正電子發射斷層顯像劑[18F]FET前體藥物的合成

劉春艷， 姜申德， 孟愛國

(1． 天津大學 藥物科學與技術學院，天津 300072；2． 河北聯合大學 a. 藥學系; b. 附屬醫院,河北 唐山 063000)

正電子發射斷層顯像(PET)是近年來迅速發展起來的一種先進的核醫學診斷技術，已廣泛用于臨床上的腫瘤診斷和基礎研究中。氨基酸類PET藥物與目前臨床常規顯像藥物[18F]FDG{2-脫氧-2-[18F]氟-D-葡萄糖}相比較，對腫瘤組織和炎癥部位或其它糖代謝旺盛病灶的特異性高，在腦腫瘤顯像方面具有獨特的優勢，所得圖像清晰，準確率高，更容易診斷[1,2]，因此，放射性標記的氨基酸已經逐漸成為臨床上潛在的PET腫瘤顯像劑[3,4]。在氟標記的氨基酸中，O-{2-[18F]氟乙基}-L-氨基酸{[18F]FET}有望成為一種新型PET顯像藥物用于腦部腫瘤的檢測和診斷[5]。

[18F]FET常用的標記方法為親核取代法。Hamacher小組[6,7]和Wang小組[8]分別合成了[18F]FET前體藥物N-(叔丁氧羰基)-O-(2-對甲苯磺酰氧乙基)-L-酪氨酸甲酯(5b)和N-(三苯甲基)-O-(2-對甲苯磺酰氧乙基)-L-酪氨酸叔丁酯；18F與其進行SN2親核氟化反應，隨即水解便可得到[18F]FET。這種方法的優劣主要取決于18F與前體藥物進行親核取代反應的離去基團，離去基團反應活性高有利于提高放化標記率。常用的離去基團有三氟甲磺酰氧基(TfO)，甲磺酰氧基(MsO)，對甲苯磺酰氧基(TsO)，對硝基苯磺酰氧基(NsO)，環狀硫酰氧基，溴和碘等。其中，TfO是反應活性最好的，現已用于[18F]FDG放化標記的前體藥物[9]。

Compa(d)b(e)c(f)RMe(But)Me(But)Me(But)R1SO O - SO O - O2NSO O -

Scheme1

最近，我們報道了以TfO為離去基團，用于[18F]FET放化標記的兩個新型前體藥物的合成[10,11]。本文選擇比TsO反應活性更好的MsO和NsO作為離去基團，采用與文獻[10，11]不同的合成路線，以L-酪氨酸為原料，設計并合成了6個[18F]FET前體藥物(5a～5f， Scheme 1),其結構經1H NMR， IR， MS及元素分析表征。其中5a,5c～5f未見文獻報道。

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

Reichert Thermovar型熔點儀(溫度未校正)；Bruker AV 400 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標)；Thermo Nicolet Avtar FT 370型傅立葉變換紅外光譜儀(KBr壓片)； EI-MS MS-7070型質譜儀；Flash EA-1112型元素分析儀。

2， 3參考文獻[12～14]方法合成；所用試劑均為化學純；溶劑均作無水處理；所有反應在氮氣保護條件下進行。

1．2 合成

(1)N-叔丁氧羰基-O-(2-羥乙基)-L-酪氨酸甲酯(4a)的合成

在反應瓶中依次加入N-叔丁氧羰基-L-酪氨酸甲酯(3a)1.00 g(3.4 mmol), K2CO31.17 g(8.5 mmol), 18-冠-6 0.18 g(0.68 mmol), 四正丁基碘化胺(n-Bu4NI)0.13 g(0.34 mmol)及DMF 25 mL，攪拌使其溶解；滴加氯乙醇0.57 mL(8.5 mmol),滴畢，于125 ℃反應12 h。濃縮后加水30 mL,用二氯甲烷(3×30 mL)萃取，合并萃取液,用無水硫酸鈉干燥,濃縮得油狀液體4a,直接使用。

用類似的方法合成4d。

(2)5的合成(以5a為例)

在反應瓶中加入4a1.00 g(2.95 mmol)和N,N-二甲基-4-氨基吡啶(DMAP)36 mg(0.295 mmol)及吡啶15 mL，攪拌使其溶解；于0 ℃緩慢加入甲磺酰氯(MsOCl)370 mg(3.24 mmol);于室溫反應12 h。濃縮后加水30 mL,用二氯甲烷(3×30 mL)萃取，合并萃取液，用無水硫酸鈉干燥， 濃縮呈油狀物,經硅膠柱層析[洗脫劑：V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=3 ∶1]純化得N-(叔丁氧羰基)-O-(2-甲磺酰氧乙基)-L-酪氨酸甲酯(5a)。

用類似的方法合成5b, 5c。以4d代替4a,同法合成5d～5f。

5a： 無色晶體，收率82%(以3a計算，下同)， m.p.71 ℃～73 ℃(乙酸乙酯/石油醚重結晶，下同)；1H NMRδ： 7.02(d,J=8.5 Hz， 2H, ArH), 6.80(d,J=8.6 Hz， 2H, ArH), 4.97(d,J=8.1 Hz， 1H, NH), 4.53(dd,J=3.5 Hz, 5.3 Hz， 2H, OCH2), 4.49(m, 1H, CH), 4.18(dd,J=3.5 Hz, 5.3 Hz， 2H, OCH2), 3.69(s, 3H, OCH3), 3.09(s, 3H, CH3), 3.02(m, 2H, CH2), 1.40(s, 9H, CH3in Boc); IRν: 3 380, 2 983, 2 938, 1 733, 1 694, 1 586, 1 511, 1 456, 1 355, 1 246, 1 176 cm-1; MS-EIm/z: 440.2(M++Na); Anal.calcd for C18H27NO8S: C 51.79， H 6.52， N 3.36; found C 52.02， H 6.31， N 3.43。

5b： 乳白色固體，收率80%， m.p.68 ℃～70 ℃;1H NMRδ： 7.82(d,J=8.3 Hz， 2H, ArH), 7.73(d,J=8.3 Hz， 2H, ArH), 7.04(d,J=8.5 Hz， 2H, ArH), 6.87(d,J=8.6 Hz， 2H, ArH), 4.95(d,J=6.7 Hz， 1H, NH), 4.52(m, 1H, CH), 4.35(dd,J=4.0 Hz, 5.5 Hz， 2H, OCH2), 4.11(dd,J=4.1 Hz, 5.4 Hz， 2H, OCH2), 3.71(s, 3H, OCH3), 2.93(m, 2H, CH2), 2.46(s, 3H, CH3), 1.41(s, 9H, CH3in Boc); IRν: 3 385, 2 980, 2 954, 2 927, 1 743, 1 688, 1 597, 1 512, 1 453, 1 362, 1 250, 1 178 cm-1; MS-EIm/z: 516.2(M++Na); Anal.calcd for C24H31NO8S: C 58.40, H 6.33, N 2.84; found C 58.26, H 6.48, N 2.77。

5c： 無色固體，收率76%， m.p.112 ℃～113 ℃;1H NMRδ： 8.37(d,J=8.9 Hz， 2H, ArH), 8.13(d,J=8.9 Hz， 2H, ArH), 6.99(d,J=8.5 Hz， 2H, ArH), 6.65(d,J=8.6 Hz， 2H, ArH), 4.95(d,J=8.7 Hz， 1H, NH), 4.54(m, 1H, CH), 4.50(dd,J=2.5 Hz, 3.8 Hz， 2H, OCH2), 4.15(dd,J=3.7 Hz, 5.3 Hz， 2H, OCH2), 3.71(s, 3H, OCH3), 3.02(m, 2H, CH2), 1.42(s, 9H, CH3in Boc); IRν： 3 377, 2 985, 2 939, 1 744, 1 683, 1 611, 1 536, 1 511, 1 453, 1 368, 1 349, 1 248, 1 123 cm-1; MS-EIm/z: 547.2(M++Na); Anal.calcd for C23H28N2O10S: C 52.66， H 5.38， N 5.34; found C 52.83, H 5.29, N 5.42。

5d: 無色固體，收率81%， m.p.64 ℃～65 ℃;1H NMRδ： 7.08(d,J=7.8 Hz， 2H, ArH), 6.84(d,J=7.8 Hz， 2H, ArH), 4.99(d,J=8.3 Hz， 1H, NH), 4.56(dd,J=4.2 Hz, 6.3 Hz， 2H, OCH2), 4.40(m, 1H, CH), 4.22(dd,J=4.2 Hz, 6.3 Hz， 2H, OCH2), 3.09(s,3H, CH3), 2.98(m, 2H, CH2), 1.40(s, 18H， CH3in Boc); IRν： 3 400, 2 980, 2 934, 1 731, 1 691, 1 615, 1 512, 1 459, 1 354, 1 251, 1 172 cm-1; MS-EIm/z: 482.1(M++Na); Anal.calcd for C21H33NO8S: C 54.88， H 7.24， N 3.05; found C 54.64, H 7.35, N 3.12。

5e： 乳白色油狀物，收率83%；1H NMRδ： 7.82(d,J=8.2 Hz， 2H, ArH), 7.36(d,J=8.2 Hz， 2H, ArH), 7.04(d,J=8.6 Hz， 2H, ArH), 6.71(d,J=8.6 Hz， 2H, ArH), 4.96(d,J=6.7 Hz， 1H, NH), 4.39(m, 1H, CH), 4.40(dd,J=4.0 Hz, 5.5 Hz， 2H, OCH2), 4.12(dd,J=4.1 Hz, 5.4 Hz， 2H, OCH2), 2.98(m, 2H, CH2), 2.46(s, 3H, CH3), 1.41(s, 18H, CH3in Boc); IRν: 3 400, 3 007, 2 982, 2 934, 1 731, 1 691, 1 588, 1 509, 1 464, 1 354, 1 252, 1 172 cm-1; MS-EIm/z: 558.3(M++Na); Anal.calcd for C27H37NO8S: C 60.54， H 6.96， N 2.61; found C 60.28, H 7.08, N 2.55。

5f： 無色固體，收率78%， m.p.97 ℃～99 ℃;1H NMRδ： 8.37(d,J=9.0 Hz， 2H, ArH), 8.12(d,J=9.0 Hz， 2H, ArH), 7.04(d,J=8.6 Hz， 2H, ArH), 6.65(d,J=8.6 Hz， 2H, ArH), 4.95(d,J=7.7 Hz， 1H, NH), 4.50(dd,J=5.2 Hz, 3.8 Hz， 2H, OCH2), 4.38(m, 1H, CH), 4.15(dd,J=5.2 Hz, 3.8 Hz， 2H, OCH2), 2.97(m, 2H, CH2), 1.42(s, 18H， CH3in Boc); IRν： 3 399, 2 978, 2 932, 1 736, 1 695, 1 611, 1 537, 1 510, 1 453, 1 366, 1 347, 1 247, 1 181 cm-1; MS-EIm/z: 589.2(M++Na); Anal.calcd for C26H34N2O10S: C 55.11， H 6.05， N 4.94; found C 55.03, H 6.18, N 4.87。

2 結果與討論

我們按文獻[6～8]方法合成5a～5f時，收率較低。為此，設計了Scheme 1的路線合成5a～5f，收率較高。

以L-酪氨酸為原料，在甲醇中緩慢滴加氯化亞砜，即時產生氯化氫催化酯化反應形成甲酯(2a)[12]或在酸催化下與乙酸叔丁酯進行酯交換反應形成叔丁酯(3d)[13]。 2懸浮在含有三乙胺的二氯甲烷中，滴加Boc2O，形成氨基被保護的N-叔丁氧羰基-L-酪氨酸甲酯(3a)或叔丁酯(3d)[14]，兩步反應的收率分別是81.5%和38.7%。3d收率低是因為第一步酯交換的收率低(2d， 45%)。

在3的酚羥基上引入羥乙基形成關鍵中間體4。選擇氯代乙醇作為羥乙基的來源，3作為親核試劑，進行SN2親核取代反應。3只有在堿性環境下形成負離子才能發揮親核試劑的作用，我們選擇碳酸鉀為反應體系提供堿性環境[15]，加入相轉移催化劑18-冠-6增強其在有機溶劑中的堿性，有利于反應進行。氯代乙醇中的氯作為離去基團，其反應活性不強，加入催化劑n-Bu4NI，使反應易于完成。反應在125 ℃，DMF中經12 h完成，經硅膠柱色譜純化后得晶體4，但收率較低[4a(41%)，4d(42%)]。經觀察色譜行為，推測4可能在硅膠柱上分解了。實驗嘗試不經硅膠柱層析直接結晶，但失敗了；最后通過快速硅膠短柱除去雜質后結晶的方法，收率較高(68%或71%)。

在吡啶溶液中，以DMAP為催化劑，4a和4d分別與甲磺酰氯(MsOCl),對甲苯磺酰氯(TsOCl),對硝基苯磺酰氯(NsOCl)反應得到5a～5f，收率92%～95%。

實驗嘗試4的粗品不過柱直接進行下步反應，發現5的收率較高，這進一步說明了4在硅膠柱色譜中分解，可能這類結構的化合物在硅膠柱上不穩定，有待進一步證實。

3 結論

以L-酪氨酸為原料，設計并合成了6個正電子發射斷層顯像劑[18F]FET前體藥物。5a～5c的總收率62%～68%(以3計算)，5d～5f的總收率比較低(30%～35%)，相關的反應正在改善。目前，這6個化合物的標記和臨床研究工作正在進行中。

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