NO901139L - Fremgangsmaate for aa hindre utfelling av metallioner fra deres vandige opploesninger. - Google Patents

Description

Norbornan er en cyklisk forbindelse som finnes i eller kan avledes fra de gjenværende tunge hydrokarboner i bunnen av de-stillasjonstårn i anlegg for fremstilling av lette hydrkarboner. En rekke derivater av norbornan er fremstilt, mellom dem bis(metylaminet). Det er denne forbindelsen som er fosfono-metylert som er emne for den foreliggende oppfinnelse.

Det er vel kjent at aminer, såsom etylendiamin og dietylen-triamin kan omsettes med formaldehyd og fosforsyre slik at det dannes metylenfosfonatderivater av aminet hvori metylenfosfonat-gruppen

erstatter aminhydrogenene (U.S. 3.288.846) .

Bruken av metylenfosfonsyre-substituerte alkylenpolyaminer til kontroll av metallioner i mindre enn støkiometriske mengder, ble foreslått i et patent (U.S. 2.609.390) utferdiget i 1952. Senere ble et polymert amin som danner chelater, som kan spres med vann, og som inneholder alkylenfos fonatderivater angitt å

ha "terskel"-virkning i preparater for å hindre kjelesten (se U.S. 3 . 331.773) , dette uttrykket brukes for å beskrive bruken

av midlet i mindre enn støkiometriske mengder. Diamin- og polyamin-metylenfos fonat-derivater omtales og kreves patentert i henholdsvis U.S. 3.336.221 og 3.434.9 69. Noen av produktene omtalt i disse to patentene er tilgjengelige kommersielt, og er anbefalt som midler for å hindre kjelesten når de brukes i terskelmengder.

Andre patenter som omtaler heterocykliske forbindelser som inneholder nitrogen og som er nyttige som chelaterende midler og kan brukes i terskelmengder erU.S. 3.674.804; 3.720.498; 3.743.603; 3.859.211 og 3.954.761. Noen av forbindelsene som er inkludert deri er heterocykliske forbindelser som har formlene:

hvori R er hydrogen eller alkyl og M er hydrogen, alkalimetall, ammonium- eller et di- eller trietanolamin-radikal; Visse fosfonsyrederivater av de alifatiske syrer kan fremstilles ved å omsette fosforsyre med syreanhydrider eller syre-kxorider, f.eks. anhydridene eller kloridene av eddik-, propion-og valeriansyre. Forbindelsene som fremstilles har formelen hvori R er et lavere alkylradikal som har 1 til 5 karbonatomer. Fremgangsmåten for fremstilling og bruk av disse produktene er beskrevet i U.S. 3.214.454. Bruken av terskelmengder for å forhindre kalsiumutfelling er beskrevet og krevd patentert deri. Det er nå oppdaget at nye chelatdannende midler og terskel-midler for å forhindre utfelling av metallioner kan lages ut fra bis(metylamin)derivatene av norbornan. Denne forbindelsen har strukturen

Denne forbindelsen er ogsa kjent ved det mer formelle navn 2(3), 5 ( 6)-bis [aminometyl] bicyklo ( 2 , 2 ,1) heptan . Dets derivater er de som har forskjellige substituenter som erstatter de primære amin-hydrogener.

En ny type forbindelser dannes når norbornan bis(metylamin) omsettes med visse forbindelser, f.eks. vil formaldehyd og fosforsyre gi metylenfos fonsyrederivater. Disse nye forbindelsene har strukturen

hvori substituentene A, B, X og Y alle er uavhengig valgt blandt radikaler som består av hydrogen, hydroksyalky1 (hvori alkyl-

gruppen inneholder 2-6 karbonatomer) , metylenfos fonsyre-, metylen-, etylen- og propylensulfonsyre-, karboksylsyre-radikaler (som har 2-4 karbonatomer) og alkali- og jordalkali-metaller, ammoniakk og aminsalter av noen av fosfon-, sulfon-eller karboksylsyrederivatene. Minst én av substituentene må være forskjellig fra hydrogen.

Fremgangsmåter for å få hydroksyalkyl-, sulfonsyre- eller karboksylsyrederivater av forbindelser med formel I, er vel kjent innen faget.

Fremgangsmåten for å substituere et hydrogen i et amin med en hydroksyalkyigruppe ved omsetning med et epoksyd, f.eks. etylen eller propylenoksyd, er vist i U.S. 3.398.198.

Sulfonsyreradikaiene kan erstatte et aminhydrogen ved at aminet omsettes med en blanding av natriumbisulfit og formaldehyd for å få en metylensulfonsyregruppe-substituent på nitro-genet i aminforbindelsen. Denne reaksjonen er forklart i "Preparation and Properties ofAminoethylenesulfonic Acids", J.Am. Chem. Soc. 77, 5512-15 (1955). Andre alkylsulfonsyre-derivater kan fremstilles ved å omsette aminet med kloralkyl-s ulfonsyrer.

Karboksylsyregruppen kan erstatte et aminhydrogen ved at aminet omsettes i vandig oppløsning med passende nitriler såsom glykolonitri1 og akrylonitril i nærvær av overskudd av kaustisk soda (NaOH) og deretter overføres saltformen av syreradikalet til det fri karboksylsyreradikal i henhold til den velkjente fremgangsmåte.

Når det gjelder å fremstille aminsalter av syreradikalene, er reaksjonen velkjent. I Richters 3. utgave (1952) av hans "Textbook of Organic Chemistry", side 246, sies det "Aminer av alle typer, på samme måte som ammoniakk, er basiske forbindelser og reagerer lett med syrer og danner ioniserbare salter".

Den foreliggende oppfinnelse gjelder også bruken av bis-(aminometyl) bicyklo [2 . 2 . l] heptaner med formel I som kompleksdannende forbindelser for radionuklider når det gjelder å visualisere skjelettsystemet til dyr.

Den første radionuklide som ble omfattende brukt til ben-scanning, var Sr-85. Strontium-85 akkumuleres raskt i benvev etter intravenøs administrering, og visualisering av skjelettsystemet er mulig. Imidlertid har Sr-85 lang fysisk halverings tid (65 dager) og lang biologisk halveringstid (-800 dager), noe som begrenser mengdene som kan administreres. Dessuten er den høye energien til gammafotonene som emitteres (514 kev) vanske-lig å kollimere.

Fiuor-18 er også blitt brukt til å visualisere skjelettsystemet. Det er en positronutstråler med halveringstid 1,85 t. Selv om F-18 har gode fysiske egenskaper for visualisering, har det noen alvorlige ulemper. Fluor-18 fremstilles i cyklotron, og er derfor dyrt. Dessuten er distribueringen begrenset på grunn av den korte halveringstiden.

Mange organscanningsmidler, inkludert de til skjelettsystemet, er nå erstattet med komplekser av technetium-99m. Denne nukliden har ideelle fysiske egenskaper (T,=6t, gammafoton 141 kev) for visualisering. I tillegg er den lett tilgjengelig på grunn av Mo-99/Tc-99m-generatorer. Således gjøres nå meste-parten av visualiseringen med bruk av Tc-99m.

Technetium-99m kan fåes fra generatorer i + 7 oksydasjonstrinn som pertechnetationet (TcO^ ). For å kunne danne et kompleks må Tc være på et lavere oksydasjonstrinn, f.eks. +3, +4

2+ eller +5. Selv om andre reduksjonsmidler kan brukes, er Sn mest vanlig brukt. Således kan Tc-99m-komplekser dannes ved

2+

reduksjon av TcO^ med bruk av Sn i nærvær av en kompleksdannende forbindelse. Dette utføres vanligvis i en vandig saiinsk oppløsning som er egnet til intravenøs injeksjon.

Kompleksdannende forbindelser selges i handelen som "radio f armas øy tiske sett" . Et "sett" består av en evakuert ampulle som inneholder den kompleksdannende forbindelse, et reduksjonsmiddel og muligvis en buffer og stabiliseringsmidler. For å fremstille Tc-99m-kompleksene, injiseres noen få milli-liter natriumperteknetat-oppløsning i saltvannsoppløsning inn i ampullen. En passende mengde av den resulterende oppløsningen brukes til visualiseringen.

Subramanion et al (Radiology, Vol. 99, sidene 192-196, 1971). rapporterte bruken av et kompleks av Tc-99m og et inorganisk polyfosfat til skjelettvisualisering. Mange andre har rappor-tert inorganiske polyfosfater som nyttige til dette formål

(se U.S. 3.852.414; 4.016.249 og 4.082.840). Bruken av pyro-fosfat (PYP) til skjelettvisualisering er også vist (U.S. 3.851.044; 3.931.396 og 4.075.314). Tc-fosfatene hadde ganske

5

god suksess, men er blitt erstattet med Tc-fosfonater.

Komplekser av Tc-99m med fosfonsyre viser større benopptak med raskere blod-clearance enn Tc-99m/fosfat-komplekser. Fos-fonsyrer som er ansett som de beste benscanningsmidler når de har dannet komplekser med Tc-99m, omfatter hydroksyetandifos-fonat (EHDP), metylendifosfonat (MDP) og hydroksymetylendi-fosfonat (se U .S . 3 . 983.227; 3.989.730 ; 4 .032 .625 og også J.Nucl.Med., 21, side 767, Radiology 136, side 209; J.Nucl.Med., 21, side 961; Radiology 136, side 747).

Nye stabile kompleksdannende forbindelser for Tc-99m, som er derivater av bicyklo [2 . 2 . lj heptanbis (mety laminer) er funnet og er nyttige til visualisering av skjelettsystemet hos dyr. Disse nye kompleksdannende forbindelser er representert ved formel I ovenfor. Kompleksene går lett og effektivt gjennom nyrene og store mengder tas opp i benvevet. Forholdet mellom opptak i benvevet og det som tas opp i mykt vev, er stort.

De nye kompleksdannende forbindelser ble funnet å danne stabile Tc-99m-komplekser når Sn ble tilsatt til en salt-vannsoppløsning som inneholdt kompleksdannere. Komplekset går lett gjennom nyrene og en stor mengde blir tatt opp i skjelettsystemet og svært lite blir tilbake i blodet og det bløte vev.

Derfor, ettersom opptaket i benvev i forhold til i det om-sluttende bløte vev er stort, ble visualiseringen skarp og klar. Forholdet mellom aktiviteten i benvev/mykt vev og benvev/blod kommer gunstig ut i sammenligning med Tc-benvevsradiofarmaka som er i handelen.

De følgende eksempler illustrerer fremstilling og bruk av de nye forbindelser fremstilt ifølge oppfinnelsen. Identifika-sjon av forbindelsene er gjort med referanse til formel I ovenfor .

Eksempel 1

Destillert vann (10 g) og H^PO-j (9,9 g) ble veid opp i en 50 ml rundkolbe utstyrt med en vannavkjølt kjøler, et termometer, en rørestav og en tilsetningstrakt. Konsentrert HC1 (11,8 g) ble deretter tilsatt og 3,9 g 2 ( 3) , 5 (6)-bis [aminometyl] bicyklo-(2,2,1)heptan ble sakte tilsatt under røring. Oppløsningen ble varmet med tilbakeiøp i omtrent én time og en 37 prosent vandig formaldehydoppløsning (8,51g) ble tilsatt i løpet av et tidsrom på 2,5 timer. Oppløsningen ble varmet i nok 3 timer med til- bakeløp. Forbindelsen som ble dannet var det fullstendig fos-fonometylerte norbornan-derivatet hvori hver av A, B, X og Y var metylenfosfonsyregrupper, -CH-jPO^B^ .

Eksempel 2

Fremgangsmåten i eksempel 1 ble fulgt ved tilsetning av

3 molekvivalenter formaldehyd (24,3 g av en 37 prosent oppløs-ning) og fosforsyrling (25,1 g) til én molekvivalent 2(3),5(6)-bis [aminometyl] bicyklo ( 2 , 2 ,1) heptan (15,2 g) . Den resulterende oppløsning ble nøytralisert med NaOH (aq) og én molekvivalent glykolonitril (14,7 g av en 38 prosent oppløsning) og NaOH (13,8 g av en 33,3 prosent oppløsning) ble tilsatt. Forbindelsen som ble dannet var natriumsaltet av bicykloheptanderivatet som hadde et gjennomsnitt på tre metylenfosfonsyregrupper og én karboksymetylgruppe pr. molekyl som A-, B-, X- og Y-substituenter .

Eksempel 3

En mengde (15,2 g, 0,1 mol) 1 ( 2) , 4 (5)-bis [aminometyl] bicyklo ( 2 , 2 ,1) heptan ble fylt i et rustfritt stålbeger og 50 ml destillert vann ble tilsatt, etterfulgt av tilsetning av 37 ml 50 prosent NaOH. Denne oppløsningen ble varmet til rundt 70° under røring og karboksymetylering ble utført ved dråpevis tilsetning av 58,9 g 38 prosent glykolonitril mens oppvarmingen fortsatte, i løpet av et tidsrom på én time. Etter rundt 15 minutter av tilsetningen, var temperaturen ved tilbakeløp og NH ble frigjort. Destillert vann ble med jevne mellomrom tilsatt for å erstatte det fordampede vann. Etter at tilsetningen av glykolonitril var fullført, ble oppløsningen varmet i nok én time under røring og rensing med N^- Forbindelsen som ble dannet var tetrakarboksymety1-derivatet der A, B, X og Y var

CH2-COONA.

Nytten av forbindelsene fremstilt ifølge oppfinnelsen ble fastslått ved å utføre tester på kjelestenshindring i henhold til National Association of Corrosion Engineers'(NACA) test-metode TM-03-74. Resultatene når det gjelder hindring av kaisiumkarbonat-kjeies ten er vist i tabell I og sammenlignet med et middel for å hindre kjelesten, som er i handelen, aminotri-(metylenfosfonsyre). Hindring av kalsiumsulfat-kjelesten ble også undersøkt og resultatene er vist i tabell II.

Nytten av forbindelsene fremstilt ifølge den foreliggende oppfinnelse når det gjelder å fungere som chelatdannende midler ble demonstrert ved å titrere forbindelsene med standard kobber-oppløsning i nærvær av kromazurol-S-indikator. Forbindelsen i eksempel 1 ble titrert og funnet å kompleksbinde omtrent 1,5 mol kobber pr. mol ligand. Denne forbindelsen kan fungere enten som en terskelforbindelse eller en chelatdannende forbindelse.

Det bør være klart at forbindelsene fremstilt ifølge oppfinnelsen kan ha flere forskjellige grupper som A-, B-, X- og Y-substituenter på det samme molekyl, men at når blandede derivater fremstilles er det ikke mulig å dirigere eller forutsi hvilket aminhydrogener som blir substituert. Produktet inneholder sannsynligvis en blanding av isomere forbindelser.

Mens alle forbindelsene vil chelatbinde metallioner, vil bare de som inneholder minst én metylenfosfonsyre-gruppe eller dets salt gi en terskeleffekt.

Eksempel 4

Ett hundre yl av oppløsningen fremstilt i eksempel 1 ble plassert i en ampulle og én ml 0,9 prosent saltoppløsning (aq) bie tilsatt. Oppløsningens pH ble justert til 3,5 ved å bruke fortynnet NaOH og HC1 og 0,1 ml av en nylig eluert TcO^ -opp-løsning ble tilsatt. Dette ble fulgt av tilsetning av 100 yl mettet tinn (II)tartrat-oppløsning. Utvasking av papirkromato-grafistrimler med saltoppløsning og aceton viste mindre enn 5 prosent aktivitet som TcO^eller redusert ikke kompleksbundet Tc.

Tc-komplekset ovenfor (50 ul,~lmCi) ble injisert i nåle-venen på rotter. Scintilleringsscanning av de bedøvede rotter bie tatt ved flere tidspunkter etter injeksjonen. Benvevs-scanningen var av høy kvalitet, noe som medfører bruken av dette som et redskap for menneske-pasienter.

Eksempel 5

Tc-kompleksene som ble fremstilt i eksempel 4 (50 yl, -lmCi) ble injisert i halevenen på mus. Musene ble drept på forskjellige tidspunkter etter injeksjonen, organene og vevet ble fjernet, og strålingen målt med en Nal-teller. Aktiviteten bie funnet primært i benvevet og blæren mens ingen andre organer viste noen stor affinitet for komplekset. 120 Minutter etter injeksjonen hadde benvevet, musklene og leveren henholdsvis 5,1<0,01 og 0,24 prosent dose/g av aktiviteten.

Eksempel 6

Tc-komplekset i eksempel 4 (50 yl, -lmCi) ble injisert i halevenen på en rekke rotter. Dyrene ble drept etter 2 timer og strålingen fra flere vev ble målt kvantitativt ved å bruke en Nal scintillerings-teller. Tabell III under, viser resultatene sammenlignet med Tc-MDP (metylendifosfonat), Tc-benvevs-middel i handelen, målt på identisk måte.

Eksempel 7

Komplekset fra eksempel 4 ble injisert i ørevenen på en rekke kaniner. Kaninene ble drept i løpet av 3 timer etter injeksjonen. Strålingen i flere vev ble målt kvantitativt ved telling med bruk av en Nal scintilleringsteller. Tabell IV nedenfor viser resultatene sammenlignet med de fra et Tc-ben-vevsmiddel i handelen, MDP.

Scintillerings-scanning av kaninene ovenfor, 2 timer etter injeksjonene med komplekset fra eksempel 4, falt gunstig ut i sammenligning med de hvor det ble brukt Tc-MDP-sett som er i handel.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for å hindre utfelling av metallioner fra deres vandige oppløsninger, karakterisert ved at det til de nevnte oppløsninger, i mindre enn støkiometriske mengder basert på metallionene som er til stede, settes et fosfonsyrederivat med strukturformelen:

hvori substituentene A, B, X og Y hver uavhengig er hydrogen eller et metylenfosfonsyreradikalj og alkali- eller jordalkali-metall-, ammonium- og aminsalter av noen av fosfonsyrederivatene, og hvori minst én av substituentene er et metylenfosfonsyreradikal.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at hver av A, B, X og Y i formel I er metylenfosfonsyreradikaler.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved attoavA,B,XogYi formel I er metylenfosfonsyre- og de gjenværende to er hydrogen-radikaler.

4. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 2-3, karakterisert ved at forbindelsen med formel I er i form av et alkalimetall- eller jordalkalimetallsalt.