正电子发射断层显像剂[18F]FET前体药物的合成

刘春艳， 姜申德， 孟爱国

(1． 天津大学 药物科学与技术学院，天津 300072；2． 河北联合大学 a. 药学系; b. 附属医院,河北 唐山 063000)

正电子发射断层显像(PET)是近年来迅速发展起来的一种先进的核医学诊断技术，已广泛用于临床上的肿瘤诊断和基础研究中。氨基酸类PET药物与目前临床常规显像药物[18F]FDG{2-脱氧-2-[18F]氟-D-葡萄糖}相比较，对肿瘤组织和炎症部位或其它糖代谢旺盛病灶的特异性高，在脑肿瘤显像方面具有独特的优势，所得图像清晰，准确率高，更容易诊断[1,2]，因此，放射性标记的氨基酸已经逐渐成为临床上潜在的PET肿瘤显像剂[3,4]。在氟标记的氨基酸中，O-{2-[18F]氟乙基}-L-氨基酸{[18F]FET}有望成为一种新型PET显像药物用于脑部肿瘤的检测和诊断[5]。

[18F]FET常用的标记方法为亲核取代法。Hamacher小组[6,7]和Wang小组[8]分别合成了[18F]FET前体药物N-(叔丁氧羰基)-O-(2-对甲苯磺酰氧乙基)-L-酪氨酸甲酯(5b)和N-(三苯甲基)-O-(2-对甲苯磺酰氧乙基)-L-酪氨酸叔丁酯；18F与其进行SN2亲核氟化反应，随即水解便可得到[18F]FET。这种方法的优劣主要取决于18F与前体药物进行亲核取代反应的离去基团，离去基团反应活性高有利于提高放化标记率。常用的离去基团有三氟甲磺酰氧基(TfO)，甲磺酰氧基(MsO)，对甲苯磺酰氧基(TsO)，对硝基苯磺酰氧基(NsO)，环状硫酰氧基，溴和碘等。其中，TfO是反应活性最好的，现已用于[18F]FDG放化标记的前体药物[9]。

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

Scheme1

最近，我们报道了以TfO为离去基团，用于[18F]FET放化标记的两个新型前体药物的合成[10,11]。本文选择比TsO反应活性更好的MsO和NsO作为离去基团，采用与文献[10，11]不同的合成路线，以L-酪氨酸为原料，设计并合成了6个[18F]FET前体药物(5a～5f， Scheme 1),其结构经1H NMR， IR， MS及元素分析表征。其中5a,5c～5f未见文献报道。

1 实验部分

1．1 仪器与试剂

Reichert Thermovar型熔点仪(温度未校正)；Bruker AV 400 MHz型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标)；Thermo Nicolet Avtar FT 370型傅立叶变换红外光谱仪(KBr压片)； EI-MS MS-7070型质谱仪；Flash EA-1112型元素分析仪。

2， 3参考文献[12～14]方法合成；所用试剂均为化学纯；溶剂均作无水处理；所有反应在氮气保护条件下进行。

1．2 合成

(1)N-叔丁氧羰基-O-(2-羟乙基)-L-酪氨酸甲酯(4a)的合成

在反应瓶中依次加入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，搅拌使其溶解；滴加氯乙醇0.57 mL(8.5 mmol),滴毕，于125 ℃反应12 h。浓缩后加水30 mL,用二氯甲烷(3×30 mL)萃取，合并萃取液,用无水硫酸钠干燥,浓缩得油状液体4a,直接使用。

用类似的方法合成4d。

(2)5的合成(以5a为例)

在反应瓶中加入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，搅拌使其溶解；于0 ℃缓慢加入甲磺酰氯(MsOCl)370 mg(3.24 mmol);于室温反应12 h。浓缩后加水30 mL,用二氯甲烷(3×30 mL)萃取，合并萃取液，用无水硫酸钠干燥， 浓缩呈油状物,经硅胶柱层析[洗脱剂：V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=3 ∶1]纯化得N-(叔丁氧羰基)-O-(2-甲磺酰氧乙基)-L-酪氨酸甲酯(5a)。

用类似的方法合成5b, 5c。以4d代替4a,同法合成5d～5f。

5a： 无色晶体，收率82%(以3a计算，下同)， m.p.71 ℃～73 ℃(乙酸乙酯/石油醚重结晶，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： 乳白色固体，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： 无色固体，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: 无色固体，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： 乳白色油状物，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： 无色固体，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 结果与讨论

我们按文献[6～8]方法合成5a～5f时，收率较低。为此，设计了Scheme 1的路线合成5a～5f，收率较高。

以L-酪氨酸为原料，在甲醇中缓慢滴加氯化亚砜，即时产生氯化氢催化酯化反应形成甲酯(2a)[12]或在酸催化下与乙酸叔丁酯进行酯交换反应形成叔丁酯(3d)[13]。 2悬浮在含有三乙胺的二氯甲烷中，滴加Boc2O，形成氨基被保护的N-叔丁氧羰基-L-酪氨酸甲酯(3a)或叔丁酯(3d)[14]，两步反应的收率分别是81.5%和38.7%。3d收率低是因为第一步酯交换的收率低(2d， 45%)。

在3的酚羟基上引入羟乙基形成关键中间体4。选择氯代乙醇作为羟乙基的来源，3作为亲核试剂，进行SN2亲核取代反应。3只有在碱性环境下形成负离子才能发挥亲核试剂的作用，我们选择碳酸钾为反应体系提供碱性环境[15]，加入相转移催化剂18-冠-6增强其在有机溶剂中的碱性，有利于反应进行。氯代乙醇中的氯作为离去基团，其反应活性不强，加入催化剂n-Bu4NI，使反应易于完成。反应在125 ℃，DMF中经12 h完成，经硅胶柱色谱纯化后得晶体4，但收率较低[4a(41%)，4d(42%)]。经观察色谱行为，推测4可能在硅胶柱上分解了。实验尝试不经硅胶柱层析直接结晶，但失败了；最后通过快速硅胶短柱除去杂质后结晶的方法，收率较高(68%或71%)。

在吡啶溶液中，以DMAP为催化剂，4a和4d分别与甲磺酰氯(MsOCl),对甲苯磺酰氯(TsOCl),对硝基苯磺酰氯(NsOCl)反应得到5a～5f，收率92%～95%。

实验尝试4的粗品不过柱直接进行下步反应，发现5的收率较高，这进一步说明了4在硅胶柱色谱中分解，可能这类结构的化合物在硅胶柱上不稳定，有待进一步证实。

3 结论

以L-酪氨酸为原料，设计并合成了6个正电子发射断层显像剂[18F]FET前体药物。5a～5c的总收率62%～68%(以3计算)，5d～5f的总收率比较低(30%～35%)，相关的反应正在改善。目前，这6个化合物的标记和临床研究工作正在进行中。

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