JPWO2020004656A1 - 希土類錯体、放射線治療用光学イメージング剤、中性子線検出用シンチレーター及びカルボラン誘導体 - Google Patents
希土類錯体、放射線治療用光学イメージング剤、中性子線検出用シンチレーター及びカルボラン誘導体 Download PDFInfo
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Abstract
１種以上の三価の希土類イオンと、該希土類イオンに配位している複数の配位子と、を有する希土類錯体が開示される。複数の配位子が、カルボラン基、及び該カルボラン基の炭素原子に結合し希土類イオンに配位可能な配位基を有する第一の配位子と、光増感作用を有する第二の配位子とを含む。
Description
本発明は、希土類錯体、これを用いた放射線治療用光学イメージング剤及び中性子線検出用シンチレーター、並びにカルボラン誘導体に関する。
生体の画像診断のために用いられる造影剤に関して、ＭＲＩ（核磁気共鳴イメージング）及び光学イメージングの両方の造影機能を有する二元機能造影剤が提案されている（例えば、特許文献１）。
一方、炭素原子及びホウ素原子から構成されるクラスターであるカルボラン基を有するガドリウム錯体が、ＭＲＩの造影剤として使用できることが報告されている（非特許文献１）。
GUOAN HAN et al, Exp. Ther. Med.,9(5), 1561, 2015
本発明の一側面は、放射線治療用のホウ素薬剤としての機能を有するとともに、光学イメージングにおいて強発光を発現する、新規な希土類錯体並びにこれを含む放射線治療用光学イメージング剤を提供する。
本発明の一側面は、１種以上の三価の希土類イオンと、該希土類イオンに配位している複数の配位子と、を有する希土類錯体に関する。複数の配位子が、カルボラン基、及び該カルボラン基の炭素原子に結合し希土類イオンに配位可能な配位基を有する第一の配位子と、光増感作用を有する第二の配位子とを含む。
この希土類錯体は、カルボラン基による放射線治療用のホウ素薬剤としての機能を有するとともに、光増感作用を有する配位子を有する希土類イオン錯体の蛍光特性によって、光学イメージングにおいて強発光を発現することができる。この希土類錯体は、例えば、放射線治療において蛍光を利用したモニタリングを可能にする放射線治療用光学イメージング剤として有用である。更に、この希土類錯体は、中性子線を捕捉したカルボラン基が発生させる放射線によって発光するため、中性子線検出用シンチレーターとしても有用である。
本発明によれば、放射線治療用のホウ素薬剤としての機能を有するとともに、光学イメージングにおいて強発光を発現する、新規な希土類錯体及びこれを含む放射線治療用光学イメージング剤が提供される。
以下、本発明のいくつかの実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
一実施形態に係る希土類錯体は、１種以上の三価の希土類イオンと、該希土類イオンに配位している複数の配位子と、を有する。希土類イオンに配位する複数の配位子は、カルボラン基を有する第一の配位子と、光増感作用を有する第二の配位子とを含む。
第一の配位子が有するカルボラン基は、炭素原子とホウ素原子によって形成されたクラスターである。カルボラン基は、１個の炭素原子を含むカルボランから誘導される１価の基、又は、２個の炭素原子を含むｏ−カルボラン、ｍ−カルボラン又はｐ−カルボランから誘導される一価の基であることができる。
カルボラン基の炭素原子に、希土類イオンに配位可能な配位基が結合している。第１の配位子は、配位基を１個有していてもよいし、カルボラン基の２個の炭素原子にそれぞれ結合した２個の配位基を有していてもよい。配位基の例としては、カルボキシラート基（−ＣＯＯ−）、及びホスフィンオキシド基（例えばジフェニルホスフィンオキシド基（−Ｐ（＝Ｏ）（Ｃ６Ｈ５）２））が挙げられる。
カルボキシラート基を有する第一の配位子の例としては、下記式で表されるｍ−カルボラン−１−カルボキシラート（ｍｃＢ１０）、ｏ−カルボラン−１−カルボキシラート（ｏｃＢ１０）、ｍ−カルボラン−１，７−ジカルボキシラート（ｍｃ２Ｂ１０）、及びｏ−カルボラン−１，２−ジカルボキシラート（ｏｃ２Ｂ１０）が挙げられる。
ホスフィンオキシド基を有する第一の配位子の例としては、下記式ｍｐＢ１０、ｏｐＢ１０、ｍｐ２Ｂ１０又はｏｐ２Ｂ１０：
で表されるカルボラン誘導体が挙げられる。これら式中のＡｒ１、Ａｒ２、Ａｒ３及びＡｒ４がそれぞれ独立に芳香族基を示す。Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ３及びＡｒ４がフェニル基であってもよい。
光増感作用を有する第二の配位子は、希土類イオンに対する光増感作用を有する化合物から、任意に選択できる。第二の配位子は、単座配位子又は二座配位子であってもよい。第二の配位子は、配位原子（例えば、窒素原子）を含む複素芳香族基を有する複素芳香族化合物であってもよい。第二の配位子として用いられ得る複素芳香族化合物の例としては、下記式（１）で表される化合物が挙げられる。
式（１）中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７及びＲ８は、それぞれ独立に水素原子、炭素数１〜３のアルキル基、若しくは炭素数６〜１２のアリール基、又は、互いに連結してこれらが結合しているピリジン環とともに縮合環を形成している基を示す。アルキル基の炭素数は１〜３、又は１であってもよい。アリール基の炭素数は６〜１２、又は６〜１０であってもよい。
式（１）で表される化合物は、下記式（１ａ）で表されるフェナントロリン化合物であってもよい。
式（１ａ）中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７は、式（１）と同様に定義される。Ｒ９及びＲ１０は、それぞれ独立に水素原子、炭素数１〜３のアルキル基、又は炭素数６〜１２のアリール基を示す。アルキル基の炭素数は１〜３、又は１であってもよい。アリール基の炭素数は６〜１２、又は６〜１０であってもよい。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９及びＲ１０が水素原子であってもよい。
第二の配位子の他の例としては、下記式（２）又は（３）で表される化合物が挙げられる。
式（２）中、Ｒ１１、Ｒ１２及びＲ１３は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数１〜１５のアルキル基、炭素数１〜５のハロゲン化アルキル基、アリール基又はヘテロアリール基を示す。アルキル基及びハロゲン化アルキル基の炭素数は１〜５、又は１〜３であってもよい。アルキル基は、ターシャリーブチル基であってもよい。ハロゲン化アルキル基のハロゲンは、例えば、フッ素であってもよい。アリール基又はヘテロアリール基の例としては、ナフチル基、及びチエニル基が挙げられる。特に、Ｒ１１及びＲ１３がトリフルオロメチル基等のハロゲン化アルキル基であってもよい。このとき、Ｒ１２が水素原子であってもよい。
式（３）中、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３、Ｒ３４及びＲ３５は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数１〜５のアルキル基又は炭素数１〜５のハロゲン化アルキル基を示す。アルキル基及びハロゲン化アルキル基の炭素数は１〜５、又は１〜３であってもよい。ハロゲン化アルキル基のハロゲンは、例えばフッ素であってもよい。特に、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３、Ｒ３４及びＲ３５が水素原子であってもよい。
本実施形態に係る希土類錯体は、第一の配位子及び第二の配位子に加えて、他の配位子を更に有していてもよい。例えば、メタノール等のアルコールが希土類イオンに配位していてもよい。
三価の希土類イオンは特に限定されず、発光色等に応じて、適宜選択することができる。希土類イオンは、例えば、Ｅｕ（ＩＩＩ）イオン、Ｔｂ（ＩＩＩ）イオン、Ｇｄ（ＩＩＩ）イオン、Ｓｍ（ＩＩＩ）イオン、Ｙｂ（ＩＩＩ）イオン、Ｎｄ（ＩＩＩ）イオン、Ｅｒ（ＩＩＩ）イオン、Ｙ（ＩＩＩ）イオン、Ｄｙ（ＩＩＩ）イオン、Ｃｅ（ＩＩＩ）イオン、及びＰｒ（ＩＩＩ）イオンからなる群より選ばれる少なくとも一種であることができる。高い発光強度を得る観点から、希土類イオンは、Ｅｕ（ＩＩＩ）イオン、Ｔｂ（ＩＩＩ）イオン又はＧｄ（ＩＩＩ）イオンであってもよい。
第一の配位子及び第二の配位子の数は、希土類錯体の配位構造が形成される限り、限られない。例えば、第一の配位子の数が希土類イオン１個あたり３個で、第二の配位子の数が希土類イオン１個あたり１個であってもよい。本実施形態に係る希土類錯体は、２個の希土類イオンを有する二核体であってもよい。二核体において、第一の配位子が２個の希土類イオンに配位することにより、２個の希土類イオンが橋かけされていてもよい。
１個の第一の配位子が２個の希土類イオンに配位し、それにより、希土類錯体が、第一の配位子及び前記希土類イオンが交互に連結された繰り返し構造を形成していてもよい。この場合の第一の配位子は、ｍ−カルボランから誘導される、２個のホスフィンオキシド基を有するカルボラン誘導体であってもよい。繰り返し構造は、例えば下記式（１０）で表される。式（１０）中のＲ１１、Ｒ１２及びＲ１３は、式（２）中のＲ１１、Ｒ１２及びＲ１３と同義であり、Ｍ（ＩＩＩ）は希土類イオンを示す。ｎは繰り返し数を表す２以上の整数である。
本実施形態に係る希土類錯体は、通常の方法を組み合わせて合成することができる。例えば、第一の配位子及び第二の配位子としての化合物をそれぞれ準備し、これらを希土類化合物と反応させることにより、希土類錯体を合成することができる。
一実施形態に係る放射線治療用光学イメージング剤は、以上説明した実施形態に係る希土類錯体を含む。このイメージング剤は、放射線治療用のホウ素薬剤としての機能を有すると同時に、蛍光を利用した光学イメージングの造影剤としても機能することができる。本実施形態に係る放射線治療用イメージング剤は、例えば、ホウ素中性子捕捉療法に用いられるホウ素薬剤としての応用が可能である。光学イメージングは、例えば、生物学的活性のレベルを推定するために利用することができる。
一実施形態に係る中性子線検出用シンチレーターは、以上説明した実施形態に係る希土類錯体を含む。カルボラン基が中性子線を捕捉したときにα線等の放射線を発生させ、この放射線によって希土類錯体が発光する。この発光によって中性子線を検出することができる。
以下、実施例を挙げて本発明についてさらに具体的に説明する。ただし、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
＜検討Ｉ＞
Ｉ−１．合成
ｍ−カルボラン−１−カルボン酸（ｍｃＢ１０）の合成
Ｉ−１．合成
ｍ−カルボラン−１−カルボン酸（ｍｃＢ１０）の合成
ｍ−カルボラン（１．０３ｇ,７．１４ｍｍｏｌ）をアルゴン雰囲気下でジエチルエーテル（超脱水，５０ｍＬ）に溶解させ、得られた反応溶液を−７８℃に冷却した。次いで、ｎ−ブチルリチウム（４．８０ｍＬ，７．６８ｍｍｏｌ，１．６Ｍ／ヘキサン）を加え、反応溶液を２時間撹拌した。ドライアイスを昇華させて生成したＣＯ２ガスを、シリカゲルに通すことで脱水した。脱水したＣＯ２ガス（２．００ｇ，４５ｍｍｏｌ）を反応溶液に１時間かけて通した。その後、反応溶液を更に１時間攪拌した。反応溶液からジエチルエーテルをエバポレーターで留去し、残渣を水に溶かし、得られた水溶液からヘキサンで生成物を２回抽出した。未反応のｍ−カルボランを除いてから、回収した水層にｐＨが２になるまで塩酸を加えた。次いで水層からヘキサンで生成物を４回抽出した。集められた有機層からヘキサンをエバポレーターで留去し、生成物（ｍ−カルボラン−１−カルボン酸）の白色粉体を得た（収量：１．２２ｇ，収率：９１％）。
IR: (ATR)2603(B=H), 1707(C=O) cm-1
1HNMR(CDCl3): δ 8.72(1H,C-H), 3.05(1H, C-H),3.70-1.20(10H, B10H10)ppm
13CNMR(CDCl3, 400MHz): δ167.58, 71.16, 54.92ppm
Elemental analysis: calculated(%) for C3B10H12O2:C,19.14, H, 6.43, found : C, 19.67, H, 6.43
IR: (ATR)2603(B=H), 1707(C=O) cm-1
1HNMR(CDCl3): δ 8.72(1H,C-H), 3.05(1H, C-H),3.70-1.20(10H, B10H10)ppm
13CNMR(CDCl3, 400MHz): δ167.58, 71.16, 54.92ppm
Elemental analysis: calculated(%) for C3B10H12O2:C,19.14, H, 6.43, found : C, 19.67, H, 6.43
Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）２の合成
ＥｕＣｌ３・６Ｈ２Ｏ（０．８９２ｍｍｏｌ）を水（５ｍＬ）に溶解させた。そこに、ｍｃＢ１０（３３６ｍｇ，１．７９ｍｍｏｌ）をメタノール（２ｍＬ）に溶解して調製した溶液を加えた。得られた反応溶液に、ｍｃＢ１０が完全に溶解するまでメタノールを加えた。次いで、反応溶液にアンモニア水を数滴加えると、錯形成反応が起こり、白色の沈殿物が生じた。反応溶液を更に１時間撹拌した後、沈殿物を吸引濾過により回収した。沈殿物を水、ヘキサンの順で洗浄することによりＥｕＣｌ３・６Ｈ２Ｏ及びｍｃＢ１０を除去して、生成物（Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）２）の白色粉体を得た。
IR (KBr): 3400(O-H), 2605(B=H), 1618(C=O)cm-1
MS(ESI): ｍ/ｚ calculatedfor C11H41B30EuNaO8[M+Na]+=802.49 ; found = 802.43
IR (KBr): 3400(O-H), 2605(B=H), 1618(C=O)cm-1
MS(ESI): ｍ/ｚ calculatedfor C11H41B30EuNaO8[M+Na]+=802.49 ; found = 802.43
［Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）ｐｈｅｎ］２の合成
Ｅｕ（ｍｃＢ１０）（ＣＨ３ＯＨ）２（６０．６ｍｇ，０．０８０８ｍｍｏｌ）をメタノール（６ｍＬ）に溶解させ、そこに１，１０−フェナントロリン（１６．１ｍｇ，０．０８１２ｍｍｏｌ）を加えた。得られた反応溶液を５０℃で２時間、加熱還流させた。続いて、反応溶液からメタノールをエバポレーターで留去して、生成物（［Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）ｐｈｅｎ］２）の白色粉体を得た。
IR (KBr): 2600(B=H), 1635(C=O), 1375, 1420,1559,(C-N, C=C) cm-1
1H NMR(CDCl3): δ9.20 (2H,C-H), 7.42-8.60 (6H,C-H), 0.50-4.10 (30H, B-H, 2H, C-H) ppm
Elemental analysis: calculated(%) for Eu2N4O14C44B60H90:C,28.51, H, 4.91, N,3.02, found: C, 28.97, H, 4.93, N, 2.77
IR (KBr): 2600(B=H), 1635(C=O), 1375, 1420,1559,(C-N, C=C) cm-1
1H NMR(CDCl3): δ9.20 (2H,C-H), 7.42-8.60 (6H,C-H), 0.50-4.10 (30H, B-H, 2H, C-H) ppm
Elemental analysis: calculated(%) for Eu2N4O14C44B60H90:C,28.51, H, 4.91, N,3.02, found: C, 28.97, H, 4.93, N, 2.77
Ｉ−２．評価
Ｉ−２−１．発光・励起スペクトル
Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）２
Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）２を分光分析用メタノールに溶解させて、濃度１×１０―２Ｍの試料液を調製した。試料液を石英セルに入れて、発光・励起スペクトルを測定した。発光・励起スペクトルは、株式会社堀場製作所製の蛍光分光光度計Ｆｌｕｏｒｏｌｏｇ−３を用いて、励起光３９４ｎｍ、蛍光波長６１０ｎｍで測定した。
図１は、Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）２の発光・励起スペクトルである。発光スペクトルにおいて、Ｅｕ（ＩＩＩ）イオンに由来するシャープな発光帯が５７８ｎｍ、５９２ｎｍ、６１１ｎｍ、６５０ｎｍ、及び７００ｎｍに観測された。これらの発光帯は、それぞれＥｕ（ＩＩＩ）イオンの５Ｄ０→７Ｆ０、５Ｄ０→７Ｆ１、５Ｄ０→７Ｆ２、５Ｄ０→７Ｆ３、及び５Ｄ０→７Ｆ４遷移に対応する。励起スペクトルにおいて、Ｅｕ（ＩＩＩ）イオンの４ｆ−４ｆ遷移に対応する励起帯が観測された。これら観測結果は、近紫外（３００〜４００ｎｍ）から可視光領域（４００〜７００ｎｍ）の波長において、ｍｃＢ１０配位子（第一の配位子）からＥｕ（ＩＩＩ）イオンへのエネルギー移動が生じていないことを示唆する。
Ｉ−２−１．発光・励起スペクトル
Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）２
Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）２を分光分析用メタノールに溶解させて、濃度１×１０―２Ｍの試料液を調製した。試料液を石英セルに入れて、発光・励起スペクトルを測定した。発光・励起スペクトルは、株式会社堀場製作所製の蛍光分光光度計Ｆｌｕｏｒｏｌｏｇ−３を用いて、励起光３９４ｎｍ、蛍光波長６１０ｎｍで測定した。
図１は、Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）２の発光・励起スペクトルである。発光スペクトルにおいて、Ｅｕ（ＩＩＩ）イオンに由来するシャープな発光帯が５７８ｎｍ、５９２ｎｍ、６１１ｎｍ、６５０ｎｍ、及び７００ｎｍに観測された。これらの発光帯は、それぞれＥｕ（ＩＩＩ）イオンの５Ｄ０→７Ｆ０、５Ｄ０→７Ｆ１、５Ｄ０→７Ｆ２、５Ｄ０→７Ｆ３、及び５Ｄ０→７Ｆ４遷移に対応する。励起スペクトルにおいて、Ｅｕ（ＩＩＩ）イオンの４ｆ−４ｆ遷移に対応する励起帯が観測された。これら観測結果は、近紫外（３００〜４００ｎｍ）から可視光領域（４００〜７００ｎｍ）の波長において、ｍｃＢ１０配位子（第一の配位子）からＥｕ（ＩＩＩ）イオンへのエネルギー移動が生じていないことを示唆する。
［Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）ｐｈｅｎ］２
［Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）ｐｈｅｎ］２の発光・励起スペクトルを、Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）２と同様の条件で測定した。図２は、［Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）ｐｈｅｎ］２の発光・励起スペクトルである。発光スペクトルにおいて、Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）２と同様に、Ｅｕ（ＩＩＩ）イオンに由来するシャープな発光帯が５７８ｎｍ、５９２ｎｍ、６１１ｎｍ、６４８ｎｍ及び７０３ｎｍに観測された。発光スペクトルの形状は、５Ｄ０→７Ｆ２に対応する６１１ｎｍの発光帯が３つに分裂している点でＥｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）２の発光スペクトルと異なっている。これは、第二の配位子（１，１０−フェナントロリン）の導入により錯体の配位構造が変化したことを示唆する。励起スペクトルにおいて、Ｅｕ（ＩＩＩ）イオンの４ｆ−４ｆ線移に対応する励起帯が非常に小さくなった。これは、光増感作用を有する１，１０−フェナントロリンからの効率的なエネルギー移動による励起が生じていることを示唆する。
［Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）ｐｈｅｎ］２の発光・励起スペクトルを、Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）２と同様の条件で測定した。図２は、［Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）ｐｈｅｎ］２の発光・励起スペクトルである。発光スペクトルにおいて、Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）２と同様に、Ｅｕ（ＩＩＩ）イオンに由来するシャープな発光帯が５７８ｎｍ、５９２ｎｍ、６１１ｎｍ、６４８ｎｍ及び７０３ｎｍに観測された。発光スペクトルの形状は、５Ｄ０→７Ｆ２に対応する６１１ｎｍの発光帯が３つに分裂している点でＥｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）２の発光スペクトルと異なっている。これは、第二の配位子（１，１０−フェナントロリン）の導入により錯体の配位構造が変化したことを示唆する。励起スペクトルにおいて、Ｅｕ（ＩＩＩ）イオンの４ｆ−４ｆ線移に対応する励起帯が非常に小さくなった。これは、光増感作用を有する１，１０−フェナントロリンからの効率的なエネルギー移動による励起が生じていることを示唆する。
Ｉ−２−２．発光寿命
Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）２及び［Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）ｐｈｅｎ］２の発光寿命を、株式会社堀場製作所製の蛍光分光光度計Ｆｌｕｏｒｏｌｏｇ−３を用いて測定した。発光寿命測定のための光源として、株式会社堀場製作所製のｎａｎｏ ＬＥＤ（３６５ｎｍ）を用いた。図３及び図４は、それぞれ、Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）２及び［Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）ｐｈｅｎ］２の発光の減衰曲線を示す。［Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）ｐｈｅｎ］２の発光寿命はほぼ単成分であった。
Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）２及び［Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）ｐｈｅｎ］２の発光寿命を、株式会社堀場製作所製の蛍光分光光度計Ｆｌｕｏｒｏｌｏｇ−３を用いて測定した。発光寿命測定のための光源として、株式会社堀場製作所製のｎａｎｏ ＬＥＤ（３６５ｎｍ）を用いた。図３及び図４は、それぞれ、Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）２及び［Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）ｐｈｅｎ］２の発光の減衰曲線を示す。［Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）ｐｈｅｎ］２の発光寿命はほぼ単成分であった。
発光寿命τｏｂｓ及び発光スペクトルから、Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）２及び［Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）ｐｈｅｎ］２の放射速度定数ｋｒ、無放射速度定数ｋｎｒ及び４ｆ−４ｆ遷移の発光量子効率φｆ−ｆを算出した。表１は、これら光物性値を示す。表１には、ヘキサフルオロアセトナート及び１，１０−フェナントロリンを配位子として有する希土類錯体Ｅｕ（ｈｆａ）３ｐｈｅｎの光物性値も併せて示される。
［Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）ｐｈｅｎ］２とＥｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）２の光物性値を比較すると、［Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）ｐｈｅｎ］２は無放射速度定数ｋｎｒが抑えられたために、Ｅｕ（ｍｃＢ１０）３（ＣＨ３ＯＨ）２と比較して、高い発光効率で長寿命の発光を示した。すなわち、第二の配位子の導入による光増感が確認された。
＜検討ＩＩ＞
ＩＩ−１．合成
ビス−ジフェニルホスフィン−ｍ−カルボラン（ｄｍｏｐｃ）の合成
ＩＩ−１．合成
ビス−ジフェニルホスフィン−ｍ−カルボラン（ｄｍｏｐｃ）の合成
ｍ−カルボラン（３００ｍｇ，２．０８ｍｍｏｌ）をアルゴン雰囲気下でジエチルエーテル（超脱水，１０ｍＬ）に溶解した。得られた反応溶液に、０℃に冷却しながらｎ−ＢｕＬｉ（３．００ｍＬ,４．８ｍｍｏｌ，１．６Ｍ ｉｎ ｈｅｘａｎｅ）を加え、反応溶液を１時間攪拌した。そこにクロロジフェニルホスフィン（０．９５ｍＬ，５．１ｍｍｏｌ）を加え、反応溶液を室温で１時間攪拌した。反応溶液から生成物を水及びジエチルエーテルを用いて２回抽出し、ジエチルエーテル層を回収した。回収したジエチルエーテル層から溶媒をエバポレーターで留去し、透明な粘性液体（生成物）を得た。この生成物をナスフラスコ内でジクロロメタン（５ｍＬ）に溶解した。そこにＨ２Ｏ２（３ｍＬ）を加え、フラスコ内の混合液を２時間攪拌した。溶媒をエバポレーターで留去し、残渣をジクロロメタン中での再結晶により精製して、ｄｐｏｍｃの白色粉体を得た。
IR(KBr): 2599(B-H), 1201(P=O)
1HNMR(CDCl3, 400 MHz): δ 7.86-7.97(8H, C-H), 7.43-7.61(1H, C-H),3.00-1.20(10H, B-H) ppm
MS(ESI): m/z calcd. for C26H31B10P2O2[M+H]+= 547.27 ; found = 547.26
IR(KBr): 2599(B-H), 1201(P=O)
1HNMR(CDCl3, 400 MHz): δ 7.86-7.97(8H, C-H), 7.43-7.61(1H, C-H),3.00-1.20(10H, B-H) ppm
MS(ESI): m/z calcd. for C26H31B10P2O2[M+H]+= 547.27 ; found = 547.26
［Ｅｕ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎの合成
ｄｐｏｍｃ（３００ｍｇ）と過剰量のＥｕ（ｈｆａ）３（Ｈ２Ｏ）２（７０７ｍｇ,１．５ ｅｑｕｉｖ.）をトルエン中で混合し、反応液を８０℃で６時間加熱還流した。トルエンをエバポレーターで除去した。残渣をジオキサン中で２時間還流した。濾過により未反応のＥｕ（ｈｆａ）３（Ｈ２Ｏ）２を除去して、［Ｅｕ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎの白色粉体を得た。［Ｅｕ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎは、ｄｐｏｍｃ及びＥｕ（ＩＩＩ）イオンが交互に連結されることにより繰り返し構造を形成している高分子量の錯体である。
IR(ATR): 2614(B-H), 1652(C=O), 1250(P=O) cm-1
MS(ESI) : m/z calcd. for C36H32B10EuF12O8P2[M-hfa]+ = 1111.17, found = 1111.17
Elemental analysis: calcd for C41H33B10EuF18O8P2+ dioxane: C, 38.45, H: 2.94, found; C, 38.22, H2.73
IR(ATR): 2614(B-H), 1652(C=O), 1250(P=O) cm-1
MS(ESI) : m/z calcd. for C36H32B10EuF12O8P2[M-hfa]+ = 1111.17, found = 1111.17
Elemental analysis: calcd for C41H33B10EuF18O8P2+ dioxane: C, 38.45, H: 2.94, found; C, 38.22, H2.73
［Ｔｂ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎの合成
Ｅｕ（ｈｆａ）３（Ｈ２Ｏ）２に代えてＴｂ（ｈｆａ）３（Ｈ２Ｏ）２を用いたこと以外は［Ｅｕ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎと同様の手順で［Ｔｂ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎを合成した。［Ｔｂ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎは、ｄｐｏｍｃ及びＴｂ（ＩＩＩ）イオンが交互に連結されることにより繰り返し構造を形成している高分子量の錯体である。
IR(ATR): 2614(B-H), 1652(C=O), 1250(P=O) cm-1
MS(ESI): m/z calcd. for C36H32B10TbF12O8P2[M-hfa]+ = 1117.17, found = 1117.17, [2M-hfa]+ =2441.34, found = 2441.28
Elemental analysis: calcd(%) for C41H33B10TbF18O8P2:C, 36.76, H: 2.52, found; C, 37.17, H2.52
Ｅｕ（ｈｆａ）３（Ｈ２Ｏ）２に代えてＴｂ（ｈｆａ）３（Ｈ２Ｏ）２を用いたこと以外は［Ｅｕ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎと同様の手順で［Ｔｂ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎを合成した。［Ｔｂ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎは、ｄｐｏｍｃ及びＴｂ（ＩＩＩ）イオンが交互に連結されることにより繰り返し構造を形成している高分子量の錯体である。
IR(ATR): 2614(B-H), 1652(C=O), 1250(P=O) cm-1
MS(ESI): m/z calcd. for C36H32B10TbF12O8P2[M-hfa]+ = 1117.17, found = 1117.17, [2M-hfa]+ =2441.34, found = 2441.28
Elemental analysis: calcd(%) for C41H33B10TbF18O8P2:C, 36.76, H: 2.52, found; C, 37.17, H2.52
［Ｇｄ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎの合成
Ｅｕ（ｈｆａ）３（Ｈ２Ｏ）２に代えてＧｄ（ｈｆａ）３（Ｈ２Ｏ）２を用いたこと以外は［Ｅｕ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎと同様の手順で［Ｇｄ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎを合成した。［Ｇｄ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎは、ｄｐｏｍｃ及びＧｄ（ＩＩＩ）イオンが交互に連結されることにより繰り返し構造を形成している高分子量の錯体である。
MS(ESI): m/z calcd. for C36H32B10TbF12O8P2[M+Na]+ =1346.15, found = 1346.18
Ｅｕ（ｈｆａ）３（Ｈ２Ｏ）２に代えてＧｄ（ｈｆａ）３（Ｈ２Ｏ）２を用いたこと以外は［Ｅｕ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎと同様の手順で［Ｇｄ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎを合成した。［Ｇｄ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎは、ｄｐｏｍｃ及びＧｄ（ＩＩＩ）イオンが交互に連結されることにより繰り返し構造を形成している高分子量の錯体である。
MS(ESI): m/z calcd. for C36H32B10TbF12O8P2[M+Na]+ =1346.15, found = 1346.18
ＩＩ−２．評価
ＩＩ−２−１．［Ｅｕ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎの光物性
図５は、［Ｅｕ（ｈｆａ）３ｄｐｏｍｃ］ｎ及びＥｕ（ｈｆａ）３（Ｈ２Ｏ）２の粉体の発光・励起スペクトル（λｅｘ＝３６０ｎｍ、λｅｍ＝６１０ｎｍ）である。測定は室温で行った。発光スペクトルでは、Ｅｕ（ＩＩＩ）イオンの５Ｄ０→７ＦＪ（Ｊ＝０，１，２，３，４）の遷移に帰属される発光帯が確認された。両錯体の励起スペクトルにおいて３００〜４００ｎｍ付近にｈｆａの励起帯が観測され、これはｈｈａからＥｕ（ＩＩＩ）イオンへの光増感エネルギー移動を示唆する。５Ｄ０→７Ｆ２，５Ｄ０→７Ｆ４の遷移に対応する発光帯の形状が両錯体で大きく異なっており、これはＥｕ（ＩＩＩ）イオン周りの配位環境が両錯体で大きく異なっていることを示唆する。
ＩＩ−２−１．［Ｅｕ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎの光物性
図５は、［Ｅｕ（ｈｆａ）３ｄｐｏｍｃ］ｎ及びＥｕ（ｈｆａ）３（Ｈ２Ｏ）２の粉体の発光・励起スペクトル（λｅｘ＝３６０ｎｍ、λｅｍ＝６１０ｎｍ）である。測定は室温で行った。発光スペクトルでは、Ｅｕ（ＩＩＩ）イオンの５Ｄ０→７ＦＪ（Ｊ＝０，１，２，３，４）の遷移に帰属される発光帯が確認された。両錯体の励起スペクトルにおいて３００〜４００ｎｍ付近にｈｆａの励起帯が観測され、これはｈｈａからＥｕ（ＩＩＩ）イオンへの光増感エネルギー移動を示唆する。５Ｄ０→７Ｆ２，５Ｄ０→７Ｆ４の遷移に対応する発光帯の形状が両錯体で大きく異なっており、これはＥｕ（ＩＩＩ）イオン周りの配位環境が両錯体で大きく異なっていることを示唆する。
図６は、［Ｅｕ（ｈｆａ）３ｄｐｏｍｃ］ｎ及びＥｕ（ｈｆａ）３（Ｈ２Ｏ）２の発光減衰曲線である。表１は発光減衰曲線から算出した光物性値を示す。［Ｅｕ（ｈｆａ）３ｄｐｏｍｃ］ｎはＥｕ（ｈｆａ）３（Ｈ２Ｏ）２と比較して長寿命を示すとともに、高い量子収率を示した。［Ｅｕ（ｈｆａ）３ｄｐｏｍｃ］ｎの無放射速度定数ｋｎｒは、Ｅｕ（ｈｆａ）３（Ｈ２Ｏ）２のｋｎｒと比較して小さい値を示しており、これは振動数の大きいＨ２Ｏがｄｐｏｍｃで置換されたことによる振動失活の減少に起因すると考えられる。［Ｅｕ（ｈｆａ）３ｄｐｏｍｃ］ｎの放射速度定数ｋｒは、Ｅｕ（ｈｆａ）３（Ｈ２Ｏ）２のｋｒと比較して大きい値を示しており、これは構造の非対称性の増大に起因すると考えられる。［Ｅｕ（ｈｆａ）３ｄｐｏｍｃ］ｎは、４６％の配位子励起の発光量子収率Φｔｏｔ、及び７０％のエネルギー移動効率ηＳＥＮＳを示した。これら結果から、［Ｅｕ（ｈｆａ）３ｄｐｏｍｃ］ｎが十分に効率的な光増感エネルギー移動を起こすことが確かめられた。
ＩＩ−２−２．［Ｔｂ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎの光物性
図７は、［Ｔｂ（ｈｆａ）３ｄｐｏｍｃ］ｎ及びＴｂ（ｈｆａ）３（Ｈ２Ｏ）２の粉体の発光・励起スペクトル（λｅｘ＝３６０ｎｍ、λｅｍ＝６１０ｎｍ）である。発光スペクトルでは、Ｔｂ（ＩＩＩ）イオンの５Ｄ４→７ＦＪ（Ｊ＝６，５，４，３，２）の遷移に対応する発光帯が確認された。両錯体のスペクトルの形状が異なっており、これはＥｕ錯体と同様にＴｂ周りの配位環境が変化したことを示唆する。励起スペクトルから、ｈｆａからの光増感エネルギー移動が起きていることも確認された。
図７は、［Ｔｂ（ｈｆａ）３ｄｐｏｍｃ］ｎ及びＴｂ（ｈｆａ）３（Ｈ２Ｏ）２の粉体の発光・励起スペクトル（λｅｘ＝３６０ｎｍ、λｅｍ＝６１０ｎｍ）である。発光スペクトルでは、Ｔｂ（ＩＩＩ）イオンの５Ｄ４→７ＦＪ（Ｊ＝６，５，４，３，２）の遷移に対応する発光帯が確認された。両錯体のスペクトルの形状が異なっており、これはＥｕ錯体と同様にＴｂ周りの配位環境が変化したことを示唆する。励起スペクトルから、ｈｆａからの光増感エネルギー移動が起きていることも確認された。
図８は、［Ｔｂ（ｈｆａ）３ｄｐｏｍｃ］ｎ及びＴｂ（ｈｆａ）３（Ｈ２Ｏ）２の発光減衰曲線である。この発光減衰曲線から求めた［Ｔｂ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎの発光寿命は０．４５ｍｓで、これはＴｂ（ｈｆａ）３（Ｈ２Ｏ）２の発光寿命０．８６ｍｓと比較して短かった。
ｄｐｏｍｃで希土類イオンを架橋したことによる希土類イオン間のエネルギー移動への影響を調べるため、［Ｔｂ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎの発光寿命τを、１００Ｋ〜３００Ｋまでのいくつかの測定温度において測定した。表３は、各測定温度における［Ｔｂ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎの発光寿命を示す。発光寿命は、低温域では０．７８ｍｓ付近であった。比較的高い温度で発光寿命の変化が起こることから、この錯体では逆エネルギー移動過程が比較的起こりにくいことが示唆される。
図９は、［Ｔｂ（ｈｆａ）３ｄｐｏｍｃ］ｎの発光減衰曲線（λｅｘ＝３５６ｎｍ、λｅｍ＝５４５ｎｍ）である。図９には、１００Ｋ、１５０Ｋ、２００Ｋ、２５０Ｋ及び３００Ｋにおける発光減衰曲線が重ねて表示されている。図１０は、別途準備された、カルボラン基の代わりにビフェニレン基を有する希土類錯体［Ｔｂ（ｈｆａ）３ｄｐｂｐ］ｎの発光減衰曲線（λｅｘ＝３５６ｎｍ、λｅｍ＝５４５ｎｍ）である。図１０には、１００Ｋ、１５０Ｋ、２００Ｋ、２５０Ｋ及び３００Ｋにおける発光減衰曲線が表示されている。図９及び図１０の比較から、カルボラン基の導入によって発光寿命の温度依存性が顕著に小さくなることが確認された。
ＩＩ−２−３．［Ｇｄ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎの光物性
図１１は、室温における［Ｇｄ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎ及び［Ｔｂ（ｈｆａ）３ｄｐｏｍｃ］ｎの発光減衰曲線（λｅｘ＝２５０ｎｍ、λｅｍ＝４５５ｎｍ）である。［Ｇｄ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎの発光寿命は０．９９ｍｓであり、これは［Ｔｂ（ｈｆａ）３ｄｐｏｍｃ］ｎの発光寿命０．６９ｍｓよりも大きかった。
図１１は、室温における［Ｇｄ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎ及び［Ｔｂ（ｈｆａ）３ｄｐｏｍｃ］ｎの発光減衰曲線（λｅｘ＝２５０ｎｍ、λｅｍ＝４５５ｎｍ）である。［Ｇｄ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎの発光寿命は０．９９ｍｓであり、これは［Ｔｂ（ｈｆａ）３ｄｐｏｍｃ］ｎの発光寿命０．６９ｍｓよりも大きかった。
ＩＩ−２−３．［Ｅｕ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎの熱物理的性質
図１２は、［Ｅｕ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎの熱重量分析の結果を示すグラフである。２５０℃付近で急激な重量減少が見られた。
図１２は、［Ｅｕ（ｈｆａ）３（ｄｐｏｍｃ）］ｎの熱重量分析の結果を示すグラフである。２５０℃付近で急激な重量減少が見られた。
ＩＩ−２−３．放射線照射試験
ガラス板上に塗ったグリースに、［Ｅｕ（ｈｆａ）３ｄｐｏｍｃ］ｎ、Ｅｕ（ｈｆａ）３（Ｈ２Ｏ）２、［Ｔｂ（ｈｆａ）３ｄｐｏｍｃ］ｎ、又はＴｂ（ｈｆａ）３（Ｈ２Ｏ）２の粉体試料を付着させた。ガラス板の反対側の面にα線源（Ａｍ２４１）を取り付けた。全体を暗幕で覆い、光学カメラで粉体試料を撮影した。［Ｅｕ（ｈｆａ）３ｄｐｏｍｃ］ｎ、及び［Ｔｂ（ｈｆａ）３ｄｐｏｍｃ］ｎの場合、５分間の露光によって得られた画像において、Ｅｕ（ＩＩＩ）イオンの赤色発光及びＴｂ（ＩＩＩ）イオンの緑色発光が見られた。このことから、各錯体が、例えば中性子線検出用シンチレーターとして用いられ得ることが示唆された。
ガラス板上に塗ったグリースに、［Ｅｕ（ｈｆａ）３ｄｐｏｍｃ］ｎ、Ｅｕ（ｈｆａ）３（Ｈ２Ｏ）２、［Ｔｂ（ｈｆａ）３ｄｐｏｍｃ］ｎ、又はＴｂ（ｈｆａ）３（Ｈ２Ｏ）２の粉体試料を付着させた。ガラス板の反対側の面にα線源（Ａｍ２４１）を取り付けた。全体を暗幕で覆い、光学カメラで粉体試料を撮影した。［Ｅｕ（ｈｆａ）３ｄｐｏｍｃ］ｎ、及び［Ｔｂ（ｈｆａ）３ｄｐｏｍｃ］ｎの場合、５分間の露光によって得られた画像において、Ｅｕ（ＩＩＩ）イオンの赤色発光及びＴｂ（ＩＩＩ）イオンの緑色発光が見られた。このことから、各錯体が、例えば中性子線検出用シンチレーターとして用いられ得ることが示唆された。
Claims (8)
- １種以上の三価の希土類イオンと、該希土類イオンに配位している複数の配位子と、を有し、
前記複数の配位子が、
カルボラン基、及び該カルボラン基の炭素原子に結合し前記希土類イオンに配位可能な配位基を有する第一の配位子と、
光増感作用を有する第二の配位子と、
を含む、
希土類錯体。 - 前記配位基がカルボキシラート基である、請求項１に記載の希土類錯体。
- 前記配位基がホスフィンオキシド基である、請求項１に記載の希土類錯体。
- 前記第一の配位子が２個の前記希土類イオンに配位しており、
当該希土類錯体が、前記第一の配位子及び前記希土類イオンが交互に連結されることにより繰り返し構造を形成している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の希土類錯体。 - 前記第二の配位子が、配位原子を含む複素芳香族基を有する複素芳香族化合物である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の希土類錯体。
- 請求項１〜５のいずれか一項に記載の希土類錯体を含む、放射線治療用光学イメージング剤。
- 請求項１〜５のいずれか一項に記載の希土類錯体を含む、中性子線検出用シンチレーター。
- 下記式ｍｐＢ１０、ｏｐＢ１０、ｍｐ２Ｂ１０又はｏｐ２Ｂ１０：
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|---|---|---|---|
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| PCT/JP2019/025964 WO2020004656A1 (ja) | 2018-06-28 | 2019-06-28 | 希土類錯体、放射線治療用光学イメージング剤、中性子線検出用シンチレーター及びカルボラン誘導体 |
Publications (1)
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|---|---|
| JPWO2020004656A1 true JPWO2020004656A1 (ja) | 2021-08-19 |
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ID=68984536
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|---|---|---|---|
| JP2020527703A Pending JPWO2020004656A1 (ja) | 2018-06-28 | 2019-06-28 | 希土類錯体、放射線治療用光学イメージング剤、中性子線検出用シンチレーター及びカルボラン誘導体 |
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| JP (1) | JPWO2020004656A1 (ja) |
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Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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|---|---|---|---|---|
| US5955586A (en) * | 1996-03-22 | 1999-09-21 | Sessler; Jonathan L. | Highly boronated derivatives of texaphyrins |
| JP2005519988A (ja) * | 2001-07-05 | 2005-07-07 | イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー | ホスフィンオキシド、ホスフィンオキシド−スルフィド、ピリジンｎ−オキシド、およびホスフィンオキシド−ピリジンｎ−オキシドを有する光活性ランタニド錯体、ならびにそのような錯体で製造されたデバイス |
-
2019
- 2019-06-28 WO PCT/JP2019/025964 patent/WO2020004656A1/ja active Application Filing
- 2019-06-28 JP JP2020527703A patent/JPWO2020004656A1/ja active Pending
Patent Citations (2)
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| Title |
|---|
| CHEMISTRY − A EUROPEAN JOURNAL, vol. 19(2), JPN6023004372, 2013, pages 721 - 728, ISSN: 0004983141 * |
Also Published As
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|---|---|
| WO2020004656A1 (ja) | 2020-01-02 |
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