一种用于金属锆标记的螯合剂及其合成方法与应用与流程

1.本发明属于金属螯合剂合成领域，更具体地，涉及一种用于金属锆标记的螯合剂及其合成方法与应用，尤其涉及用于快速螯合同位素锆离子吡唑类新型螯合剂和其合成方法与应用。


背景技术：

2.89
zr是核医学领域用于pet显像理想的放射性金属核素之一。尽管最新临床研究中利用
89
zr示踪的放射性示踪物用于体内pet成像取得了鼓舞人心的结果，但是缺乏高效的金属螯合剂仍然阻止其在核医学常规中的广泛使用。
89
zr是金属锆的一种放射性同位素，半衰期为t
1/2
＝78.4h，衰变过程中β

为23％，并伴随较低的正电子能量(e
mean
＝396kev))，因此，
89
zr在pet肿瘤靶向诊断领域具有广阔的应用前景。
3.89
zr在体内pet成像的传统方法通过放射性标记脂质体和血清蛋白来实现，但是这些标记物的体内稳定性差，使得同位素
89
zr容易从体系中解离并附着于骨组织，导致pet断层图像不清晰并导致毒性。目前，通过金属螯合剂来标记
89
zr是提高示踪体系稳定性并实现其更广泛应用的有效方法。尽管多种螯合剂被发掘并用于
89
zr螯合标记，但是大部分螯合剂结构复杂，合成步骤冗长，同时由于特异性不高，标记
89
zr的条件苛刻，通常需要长时间的高温加热来实现热力学稳定，因此开发结构简单，合成易得的简单高效的螯合剂具有很大的空间。
4.常用于标记
89
zr的螯合剂是对金属fe离子具有螯合作用的螯合剂，其中fda批准药物铁中毒的解毒剂去铁胺(desferrioxamine,dfo)是目前研究中最常用的
89
zr标记的螯合剂，其结构中的三个羟胺酮官能团参与到了金属螯合配位。其它常用的泛金属螯合剂如dtpa和edta，它们虽然能实现金属螯合，但它们的动力学反应速率都很低，导致标记率非常低，可能原因是dtpa和edta中n原子参与zr
4
配位，而n原子并不是zr
4
的理想给电子体。多种含有氧原子的官能团，如异羟肟酸、羟基吡啶酮和儿茶酚结构的螯合剂具有一定的优势，利用这类金属螯合剂实现
89
zr标记后应用于临床前和临床肿瘤诊断研究。尽管如此，大部分这类螯合剂的结构过于复杂，且合成方法过于冗长，且螯合剂标记金属锆的时间偏长和温度过高，不利于对温度敏感的配体；此外，上述螯合剂与
89
zr螯合之后，其标记物的体内稳定性并不理想，容易在体内解离并聚集于骨组织产生毒性。所以，设计并开发有高效的合成方法，同时具备温和条件快速标记能力和优秀体内稳定性的
89
zr螯合剂，是推广
89
zr
‑
pet探针的重要基础之一。


技术实现要素：

5.本发明合成了一类新型的锆金属螯合剂i和ii，解决了现有技术中螯合剂合成步骤冗长，同时标记的条件苛刻，通常需要长时间的高温加热，以及标记物在体内不稳定的技术问题，本技术的目的在于开发一种新型的锆金属螯合剂，从而为相关的pet显像领域提供一定的基础。
6.根据本发明第一方面，提供了一种用于金属锆标记的螯合剂，所述螯合剂的结构式如式i或式ii所示：
[0007][0008]
其中式i和式ii中的n为1
‑
5的正整数。
[0009]
根据本发明另一方面，提供了一种具有式i所示结构的锆金属螯合剂的合成方法，反应式如下：
[0010][0011]
其中：n为1
‑
5的正整数；
[0012]
所述合成方法包括以下步骤：
[0013]
a、丙二酸二甲酯在碱的作用下，与1
‑
(溴烷基)
‑4‑
硝基苯发生亲核取代反应，生成式2的化合物；
[0014]
b、式2的化合物在还原剂的作用下，发生羧酸酯还原成羟基的反应，生成式3的化合物；
[0015]
c、式3的化合物在溴代试剂的作用下引入br原子得到式4的化合物；
[0016]
d、式4的化合物在碱的作用下与[1h]吡唑
‑3‑
羧酸乙酯发生n上的亲核取代反应，生成式5的化合物；
[0017]
e、式5的化合物在碱的作用下，将吡唑羧酸酯水解，并进一步酸化得到式i所示的化合物。
[0018]
优选地，步骤b中的还原剂为硼氢化钠、硼氢化钾、硼氢化锂、氢化锂铝、二氢双(2
‑
甲氧乙氧基)铝酸钠、硼烷、钠汞齐或三叔丁氧基氢化铝锂。
[0019]
优选地，步骤c中的溴代试剂为液溴、n
‑
溴代琥珀酰亚胺、二溴巴比妥酸或二溴异
氰尿酸。
[0020]
优选地，步骤c所述溴代反应的反应温度是0～5℃
[0021]
根据本发明另一方面，提供了一种具有式ii所示结构的锆金属螯合剂的合成方法，反应式如下：
[0022][0023]
其中：n为1
‑
5的正整数；
[0024]
所述合成方法包括以下步骤：
[0025]
f、将权利要求2
‑
5任一项得到的式i的化合物在卤代试剂的作用下转化为酰氯，生成式6的化合物；
[0026]
g、式6的化合物与盐酸羟胺反应，生成式ii的化合物。
[0027]
优选地，所述卤代试剂为亚硫酰氯、三氯化磷、五氯化磷或草酰氯。
[0028]
根据本发明另一方面，提供了所述的螯合剂用于鳌合金属锆的应用。
[0029]
优选地，所述金属锆为
89
zr。
[0030]
优选地，将式i或式ii所示的化合物和乙酰丙酮锆加入到有机溶剂中，反应得到金属锆螯合物。
[0031]
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
[0032]
正电子核素
89
zr在pet显像中的发展十分迅速，特别是作为抗体等蛋白大分子药物的标记和显像具有巨大的优势和相当大的应用前景。目前尚无优于dfo的
89
zr螯合剂，而dfo在小鼠体内仍存在螯合性能不佳产生脱
89
zr离子的现象，且dfo与
89
zr离子的配位化学研究也存在不足。因此，人们仍需探索与
89
zr离子稳定配位的配体的合成和评价，从而实现标记反应中快速络合动力学和热力学稳定性之间的平衡，减少体内锆离子的解离。本发明设计合成了一类新型的锆金属螯合剂i和ii，由于zr离子螯合剂需要8个氮氧原子参与
89
zr离子配位，因此吡唑中的n原子和羧酸中的氧原子和乙酰丙酮基共同参与配位，结构更加稳定；另外配体需一定柔性，使得8个配位原子能够与zr离子更紧密地结合。这类配体相比于dfo，结构更简单，且易于合成，也解决了现有技术中螯合剂合成步骤冗长。与锆离子标记的条件温和，稳定，螯合过程不需要苛刻的条件，以及长时间的高温加热。本技术的目的在于开发一种新型的锆金属螯合剂，从而为相关的pet显像领域提供一定的基础。
附图说明
[0033]
图1是本发明的实施例提供的吡唑酸类配体合成示意图。
具体实施方式
[0034]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0035]
本发明一种具有式i所示结构的锆金属螯合剂的合成方法，包括如下步骤：
[0036]
a、丙二酸二甲酯在碱的作用下，与1
‑
(溴烷基)
‑4‑
硝基苯(1)，在dmf/thf的混合溶剂中回流，发生亲核取代反应，生成式2的化合物；
[0037]
b、式2的化合物在还原剂的作用下，发生羧酸酯还原成羟基的反应，生成式3的化合物；
[0038]
c、式3的化合物在溴代试剂的作用下引入br原子得到式4的化合物；
[0039]
d、式4的化合物在碱的作用下与[1h]吡唑
‑3‑
羧酸乙酯发生n上的亲核取代反应，生成式5的化合物；
[0040]
e、式5的化合物在naoh的作用下，将吡唑羧酸酯水解，并进一步酸化得到式i所示的化合物；
[0041]
反应式如下：
[0042][0043]
其中：n为1
‑
5中的正整数。
[0044]
一些实施例中，步骤a所述碱选自碳酸钾、碳酸铯、碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钾、甲醇钠、乙醇钠、叔丁醇钠、叔丁醇钾、氢化钠、氢化锂或氢化钾。
[0045]
一些实施例中，步骤a中亲核取代反应的溶剂选自乙腈、甲醇、乙醇、n,n
‑
二甲基乙酰胺、n,n
‑
二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、1，4
‑
二氧六环、甲苯、二氯甲烷或1，2
‑
二氯乙烷。
[0046]
一些实施例中，步骤a中亲核取代反应的反应温度为20～120℃。
[0047]
一些实施例中，步骤a所述丙二酸二甲酯、式1和碱的物质的量之比是1∶(1～2)∶(1～3)。
[0048]
一些实施例中，步骤b所述的还原剂选自硼氢化钠、硼氢化钾、硼氢化锂、氢化锂
铝、二氢双(2
‑
甲氧乙氧基)铝酸钠、硼烷、钠汞齐或三叔丁氧基氢化铝锂；优选硼烷bh3。
[0049]
一些实施例中，步骤b所述还原反应的溶剂是乙醚或thf。
[0050]
一些实施例中，步骤b所述还原剂与式2的化合物的物质的量之比(1～2)∶1。
[0051]
一些实施例中，步骤b所述还原反应的温度为0～10℃。
[0052]
一些实施例中，步骤c所述的溴代试剂选自液溴、n
‑
溴代琥珀酰亚胺nbs、二溴巴比妥酸dbba或二溴异氰尿酸dbi。
[0053]
一些实施例中，步骤c所述溴代反应的溶剂选自二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、冰醋酸或dmf。
[0054]
一些实施例中，步骤c所述溴代反应的反应温度是0～5℃。
[0055]
一些实施例中，步骤d中的的碱选自t
‑
buok，naoh，na2co3，nahco3，naoac，cs2co3，cshco3，csoac，k2co3，khco3，koac或nah；式4与碱用量的摩尔比为1：10。
[0056]
一些实施例中，步骤d的所述溶剂选自dcm，meoh，chcl3，etoh，dmf，thf，甲苯，1，4
‑
二氧六环或dmso。
[0057]
一些实施例中，步骤d中式4和[1h]吡唑
‑3‑
羧酸乙酯的摩尔比为1：(2～3)。
[0058]
一些实施例中，步骤d反应时间为1
‑
12小时。
[0059]
一些实施例中，步骤d反应温度为20
‑
100℃。
[0060]
一些实施例中，步骤e所述水解反应，所用的碱为naoh水溶液，浓度为1
‑
12mol/l。
[0061]
一些实施例中，步骤e所述水解反应后酸化溶液为氯化氢水溶液，所述氯化氢水溶液的浓度是5～12mol/l。
[0062]
本发明还提供了一种螯合剂ii的合成方法。该合成方法工艺简单、产物杂质少、无需柱层析纯化、收率高。
[0063]
具体技术方案如下：
[0064]
一种具有式ii所示结构的zr螯合剂的合成方法，包括如下步骤：
[0065]
f、式i的化合物在卤代试剂的作用下转化为酰氯，生成式6的化合物；
[0066]
g、式6的化合物与盐酸羟胺反应，生成式ii的化合物；
[0067]
反应式如下：
[0068][0069]
一些实施例中，步骤f所述卤代试剂选自亚硫酰氯、三氯化磷、五氯化磷或草酰氯，优选亚硫酰氯。
[0070]
一些实施例中，步骤f不使用溶剂，反应温度为60
‑
120℃
[0071]
一些实施例中，步骤g碱选自naoh，na2co3，nahco3，naoac，cs2co3，k2co3，khco3或koac。
[0072]
一些实施例中，步骤g式6与盐酸羟胺和碱用量的摩尔比为1：(2～3)：(4～10)；
[0073]
一些实施例中，步骤g的反应温度为0
‑
20℃。
[0074]
实施例1：吡唑羧酸的合成
[0075][0076]
图1是本发明的实施例提供的吡唑酸类配体合成示意图。
[0077]
将一50ml的圆底烧瓶置于冰水浴中，加入thf/dmf的混合溶液(4ml、2ml)，加入叔丁醇钾(494mg,4.4mmol)，然后在n2保护下加入化合物1(528mg,4mmol)，反应液于常温搅拌10分钟。将化合物1
‑
1(972mg,4mmol)溶于thf/dmf的混合溶液(2ml、2ml)后加入反应体系中，回流反应3小时后，将反应液冷却至室温，随后分散至饱和食盐水，乙酸乙酯萃取，无水硫酸镁干燥，旋转蒸发仪浓缩，柱层析纯化便得到所需要的产物2。
[0078]
室温下，将化合物2(295mg,1mmol)溶于预干燥的四氢呋喃(5ml)中，在氮气保护下将4ml硼烷四氢呋喃溶液滴加入反应体系。回流反应5小时，tlc监测反应完毕后，加入冰水淬灭反应，随后用二氯甲烷萃取，无水硫酸镁干燥，旋转蒸发仪浓缩，硅胶柱层析纯化便得到所需产物3。
[0079]
于一20ml的圆底烧瓶中加入化合物3(120mg,0.5mmol)和三苯基膦(289mg,1.1mmol)，随后加入5ml二氯甲烷，室温下搅拌一段时间后，冰水浴中分批次加入n
‑
溴代琥珀酰亚胺(289mg,1.1mmol)。冰水浴中继续搅拌数分钟，升温至常温继续反应4小时。薄层色谱板检测反应完全后，旋转蒸发仪除去反应液，硅胶柱层析分离便得到所需产物4。
[0080]
于一20ml反应瓶中分别加入化合物1
‑
2(77mg,0.55mmol)和叔丁醇钾(49mg,0.66mmol)，加入8ml四氢呋喃后，回流反应2小时。随后将反应冷却至室温并将反应瓶置于冰水浴中，加入溶于四氢呋喃(4ml)的化合物4(98mg,0.27mmol)，随后回流反应12小时。tlc监测反应完毕，用旋转蒸发仪除去反应液，快速柱层析分离便得到化合物5。
[0081]
在一5ml的圆底烧瓶中加入化合物5(40mg,0.08mmol)和氢氧化钠(11mg,0.265mmol)，随后加入去离子水(1ml)，100摄氏度下反应1小时。薄层色谱板检测反应完毕后，将圆底烧瓶放置于冰水浴中，搅拌下加入浓度为2m的盐酸溶液，将反应瓶中的固体收集便得到化合物6。
[0082]
化合物黄色油状物，621mg，产率为53％。
[0083]1h nmr(400mhz,cdcl3)δ8.13(d,j＝8.7hz,2h),7.32(d,j＝8.7hz,2h),3.73(s,
6h),3.38(t,j＝7.4hz,1h),2.74(t,j＝7.7hz,2h),1.94(dd,j＝16.0,7.6hz,2h),1.74
‑
1.61(m,2h).
13
c nmr(101mhz,cdcl3)δ169.7,149.5,146.6,129.3,123.8,52.7,51.5,35.5,28.6,28.4.
[0084]
化合物黄色固体，187mg，产率为78％。
[0085]1h nmr(400mhz,cdcl3)δ8.13(d,j＝8.6hz,2h),7.32(d,j＝8.6hz,2h),3.81(dd,j＝10.6,3.7hz,2h),3.66(dd,j＝10.5,7.2hz,2h),2.72(t,j＝7.7hz,2h),2.55(s,2h),1.83
‑
1.73(m,1h),1.73
‑
1.63(m,2h),1.32(dd,j＝15.9,7.1hz,2h).
13
c nmr(101mhz,cdcl3)δ150.2,146.5,129.3,123.8,66.2,41.9,36.1,28.7,27.4.
[0086]
hrms(esi ft
‑
ms):calculated for c
12
h
17
no4,[m na]

m/z＝262.1055,found 262.1051.
[0087]
化合物棕色油状物，122mg，产率为67％。
[0088]1h nmr(400mhz,cdcl3)δ8.15(d,j＝8.5hz,2h),7.34(d,j＝8.5hz,2h),3.58(dd,j＝10.4,4.1hz,2h),3.47(dd,j＝10.4,6.3hz,2h),2.75(t,j＝7.6hz,2h),2.05
‑
1.95(m,1h),1.70(dt,j＝11.7,7.8hz,2h),1.57
‑
1.47(m,2h).
13
c nmr(101mhz,cdcl3)δ149.6,146.6,129.3,123.9,41.7,36.0,35.7,31.1,28.2.
[0089]
hrms(esi ft
‑
ms):calculated for c
12
h
15
br2no2,[m h]

m/z＝363.9548,found 363.9579.
[0090]
化合物浅黄色固体，83mg，产率为63％。
[0091]1h nmr(400mhz,cdcl3)δ8.12(d,j＝8.5hz,2h),7.49(d,j＝2.0hz,2h),7.27(d,j＝8.8hz,2h),6.78(d,j＝2.0hz,2h),4.41(q,j＝7.1hz,4h),4.15(qd,j＝14.0,6.3hz,4h),2.70(dt,j＝15.0,6.9hz,3h),1.77
‑
1.65(m,2h),1.40(t,j＝7.1hz,6h),1.25(dd,j＝15.6,7.0hz,2h).
13
c nmr(101mhz,cdcl3)δ162.3,149.5,146.5,144.2,132.0,129.2,123.7,108.9,61.1,53.5,40.1,35.6,28.7,27.7,14.5.
[0092]
hrms(esi ft
‑
ms):calculated for c
24
h
29
n5o6,[m h]

m/z＝484.2196,found 484.2190.
[0093]
化合物白色固体，32mg，产率为93％。
[0094]1h nmr(400mhz,meod)δ8.10(d,j＝8.7hz,2h),7.74(d,j＝2.4hz,2h),7.36(d,j＝8.7hz,2h),6.75(d,j＝2.3hz,2h),4.20(qd,j＝14.0,6.6hz,4h),2.67(t,j＝7.5hz,3h),1.74
‑
1.61(m,2h),1.26
‑
1.14(m,2h).
13
cnmr(101mhz,meod)δ165.3,151.4,147.7,145.1,133.9,130.6,124.4,109.7,54.75,41.2,36.2,29.4,28.4.
[0095]
hrms(esi ft
‑
ms):calculated for c
20
h
21
n5o6,[m
‑
h]
‑
m/z＝426.1414,found 426.1417.
[0096]
实施例2：吡唑羟肟酸的合成
[0097][0098]
化合物1，2，3，4，5，6合成方法同实施例1中合成方法。
[0099]
将化合物6(243mg,0.5mmol)置于50ml圆底烧瓶中，室温下加入二氯亚砜10ml，随后继续常温反应12小时后，将未反应的二氯亚砜除去，加入盐酸羟胺(77mg,1.1mmol)于圆底烧瓶中，随后加入thf/h2o的混合液10ml(v:v＝1:1)，将反应瓶放于冰水浴中，加入碳酸钾(415mg,6mmol)，继续冰水浴反应一段时间后，常温反应4小时。tlc检测反应结束，用旋转蒸发仪除去溶剂便得到化合物7。
[0100]
化合物粉色油状物，165mg，产率为72％。
[0101]1h nmr(400mhz,dmso
‑
d6)δ10.91(s,2h),8.93(s,2h),8.11(d,j＝8.7hz,2h),7.86(d,j＝2.3hz,2h),7.42(d,j＝8.7hz,2h),6.60(d,j＝2.2hz,2h),4.20(dd,j＝13.9,6.4hz,2h),4.07(dd,j＝13.9,6.3hz,2h),2.60(t,j＝7.5hz,2h),1.64
‑
1.52(m,2h),1.23(s,1h),1.06(dd,j＝14.8,6.7hz,2h).
13
c nmr(101mhz,dmso
‑
d6)δ159.9,150.4,154.8,145.0,132.6,129.6,123.3,105.5,52.8,34.7,27.8,26.8.
[0102]
实施例3：吡唑羧酸锆螯合物的合成
[0103]
本次实施例中，将吡唑羧酸螯合剂与乙酰丙酮锆共同搅拌便得到螯合物。
[0104]
于一2ml小型样品瓶中加入化合物i(0.01mmol)和乙酰丙酮锆(0.01mmol)，随后加入1ml无水甲醇，室温搅拌半分钟。lc
‑
ms检测反应结束后，将反应析出固体收集便得到化合物i
‑
zr。
[0105][0106]
实施例4
[0107]
于一2ml小型样品瓶中加入化合物ii(0.01mmol)和乙酰丙酮锆(0.01mmol)，随后加入1ml无水甲醇，室温搅拌半分钟。lc
‑
ms检测反应结束后，将反应析出固体收集便得到化合物ii
‑
zr。
[0108][0109]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。