオロメチル化法。
ホスフィン配位子はトリ-o-トリルホスフィンであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか1項に記載の高速フルオロメチル化法。
パラジウム錯体はトリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０）であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の高速フルオロメチル化法。
パラジウム錯体はトリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０）であり、ホスフィン配位子はトリ-o-トリルホスフィンであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の高速フルオロメチル化法。
ＦＣＸ_２Ｂｒ（ただしＸは水素又は重水素を示す）に対して、芳香族環がホウ素に結合した有機ホウ素化合物と、パラジウム錯体と、ホスフィン配位子と、塩基とをそれぞれ同当量以上を用いることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の高速フルオロメチル化法。
ホスフィン配位子の添加量は、添加されたパラジウム錯体に含まれるＰｄの量に対してモル比で２倍以上となるように添加されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の高速フルオロメチル化法。
非プロトン性極性溶媒に水及び／又はアルコールを添加した溶媒中において、[¹⁸Ｆ]ＦＣＸ_２Ｂｒ（ただしＸは水素又は重水素を示す）と、芳香族環がホウ素に結合した有機ホウ素化合物とを、パラジウム錯体と、ホスフィン配位子と、塩基との存在下でクロスカップリングさせることを特徴とするＰＥＴ用トレーサーの製造方法。