Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор 8
1.1 Краткие сведения о методе ПЭТ 8
1.1.1 Позитронная Эмиссионная Томография как метод диагностики. Основы метода 8
1.1.2 Изотопы, используемые в ПЭТ. Тенденция развития метода 9
1.1.3 Современные представления о механизме накопления меченных аминокислот в клетках 10
1.1.4 Некоторые перспективные [18Р]содержащие аналоги аминокислот для использования в ПЭТ. 10
1.2 Методы селективного введения изотопа 18F 12
1.2.1 Методы нуклеофильного фторирования 13
1.2.1.1 Фторирование алифатических соединений 13
1.2.1.2 Введение атома ' F в алифатический фрагмент аминокислот 19
1.2.1.3 Фторирование ароматических соединений 21
1.2.1.4 Методы введения атома 18F в ароматический фрагмент аминокислот 28
1.2.2 Нуклеофильное замещение в ароматическом ядре, активированном Лгкомплексообразованием с металлами 34
1.2.2.1 Возможные механизмы активации ароматического нуклсофильного замещения атома галогена 34
1.2.2.2 Каталитическое ароматическое нуклеофильное замещение атома галогена 35
1.2.2.3 Нуклеофильное замещение галогена в стехиометрически активированном ароматическом ядре 38
2. Постановка задач и выбор объектов исследования 43
3. Обсуждение результатов 44
3.1 Новые подходы к замещению различных уходящих групп на атом фтора 44
3.1.1 Каталитические методы замещения 44
3.1.2 Попытки нуклеофильного замещения в активированных аренхромтрикарбонильных комплексах переходных металлов 48
3.2 Новый метод синтеза известного радиотреисера 52
3.2.1 Синтез предшественников для получения (S)-0-2-([ ]фтор-этил)тирозина 52
3.3 Разработка методов синтеза нового перспективного радиотреисера и его предшественника 54
3.3.1 Синтез предшественника для получения (S)-4-[uF]qbmopmymaMUHoeou кислоты 54
3.3.1.1 Каталитический метод получения 54
3.3.1.2 Стехиометрический метод синтеза 63
3.3.2 Асимметрический синтез 4-фторглутаминовой кислоты 67
3.3.2.1 Краткие сведения о методах получения 4-фторглутаминовой кислоты 67
3.3.2.2 Стехиометрический метод с использованием хиральных вспомогательных реагентов 72
3.3.3 Методика замещения атома брома на атом фтора в синте зированном ранее предшественнике 74
4. Экспериментальная часть 77
Выводы 109
Список литературы 110
- Изотопы, используемые в ПЭТ. Тенденция развития метода
- Нуклеофильное замещение в ароматическом ядре, активированном Лгкомплексообразованием с металлами
- Попытки нуклеофильного замещения в активированных аренхромтрикарбонильных комплексах переходных металлов
- Разработка методов синтеза нового перспективного радиотреисера и его предшественника
Введение к работе
Актуальность темы: Метод позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ) основывается на использовании короткоживущих изотопов 150, "С, I3N, 1SF (с периодом полураспада 2.04,20.4, 9.96 и 109.8 минут, соответственно) с позитронным типом распада, «встроенных» в молекулу радиотрейсеров (РТ). ПЭТ является одним из наиболее современных методов ядерной медицины, позволяющих получать важную информацию о протекании in vivo сложных физиологических и биохимических процессов (метаболизма, перфузии, рецепторних и нейротрансмиттерных взаимодействий), необходимую для функциональной диагностики целого ряда онкологических, неврологических, кардиологических и других заболеваний. В последнее десятилетие, наряду с фундаментальными исследованиями, метод интенсивно внедряется в клиническую практику. В 2003 г. только в США насчитывалось 800 ПЭТ центров, а к 2010 г. их количество возрастет до 3000.
Предоставляя информацию на биологическом и молекулярном уровне, ПЭТ имеет значительные преимущества по сравнению с традиционными морфологическими методами визуализации, такими как рентгеновская компьютерная томография (РКТ) или магнитно-резонансная томография (МРТ).
В настоящее время в ПЭТ наиболее широко (80% всех ПЭТ исследований) используется один РТ, а именно - фторированный аналог глюкозы (2-[18Р]фтор-2-дезокси-D-глюкоза ([18Р]ФДГ)). Синтез этого соединения хорошо отработан и автоматизирован, и, учитывая период полураспада 18F (109.8 мин.), этот РТ может быть доставлен из места получения в клиники, оснащенные ПЭТ сканнерами. К сожалению, [18Р]ФДГ не является специфичным РТ для опухолей. Высокое физиологическое накопление [18Р]ФДГ в сером веществе не позволяет получать высоко контрастпые изображения опухолей мозга с низкой скоростью гликолиза. Неудивительно, что во всем мире интенсивно ведется поиск HOBbzx, более эффективных РТ.
Одним из наиболее перспективных классов РТ являются энантиомерно обогащенные (э.и. > 95%) меченые 1SF аминокислоты (АК), как правило, природного L-или (5)-ряда. Это связано с тем, что такие РТ обладают рядом важных преимуществ по сравнению с традиционно используемой [18Р]ФДГ, а именно, позволяют дифференцировать злокачественные образования от очагов инфекции (воспаления). Кроме того, их использование дает гораздо более контрастное изображение опухолей, что позволяет выявлять их на ранней стадии развития.
Получение РТ на основе АК представляет серьезную синтетическую задачу, так как продукт содержит короткоживущий радионуклид 18F (Тід = 109,8 минут) и при этом должен иметь энантиомерную чистоту не менее 95%. Известные в литературе асимметрические методы получения АК являются слишком длительными. Очевидно, необходимо разработать универсальные методы удобного быстрого синтеза (5)-[18F]AK, что подразумевает минимальное количество синтетических стадий после введения изотопной метки.
Таким образом, развитие новых экспрессных методов асимметрического синтеза РТ на основе АК, а также создание новых прекурсоров для их получения является чрезвычайно актуальным. Данпая работа направлена на расширение ряда I8F меченных РТ на основе АК, используемых в ПЭТ, как в нашей стране, так и во всем мире.
Цель работы: Данное диссертационное исследование направлено на получение энантиомерно обогащенных АК прекурсоров, позволяющих на наиболее поздней синтетической стадии вводить атом фтора (учитывая необходимость перенесения методики на использование радиоактивного изотопа 18F) с последующим получением как уже известных, так и не исследованных ранее РТ на основе АК. Методики должны удовлетворять требованиям ПЭТ:
оптическая чистота АК РТ должна быть ве менее 95%;
время синтеза РТ после введения изотопной метки 18F должно быть минимальным и ограничено периодом полураспада изотопа 18F (Гід - 109,8 минут);
методика введения изотопной метки должна быть максимально простой и легко подвергаться дальнейшей автоматизации, которая необходима для работы с радиоактивными соединениями.
Помимо получения самих прекурсоров, необходимо отработать методики селективного введения в них атома фтора.
Научная новизна и практическая ценность работы: Впервые разработан метод синтеза нового прекурсора для получения 0-(2-[18Р]фторзтил)-(і?)-тирозина ([ F]03T). С этой целью получены комплексы NiB основания Шиффа (5)-2-[N-(N'-бензилпролил)амино]бензофенона (ВРВ) с 0-(2-мезилокси-, тозилокси-, или трифлатоксиэтил)-(5)-тирозинами. Все эти комплексы являются прекурсорами для получения [18Р]ФЭТ, но наилучший результат в реакции введения фтора показал комплекс Ni" основания Шиффа ВРВ с 0-(2-тозилоксиэтил)-(5)-тирозином. После введения атома фтора, разложения комплекса и очистки АК (суммарное время проведения всех стадий 60 минут) был получен [18F]
значительно снижает стоимость получения [ Р]ФЭТ по сравнению с методиками, предлагаемыми зарубежными коллегами. Это делает возможным получение и более интенсивное внедрение [laF]03T в клиническую практику ПЭТ, причем не только на территории Российской Федерации.
Предложен новый РТ для ПЭТ, а именно, (25)-4-[18Р]фторглутаминовая кислота (4-[1BF]FGiu). С этой целью был разработан метод синтеза комплекса Ni" основания Шиффа ВРВ с моноэтиловым эфиром-(2Х-К)-4-бромглутаминовой кислоты (4-BrGlu), который и является прекурсором для получения 4-[18F]FGlu. Методика нуклеофильного замещения атома брома на фтор была изучена на нерадиоактивном изотопе "F и перенесена на 18F. По предварительным данным 4-[18F]FGIu зарекомендовала себя как перспективный РТ для использования в ПЭТ.
Апробапия работы: Отдельные части диссертации были представлены в виде докладов и тезисов на: 13 th European Symposium on Radiopharmacy and Radiopharmaceuticals (Italy, Lucca, March 30-April 2, 2006); Proceedings of the international conference advanced biotechnology: Perspectives of development in Armenia (Republic of Armenia, Tsakhkadzor, July, 12-14, 2006); Annual Congress of European Association of Nuclear Medicine, Athens, Sept 30 - Oct 4, 2006; пятой Российской конференции по радиохимии «Радиохимия-2006» (Россия, г. Дубна, 23-27 октября 2006); конференции-аттестации «Веснянка» ИНЭОС РАН (2003-2005).
Публикации: По результатам работы опубликовано 2 статьи и 5 тезисов докладов на международных и российских конференциях.
Структура диссертационной работы: Диссертация состоит из введения, трех глав (литературный обзор, обсуждение результатов и экспериментальная часть), выводов и списка цитируемой литературы. Работа изложена на ife/страницах, включая S^ схем, рисунков и у~ таблиц. Библиография содержит литературные ссылки на ?/аяучт*%у*о публикация. Литературный обзор посвящен основным достижениям в области получения РТ с помощью введения атома фтора и его изотопного аналога I8F.
Методология исследования. При проведении исследований использовались стандартные приемы и оборудование. Энантиомерный ГЖХ анализ выполнен к.х.н. Иконниковым Н.С. (лаборатория асимметрического катализа ИНЭОС РАН). Все рентгеноструктурные исследования выполнены к.х.н. Хрусталевым В.Н. (лаборатория рентгеноструктурных исследований ИНЭОС РАН). Исследования реакционных смесей методом 'Н, 13С, 1?F ЯМР спектроскопии проводили совместно с д.х.н. Перегудовым А. С, к.х.н. Воронцовым Е. В., Годовиковым И. А., и к.х.н. Стрелковой Т.И. (лаборатория ядерного магнитного резонанса ИНЭОС РАН).
Работа выполнена с 2002 по 2006 год в лаборатории асимметрического катализа ИНЭОС РАН. Работа проводилась в тесном сотрудничестве с лабораторией радиохимии Института мозга человека (ИМЧ) РАН г. Санкт-Петербурга.
Финансовую поддержку работе оказал Международный научно-технический центр (гранты ISTC А-356 и ISTC 2780).
Изотопы, используемые в ПЭТ. Тенденция развития метода
С одной стороны, размер атома F незначительно превышает размер водородного атома, а с другой стороны, атом F обладает значительным отрицательным индуктивным эффектом, и его введение в молекулу значительно поляризует часть, которая примыкает к связи С—F. Введение фтора в известное биологическое соединение может непредсказуемым образом сказаться на его биохимических и физико-химических свойствах. Замена гидроксильной группы в молекуле глюкозы атомом 18F приводит к тому, что [18Р]ФДГ транспортируется в ткани аналогично глюкозе, однако в клетках метаболизм [18Р]ФДГ останавливается на стадии фосфорилирования, что приводит к накоплению [І8Р]ФДГ в областях повышенного энергетического метаболизма глюкозы. Поэтому распределение 1Я [ Р]ФДГ в тканях организма описывается в рамках простой фармакокинетической модели, и данные ПЭТ исследования могут быть достаточно легко интерпретированы. Согласно современным представлениям использование меченых изотопом 18F 1Я аминокислот ([ F]AK) в качестве диагностических агентов определяется тем, что их накопление в опухоли отражает именно повышенную скорость транспорта АК в опухолевые клетки по сравнению с интактной тканью. Накопление АК в сером веществе мозга незначительно, что выгодно отличает их от [18Р]ФДГ, которая часто дает ложно-положительные результаты в случае опухолей мозга.3 1Я В недавних работах было показано, что накопление [ F]AK в очагах воспаления существенно ниже, чем в опухолевой ткани. Исследования на экспериментальных животных показали, что в отличие от [18Р]ФДГ и (5)-[пС-метил]метионина (( -[ СЩМЕТ) (см. рисунок 2), накопление (5)-0-2-([18Р]фторэтил)тирозина ((5)-[18Р]ФЭТ) в незлокачественных клетках и воспаленных лимфатических узлах было крайне незначительным.4 Можно надеяться, что использование фтормеченных
АК позволит решить большую проблему диагностики ПЭТ -невозможность дифференциации опухоли и воспалительного процесса в мозге с помощью традиционно используемой [18Р]ФДГ.5 Наиболее известным РФП на основе фторированных меченых аминокислот является (S)-3,4-дигидрокси-6-[18Р]фторфенилаланин ((5)-6-[18Р]ДОПА) - фторированный аналог (5)-ДОПА, 11 Стратегия сателлитов - использование нескольких ПЭТ камер, обслуживаемых расположенным на некотором расстоянии одним циклотроном. метаболического предшественника нейротрансмиттера допамина (см. рисунок 2). 1R Фармакокинетическое поведение (5)-6-[ Б]ДОПА совпадает с поведением естественного метаболита, что дает возможность количественной оценки плотности допаминергических нейронов методом ПЭТ при диагностике и выборе тактики лечения болезни Паркинсона и других расстройств, связанных с поражением допаминергической системы.6 Недавно 1R появились сообщения о возможности использования (S)-6-[ Р]ДОПА в диагностике опухолей желудочно-кишечного тракта и некоторых других.7 Фторированные аналоги тирозина (см. рисунок 2), содержащие радиоизотоп F как в ароматическом кольце (5)-2-[18Р]ФТИР и ( 3-[18Р]ФАМТ), так и в боковой цепи (S)-0-2-(S)-[18Р]ФЭТ и (5)-[18Р]ФПТ8 9 интенсивно тестируются в ряде ПЭТ центров Европы, Японии и США как перспективные РФП для ПЭТ (см. рисунок 2). 1 ft (5)-2-[ Р]ФТИР относится к числу первых АК, применяемых в ПЭТ диагностике еще с 1989 г.10
Однако, отсутствие методов синтеза, позволяющих получать РФП в приемлемых для ПЭТ количествах, тормозит его внедрение в клиническую практику. Сравнительное исследование (5)-2-[18Р]ФТИР и (5)-[пСНз]МЕТ (см. рисунок 2) на крысах с глиомой F9811 продемонстрировало сходство в биораспределении и накоплении (5)-2-[18Р]ФТИР и (5)-[иСНз]МЕТ в опухолях, что указывает на перспективность использования (5)-2-[18Р]ФТИР в исследованиях, традиционно выполняемых с помощью (5)-[пСНз]МЕТ. При изучении метаболизма и биораспределения 2-[18F]OTHP в органах здоровых мышей , а также в ПЭТ исследованиях человека было показано, что метаболизм (S)-2 10 м [ Т]ФТИР отличается более простым механизмом по сравнению с (5)-[ СНз]МЕТ, молекула которого быстро теряет радиоактивную метку в результате реакции деметилирования. Работы по применению (S)-2-[18F]OTHP в ПЭТ интенсивно проводятся в ПЭТ центрах,13 14 и интерес к этому РФП и другим производным тирозина быстро растет. В России РФП на основе [ F]AK в клинической практике до настоящего времени не применяются. В Институте Мозга Человека (ИМЧ) РАН г. Санкт-Петербурга накоплен огромный опыт применения (5)-["СНз]МЕТ, используемого в клинической диагностике в 10 10 дополнение к [ Р]ФДГ. Ведутся исследования (S)-2-[ Р]ФТИР - нового препарата на основе АК для диагностики опухолей методом ПЭТ. Изотоп I8F может быть получен по двум ядерным реакциям, приведенным в таблице (см. таблицу 2). Для получения изотопа F в форме молекулярного F2 используются ядерная реакция 4sfe(d,a)18F, реализуемая в газовой мишени, заполненной Ne в присутствии нерадиоактивного молекулярного F2 ( 0,1%),15 и ядерная реакция 180(p,n)18F, проводимая в мишени, заполненной газообразным молекулярным 0%. 18т Изотоп 18F может быть получен из [180]НгО в форме фторид-аниона ([18F]F aq) с активностью до 100 ГБк и с удельной активностью до 30000 ГБк/ммоль, а также, в форме 1 о 10 молекулярного фтора ([ F]F2) в газовой мишени высокого давления ([ 0]Ог) активностью до 34 ГБк и удельной активностью 350-600 ГБк/ммоль.16 ID 1 о — Из источников F наиболее перспективным является ([ F]F aq), обладающий рядом преимуществ: 1. большая удельная активность; 2. большая селективность введения метки по сравнению с электрофильными фторирующими реагентами; 3. исключение работы с газообразными источниками изотопа F; 4. простота очистки [ F]F хроматографическими или электрохимическими методами; 5. возможность регенерации дорогостоящей [180]НгО.
Необходимо отметить, что данная работа осуществлялась в сотрудничестве с лабораторией радиохимии института мозга человека (ИМЧ) РАН г. Санкт-Петербурга, которая имеет в своем распоряжении циклотрон МС-17, снабженный мишенью низкого давления, и обладает большим опытом производства и работ с радионуклидом 18F.IV Сотрудниками этой лаборатории предложен новый метод извлечения [18F]F из [180]НгО с эффективностью 99% с использованием специально подготовленной анионообменной смолы. Исходя из этого, в качестве фторирующего реагента был выбран [18F]F и, следовательно, методики и прекурсоры, которые планируется синтезировать, должны удовлетворять требованиям для селективного введения [18F]F . Обзор методов и источников введения атома фтора в различные соединения опубликован Уилкинсоном (J. Wilkinson) в 1992 году.17 В данной работе приведены лишь последние публикации, касающиеся использования F B качестве фторирующего реагента. При замене на атом F в алифатическом ряду в качестве уходящих групп можно использовать галоиды и алкилсульфонаты (мезилат, трифлат, тозилат, нозилат). В качестве растворителя чаще всего используется ацетонитрил. Выбор уходящей группы зависит от субстрата и часто подбирается эмпирически. Так при получении жирных алифатических кислот, содержащих атом F в конце цепи, Вг и OTs предпочтительнее, чем CI, I, OMs, OTf.18 ,9 В работе Т. Takahashi и сотрудников, опубликованной в 1991 году,19 после проведения реакции нуклеофильного замещения атома брома на фтор, с последующим снятием эфирной защиты радиохимический выход (RCY) алифатических [18Р]-меченых кислот составил 35-58%) за 70-85 минут (см. схему 1). Изучение биологического поведения и распределения в тканях организма [18Р]фторпальмитиновой кислоты и ее 3,5 диметилзамещенных аналогов показало, что она может быть использована качестве РТ, позволяющего оценивать состояние миокарда.
Нуклеофильное замещение в ароматическом ядре, активированном Лгкомплексообразованием с металлами
Исследования показали возможность нуклеофильного замещения в арилгалогенидах с помощью катализа различными комплексами переходных металлов: Ni,68 Си, Pd, Со,68 Rh.71 Например, алкенил- и арилсульфиды получали с помощью Pd и Ni-катализа,6 арилиодиды и биарилы получали с помощью Ni катализа.70 Выбор лиганда и металла зависит от нуклеофила, замещающего атом галогена в арил-галогениде. Работы, касающиеся катализируемого соединениями меди нуклеофильного замещения галогенов, обобщены в обзоре.71 В ранних работах R.Bagon и A. Hill в 1964 году предприняли попытки изучить реакцию обмена галогена в 1-бромнафталине на различные нуклео-филы с помощью солей Си1. Авторы подчеркивали особую роль Си1 на прохождение реакции, поскольку хлориды Аи1, Ті1, Zn, Hgn, Fe", Co" давали лишь следовые количества 1-хлор-нафталина. Кинетические исследования позволили предложить бимолекулярный механизм реакции для большинства используемых растворителей, хотя имелись и некоторые отклонения. Ряд активность нуклеофугов в арилгалогенидах выглядит следующим образом: 1 Вт CI» F, и отличается от хорошо известного для обычного замещения в активированных арилгалогенидах. Активность нуклеофилов в солях Си1 следующая: С1 Вг I CN SPh SCN.
Реакция не сильно зависела от электронодонорности/акцепторности заместителей в орто- и пара-положениях относительно атома галогена, зато сильно ускорялась в присутствии хелатирующих заместителей в орто-положении (например, NO2). Авторами был предложен гипотетический механизм реакции (см. схему 23 ). Реакцию проводили в присутствии пиридина в ДМСО. Выходы, в зависимости от природы нуклеофила, составляли от 21 до 99 %. Причем выход 99% был получен только для реакции 1-бромнафталина с CuCN в ДМСО при кипячении в течение двух часов.72 Радикальные реакции получения дифенильных соединений с помощью катализа Си известны как реакции Ульмана. Интересным примером является разновидность реакции Ульмана между арилгалоидами (ArBr, Arl) и защищенным тирозином, а также другими аминокислотными производными, содержащими гидроксильную группу в ароматическом ядре (см. схему 27). Таким образом могут быть получены: противогрибковый препарат piperazinomycin; ингибитор понищающго давления энзима К-13, противоопухолевый bouvardin, deoxyboubadin; и полипептидные антибиотики vancomycin, teocoplanin, chloropeptins и другие важные классы компоненты в фармацевтической и сельскохозяйственной промышленности.73 74 Обычно реакция Ульмана протекает при 170 С, а в качестве катализаторов используются Cu20,75 (CuOTfhPhH,76 CuCl,77 CuO,78 CuBrSMe2 73 79,80 CuMe,81 CuBr.82 Значительное влияние на скорость реакции может оказать наличие и природа хелатирующей добавки (лиганда). В реакции Ульмана использовали несколько типов добавок/лигандов: 2,2,6,6-тетраметилгеп-тан-3,5-дион, 2-аминопиридин, 1,10-фенантролин,77 (phen)(PPh)3Br, (neocap)(PPh)3Br,83 Salox, DMG,Chxn-Py-Al75 и другие.84 В качестве основания используются CS2CO3, К2СО3, К3РО4. В качестве растворителей обычно используют: CH3CN,7S С6Н5СНз,76 83 СбН5Ш2,82 73 85 Ру.78 При этом почти всегда приходит частичная рацемизация аминокислотного фрагмента пептида. Модификацией реакцией Ульмана является использование катализаторов на основе комплексов Pd. S. Buchwald и сотрудники в 2001 году предложили эффективную каталитическую систему, позволяющую получать широкий ряд ароматических эфиров.
На схеме 28 приведена катализируемая палладием реакция сочетания замещенных арилбромидов и арилхлоридов с н-бутанолом (см. схему 28). Схема 28. Нуклеофильное замещение галогена, промотируемое катализаторами на основе Pd. Авторы показали, что выход в данной реакции колеблется от 56 до 99%. Наличие донорпых заместителей (ОМе) в орто- и пара-положении и стерически затрудненных фенильных заместителей в орто-положении значительно снижает выход реакции до 9-18 %. Механизм реакции (см. схему 29) включает окислительное присоединение арилгалогенида (39) к комплексу Pd с образованием комплекса Pd11. Молекула н-бутанола координируется с Pd с последующим отщеплением HCl(HBr) под действием основания. Образующийся переходный комплекс (40) может подвергаться дальнейшему преобразованию двумя конкурентными путями. Первый путь включает р-элиминирование водородного атома с образованием продукта восстановления (41, см. схемы 28, 29). Второй путь включает восстановительное элиминирование с образованием арилбутилового эфира, представляющего собой продукт нуклеофильного замещения в ароматическом кольце (42), (см. схемы 28, 29). Направление разложение комплекса 40 сильно зависит от строения фосфинового лиганда: монофосфиновые бинафтильные лиганды более эффективно сдвигают равновесие в сторону продукта нуклеофильного замещения 42, чем монофосфиновые биарильные. Наибольшее соотношение целевого и продукта восстановления составляет 12/1 при использовании лиганда Как видно из предыдущих глав литературного обзора, некаталитическое нуклеофильное замещение хорошо уходящих акцепторных групп с приемлемыми выходами протекает только в ароматическом ядре, активированном электроноакцепторными заместителями. Избежать данного ограничения можно при использовании нуклеофильного замещения в ароматическом ядре, стехиометрически активированном комплексами переходных металлов, например RC6H5Cr(CO)3 (44), [RC6H5Mn(CO)3]PF6 (45), [RC6H5RuCp]PF6 (46), RC6H5FeCp (47) (см. рисунок 3). Как известно, образование таких комплексов одновременно приводит и к активации ароматического ядра. Образование комплекса по активирующей способности эквивалентно введению в ароматический фрагмент нитро-группы.
Активирующая ароматический фрагмент группа может быть удалена окислением после проведения нуклеофилыюго замещения в ароматическом ядре, что позволяет осуществлять нуклеофильное замещение в субстратах, не имеющих акцепторных групп. Ограничением применения ареновых комплексов переходных металлов для целей ПЭТ является время синтеза после введения изотопной метки I8F. Таким образом, синтезированный ареновый комплекс должен легко вступать в реакции нуклеофильного замещения и на следующей стадии легко распадаться с высвобождением целевого продукта. При подробном рассмотрении комплексов Ru87 и Fe88 очевидно, что они не пригодны для целей ПЭТ, поскольку, несмотря на эффективное активирование ароматического ядра для реакций нуклеофильного замещения, последующее снятие активации протекает в течение нескольких часов даже при активации УФ излучением. Несмотря на то, что активация ароматического ядра к нуклеофильному замещению заряженных аренмарганецтрикарбонильных комплексов достаточно эффективна, получение комплексов, содержащих уходящую группу, отличную от хлора, представляется проблематичным.8 Наиболее изученными и широко используемыми в практике органического синтеза являются л-комплексы карбонилов хрома, реакционная способность которых рассматривается в серии обзоров. В связи с этим в настоящей работе была выбрана именно такая схема активации ароматического ядра, и ниже приводится краткое резюме ключевых осбенностей синтеза и реакционной способности таких комплексов.
Попытки нуклеофильного замещения в активированных аренхромтрикарбонильных комплексах переходных металлов
Другой возможностью введения атома фтора в ароматический фрагмент является реакция нуклеофильного замещения в ароматическом ядре, активированном за счет образования я-комплекса с Сг(СО)з. Попытка получить аренхромтрикарбонильный комплекс из соединения 566 с помощью реакции термолиза (Сг(СО)б, диоксан, 140 С) оказалась неудачной из-за разложения исходного комплекса 566 (см. схему 38). После выделения (5)-0-метил-3-бромтирозина 59 из комплекса 566, с последующей защитой карбоксильной (68) и аминогруппы с образованием метилового эфира (5)-Л -5ос-0-метил-3-бромтирозина (69), была предпринята попытка получения аренхромтрикарбонильного комплекса защищенной АК (70) с помощью реакции термолиза, которая также не привела к желаемым результатам (см. схему 38). 3. Вос20 , ТГФ, 25 С Cr(CO)e, 140 "С (С4Н9)20, ТГФ Схема 38. Попытка получения аренхромтрикарбонильных комплексов соединений 566 и 69 Для получения прекурсоров, содержащих атом фтора в активированном ароматическом ядре, нами были синтезированы защищенные АК: метиловый эфир (S)-N-Boc-0-MQmn-3-фтортирозина (71) и метиловый эфир (5)-.М-.Й0с-3-фтортирозина (72) (см. схему 39) по обычной методике из соответствующих свободных АК (73 и 74, соответственно). Первоначально осуществляли защиту карбоксильных групп с получением метилового эфира (5)-0-метил-3-фтортирозина (75) и метилового эфира (5)-3-фтортирозина (76), затем защищали аминогруппу, получая метиловый эфир (5)-ІУ-Лос-С -метил-3-бромтирозина 71 и метиловый эфир (S)-N-Boc-3-фтортирозина 72 (см. схему 39). МеО 18т Проведение реакции комплекса 77 (без выделения) с тиофенолом в ТГФ дает продукт замещения атома фтора на тиофенольную группу, судя по данным элементного анализа. Комплекс 77 обрабатывали K[18F] в виде комплекса с криптофиксом (К222) в ДМФА и CH3CN в течение 10 минут (эксперимент проводился в Санкт-Петербурге в ИМЧ РАН). К сожалению, не было выявлено продуктов изотопного обмена 19F/18F (контроль методом ТСХ с помощью радиочастотного сканера). Разложение комплекса 77 действием раствора иода в ТГФ и снятие защитных групп иодистоводородной кислотой дает исходную АК 71 (контролировали методом хиральной ВЭЖХ).
Одной из возможных причин неудачи может быть недостаточно полное удаление кислорода при проведении экспериментов в ИМЧ РАН и разложение в связи с этим исходного аренхромтрикарбонильного комплекса. Работа в этом направлении продолжается. Для введения атома фтора на поздней синтетической стадии, можно использовать прекурсор, содержащий аммонийную уходящую группу (Мез Ґ") в стехиометрически активированном комплексе переходного металла. Анализ литературных данных показал, что аммонийные группы (МезІ Ґ) являются легко уходящими и облегчают дальнейшую очистку полученных прекурсоров, из-за существенных различий свойств исходных и получаемых соединений.48 Комплекс Ni" основания Шиффа (5)-ВРВ и (5)-2-амино-3-(3,4-метилендиокси-6-диметиламинофенил)пропионовой кислоты (78) (см. схему 40), как можно предположить, будет давать устойчивые я-комплексы, причем селективно в требуемое ароматическое ядро, так как оно содержит две донорные группы (МегИ- и -ОСНгО-). Комплекс 78 позволит легко перейти к требуемой (Мез Ґ) группе. Таким образом, может быть получен перспективный прекурсор (79) для нуклеофилыгого введения атома фтора.
Кроме того, АК (80), полученная при разложении комплекса 78, также может быть использована в качестве прекурсора, содержащего (МезЫ+) группу. Для получения прекурсора 79 был синтезирован 3,4-метилендиокси-6-нитробензилбро-мид (81) из коммерчески доступного 3,4-метилендиокси-6-нитробензальдегида, восстановлением до 3,4-метилендиокси-6-нитробензилового спирта (82), с последующим замещением гидроксильной группы на атом брома. Комплекс (83) был получен алкилированием комплекса 55 3,4-метилендиокси-6-нитробензилбромидом 81 (см. схему 40). Дальнейшее восстановление комплекса 83 водородом проводили в МеОН при катализе ЮУО-РІІ/АЬОЗ В результате чего был получен комплекс (84). Метилирование комплекса 84 приводит к комплексу 78. В данный момент ведутся работы по получению соответствующего комплекса (85) со стехиометрически
Разработка методов синтеза нового перспективного радиотреисера и его предшественника
Мы полагали, что асимметрическое каталитическое присоединение малонового эфира к прохиральному производному дегидроаланина (95) с последующим бромированием образующегося производного (5)-4-карбометоксиглутаминовой кислоты (96) будет самым простым путем к получению защищенной (5)-4-BrGIu 94 (см. схему 42), в которой атом брома можно легко заменить на [18F], с образованием целевого РТ 93. Схема 42. Гипотетический путь получения (S)-4-BrGlu. Для этой цели был синтезирован акцептор Михаэля, который представляет собой прохиральный комплекс Ni" основания Шиффа (2-бензоилфенил)амидопиридил-2-карбоновой кислоты (РВР) и 2-аминоакриловой кислоты (97). РВР (98) был получен из пиколиповой кислоты и о-аминобензофенона с количественным выходом (см. схему 43).
На следующей стадии происходит конденсация РВР, глицина и соли Ni" с образованием глицинового комплекса (99). Конденсация 99 с формальдегидом дает комплекс (100), последующая дегидратация которого приводит к ахиральному комплексу дегидроаланина 97 (см. схему 43). Химический выход на всех стадиях оказывается количественным. Следующей нашей задачей стала реализация каталитической асимметрической реакции Михаэля с использованием субстрата 97. В присутствии основания - гидроксида калия, реакция присоединения малонового эфира к субстрату 97 идет довольно быстро с количественным химическим выходом (см. схему 47). Субстрат 97 вступает в реакцию с другими нуклеофилами (см. схему 44), такими как: тиофенол, Р-нафтол, бензиламин, имидазол и индол. Результаты экспериментов представлены в таблице 6. При разложении комплексов (101а-д,) с последующим выделением ионообменной хроматографией были получены АК (102 а-д соответственно) (см. таблицу 6). В отличие от тиофенола, малонового эфира и бензиламина, реакции присоединения 0-нафтола к субстрату 97 требуют более жестких условий, а именно, длительного кипячения в CH3CN в присутствии NaH, в то время как в СН2С12 эти реакции не проходят. Однако реакция с р-нафтолом (см. таблицу 6) вместо ожидаемого продукта присоединения по атому кислорода приводит к продукту присоединения по а-углероду р-нафтола.
Гидролизом комплекса 1016 была выделена новая АК1026 (см. схему 45, таблицу 6). Попытка присоединить в тех же условиях фенол оказалась неудачной, поскольку фенол сам в реакцию не вступает, но катализирует образование продукта (103) присоединения комплекса 99 к 97 (см. схему 46). Продукт 103, вероятно, образуется в результате обратимого присоединения воды к комплексу 97. Структура комплекса 103 была подтверждена методом PC А (см. рисунок 6). Рисунок 6. Молекулярная структура комплекса Ni11 основания Шиффа РВР и (гас)-2,4-аминодипентановой кислоты 103 с 50%-ными вероятностными эллипсоидами анизотропных смещений, определенная методом РСА.УШ V1" РСА анализ выполнен Хрусталевым В. Н. в лаборатории рентгеноструктурных исследований ИНЭОС РАН Можно было ожидать, что использование хиральных оснований позволит провести реакцию асимметрически. В качестве таких хиральных оснований был использован алкоголят (4Л,5Л)-2,2-диметил-а,а,а\а -тетрафенил-1,3-диоксолан-4,5-диметанола [(R,R)ADDOh] (см. рисунок 7), получаемый непосредственно в реакционной смеси из (R,R)ADDOL& (104) и твердой щелочи. Было найдено, что оптимальным растворителем для асимметрической индукции является толуол, в котором реакция, катализируемая калиевой солью TADDOLa, проходит с энантиоселективностью 54%. После оптимизации реакционных условий, была исследована зависимость стереоселективности присоединения малонового эфира к субстрату 97 от структуры модифицированного TADDOLa (см. рисунок 7). Р Х. Ri,R2= Me.Ph.H.n-BrPh.tBu.NaphlyM АГ \ і Аг Ar= Ph, Naphtyl-1, Naphtyl-2, 2,4-(CF3)2C6H3,C6F5 Ar X, Y = OH, SH, NH2,CL H3C CH3 - A_ JT\ / v -CT HO OH 104 Рисунок 7. Структура используемых TADDOLOB И (4Я,5./?)-2,2-диметил-а,а,а ,а -тетрафенил-1,3-диоксолан-4,5-диметанола [(/?,i?)ADDOL] 104. Было найдено, что ( ,5іг)-2,2-диметил-а,а,а ,а -тетра-(1-нафтил)-1,3-диоксолан-4,5-диметанол 104, наиболее эффективен с точки зрения асимметрической индукции в изучаемом
![Энантиомерные (+)- и (-)-3,3а,6,6а-тетрагидро-1H-циклопента[c]фуран-1-оны и их предшественники. Синтез и аспекты приложения в конструировании биоактивных циклопентаноидов](/i/i/4296/466133.png "Энантиомерные (+)- и (-)-3,3а,6,6а-тетрагидро-1H-циклопента[c]фуран-1-оны и их предшественники. Синтез и аспекты приложения в конструировании биоактивных циклопентаноидов Гимазетдинов, Айрат Маратович")
