專利名稱：三－n－烷基化的1,4,7,10,－四氮雜環(huán)十二烷的合成的制作方法
發(fā)明的背景磁共振成像(MRI)已經(jīng)被建立并且是研究人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的強有力方法，目前被世界上所有的大醫(yī)院采用。它不使用有害的放射線即可從任何角度為內(nèi)科醫(yī)生提供了人體內(nèi)部清晰的圖像，與其它診斷方法如超聲照像法及計算機化的X-射線熱攝影方法(CT)比較，MRI作為非傷害方法不僅能夠極好地提供活體軟組織的三維圖像，而且能夠展現(xiàn)內(nèi)部器官生理過程的功能和生理學(xué)狀態(tài)。
醫(yī)用MRI的迅速擴展促進了造影增強劑(造影劑)的開發(fā)，后者用于增強正常和發(fā)病組織之間的對比和/或通過加速周圍組織中的水質(zhì)子弛豫來改進診斷的敏感性和特異性。35％以上的所有MRI研究使用造影劑，特別是用于確定癌病患者的損傷。由于其優(yōu)點如獨特的七個未配對電子、十分高的磁矩(μ2＝63μB2)以及對稱的電子基態(tài)和釓鰲合物，因此能夠形成最大量的MRI造影劑。近來在臨床批準(zhǔn)的釓(III)造影劑中，[Gd(DTPA)(H2O)]2-(MagnevistTM)、[Gd(DTPA-BMA)(H2O)]2-(OmniscanTM)、[Gd(BOPTA)(H2O)]2-(MultiHanceTM)和[Gd(DTPA-BMEA)(H2O)]2-(OptiMARKTM)是非環(huán)狀配基的絡(luò)合物，另外三個[Gd(DOTA)(H2O)](DotaremTM)、[Gd(HP-D03A)(H2O)](ProHanceTM)和[Gd(D03A-butrol)(H2O)](GadovistTM)通過多氮雜大環(huán)鰲合。所有這些Gd3+基的鰲合物具有共同的特征，即它們的配基在九個配位金屬中心中占有八個結(jié)合位點，并且其余一個配位點被水分子占有(水合數(shù)q＝1)，與非環(huán)鑭系元素鰲合物比較，大環(huán)配基具有較高的熱力學(xué)和動力學(xué)穩(wěn)定性。例如1，4，7，10-四(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷(DOTA)是Gd(III)的一個最強的鰲合劑，與目前公知的最好的鰲合劑DTPA比較，在配位絡(luò)合效果方面大約高三個數(shù)量級，Gd-DOTA是極穩(wěn)定的，并且在生理pH和血清中是惰性的。
但是造影劑在目前臨床使用中的缺點是公知的，首先它們確實不是器官特異性的，只是造影劑通過血清在整個身體中簡單地分布，通常在MRI方法前需要通過靜脈注射0.1mmol/kg體重的劑量，也就是對于成人要使用數(shù)克的造影劑；第二，造影劑如Gd-DTPA和Gd-DOTA由于其總的負電荷在生理條件下是鹽的形式，需要陽性抗衡離子導(dǎo)致高的重量摩爾滲透濃度，這種在絡(luò)合溶液和體內(nèi)流體之間的大的重量摩爾滲透濃度差導(dǎo)致了十分壞的效果，例如當(dāng)注射后外滲時感到疼痛和組織腐肉分離；第三，因為內(nèi)球狀質(zhì)子弛豫和直接配位到Gd3+離子上的水分子的數(shù)量成線性比例的關(guān)系，必須設(shè)計和合成新的配基，這種配基不僅要能夠和Gd3+離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，而且還要能夠同時為配位的水分子留下另一個位點(q＝2)。
基于上述所有的考慮，理想的MRI造影劑應(yīng)該是環(huán)狀的多氨基羧基配基的中性Gd3+絡(luò)合物，它至少有一個，或者更好地有兩個配位的水分子以保證大的弛豫值，同時維持高的熱力學(xué)穩(wěn)定性和動力學(xué)惰性，另外理想的造影劑應(yīng)該是對于光線最強部分的特定器官/組織是靶特異性的，或者通過在這些區(qū)域中有意識的控制是活性/惰性的，這意味著成像所需的劑量將減少?；贒O3A(三-N-羧甲基-1，4，7，10-四氮雜十二烷)的總電荷中性的Gd3+絡(luò)合物毫不懷疑地是最好的選擇。在該絡(luò)合物中，占有大環(huán)的三個N-位點的側(cè)鏈鰲合部分(包括羧酸酯，酰胺等)被用于強鑭系元素鰲合，其余的N-位點能夠自由地衍生，以實質(zhì)上改善親水性、親脂性、組織選擇性和其它影響鰲合物性質(zhì)的生理分布，而且留下了兩個配位點用于結(jié)合這種七配位基絡(luò)合物中的水分子。例如[Gd(HP-DO3A)(H2O)](ProHanceTM)和[Gd(DO3A-butrol)(H2O)](GadovistTM)，它們兩個都基于DO3A骨架，并且已經(jīng)被開發(fā)和實際使用。
三-N烷基化的1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷也用于制備放射性藥物、發(fā)光和生物發(fā)光探針、傳感器以及RNA分裂物。
DO3A鰲合物的一個最大的缺點是它們的合成，賽克林(cyclen)的一步選擇性多烷基化是不可能的，所有報道的方法包括多步程序。在報道的方法中賽克林配基的選擇性官能化需要很長時間，并且有技術(shù)難度，在多步制備中保護和脫保護很重要，因此目的產(chǎn)品的產(chǎn)率很低。曾經(jīng)報道了合成DO3A衍生物的幾條路線(1)賽克林中的三個氨基基團在烷基化以前被暫時用如叔丁氧羰基、甲苯磺酰基和甲?；幕鶊F保護，(Kimura等人，J.Am.Chem.Soc.1997，119，3068；Dischino等人，Inorg.Chem.1991，30，1265；Boldrini等人，Tetrahedron Lett.2000，41，6527)；(2)以化學(xué)計量比例引入某些立體位阻試劑如磷酰基物種、乙二醛縮醛胺和金屬羰基化物M(CO)6(其中M＝Cr、Mo、W)，這能夠暫時阻斷四氮雜大環(huán)內(nèi)側(cè)的三個氮原子(Filal等人，Angew.Chem.Int.Ed Engl.1991，30，560；Rohovec等人，Tetrahedron Lett.2000，41，1249；Patinec等人，Tetrahedron Lett.1995，36，79)；和(3)對賽克林的直接單N-烷基化，然后其余的三個N位點被鰲合基團官能化(Helps等人，Tetrahedron 1989，45，219；Li等人，Tetrahedron Lett.2002，43，3217)。
制備基于DO3A診斷試劑的最有效和方便的方法是用鰲合強鑭系元素的鰲合試劑選擇性地烷基化NH(例如最廣泛使用的是乙酸和酰胺等)，然后下一步將各種官能團計量地引入到其余的氨基上。這種方法最近被廣泛地用于合成新的診斷試劑(Corsi等人，Chem Eur.J.2001，7，64；Bruce等人，J.Am.Chem.Soc.，2000，122，9674)，在PCT專利WO 2000-30688中，三-(叔丁氧羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷直接和官能基團偶合，得到MRI Cas用于研究血庫，在德國專利DE 2002-10117242中，兩個三-(叔丁氧羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷通過鹵化物被連接到一起而制備X-射線造影劑。但是因為產(chǎn)率低和勞動力價格高，目前制備三-取代的賽克林的方法是不滿意的，例如，在最近Yoo，Reichert和Welch(Yoo等人，Chem.Comm.，2003，766)的工作中，從賽克林通過四個不同的保護和脫保護步驟來制備三-N-烷基化的賽克林，還要在烷基化過程中調(diào)節(jié)pH，Sammes和Parker報道了在賽克林和親電試劑之間通過直接烷基化而制備三-N取代的賽克林，但是不幸的是因為區(qū)域選擇性低，其產(chǎn)率為20-40％左右(Bruce等人，J Am.Chem.Soc.，2000，122，9674，Dadabhoy等人，J Chem.Soc.，Perkin Trans.2 2002，348)。盡管消耗了賽克林反應(yīng)物，然而公知的方法在烷基化期間使用過量的賽克林以便得到單烷基化產(chǎn)品，另外該方法包括了保護、功能化和脫保護步驟，這種多步驟的路線是多向的，并且不總是可用的，況且提純步驟通常麻煩和費時間。因此十分需要以高選擇性和高產(chǎn)率制備基于DO3A的造影劑的更方便和直接的方法。
發(fā)明的概述本發(fā)明提供直接合成方法，以高選擇性和高產(chǎn)率地制備三-(叔丁氧羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷和一系列三-N烷基化的1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷，所有的原料和溶劑都可以買到，方法十分容易，所有的產(chǎn)品均能夠通過普通分離方法提純。產(chǎn)品的產(chǎn)率能夠很好地重現(xiàn)，并且該方法對潮濕、溫度和原料濃度在很大范圍內(nèi)不敏感，三-(叔丁氧羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷鹽酸鹽的單晶X-射線分析(

圖1)表明賽克林上的烷基化的N3被質(zhì)子化，并且和對面的N1以H-鍵合?？磥碚荖3的質(zhì)子化阻斷了其進一步的烷基化，并且導(dǎo)致三N-烷基化產(chǎn)品的高產(chǎn)率。其它烷基化試劑如芐基溴、烯丙基溴、N-2-氯乙酰基二苯基甲基胺、(R)-N-2-氯乙酰基-1-6苯基乙基胺、N-2-氯乙酰基-己基胺和2-溴丙酸乙酯也被發(fā)現(xiàn)以類似的條件和賽克林反應(yīng)，并且得到滿意的產(chǎn)率(見以下表1)，這證明該合成方法可以被推廣用于通過″活性″烷基化試劑和賽克林之間的反應(yīng)來制備三-取代的賽克林的一般方法中。
表1.選擇性親電試劑和賽克林在CHCl3/(Et)3N條件下的產(chǎn)率和區(qū)域選擇性 a提純的產(chǎn)品的分離產(chǎn)率；b在3.5當(dāng)量的鹵化物的存在下；c在2.0當(dāng)量的鹵化物的存在下；d1，4/1，7N烷基化的賽克林的比例。
本發(fā)明的詳細說明本發(fā)明公開了以好的區(qū)域選擇性和高產(chǎn)率直接合成三-(叔丁氧基羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷和一系列三取代的-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷的方法，所有原料包括1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷(賽克林)、選擇的親電試劑、溶劑和輔助堿均可以從市場上買到，該方法容易操作，不需要特定的試劑或苛刻的反應(yīng)條件，另外反應(yīng)很有效，能夠在16-20小時內(nèi)于室溫下完成，對于提純，簡單的氧化鋁柱色譜就能夠滿意地得到純的三-N烷基化產(chǎn)品。
試驗了溶劑對三-(叔丁氧基羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷產(chǎn)率的影響，發(fā)現(xiàn)氯仿是被選擇的溶劑(參見以下表2)。
表2溶劑和輔助堿對產(chǎn)率和區(qū)域選擇性的影響
a3.5當(dāng)量的溴代乙酸叔丁基酯，14-20h，298K；b純產(chǎn)品的分離產(chǎn)率；c1H NMR和13C NMR21測定的1，4/1，7雙-烷基化賽克林的比例；d10.0當(dāng)量(Et)3N或吡啶；e5.0 K2CO3；f未檢測到。
使用非質(zhì)子溶劑如氯仿優(yōu)于使用極性非質(zhì)子溶劑如二甲基甲酰胺(DMF)和極性質(zhì)子溶劑如甲醇，它通過促進質(zhì)子轉(zhuǎn)移導(dǎo)致四-(叔丁氧羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷的實質(zhì)性增加，在溶劑如DMF和甲醇中產(chǎn)率降低到大約40-60％。
為了證實輔助堿對三-N烷基化產(chǎn)品產(chǎn)率的影響，在氯仿或二氯甲烷中于存在或不存在各種堿情況下進行了比較研究(見編號1-5，表2)。在使用的堿中三乙基胺給出了最高的產(chǎn)率。從三乙基胺變換到KCO3或吡啶導(dǎo)致產(chǎn)率明顯降低，低于65％.。還注意到在這種反應(yīng)條件下主要的副產(chǎn)品是1，4-雙(叔丁氧羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷(Li等人，J.Org.Chem.2003，68(7)，2956)。
還說明了能夠以大于實驗室的規(guī)模應(yīng)用本發(fā)明。原料濃度對三-N烷基化賽克林產(chǎn)率的影響的研究表明，當(dāng)賽克林濃度從10變化到120mM時，也觀察到三-N烷基化產(chǎn)品的高產(chǎn)率(圖2)，這指出三-N烷基化賽克林能夠大規(guī)模地制備，并且指出該反應(yīng)能夠被推廣到工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。
于2.0當(dāng)量-8.0當(dāng)量的溴代乙酸叔丁基酯存在下進行了一系列試驗以進一步研究不同的N-烷基化產(chǎn)品在CHCl3/(Et)3N體系中的區(qū)域選擇性和分布情況(圖3)。在全部反應(yīng)過程中分離出的僅兩個產(chǎn)品是1，4-雙N-烷基化賽克林1a和三-N-烷基化賽克林1，1的產(chǎn)率逐漸提高，并且于約3.5當(dāng)量烷基化劑存在下達到77％，同時1a的產(chǎn)率從81％降低到20％，有趣的是區(qū)域選擇性幾乎保持不變，甚至在親電試劑大大超過8.0當(dāng)量時也沒有發(fā)現(xiàn)四-N-烷基化賽克林。
還研究了溫度和反應(yīng)時間對三-N烷基化產(chǎn)品產(chǎn)率的影響，當(dāng)溫度為20-35℃和反應(yīng)時間是16-20h時，可以達到最好的產(chǎn)率。當(dāng)反應(yīng)溫度提高到超過60℃時，開始出現(xiàn)四-N烷基化產(chǎn)品，這大概涉及到賽克林環(huán)中氮原子之間H-鍵的斷裂，發(fā)現(xiàn)通過延長反應(yīng)時間沒有提高產(chǎn)率。
附圖的簡要說明圖1是三-(叔丁氧羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷-1·HCl(50％橢圓體)的ORTEP圖，具有選擇的分子內(nèi)N---N距離(埃)；N(2)---N(4)3.03(1)，N(1)---N(3)4.60(1)；圖2描繪了在CHCl3中三-(叔丁氧基羰基甲基)-1，4，7，10四氮雜環(huán)十二烷產(chǎn)率作為原料(賽克林)濃度的函數(shù)(298K，3.3當(dāng)量，溴代乙酸叔丁基酯)；圖3描繪了三-和1，4-雙-N-烷基化的賽克林1(·)和1a(o)產(chǎn)率作為被加入的溴代乙酸叔丁基酯當(dāng)量數(shù)的函數(shù)(298K，CHCl3/(Et)3N)；圖4是描繪1a·HCl(50％橢圓體)的ORTEP圖，選擇的分子內(nèi)N...N距離()N(1)---N(3)，2.87(1)；N(2)---N(4)，4.82(1)；圖5表示12-元賽克林環(huán)的構(gòu)型；圖6圖解說明了Gd絡(luò)合物的制備。
實施例為了說明本發(fā)明，以下舉出了各非限定性的實施例。
實施例1三-(叔丁氧羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷(1)將3.3當(dāng)量溴代乙酸叔丁基酯(773.0mg，7.6mmol)溶解于10.0mL無水氯仿中，滴加到1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷(賽克林)(400.0mg，2.32mmol)和10.0當(dāng)量三乙基胺(2.3g，23.2mmol)于40mL無水氯仿中的混合物中，反應(yīng)在氬氣氣氛下約進行半小時，再攪拌反應(yīng)混合物2小時，加入0.5當(dāng)量無水K2CO3，將反應(yīng)14小時以后得到的溶液用水洗滌(3×40mL)，用無水Na2SO4干燥有機相，減壓除去溶劑而得到透明油狀物。將粗產(chǎn)品在氧化鋁上通過閃式色譜法提純(二氯甲烷/甲烷＝200∶5(體積/體積)，Rf＝0.35)，得到三-(叔丁氧羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷(1)，為白色粉末(0.92g，1.78mmol)，產(chǎn)率77％.熔點178-180℃，1H NMR(400MHz，CDCl3)δ3.34(4H，s)，3.26(214，s)，3.05(4H，s)，2.89-2.85(12H，m)，1.47(27H，s)；13C NMR(100MHz，CDCI3)δ170.5(2×C)，169.6(C)，81.6(3×C)，58.2(3×CH2)，51.3(2×CH2)，51.1(2×CH2)49.2(2×CH2)，47.5(2×CH2)28.2(3×CH3)；ESIMSm/z 515.3(M+H)+；HRFABMS m/z 515.3811(M+H)+[C26H51N4O6(M+H)+的計算值，515.3809]。
實施例2三-[(二苯基)甲基氨基甲?；谆鵠-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷(2)將3.3當(dāng)量N-2-氯乙?；?二苯基甲胺(1.98g，7.6mmol)溶解于10.0mL無水氯仿中，滴加到1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷(賽克林)(400.0mg，2.32mmol)和10.0當(dāng)量三乙基胺(2.3g，23.2mmol)于40mL無水氯仿中的混合物中，反應(yīng)在氬氣氣氛下約進行半小時，再攪拌反應(yīng)混合物2小時，加入0.5當(dāng)量無水K2CO3，將反應(yīng)15小時以后得到的溶液用水洗滌(3×40mL)，用無水Na2SO4干燥有機相，減壓除去溶劑得到亮黃色固體。在氧化鋁上通過閃式色譜法提純(二氯甲烷/甲烷＝200∶10(V/V)，Rf＝0.30)粗產(chǎn)品，得到三-[(二苯基)甲基氨基甲?；谆鵠-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷，為無色油狀物(1.58g，1.88mmol)，產(chǎn)率81％.1HNMR(400MHz，CDCl3)；δ7.22-7.06(30H，m)，6.18(2H，d，J(H，H)＝6.3Hz)，5.97(1H，d，J(H，H)＝6.3Hz)，3.27-3.17(6H，m)，2.72-2.25(16H，br，m)；13CNMR(100MHz，CDCl3)δ171.5(2×C)，171.3(C)，141.8(4×C)，141.7(2×C)，129.1(12×CH)，128.1(12×CH)，127.8(6×CH)，59.7(3×CH)，58.2(3×CH2)，51.3(2×CH)，51.1(2×CH2)，49.2(2×CH2)，47.5(2×CH2)；ESI-MS m/z 842(M+H)+；HRFAB-MS/z 842.4769(M+H)+[C53H60N7O3(M+H)+的計算值，842.4758]；C53H60N7O3Cl的分析計算值C，72.46；H，6.88；N，11.16；測定值C，72.25；H，6.65；N，11.12。
實施例3三-[(R)-1-(1-苯基)乙基氨基甲酰基甲基]-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷(3)將3.3當(dāng)量(R)-N-2-氯乙酰基-1-苯基乙胺(1.51g，7.6mmol)溶解于10.0mL無水氯仿中，滴加到1，4，7，10四氮雜環(huán)十二烷(賽克林)(400.0mg，2.32mmol)和10.0當(dāng)量三乙基胺(2.3g，23.2mmo l)于40mL無水氯仿中的混合物中，反應(yīng)在氬氣氣氛下約進行半小時，再攪拌反應(yīng)混合物2小時，加入0.5當(dāng)量無水K2CO3，將反應(yīng)14小時以后得到的溶液用水洗滌(3×40mL)，用無水Na2SO4干燥有機相，減壓除去溶劑得到白色固體。粗產(chǎn)品在氧化鋁上通過閃式色譜法提純(二氯甲烷/甲烷＝200∶12(V/V)，Rf＝0.25)，得到三-[(R)-1-(1-苯基)乙基氨基甲?；谆鵠-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷為無色油狀物(1.08g，1.65mmol)，產(chǎn)率71％。1H NMR(400MHz，CDCl3)δ7.39-7,04(15H，m)，5.04-4.80(3H，m)，3.28-3.03(6H，br，s)，2.73-2.22(16H，br，m)，1.45(9H，br，s)；13C NMR(100MHz，CDCl3)δ171.0(C)，170.8(C)，170.6(C)，144.1(C)，143.8(2×C)，128.4(6×CH)，127.1(3×CH)，126.4(6×CH)，60.7(2×CH2)，60.6(CH2)，54.2(2×CH2)，53.2(2×CH2)，52.1(2×CH2)，48.9(CH)，48.7(2×CH)，46.7(2×CH2)，22.5(CH3)，21.8(2×CH3)；ESI-MS mlz 656(M+H)+；HRFAB-MSm/z 656.4284(M+H)+，C38H54N7O3(M+H)+的計算值，656.4288；C53H60N7O3Cl的分析計算值C，72.46；H，6.88；N，11.16；測定值C，72.25；H，6.65；N，11.12。
實施例4三-(己基氨基甲?；谆?-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷(4)將3.3當(dāng)量N-2-氯乙?；?己胺(1.36g，7.6mmol)溶解于10.0mL無水氯仿中，滴加到1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷(賽克林)(400.0mg，2.32mmol)和10.0當(dāng)量三乙基胺(2.3g，23.2mmol)于40mL無水氯仿中的混合物中，反應(yīng)在氬氣氣氛下約進行半小時，再攪拌反應(yīng)混合物2小時，加入0.5當(dāng)量無水K2CO3，將反應(yīng)12小時以后得到的溶液用水洗滌(3×40mL)，用無水Na2SO4干燥有機相，減壓除去溶劑得到白色固體。將粗產(chǎn)品在氧化鋁上通過閃式色譜法提純(二氯甲烷/甲烷＝200∶9(V/V)，Rf＝0.30)，得到三-(己基氨基甲?；谆?-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷4，為無色油狀物(1.16g，1.95mmol)，產(chǎn)率84％，1H NMR(400MHz，CDCl3)；δ7.95-7.72(3H，br，m)，3.14-3.10(12H，br，s)，2.75-2.63(8Rbr，m)，2.60-2.46(8H，br，m)；1.43-1.41(6H，br，m)，1.23-1.10(18H，br，s)，0.77(9H，br，s)；13CNMR(100MHz，CDCl3)δ171.2(C)，170.9(2×C)，60.7(3×CH2)，56.2(CH2)，55.1(CH2)，53.2(2×Chez)，52，6(2×CH)，47.1(2×CH2)，39.5(CH2)，39.4(2×CH2)，31.4(2×CH2)，31.3(CH2)，29.5(2×CH2)，29.4(CH2)，26.6(2×CH2)，26.4(CH2)，22.4(3×CH2)，13.8(3×CH2)，；ESI-MS m/z 596(M+H)+；HRFAB-MS 596.5235(M+H)+[C32H66N7O3(M+H)+的計算值，596.5227]；C32H66N7O3Cl的分析計算值C，60.78；H，10.52；N，15.50.測定值C，60.94；H，10.69；N，15.55。
實施例5三-[乙氧羰基-1-甲基甲基]-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷(5)將3.3當(dāng)量2-溴代丙酸乙酯(1.36g，7.6mmol)溶解于10.0mL無水氯仿中，滴加到1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷(賽克林)(400.0mg，2.32mmol)和10.0當(dāng)量三乙基胺(2.3g，23.2mmol)于40mL無水氯仿中的混合物中，反應(yīng)在氬氣氣氛下約進行半小時，再攪拌反應(yīng)混合物2小時，加入0.5當(dāng)量無水K2CO3，將反應(yīng)12小時以后得到的溶液用水洗滌(3×40mL)，用無水Na2SO4干燥有機相，減壓除去溶劑得到白色固體。將粗產(chǎn)品在氧化鋁上通過閃式色譜法提純(二氯甲烷/甲烷＝200∶14(V/V)，Rf＝0.30)，得到三-[乙氧羰基-1-甲基甲基]-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷5(對映體混合物)為無色油狀物(0.71g，1.51mmol)，產(chǎn)率為65％。1H NMR(400MHz，CDCl3)δ4.04(6H，br，a)，3.52(1H，m)，3.34(2H，m)，3.03-2.36(16H，br，m)，1.28-1.06(18H，m)；13CNMR(100MHz，CDCl3)δ171.0(C)，170.8(C)，170.6(C)，144.1(C)，143.8(2×C)，128.4(6×CH)，127.1(3×CH)，126.4(6×CH)，60.7(2×Chez)，60.6(CH2)，54.2(2×CH2)，53.2(2×CH2)，52.1(2×CH2)，48.9(CH)，48.7(2×CH)，46.7(2×CH2)，22.5(CH3)，21.8(2×CH3)；ESI-MSm/z 473(M+H)+；HRFABMS 473.3336(M+H)+[C23H45N4O6(M+H)+的計算值，473.3339]；C23H45N4O6Cl·H2O的分析計算值C，52.41；H，8.99；N，10.63；測定值C，52.15；H，8.79；N，10.47。
實施例6-三-(芐基)-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷·HCl(2)將3.3當(dāng)量芐基溴化物(1.3g，7.6mmol)溶解于10.0mL無水氯仿中，滴加到1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷(賽克林)(400.0mg，2.32mmol)和10.0當(dāng)量三乙基胺(2.3g，23.2mmol)于40mL無水氯仿中的混合物中，反應(yīng)在氬氣氣氛下約進行半小時，再攪拌反應(yīng)混合物2小時，加入0.5當(dāng)量無水K2CO3，將反應(yīng)14小時以后得到的溶液用水洗滌(3×40mL)，用無水Na2SO4干燥有機相，減壓除去溶劑得到白色固體。將粗產(chǎn)品在氧化鋁上通過閃式色譜法提純(二氯甲烷/甲烷＝200∶9(V/V)，Rf＝0.40)，得到三-(芐基)-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷·HCl2，為白色粉末(0.96g，2.00mmol)，產(chǎn)率86％。1H NMR(400MHz，CDCl3)δ7.38-7.30(8H，m)，7.28-7.22(2H，m)，7.21-7.13(3H，m)，6.90(2H，d，J＝6.8Hz)，3.65(4H，s)，3.35(2H，s)，2.83-2.57(16H，br，m)；13C NMR(100MHz，CDCl3)δ138.8(2×C)，138.1(C)，129.6(2×CH)，129.5(4×CH)，128.2(4×CH)，128.1(2×CH)，127.6(2×CH)，127.0(CH)，62.2(2×CH2)，51.8(CH2)，51.2(2×CH2)，50.8(2×CH2)，50.2(2×CH2)，48.2(2×CH)；ESI-MS m/z 443(M+H)+；HRFAB-MS計算值C29H39N4(M+H)+443.3175；測定值443.3171；C29H39N4Cl的分析計算值C，72.70；H，8.20；N，11.69.測定值C，72.56；H，8.36；N，11.42。
實施例6三-(烯丙基)-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷·HCl(3)將3.3當(dāng)量烯丙基溴(920.0mg，7.6mmol)溶解于10.0mL無水氯仿中，滴加到1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷(賽克林)(400.0mg，2.32mmol)和10.0當(dāng)量三乙基胺(2.3g，23.2mmol)于40mL無水氯仿中的混合物中，反應(yīng)在氬氣氣氛下約進行半小時，再攪拌反應(yīng)混合物2小時，加入0.5當(dāng)量無水K2CO3，將反應(yīng)14小時以后得到的溶液用水洗滌(3×40mL)，用無水Na2SO4干燥有機相，減壓除去溶劑得到透明油狀物。將粗產(chǎn)品在氧化鋁上通過閃式色譜法提純(二氯甲烷/甲烷＝200∶12(體積/體積)，Rf＝0.31)，得到三-(烯丙基)-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷·HCl3，為無色油狀物(579mg，1.76mmol)，產(chǎn)率76％.1H NMR(400MHz，CDCl3)δ5.80-5.70(3H，m)，5.14-5.06(6H，m)，3.11(6H，d，J＝6.4Hz)，2.73-2.50(16H，br，m)；13C NMR(100MHz，CDCl3)δ134.7(2×CH)，130.8(CH)，119.8(CH2)，118.6(2×CH2)，60.7(2×CH2)，50.3(2×CH2)，49.7(2×CH2)，49.0(2×CH2)，48.7(2×CH2)，47.9(CH2)；ESI-MS n/z 293(M+H)+；C17H33N4(M+H)+的HRFAB-MS計算值，293.2705，測定值293.2714；C17H33N4Cl的分析計算值C，62.08；H，10.11；N，17.03.測定值C，62.16；H，10.36；N，16.82。
實施例7三-[乙氧羰基-1-甲基甲基]-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷(5)3.3當(dāng)量溴代丙酸乙酯(1.36g，7.6mmol)溶解于10.0mL無水氯仿中，滴加到1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷(賽克林)(400.0mg，2.32mmol)和10.0當(dāng)量三乙基胺(2.3g，23.2mmol)于40mL無水氯仿中的混合物中，反應(yīng)在氬氣氣氛下約進行半小時，再攪拌反應(yīng)混合物2小時，加入0.5當(dāng)量無水K2CO3，將反應(yīng)12小時以后得到的溶液用水洗滌(3×40mL)，用無水Na2SO4干燥有機相，減壓除去溶劑得到白色固體。將粗產(chǎn)品在氧化鋁上通過閃式色譜法提純(二氯甲烷/甲烷＝200∶14(V/V)，Rf＝0.30)，得到三-[乙氧羰基-1-甲基甲基]-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷5(對映體混合物)，為無色油狀物(0.71g，1.51mmol)，產(chǎn)率65％，1H NMR(400MHz，CDCl3)δ4.04(6H，br，s)，3.54-3.50(1H，m)，3.36-3.32(2H，m)，3.03-2.36(16H，br，m)，1.28-1.06(18H，m)；ESI-MS m/z 473(M+H)+；C23H45N4O6(M+H)+的HRFAB-MS計算值，473.3339，測定值473.3336；C23H45N4O6Cl·H2O的分析計算值C，52.41；H，8.99；N，10.63，測定值C，52.15；H，8.79；N，10.47。
實施例8制備Gd造影劑將三-N-烷基化1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷1以有效的直接方式用于制備新的MRI造影劑GdLl，并且使用胍基團官能化，引入該基團以便促進造影劑的細胞滲透能力，并且提供觀察活細胞內(nèi)的環(huán)境的機會，如圖6中所示。
通過在(Et)3N/CH2Cl2中用氯代甲酸芐基酯處理2-溴代乙胺氫溴化物來制備N-芐基氧羰基-2-溴代乙胺8，8和1反應(yīng)得到9，在甲醇中在Pd(OH)2/C存在下除去Cbz保護基，得到有側(cè)鏈伯胺的10，從不同的胍化試劑中選擇N，N′-雙(叔丁氧羰基)硫脲，用10處理，得到帶有胍基團的11。在TFA中進一步脫保護以后，得到的配基LI和Gd2(CO3)3反應(yīng)，得到最終的絡(luò)合物GdLl。
將N-芐基氧羰基-2-溴代乙胺(8)以淡黃色油狀物分離出來(1.11g，產(chǎn)率88％)，1H NMR(400MHz，CDCl3)δ7.35(5H，m)，5.38-5.34(1H，br)，5.09(2H，s)，3.57-52(2H，q，J＝6.0Hz)，3.44-3.41(2H，t，J＝5.8Hz)；13CNMR(75MHz，CDCl3)δ156.3(C)，136.4(CH)，128.6(2×CH)，128.3(CH)，128.2(CH)，67.0(CH2)，42.9(CH2)，32.4(CH2)；ESI-MSm/z 258.0[M+H]+；HRFAB-MSm/z 257.0064M+[C10H12O2NBr的計算值，257.0052]；1-(N-芐基氧基羰基乙胺)-4，7，10-三(叔丁氧基羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十四烷(9)以無色粘稠油狀物被分離出來(193.8mg，產(chǎn)率72％).1H NMR(400MHz，CDCl3)δ7.42-7.15(5H，m)，5.04(2H，s)，3.28-3.10(8H，m)，2.80-2.40(18H，m)；13C NMR(100MHz，CDCl3)δ170.9(C)，170.8(2×C)，156.8(C)，137.0(C)，128.3(3×CH)，128.0(2×CH)，80.7(2×C)，80.5(C)，66.3(CH2)，56.8(CH2)，55.8(3×CH2)，52.9(2×CH2)，52.1(2×CH2)，51.7(4×CH2)，39.5(CH2)，28.2(9×CH3)；ESI-MSmlz692.4[M+H]+；HRFAB-MSm/z 692.4590[M+H]+[C36H62O8N5的計算值，692.4598]；1-(2-乙胺)-4，7，10-三(叔丁氧基羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十四烷(10)被分離出來，為亮黃色無定形固體(195.9mg，產(chǎn)率81％)，1H NMR(400MHz，CDCl3)δ3.21(6H，s)，2.95-2.76(4H，m)，2.68-2.34(16H，m)，1.35(27H，s)；13C NMR(100MHz，CDCl3)δ171.7(2×C)，171.0(C)，82.1(2×C)，81.6(C)，56.9(CH2)，56.7(2×Chez)，51.8(2×CH2)，50.7(2×CH2)，50.6(2×CH2)，50.1(2×CH2)，46.3(CH2)，37.7(CH2)，28.4(9×CH3)；ESI-MSmlz 558.3[M+H]+；HRFAB-MSm/z 558.4239[M+H]+[C28H56N5O6的計算值，558.4231]；1-(2-N，N′-雙(叔丁基羰基))胍基)乙基)-4，7，10-三(叔丁氧羰基-甲基)-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十四烷(11)以無色油狀物被分離出來(319.0mg，產(chǎn)率74％)，1H NMR(400MHz，CDCl3)δ3.60-3.36(2H，m)，3.28-3.18(6H，m)，2.84-2.44(18H，m)，1.46-1.32(45H，m)；13C NMR(100MHz，CDCl3)δ178.9(C)，171.1(C)，163.5(C)，155.9(C)，152.7(C)，151.3(C)，83.0(C)，82.5(C)，80.6(C)，80.5(C)，78.9(C)，56.5(CH2)，56.1(CH2)，56.7(CH2)，52.7(2×CH2)，52.4(2×CH2)，52.2(2×CH2)，52.0(2×(CH2)，43.5(CH2)，38.7(CH2)28.5(3×CH3)，28.4(3×CH3)，28.2(3×CH3)，28.1(3×CH3)，27.9(3×CH3)；ESI-MSm/z800.4[M+H]+；HRFAB-MSm/z 800.5438[M+H]+[C39H74N7O10的計算值，800.5497]；得到1-(2-胍鎓)乙基-4，7，10-三(乙酸)-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十四烷(L1)的透明的玻璃態(tài)物質(zhì)(99.1mg，產(chǎn)率92％)，1H NMR(400MHz，D2O)δ4.05-3.96(2H，t，J＝7.1Hz)，3.78-3.66(4R m)，3.56-3.40(2H，s)，3.32-2.70(18H，m)；13CNMR(100MHz，D2O)δ173.9(C)，172.0(C)，169.8(C)，156.6(C)，55.7(2×CH2)，53.8(CH2)，51.2(2×CH2)，50.8(2×CH2)，50.0(2×CH2，48.8(2×CH2)，39.1(CH2)，37.3(CH2)；ESI-MSm/z 432.4[M+H]+；HRFAB-MSm/z 432.2596[M+H]+[C17H34N7O6的計算值，432.2571]。
以上實施例表明x三-N-烷基化的-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷1-7可以通過賽克林和適當(dāng)親電試劑之間的反應(yīng)被合成，以1HNMR，13CNMR，ESI-MS和HRFAB-MS表征提純的產(chǎn)品。通過緩慢蒸發(fā)濃甲醇溶液而得到無色的結(jié)晶1，X-射線分析表明1的結(jié)構(gòu)是單鹽酸鹽形式，在發(fā)現(xiàn)1·HCl的結(jié)構(gòu)中(圖1)，氫鍵相互作用發(fā)生在N(1)和質(zhì)子化的N(3)之間，鍵距為3.032，并且N-H...N鍵角是150.2度。不受理論的限制，有可能是甚至在大量過量親電試劑存在下的質(zhì)子化阻止了賽克林的N(3)不被烷基化，1，4-雙(叔丁氧基羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷是該反應(yīng)中顯著數(shù)量的唯一的副產(chǎn)品，其產(chǎn)率在3.3當(dāng)量烷基化試劑存在下為約25-35％，甚至在過量5.0-7.0當(dāng)量親電試劑存在下沒有發(fā)現(xiàn)該雙N-烷基化產(chǎn)品形成更高級的烷基化產(chǎn)品，在1a·HCl的結(jié)構(gòu)(圖4)中，H-鍵出現(xiàn)在未烷基化的N(3)和對面的N(1)之間，距離為2.867，比1·HCl中的更短，N-H...N鍵角是153.5度，另外還注意到該H-鍵在正方形大環(huán)賽克林環(huán)中″被壓迫″成長方形構(gòu)象(圖5)，對于1a中的兩個鄰近的未烷基化胺，N(3)被質(zhì)子化并且和對面的N(1)H-鍵合，N(4)的親核性降低主要是由于它環(huán)內(nèi)的孤獨電子對所致，這可以解釋為什么甚至在存在過量親電試劑時1，4-雙N-烷基化產(chǎn)品也不轉(zhuǎn)化為三或四N-烷基化產(chǎn)品。為了促進1，4-雙N-烷基化賽克林的轉(zhuǎn)化，在反應(yīng)過程中加入0.5當(dāng)量無水K2CO3可以有效地改進三N-烷基化賽克林的產(chǎn)率。這種方法在類似的反應(yīng)條件下也有效地改進了其它三-N取代的產(chǎn)品的產(chǎn)率。仍然不受理論的限制，可以相信加入K2CO3斷裂了H-鍵，它防止1，4-雙N-烷基化賽克林的進一步烷基化，因此三N-烷基化賽克林的產(chǎn)率提高了。
上述提出了以高產(chǎn)率制備三-取代的-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷1-7的簡便方法，并且提出了導(dǎo)致來自由1和1a的單晶結(jié)構(gòu)得到的立體化學(xué)信息的高區(qū)域選擇性的機理，與所報道的有關(guān)制備三-(叔丁氧基羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷及其它三-N-烷基化-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷的工作比較，本發(fā)明給出了最高的產(chǎn)率，并且提供了其它有吸引力的特點如容易操作、費用低和不需要使用保護基團，另外所述反應(yīng)在用于實際制造時極有潛力，這是因為在各種原料濃度的條件下具有可重復(fù)再現(xiàn)的高產(chǎn)率。
三-N-烷基化-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷配基能夠和寬范圍的陽離子如過渡金屬離子和鑭系元素離子通過任何本領(lǐng)域公知的方法配位，所述的某些方法記載于本說明書前面所列舉的文獻中。對于在MRI中使用，Gd絡(luò)合物是優(yōu)選的，并且能夠通過配基和釓氧化物反應(yīng)形成穩(wěn)定的中性水溶性鰲合物而達到。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以作出各種變化和改進，所述的各種改進的目的是為了進一步說明本發(fā)明，并且不是對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.制備三-N烷基化的-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷的方法，包括在非質(zhì)子性溶劑存在下使1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷(賽克林)和足夠?qū)①惪肆秩榛臄?shù)量的烷基化劑進行反應(yīng)。
2.權(quán)利要求1的方法，其中烷基化試劑選自溴代乙酸叔丁基酯、芐基溴、烯丙基、N-2-氯乙酰基-二苯基甲胺、(R)-N-2-氯乙?；?1-苯基乙胺、N-2-氯乙?；?己基胺和2-溴代丙酸乙酯。
3.權(quán)利要求1的方法，其中反應(yīng)在非質(zhì)子性溶劑中進行。
4.權(quán)利要求1的方法，其中溶劑是氯仿或二氯甲烷。
5.權(quán)利要求1的方法，其中反應(yīng)在堿存在下進行。
6.權(quán)利要求5的方法，其中堿包括三乙基胺、K2CO3或吡啶。
7.權(quán)利要求5的方法，其中堿包括三乙基胺和K2CO3。
8.權(quán)利要求6的方法，其中在反應(yīng)開始時使用三乙基胺，在反應(yīng)過程中加入其它堿。
9.權(quán)利要求5的方法，其中在反應(yīng)開始時使用堿，在反應(yīng)過程中加入其它堿。
10.權(quán)利要求1的方法，其中溶劑是氯仿，并且反應(yīng)在三乙基胺存在下進行。
11.權(quán)利要求10的方法，其中反應(yīng)在20-35℃下進行。
12.權(quán)利要求11的方法，其中反應(yīng)進行了16-20小時。
13.權(quán)利要求10的方法，其中在反應(yīng)開始時使用三乙基胺，在反應(yīng)過程中加入其它堿。
14.權(quán)利要求1的方法，其中反應(yīng)在20-35℃下進行。
15.權(quán)利要求14的方法，其中反應(yīng)進行了16-20小時。
16.多烷基化的賽克林化合物，選自三-[(二苯基)甲基氨基甲酰基甲基]-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷、三-(己基氨基甲酰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷和三[乙氧羰基-1-甲基甲基]-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷。
全文摘要
制備三烷基化的1，4，7，10－四氮雜環(huán)十二烷的直接合成方法，該方法通過使1，4，7，10－四氮雜環(huán)十二烷(賽克林)和適當(dāng)?shù)挠H電試劑以高產(chǎn)率進行反應(yīng)而完成，該方法提供了操作方便、原料容易得到、價格經(jīng)濟、原子效率高以及反應(yīng)對溫度、濕度和原料濃度不敏感性等優(yōu)點，采用本發(fā)明的方法可以制備三(叔丁氧羰基甲基)－1，4，7，10－四氮雜環(huán)十二烷。
文檔編號A61N5/02GK1819997SQ200480019434
公開日2006年8月16日 申請日期2004年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月8日
發(fā)明者黃永德, 李聰 申請人:香港大學(xué)