KR101828868B1

KR101828868B1 - 5-ht2c 수용체 특이적 양성자방출단층촬영용 방사성 추적자 합성 방법

Info

Publication number: KR101828868B1
Application number: KR1020160129664A
Authority: KR
Inventors: 민선준; 추현아; 조용서; 이호영; 배애님; 이재균; 이병철; 문병석; 김주현
Original assignee: 한양대학교 에리카산학협력단; 한국과학기술연구원
Priority date: 2016-10-07
Filing date: 2016-10-07
Publication date: 2018-02-20

Abstract

본 발명은 5-HT_2c 수용체 특이적 양성자방출단층촬영용 방사성 추적자로 사용되는 [¹⁸F]5-플루오로-4-(((R)-1-(3-플루오로페닐)프로판-2-일)옥시)-2-((R)-2-메틸 피페라진-1-일)피리미딘 화합물의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 합성방법을 통해서 5-HT_2c 수용체에 특이적인 방사성 추적자를 효율적으로 합성하는 것이 가능하고 합성된 화합물은 순도가 높고 5-HT_2c 수용체에 대한 선택성이 우수하다. 따라서 본 발명의 최종 산물인 [¹⁸F]5-플루오로-4-(((R)-1-(3-플루오로페닐)프로판-2-일)옥시)-2-((R)-2-메틸 피페라진-1-일)피리미딘은 양성자 방출 단층 촬영을 위한 방사성 추적자로 이용되어 뇌 및 중추신경계의 세로토닌 수용체 분포 및 이상여부를 모니터링 할 수 있다.

Description

5-HT2C 수용체 특이적 양성자방출단층촬영용 방사성 추적자 합성 방법{Synthesis method of 5-HT2C receptor-specific PET radiotracer}

본 발명은 5-HT_2c 수용체 특이적 양성자방출단층촬영용 방사성 추적자로 사용되는 화합물의 제조방법에 관한 것이다.

세로토닌은, 예를 들면, 수면, 섭취, 통증 지각, 체온 조절, 혈압 조절, 우울증, 불안증, 중독 및 정신분열증에 관한 질병, 장애 및 질환을 포함하여 중추신경계에서 발생하는 다수의 질병, 장애 및 질환과 밀접한 관련이 있다. 세로토닌은 또한 다양한 수축, 분비 및 전기생리학적 효과를 조절하는 것으로 밝혀진 위장계와 같은 말초계에서 중요한 역할을 한다.

신체에서 세로토닌의 광범위한 분포로 인해, 세로토닌성 체계에 영향을 주는 약물이 요구된다. 특히, 세로토닌성 체계의 효능제, 부분 효능제 및 길항제는 불안증, 우울증, 조증, 편두통, 비만, 강박 장애, 정신분열증, 자폐성, 퇴행성 신경장애(예: 알츠하이머병, 파킨슨병 및 헌팅톤 무도병) 및 화학요법에 의해 유도된 구토를 포함하는 광범위한 장애의 치료에서 주목을 받고 있다.

세로토닌 수용체(5-HT_1-7)의 주요 부류는 형식상으로 분류된 1 내지 7개의 분리 수용체를 함유한다[참조: Glennon, et al., Neuroscience and Behavioral Reviews, 1990, 14, 35; and D. Hoyer, et al., Pharmacol. Rev. 1994, 46, 157-203].

예를 들면, 수용체의 5-HT₂ 패밀리는 1차 구조, 2차 메신저 시스템 및 조작상 프로파일로 그룹지어진 5-HT_2a, 5-HT_2b 및 5-HT_2c 하위타입을 포함한다. 모든 3개의 5-HT₂ 하위타입은 G-단백질 커플링되고, 주요 형질도입 기작으로서 포스포리파제 C를 활성화시키고, 7개의 막 전이 도메인 구조를 함유한다. 포유동물의 3개의 5-HT₂ 하위타입의 분포에서 뚜렷한 차이점이 존재한다. 5-HT_2b 및 5-HT_2a 수용체는 말초신경계에 광범위하게 분포하고, 5-HT_2a는 또한 뇌에서도 발견된다. 5-HT_2c 수용체는 오직 중추신경계에서만 발견되고, 사람 뇌의 다양한 지역에서 높게 발현된다[참조: G. Baxter, et al., Trends in Pharmacol. Sci. 1995, 16, 105-110].

특히 타입 5-HT_2c는 우울증, 불안증, 강박 신경증 장애, 중독, 공황 장애, 공포증, 정신병 증후군 및 비만을 포함하는 질병과 연관된다. [참조: F. Jenck, et al., Exp. Opin. Invest. Drugs, 1998, 7, 1587-1599; M. Bos, et al., J. Med. Chem., 1997, 40, 2762-2769; J.R. Martin, et al., The Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics, 1998, 286, 913-924; S. M. Bromidge, et al,, Med. Chem., 1998, 41, 1598-1612; G.A. Kennett, Drugs, 1998, 1, 4, 456-470; and A. Dekeyne, et al., Neurophamacology, 1999, 38, 415-423]. 따라서, 5-HT_2c 수용체의 이상은 대부분의 정신질환 뿐만 아니라 대사질환에도 영향을 미칠 수 있어 상기 수용체에 대한 모니터링 기술에 대한 연구가 활발히 진행중이며, 특히, 양성자 방출 단층 촬영(PET)용 방사성 추적자의 개발이 진행 중에 있다.

현재 세로토닌과 관련하여 개발된 PET 방사성 추적자로는 [¹¹C]DASB와 [¹⁸F]FPPF 등이 있으나, 이들은 각각 세로토닌 운반체(transporter)와 5-HT_1a 수용체를 표적으로 하는 방사성 의약품으로서 임상에 사용될 수 있는 5-HT_2c 수용체 선택적인 방사성 추적자에 대한 개발은 현재 미미하다. 현재까지 보고된 5-HT_2c 수용체를 표적으로 하는 PET 방사성 리간드로 [¹¹C]pyrimidoazepine, [¹¹C]WAY-163909 및 [¹¹C]Vabicaserine 3가지가 보고되어 있으며, 이 화합물들은 [¹¹C]로 표지되어 있기 때문에 반감기가 매우 짧고, 동물 실험 평가에서 5-HT_2c 수용체 특이성을 보이지 못하였다. [(1) ACS Chem. Neurosci. 2013, 4, 261;(2) J. Med. Chem. 2014, 57, 1488]

이에 본 발명자들은 5-HT_2c 수용체에 특이적인 신규 방사성 추적자로서 [¹⁸F]플루오로아릴기를 포함하는 피리미딘 중심구조의 화합물을 완성하였다.

ACS Chem. Neurosci. 2013, 4, 261, J. Med. Chem. 2014, 57, 1488

본 발명의 목적은 5-HT_2c 수용체 특이적 양성자 방출 단층 촬영용 방사성 추적자로 사용되는 화합물의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 하기 화학식 11로 표시되는 화합물의 전구체를 제조하는 방법을 제공한다.

[화학식 11]

하기의 반응식 1로 표시되는 것과 같이, 본 발명의 상기 화학식 11로 표시되는 화합물의 전구체는,

출발물질인 화학식 1의 화합물과 (R)-(+)-프로필렌 옥사이드를 반응시켜 화학식 2의 화합물을 제조하는 단계(단계 1);

상기 단계 1에서 제조된 화학식 2의 화합물과 2,4-다이클로로-5-플루오로피리미딘을 반응시켜 화학식 3의 화합물을 제조하는 단계(단계 2);

상기 단계 2에서 제조된 화학식 3의 화합물과 (R)-(+)-1-Boc-3-메틸피페라진을 반응시켜 화학식 4의 화합물을 제조하는 단계(단계 3);

상기 단계 3에서 제조된 화학식 4의 화합물을 디메틸화반응 반응시켜 화학식 5의 화합물을 제조하는 단계(단계 4);

상기 단계 4에서 디메틸화반응에 의해 함께 제거된 부톡시카보닐(Boc)기를 회복시켜 화학식 6의 화합물을 제조하는 단계(단계 5);

상기 단계 5에서 제조된 화학식 6의 화합물을 Tf₂O((CF₃SO₂)₂O)와 반응시켜 화학식 7의 화합물을 제조하는 단계(단계 6);

상기 단계 6에서 제조된 화학식 7의 화합물을 트라이부틸틴과 반응시켜 화학식 8의 화합물을 제조하는 단계(단계 7); 및

상기 단계 7에서 제조된 화학식 8의 화합물과 화학식 9의 화합물을 반응시켜 화학식 10으로 표시되는 화합물을 제조하는 단계(단계 8)를 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있다.

[반응식 1]

(상기 반응식 1에서, Ar은 톨루엔이다)

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 하기 화학식 11로 표시되는 화합물의 제조하는 방법을 제공한다.

하기 반응식 2로 표시되는 것과 같이, 상기 화학식 11로 표시되는 화합물은 상기 반응식 1에 의해 제조된 화학식 10으로 표시되는 화합물에 플루오린-18(¹⁸F)을 친핵성 방향족 치환 반응시키는 단계 및 부톡시카보닐(Boc)기 제거하는 단계를 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있다.

[반응식 2]

상기 화학식 11로 표시되는 화합물은 양성자 방출 단층 촬영용 방사성 추적자로 이용될 수 있다. 또한, 상기 화학식 11로 표시되는 화합물은 5-HT_2c 수용체를 표적으로 하는 것일 수 있다.

세로토닌은 모노아민 신경전달 물질 중 하나로 인간과 동물의 중추신경계에 주로 존재하며 수용체와의 상호작용을 통하여 행복의 감정을 느끼게 하는 물질로 알려져 있다. 세로토닌 수용체는 세포 막에 존재하며 세로토닌과 결합하여 세포 내의 이차 매개체를 거쳐서 신호전달의 기능을 수행한다. 상기 용어 "5-HT_2c 수용체"는 세로토닌 수용체 중에 하나로서 중추신경계 및 뇌의 다양한 지역에서 높게 발현된다. 따라서 상기 수용체에 이상이 발생하는 경우 다양한 정신질환 및 비만과 같은 대사질환의 원인이 될 수 있다.

본 발명에 의해 합성된 상기 화합물을 양성자 방출 단층 촬영용 조영제(방사성 추적자)로 이용하여 뇌 및 중추신경계에서 5-HT_2c 수용체의 분포 및 이상여부를 모니터링할 수 있다.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.

본 발명의 합성방법을 통해서 5-HT_2c 수용체에 특이적인 방사성 추적자를 효율적으로 합성하는 것이 가능하고 합성된 화합물은 순도가 높고 5-HT_2c 수용체에 대한 선택성이 우수하다. 또한 본 발명의 최종 산물인 플루오린 18로 표지된 피리미딘 유도체는 양성자 방출 단층 촬영을 위한 방사성 추적자로 이용되어 뇌 및 중추신경계의 세로토닌 수용체 분포 및 이상여부를 모니터링 할 수 있다.

도 1은 플루오르아릴기가 도입된 플루오린-18 표지 방사성 추적자인 [¹⁸F]5-플루오로-4-(((R)-1-(3-플루오로페닐)프로판-2-일)옥시)-2-((R)-2-메틸 피페라진-1-일)피리미딘를 합성하기 위한 전체 합성단계를 나타낸 것이다.
도 2은 합성 혼합물로부터 순수한 플루오르아릴기가 도입된 플루오린-18 표지 방사성 추적자인 [¹⁸F]5-플루오로-4-(((R)-1-(3-플루오로페닐)프로판-2-일)옥시)-2-((R)-2-메틸 피페라진-1-일)피리미딘를 분리하기 위한 HPLC 크로마토그램을 나타낸 그래프이다.
도 3는 플루오르아릴기가 도입된 플루오린-18 표지 방사성추적자인 [¹⁸F]5-플루오로-4-(((R)-1-(3-플루오로페닐)프로판-2-일)옥시)-2-((R)-2-메틸 피페라진-1-일)피리미딘를 비방사성동위원소를 가진 기준물질과 동시 주입하여 동일 물질임을 확인하는 HPLC 크로마토그램을 나타낸 그래프이다.
도 4은 본 발명에 의한 플루오르아릴기가 도입된 플루오린-18 표지 방사성추적자인 [¹⁸F]5-플루오로-4-(((R)-1-(3-플루오로페닐)프로판-2-일)옥시)-2-((R)-2-메틸 피페라진-1-일)피리미딘의 정상 뇌의 양전자방출단층촬영을 시행한 이미지와 뇌의 일부 영역에 대한 시간-활성 곡선 그래프이다.
도 5는 본 발명에 의한 플루오르아릴기가 도입된 플루오린-18 표지 방사성추적자인 [¹⁸F]5-플루오로-4-(((R)-1-(3-플루오로페닐)프로판-2-일)옥시)-2-((R)-2-메틸 피페라진-1-일)피리미딘의 특이도 평가를 위해 로카세린과과 동시 주입하여 양전자방출단층촬영을 시행한 이미지와 뇌의 일부 영역에 대한 시간-활성 곡선 그래프이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

실시예 1: (R)- tert -부틸-4-(5- 플루오로 -4-(((R)-1-(3-( 트리부틸스탄닐 )페닐)프로판-2-일)옥시)피리미딘-2-일)-3-메틸피페라진-1-카복실레이트(화학식 10)의 제조

실시예 1-1: (R)-1-(3- 메톡시페닐 )프로판-2-올(화학식 2)의 제조(단계 1)

CuI (180 mg, 0.950 mmol)을 THF (47.3 mL)에 넣은 후 0 ℃에서 (3-메톡시페닐)마그네슘 브로마이드 (2.00 g, 9.46 mmol)와 (R)-(+)-프로필렌 옥사이드 (660 mg, 11.4 mol)을 한 방울씩 첨가하였다. 반응 혼합물은 상온에서 2시간 교반하였다. 혼합물은 염화암모늄 수용액을 이용하여 반응을 종결시키고, 에틸아세테이트와 증류수를 사용하여 추출하였다. 유기층은 무수 MgSO₄를 넣어 건조한 후, 감압하여 용매를 제거하였다. 혼합물은 실리카겔 관 크로마토그래피 분리 방법으로(hexane/EtOAc = 8:1, R_f = 0.24) 정제하여 순수한 무색오일인 (R)-1-(3-메톡시페닐)프로판-2-올 (1.22 g, 78%)을 얻었다.

본 실시예에 따라 제조된 화합물에 대하여 다음의 조건으로 핵자기 공명(NMR) 데이터를 분석한 결과는 다음과 같았다.

1. 장치 : 핵자기 공명 스펙트럼 분석( 장치 : Bruker 400MHz)

2. 측정범위 : -0.5 ~ 10.5ppm (¹H); 0 ~ 220ppm (¹³C)

3. 스캔 횟수 : 16 (¹H); 50 (¹³C)

¹H NMR (400 MHz, CDCl₃):δ 7.29-7.24 (m, 1H), 6.84-6.80 (m, 3H), 4.09-4.01 (m, 1H), 3.83 (s, 3H), 2.82-2.66 (m, 2H), 1.28 (d, J = 6.2 Hz, 3H).

¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃):δ 160.2, 140.6, 130.0, 122.2, 115.6, 112.3, 69.2, 55.6, 46.3, 23.3.

본 반응의 개략적인 반응식은 하기 반응식 3과 같다.

[반응식 3]

실시예 1-2: (R)-2- 클로로 -5- 플루오로 -4-((1-(3- 메톡시페닐 )프로판-2-일) 옥시 )피리미딘(화학식 3)의 제조(단계 2)

sodium-t-butoxide (927 mg, 9.65 mmol)을 톨루엔 (18.2 mL)에 넣은 후 0 ℃에서 실시예 1-1에서 제조한 (R)-1-(3-메톡시페닐)프로판-2-올 (802 mg, 4.82 mmol)을 한 방울씩 첨가한 뒤 2,4-다이클로로-5-플루오로피리미딘 (967 mg, 5.79 mmol)을 첨가하였다. 반응 혼합물은 상온에서 1시간 교반하였다. 혼합물은 염화암모늄 수용액을 이용하여 반응을 종결시키고, 에틸아세테이트와 증류수를 사용하여 추출하였다. 유기층은 무수 MgSO₄를 넣어 건조한 후, 감압하여 용매를 제거하였다. 혼합물은 실리카겔 관 크로마토그래피 분리 방법으로(hexane/EtOAc = 4:1, R_f = 0.60) 정제하여 순수한 무색오일인 (R)-2-클로로-5-플루오로-4-((1-(3-메톡시페닐)프로판-2-일)옥시) 피리미딘 (1.30 g, 91%)을 얻었다.

¹H NMR (400 MHz, CDCl₃): δ 8.13 (d, J = 2.3 Hz, 1H), 7.21-7.18 (m, 1H), 6.83-6.82 (m, 2H), 6.78-6.75 (m, 1H), 5.57-5.48 (m, 1H), 3.79 (s, 3H), 3.08-2.85 (m, 2H), 1.42 (d, J = 6.2 Hz, 3H).

¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃): δ 160.1, 159.5 (d, ² J = 11 Hz), 153.7 (d, 4J = 5 Hz), 146.5 (d, ¹ J = 252 Hz), 144.4 (d, 2J = 20 Hz), 138.9, 130.0, 122.3, 115.6, 112.7, 76.8, 55.6, 42.7, 19.7.

본 반응의 개략적인 반응식은 하기 반응식 4과 같다.

[반응식 4]

실시예 1-3: (R)- tert -부틸-4-(5- 플루오로 -4-(((R)-1-(3- 메톡시페닐 )프로판-2-일)옥시) 피리미딘-2-일)-3- 메틸피페라진 -1- 카복실레이트 (화학식 4)의 제조(단계 3)

(R)-2-클로로-5-플루오로-4-((1-(3-메톡시페닐)프로판-2-일)옥시)피리미딘 (631 mg, 2.13 mmol)와 (R)-(+)-1-Boc-3-메틸피페라진 (511 mg, 2.55 mmol), 탄산칼륨 (353 mg, 2.55 mmol)을 DMSO (21.3 mL)에 녹인 후 130 ℃에서 15시간 교반 후 상온으로 식혀주었다. 에틸 아세테이트를 사용하여 추출하고 염화나트륨 수용액 을 이용해 세척하였다. 유기층은 무수 MgSO4를 넣어 건조한 후, 감압하여 용매를 제거하였다. 혼합물은 실리카겔 관 크로마토그래피 분리 방법으로(hexane/EtOAc = 4:1, R_f = 0.33) 정제하여 무색 오일인 (R)-tert-부틸-4-(5-플루오로-4-(((R)-1- (3-메톡시페닐)프로판-2-일) 옥시)피리미딘-2-일)-3-메틸피페라진-1-카복실레이트 (513 mg, 52%)을 얻었다.

¹H NMR (400 MHz, CDCl₃): δ 7.91 (d, J = 2.9 Hz, 1H), 7.18-7.14 (m, 1H), 6.79-6.72 (m, 3H), 5.43-5.35 (m, 1H), 4.68 (s, 1H) 4.24 (d, J = 13.1 Hz, 1H), 4.11-3.87(m, 2H), 3.75 (s, 3H), 3.13-3.06 (m, 3H) 2.82-2.77 (m, 2H), 1.45 (s, 9H), 1.33 (d, J = 6.2 Hz, 3H), 1.11 (d, J = 6.7 Hz, 3H).

¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃): δ 160.5, 158.6 (d, ² J = 11 Hz), 157.8 (d, ⁴ J = 2 Hz), 156.2, 144.0 (d, ² J = 30 Hz), 141.0 (d, ¹ J = 247 Hz), 140.1, 130.2, 122.7, 116.1, 112.8, 80.7, 74.6, 56.0, 49.5, 48.1, 44.9, 43.9, 43.2, 39.7, 29.3, 20.3, 15.0.

본 반응의 개략적인 반응식은 다음과 같다.

[반응식 5]

실시예 1- 4: 3 -((R)-2-((5- 플루오로 -2-((R)-2- 메틸피페라진 -1-일)피리미딘-4-일)옥시)프로필)페놀(화학식 5)의 제조(단계 4)

(R)-tert-부틸-4-(5-플루오로-4-(((R)-1-(3-메톡시페닐)프로판-2-일)옥시) 피리미딘-2-일)-3-메틸피페라진-1-카복실레이트 (401 mg, 0.870 mmol)을 디클로로메탄 (43.5 mL)에 넣은 후 -78 ℃에서 BBr₃ (873 mg, 3.48 mmol)을 천천히 첨가한 뒤 0 ℃에서 2시간 교반하였다. 혼합물은 탄산수소나트륨 수용액을 천천히 적가하면서 pH 7을 맞춘 후 디클로로메탄과 증류수를 사용하여 추출하였다. 유기층은 무수 MgSO₄를 넣어 건조한 후, 감압하여 용매를 제거하였다. 혼합물은 실리카겔 관 크로마토 그래피 분리 방법으로(DCM/MeOH = 10:1, R_f = 0.28) 정제하여 순수한 무색오일인 3-((R)-2-((5-플루오로-2-((R)-2-메틸피페라진-1-일) 피리미딘-4-일)옥시)프로필)페놀 (215 mg, 71%)을 얻었다.

¹H NMR (400 MHz, CDCl₃): δ 7.91 (d, J = 2.8 Hz, 1H), 7.09-7.05 (m, 1H), 6.73-6.64 (m, 3H), 5.48-5.40 (m, 1H), 4.81-4.79 (m, 1H), 4.37 (d, J = 12.0 Hz, 1H), 3.30 (d, J = 12.3 Hz, 1H), 3.22-3.03 (m, 4H), 2.87-2.74 (m, 2H), 1.35 (d, J = 6.2 Hz, 3H), 1.30 (d, J = 6.9 Hz, 3H).

¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃): δ 159.1 (d, ² J = 11 Hz), 157.47, 157.4 (d, ⁴ J = 3 Hz), 144.2 (d, ² J = 20 Hz), 141.4 (d, ¹ J = 247 Hz), 140.6, 130.7, 122.6, 117.5, 114.9, 75.0, 49.8, 46.5, 45.7, 43.6, 38.8, 20.9, 15.2.

본 반응의 개략적인 반응식은 다음과 같다.

[반응식 6]

실시예 1-5: (R)- tert -부틸-4-(5- 플루오로 -4-(((R)-1-(3- 하이드록시페닐 )프로판-2-일)옥시) 피리미딘-2-일)-3- 메틸피페라진 -1- 카복실레이트(화학식 6)의 제조(단계 5)

3-((R)-2-((5-플루오로-2-((R)-2-메틸피페라진-1-일)피리미딘-4-일)옥시)프로필) 페놀 (31.0 mg, 0.0890mmol)을 1:1 비율의 H₂O:Dioxane(1.80mL)에 녹인 후 탄산수소나트륨 (8.23 mg, 0.0980 mmol)과 다이-t-부틸다이카보네이트 (22.0 mg, 0.0980 mmol)을 첨가하였다. 혼합물은 상온에서 1시간 교반하였다. 혼합물은 증류수와 디클로로메탄으로 추출하였다. 유기층은 무수 MgSO₄를 넣어 건조한 후, 감압하여 용매를 제거했다. 혼합물은 실리카겔 관 크로마토 그래피 분리 방법으로(DCM/MeOH = 10:1, R_f = 0.59) 정제하여 순수한 무색오일인 (R)-tert-부틸-4-(5-플루오로-4-(((R)- 1-(3-하이드록시페닐)프로판-2-일)옥시) 피리미딘-2-일)-3-메틸피페라진-1-카복실레이트 (33.0 mg, 83%)을 얻었다.

¹H NMR (400 MHz, CDCl₃): δ 7.94 (d,J = 3.0 Hz, 1H), 7.16-7.12 (m, 1H), 6.79-6.68 (m, 3H), 5.44-5.35 (m, 1H), 4.70 (s, 1H), 4.26 (d, J = 13.4 Hz, 1H), 4.13-3.87 (m, 2H), 3.17-3.06 (m, 3H), 2.93-2.78 (m, 2H), 1.49 (s, 9H), 1.36 (d, J = 6.2 Hz, 3H), 1.15 (d, J = 6.7 Hz, 3H).

¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃): δ 158.6 (d, ² J = 3 Hz), 157.4 (d, ⁴ J = 3 Hz), 156.8, 156.1, 143.6 (d, ² J = 21 Hz), 140.8 (d, ¹ J = 247 Hz), 140.1, 130.2, 122.2, 117.2, 114.3, 80.9, 74.5, 48.0, 44.7, 43.7, 42.9, 39.5, 29.2, 20.1, 14.9.

본 반응의 개략적인 반응식은 하기 반응식 7과 같다.

[반응식 7]

실시예 1-6: (R)- tert -부틸-4-(5- 플루오로 -4-(((R)-1-(3-((( 트리플루오로메틸 )설포닐)옥시) 페닐)프로판-2-일) 옥시 )피리미딘-2-일)-3- 메틸피페라진 -1- 카복실레이트(화학식 7)의 제조(단계 6)

(R)-tert-부틸-4-(5-플루오로-4-(((R)-1-(3-하이드록시페닐)프로판-2-일)옥시) 피리미딘-2-일)-3-메틸피페라진-1-카복실레이트 (54.0 mg, 0.120 mmol)을 디클로로메탄 (1.20 mL)에 녹인 후 N,N-다이아이소프로필아민 (31.0 mg, 0.240 mmol)을 첨가하고 Tf₂O=(CF₃SO₂)₂O (41.0 mg, 0.150 mmol)을 0 ℃에서 한 방울씩 넣어준다. 반응 혼합물은 상온에서 30분간 교반하였다. 혼합물은 증류수와 디클로로메탄으로 추출하고 탄산수소나트륨 수용액과 염화나트륨 수용액을 이용해 세척하였다. 유기층은 무수 MgSO₄를 넣어 건조한 후, 감압하여 용매를 제거했다. 혼합물은 실리카겔 관 크로마토그래피 분리 방법으로(hexane/EtOAc = 4:1, R_f = 0.41) 정제하여 순수한 무색오일인 (R)-tert-부틸-4-(5-플루오로-4-(((R)-1-(3-(((트리플루오로메틸)설포닐)옥시) 페닐)프로판-2-일)옥시)피리미딘-2-일)-3-메틸피페라진-1-카복실레이트 (64.0 mg, 91%)을 얻었다.

¹H NMR (400 MHz, CDCl₃): δ 7.95 (d, J = 2.9 Hz, 1H), 7.38-7.34 (m, 1H), 7.27-7.25 (m, 2H), 7.17-7.12 (m, 1H), 5.60-5.38 (m, 1H), 4.76-4.68 (m, 1H), 4.27-3.91 (m, 3H), 3.17-3.09 (m, 3H), 3.01-2.87 (m, 2H), 1.48 (s, 9H), 1.37 (d, J = 6.2 Hz, 3H), 1.13 (d, J = 6.7 Hz, 3H).

¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃): δ 157.4 (d, ² J = 11 Hz), 156.8 (d, ⁴ J = 2 Hz), 155.2, 149.6, 143.4 (d, ² J = 20 Hz), 140.6, 139.9 (d, ¹ J = 247 Hz), 130.1, 129.6, 122.2, 119.4, 118.7 (q, J = 323 Hz), 79.8, 72.8, 48.4, 47.2, 43.9, 42.8, 41.8, 38.8, 28.4, 19.4, 14.0.

본 반응의 개략적인 반응식은 하기 반응식 8과 같다.

[반응식 8]

실시예 1-7: (R)- tert -부틸-4-(5- 플루오로 -4-(((R)-1-(3-( 트리부틸스탄닐 )페닐)프로판-2-일)옥시)피리미딘-2-일)-3-메틸피페라진-1-카복실레이트(화학식 8)의 제조(단계 7)

(R)-tert-부틸-4-(5-플루오로-4-(((R)-1-(3-(((트리플루오로메틸)설포닐)옥시) 페닐)프로판-2-일)옥시)피리미딘-2-일)-3-메틸피페라진-1-카복실레이트 (842 mg, 1.46 mmol)을 DMF (4.85 mL)에 녹인 후 염화리튬 (123 mg, 2.91 mmol)을 첨가하고 Pd(PPh₃)₄ (168 mg, 0.150 mmol )과, 트라이부틸틴 (2.20 mL, 4.37 mmol)을 넣어준다. 반응 혼합물은 130 ℃에서 12시간 교반하였다. 혼합물은 감압 하여 용매를 제거 한 후, 실리카겔 패드와 셀라이트 패드 위로 여과 시키고, 여과액은 감압하여 용매를 제거하였다. 혼합물은 실리카겔 관 크로마토 그래피 분리 방법으로(hexane/EtOAc = 8:1, R_f = 0.71 (hexane/EtOAc = 4:1)) 정제하여 순수한 무색 오일인 (R)-tert-부틸-4-(5-플루오로-4- (((R)-1-(3-(트리부틸스탄닐)페닐) 프로판-2-일 )옥시)피리미딘-2-일)-3-메틸피페라진-1- 카복실레이트 (662 mg, 63%)을 얻었다.

¹H NMR (400 MHz, CDCl₃): δ 7.93 (d, J = 2.9 Hz, 1H), 7.31-7.22 (m, 3H), 7.15 (d, J = 7.6 Hz, 1H), 5.44-5.36 (m, 1H), 4.69 (s, 1H), 4.27-4.24 (d, J = 2.9 Hz , 1H), 4.14-2.89 (m, 2H), 3.15-3.08 (m, 3H), 2.86-2.81 (m, 2H), 1.53-1.49 (m, 6H), 1.47 (s, 9H), 1.36-1.28 (m, 9H), 1.13 (d, J = 6.7 Hz, 3H) 1.02 (t, J =8.1 Hz, 6H), 0.86 (t, J = 7.3 Hz, 9H).

¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃): δ 157.7 (d, ² J = 11 Hz), 156.8 (d, ⁴ J = 2 Hz), 155.2, 143.1 (d, ² J = 20 Hz), 142.1, 140.1 (d, ¹ J = 247 Hz), 137.7, 136.9, 134.6, 129.1, 127.9, 79.8, 73.8, 48.5, 47.2, 44.1, 42.9, 42.3, 38.8, 29.1, 28.4, 27.3, 19.3, 14.1, 13.7, 9.5.

본 반응의 개략적인 반응식은 다음과 같다.

[반응식 9]

실시예 1-8: p - 토릴 - 아이오단다이일 다이아세테이트의 제조

상온에서 과아이오딘산나트륨 (491 mg, 2.29 mmol)과 아세트산나트륨 (376 mg, 4.58 mmol)를 아세트산 (4.60 mL)와 아세트산무수물 (0.500 mL)혼합물에 첨가한 후 4-아이오도톨루엔 (500 mg, 2.29 mmol)을 첨가하였다. 반응 혼합물은 2시간동안 120 ℃에서 환류하였다. 혼합물은 증류수와 디클로로메탄으로 추출했다. 유기층은 무수 MgSO₄를 넣어 건조한 후, 감압하여 용매를 제거했다. 혼합물은 실리카겔 관 크로마토그래피 분리 방법으로 (DCM/MeOH = 20:1, R_f = 0.66 (DCM/MeOH = 10:1)) 정제하여 순수한 흰색고체인 p-토릴-아이오단다이일 다이아세테이트 (699 mg, 91%)을 얻었다.

¹H NMR (400 MHz, CDCl₃): δ 7.95 (d, J = 8.3 Hz, 2H), 7.27 (d, J = 8.4 Hz, 2H), 1.97 (s, 6H).

본 반응의 개략적인 반응식은 다음과 같다.

[반응식 10]

실시예 1-9: (3-((R)-2-((2-((R)-4-( tert - 부톡시카보닐 -2- 메틸피페라진 -1-일)-5-플루오로피리미딘-4-일)옥시)프로필)페닐)(p-토릴)아이오도늄-4-메틸벤젠 설포네이트 (화학식 10)의 제조(단계 8)

p-톨루엔설폰산(16.0 mg, 0.0490 mmol)을 (3-((R)-2-((2-((R)-4-(tert-부톡시카보닐-2-메틸 피페라진-1-일)-5-플루오로피리미딘-4-일)옥시)프로필)페닐)(p-토릴)아이오도늄-4-메틸벤젠 설포네이트 (9.30 mg, 0.0490 mmol)을 녹인 아세토나이트릴 (0.250 mL) 혼합물에 0 ℃에서 첨가하였다. 혼합물의 고체가 사라지면 트리클로로메탄 (2.50 mL)을 첨가한 후 (R)-tert-부틸-4-(5-플루오로-4-(((R)-1-(3-(트리부틸스탄닐)페닐)프로판-2-일)옥시) 피리미딘-2-일)-3-메틸피페라진-1-카복실레이트 (31.9 mg, 0.0440 mmol)을 천천히 첨가하여 100 ℃에서 12시간 환류하였다. 혼합물은 감압하여 용매를 제거하고 실리카겔 관 크로마토그래피 분리 방법으로 (DCM/MeOH = 10:1, R_f=0.46) 정제하여 순수한 흰색고체인 (3-((R)-2-((2-((R)-4-(tert-부톡시카보닐-2-메틸피페라진-1-일)-5-플루오로피리미딘-4-일) 옥시)프로필)페닐)(p-토릴)아이오도늄-4-메틸벤젠설포네이트 (22.5 mg, 63%)을 얻었다.

¹H NMR (400 MHz, CDCl₃): δ 7.93 (d, J = 2.8Hz, 1H), 7.83 (s, 1H), 7.78-7.74 (m, 3H), 7.66 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 7.44 (d, J = 8.2 Hz, 1H), 7.32 (t, J = 7.9 Hz, 1H), 7.19 (d, J = 8.4 Hz, 2H), 7.09 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 5.36-5.31 (m, 1H), 4.66 (d, J = 3.9 Hz, 1H), 4.26-3.87 (m, 2H), 3.14-2.93 (m, 5H), 2.38 (s, 3H), 2.32 (s, 3H), 1.48 (s, 9H), 1.34 (d, J = 6.2 Hz, 3H), 1.12 (d, J = 6.4 Hz, 3H).

본 반응의 개략적인 반응식은 다음과 같다.

[반응식 11]

실시예 2. [ ¹⁸ F]5- 플루오로 -4-(((R)-1-(3- 플루오로페닐 )프로판-2-일) 옥시 )-2-((R)-2-메틸 피페라진-1-일)피리미딘(화학식 11)의 합성

사이클로트론에서 생산된 플루오린-18을 Chromafix® PS-HCO₃ 카트리지에 흡착한 후, 테트라부틸암모늄 바이카보네이트(40 wt%, 2 μL)의 상전이 촉매를 포함한 메탄올/물(1 mL/0.1 mL)로 용출하였다. 추출된 용매를 공비증류(azeotropic distillation)하여 건조시킨 후, 디메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide, DMF, 0.4 mL)에 실시예 1-9에서 제조된 (3-((R)-2-((2-((R)-4-(tert-부톡시카보닐-2-메틸피페라진-1-일)-5-플루오로피리미딘-4-일)옥시)프로필)페닐)(p-토릴)아이오도늄-4-메틸벤젠 설포네이트 화합물 2.5 mg과 테트라메틸피페리딘옥사이드 (TEMPO, 1 mg)를 추가하였다. 반응 혼합물을 10 분간 130 ℃로 가열하고, 혼합물을 실온까지 냉각한 후, 10 mL의 물로 희석하였다. 이 용액을 tC18 Sep-Pak 카트리지에 흡착시키고 물 10 mL로 세척한 후 CH₃CN 1.5 mL로 용출하였다. 용출된 용액에 2 N HCl(0.5 mL)을 첨가한 후 10 분간 130 ℃로 가열하고 혼합물을 실온까지 냉각하였다. 반응혼합물을 10 mL의 물로 희석한 후 tC18 Sep-Pak 카트리지에 흡착시키고 물 10 mL로 여분의 용매를 제거한 후 CH₃CN 1.5 mL로 용출하였다. 용출된 용액은 HPLC 시스템(Waters, Xterra MS, 10×250 mm)에서 254 nm의 UV 검출기와 방사성동위원소 감마선 검출기를 이용하여 최종화합물을 분리하였다(반응식 2). 이 때 용매조건은 40% 아세토니트릴(acetonitrile)과 0.1 M 암모늄아세테이트 비율에서 3 mL/min 유량의 이동상 조건을 적용하였다. 플루오린-18 표지 방사성추적자는 약 14분 후에 수집하였으며, 수집된 용액은 임상적으로 사용할 수 없는 HPLC 용매를 제거하기 위해, tC18 Sep-Pak 카트리지를 이용 10% 에탄올/생리식염수 용액으로 제조하였다. 분리된 [¹⁸F]5-플루오로-4-(((R)-1-(3-플루오로페닐)프로판-2-일)옥시)-2-((R)-2-메틸 피페라진-1-일)피리미딘의 방사화학적수율은 7.4 ± 3.1% (n = 11)이었으며, 방사화학적 순도는 >99%, 비방사능은 89 ± 14 GBq/μmol, 전체 합성 시간은 110 ± 4 분 소요되었다.

[반응식 2]

실시 예 3. 정상 쥐의 뇌 PET 분자영상

정상 쥐를 표준 랫트 침상 위에 위치시키고, 본 발명의 방법에 의해 제조된[¹⁸F]5-플루오로-4-(((R)-1-(3-플루오로페닐)프로판-2-일)옥시)-2-((R)-2-메틸 피페라진-1-일)피리미딘을 꼬리 정맥을 경유하여 1.0 mCi 의 양을 정맥 주사한 후 마이크로 PET/CT 스캐너(nanoScan PET/CT, Mediso Inc., Budapest, Hugary)를 이용하여 3차원 dynamic acquisition 모드로 뇌 PET/CT 영상을 획득하였다. 정상 쥐는 전체의 스캔 시간 동안에 isoflurnane(2.5% flow rate)으로 마취 상태를 유지하였다. CT 이미지 획득을 위하여 X-선 광원은 200 uA 와 45 kVp (0.5 mm)로 셋팅하였다. CT 이미지는 Nyquist 주파수에 컷오프를 갖는 Shepp 필터와 binning factor 4로 콘빔 복원을 사용하여 재구성하였으며, 결과적으로 480 × 480 × 632 과 125 um voxel 사이즈의 이미지 메트릭스를 갖게 되었다. PET 이미지는 Tear-Tomo Real 3D PET engine (nanoScan PET/CT, Mediso Inc., Budapest, Hugary)을 사용하여 재구성되었다.

정맥 주사 후 90분 뒤에 PET/CT 영상을 획득하여 위의 방법으로 방사성 추적자의 분포를 분석하였으며 그 결과는 도 4에 나타내었다.

도 4에 의하면 [¹⁸F]5-플루오로-4-(((R)-1-(3-플루오로페닐)프로판-2-일)옥시)-2-((R)-2-메틸 피페라진-1-일)피리미딘은 뇌혈관 장벽을 잘 투과하며 5-HT_2c 수용체가 주로 분포하는 영역, 예를 들면 해마(hippocampus), 선조체(striatum), 전두피질(frontal cortex) 영역에 주로 분포되어 있음을 확인하였다. 또한 시간-활성 곡선 그래프로 부터 뇌의 이러한 영역에서 방사성 추적자가 거의 동일한 약물동력학을 나타내고 있음을 확인하였다. 5-HT_2c 수용체의 분포가 낮다고 알려진 대뇌 영역에서는 방사성 추적자의 흡수가 낮게 나타나는 것을 확인하였다.

[¹⁸F]5-플루오로-4-(((R)-1-(3-플루오로페닐)프로판-2-일)옥시)-2-((R)-2-메틸 피페라진-1-일)피리미딘의 정상 쥐에서의 특이적 결합도를 측정하기 위해 5-HT_2c 수용체에 특이적으로 결합하는 로카세린(10 mg/kg)을 [¹⁸F]5-플루오로-4-(((R)-1-(3-플루오로페닐)프로판-2-일)옥시)-2-((R)-2-메틸 피페라진-1-일)피리미딘와 동시 주입하여 저해(inhibition) 영상을 획득하였다(도 5). 그 결과 로카세린이 [¹⁸F]5-플루오로-4-(((R)-1-(3-플루오로페닐)프로판-2-일)옥시)-2-((R)-2-메틸 피페라진-1-일)피리미딘을 효과적으로 저해하는 것을 확인하였으며, 이는 본 발명에서의 [¹⁸F]5-플루오로-4-(((R)-1-(3-플루오로페닐)프로판-2-일)옥시)-2-((R)-2-메틸 피페라진-1-일)피리미딘이 5-HT_2c 수용체에 특이적으로 결합하는 것을 나타낸다.

Claims

하기의 반응식 1로 표시되는 것과 같이,
출발물질인 화학식 1의 화합물과 (R)-(+)-프로필렌 옥사이드를 반응시켜 화학식 2의 화합물을 제조하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 제조된 화학식 2의 화합물과 2,4-다이클로로-5-플루오로피리미딘을 반응시켜 화학식 3의 화합물을 제조하는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 제조된 화학식 3의 화합물과 (R)-(+)-1-Boc-3-메틸피페라진을 반응시켜 화학식 4의 화합물을 제조하는 단계(단계 3);
상기 단계 3에서 제조된 화학식 4의 화합물을 디메틸화반응 반응시켜 화학식 5의 화합물을 제조하는 단계(단계 4);
상기 단계 4에서 디메틸화반응에 의해 제거된 부톡시카보닐(Boc)기를 회복시켜 화학식 6의 화합물을 제조하는 단계(단계 5);
상기 단계 5에서 제조된 화학식 6의 화합물을 Tf₂O((CF₃SO₂)₂O)와 반응시켜 화학식 7의 화합물을 제조하는 단계(단계 6);
상기 단계 6에서 제조된 화학식 7의 화합물을 트라이부틸틴과 반응시켜 화학식 8의 화합물을 제조하는 단계(단계 7); 및
상기 단계 7에서 제조된 화학식 8의 화합물과 화학식 9의 화합물을 반응시켜 화학식 10으로 표시되는 화합물을 제조하는 단계(단계 8)를 포함하는 하기 화학식 11로 표시되는 화합물의 전구체 제조방법.

[반응식 1]

[화학식 11]

(상기 반응식 1에서, Ar은 톨루엔이다)
하기 반응식 2로 표시되는 것과 같이, 제 1항의 상기 화학식 10으로 표시되는 화합물에 플루오린-18(¹⁸F)을 친핵성 방향족 치환 반응시킨 후 부톡시카보닐(Boc)기 제거하는 단계를 포함하는 상기 화학식 11로 표시되는 화합물의 제조 방법.
[반응식 2]
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 화학식 11로 표시되는 화합물은 양성자 방출 단층 촬영용(PET) 방사성 추적자(radiotracer)인 것인 화합물의 제조 방법.
제 3항에 있어서, 상기 화학식 11로 표시되는 화합물은 세로토닌 5-HT_2c 수용체를 표적으로 하는 것인 화합물의 제조 방법.