三－n－烷基化的1,4,7,10,－四氮雜環十二烷的合成的製作方法

2024-01-30 11:58:15

專利名稱：三－n－烷基化的1,4,7,10,－四氮雜環十二烷的合成的製作方法
發明的背景磁共振成像(MRI)已經被建立並且是研究人體內部結構的強有力方法，目前被世界上所有的大醫院採用。它不使用有害的放射線即可從任何角度為內科醫生提供了人體內部清晰的圖像，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，而且能夠展現內部器官生理過程的功能和生理學狀態。
醫用MRI的迅速擴展促進了造影增強劑(造影劑)的開發，後者用於增強正常和發病組織之間的對比和/或通過加速周圍組織中的水質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，特別是用於確定癌病患者的損傷。由於其優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。近來在臨床批准的釓(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)是非環狀配基的絡合物，另外三個[Gd(DOTA)(H2O)](DotaremTM)、[Gd(HP-D03A)(H2O)](ProHanceTM)和[Gd(D03A-butrol)(H2O)](GadovistTM)通過多氮雜大環鰲合。所有這些Gd3+基的鰲合物具有共同的特徵，即它們的配基在九個配位金屬中心中佔有八個結合位點，並且其餘一個配位點被水分子佔有(水合數q＝1)，與非環鑭系元素鰲合物比較，大環配基具有較高的熱力學和動力學穩定性。例如1，4，7，10-四(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷(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，在配位絡合效果方面大約高三個數量級，Gd-DOTA是極穩定的，並且在生理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，也就是對於成人要使用數克的造影劑；第二，造影劑如Gd-DTPA和Gd-DOTA由於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致高的重量摩爾滲透濃度，這種在絡合溶液和體內流體之間的大的重量摩爾滲透濃度差導致了十分壞的效果，例如當注射後外滲時感到疼痛和組織腐肉分離；第三，因為內球狀質子弛豫和直接配位到Gd3+離子上的水分子的數量成線性比例的關係，必須設計和合成新的配基，這種配基不僅要能夠和Gd3+離子形成穩定的絡合物，而且還要能夠同時為配位的水分子留下另一個位點(q＝2)。
基於上述所有的考慮，理想的MRI造影劑應該是環狀的多氨基羧基配基的中性Gd3+絡合物，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穩定性和動力學惰性，另外理想的造影劑應該是對於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。基於DO3A(三-N-羧甲基-1，4，7，10-四氮雜十二烷)的總電荷中性的Gd3+絡合物毫不懷疑地是最好的選擇。在該絡合物中，佔有大環的三個N-位點的側鏈鰲合部分(包括羧酸酯，醯胺等)被用於強鑭系元素鰲合，其餘的N-位點能夠自由地衍生，以實質上改善親水性、親脂性、組織選擇性和其它影響鰲合物性質的生理分布，而且留下了兩個配位點用於結合這種七配位基絡合物中的水分子。例如[Gd(HP-DO3A)(H2O)](ProHanceTM)和[Gd(DO3A-butrol)(H2O)](GadovistTM)，它們兩個都基於DO3A骨架，並且已經被開發和實際使用。
三-N烷基化的1，4，7，10-四氮雜環十二烷也用於製備放射性藥物、發光和生物發光探針、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，所有報導的方法包括多步程序。在報導的方法中賽克林配基的選擇性官能化需要很長時間，並且有技術難度，在多步製備中保護和脫保護很重要，因此目的產品的產率很低。曾經報導了合成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、甲苯磺醯基和甲醯基的基團保護，(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)以化學計量比例引入某些立體位阻試劑如磷醯基物種、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內側的三個氮原子(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，然後其餘的三個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)。
製備基於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醯胺等)，然後下一步將各種官能團計量地引入到其餘的氨基上。這種方法最近被廣泛地用於合成新的診斷試劑(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)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷直接和官能基團偶合，得到MRI Cas用於研究血庫，在德國專利DE 2002-10117242中，兩個三-(叔丁氧羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷通過滷化物被連接到一起而製備X-射線造影劑。但是因為產率低和勞動力價格高，目前製備三-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製備三-N-烷基化的賽克林，還要在烷基化過程中調節pH，Sammes和Parker報導了在賽克林和親電試劑之間通過直接烷基化而製備三-N取代的賽克林，但是不幸的是因為區域選擇性低，其產率為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)。儘管消耗了賽克林反應物，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，並且不總是可用的，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率製備基於DO3A的造影劑的更方便和直接的方法。
發明的概述本發明提供直接合成方法，以高選擇性和高產率地製備三-(叔丁氧羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷和一系列三-N烷基化的1，4，7，10-四氮雜環十二烷，所有的原料和溶劑都可以買到，方法十分容易，所有的產品均能夠通過普通分離方法提純。產品的產率能夠很好地重現，並且該方法對潮溼、溫度和原料濃度在很大範圍內不敏感，三-(叔丁氧羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環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被質子化，並且和對面的N1以H-鍵合。看來正是N3的質子化阻斷了其進一步的烷基化，並且導致三N-烷基化產品的高產率。其它烷基化試劑如苄基溴、烯丙基溴、N-2-氯乙醯基二苯基甲基胺、(R)-N-2-氯乙醯基-1-6苯基乙基胺、N-2-氯乙醯基-己基胺和2-溴丙酸乙酯也被發現以類似的條件和賽克林反應，並且得到滿意的產率(見以下表1)，這證明該合成方法可以被推廣用於通過″活性″烷基化試劑和賽克林之間的反應來製備三-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條件下的產率和區域選擇性 a提純的產品的分離產率；b在3.5當量的滷化物的存在下；c在2.0當量的滷化物的存在下；d1，4/1，7N烷基化的賽克林的比例。
本發明的詳細說明本發明公開了以好的區域選擇性和高產率直接合成三-(叔丁氧基羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷和一系列三取代的-1，4，7，10-四氮雜環十二烷的方法，所有原料包括1，4，7，10-四氮雜環十二烷(賽克林)、選擇的親電試劑、溶劑和輔助鹼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條件，另外反應很有效，能夠在16-20小時內於室溫下完成，對於提純，簡單的氧化鋁柱色譜就能夠滿意地得到純的三-N烷基化產品。
試驗了溶劑對三-(叔丁氧基羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷產率的影響，發現氯仿是被選擇的溶劑(參見以下表2)。
表2溶劑和輔助鹼對產率和區域選擇性的影響
a3.5當量的溴代乙酸叔丁基酯，14-20h，298K；b純產品的分離產率；c1H NMR和13C NMR21測定的1，4/1，7雙-烷基化賽克林的比例；d10.0當量(Et)3N或吡啶；e5.0 K2CO3；f未檢測到。
使用非質子溶劑如氯仿優於使用極性非質子溶劑如二甲基甲醯胺(DMF)和極性質子溶劑如甲醇，它通過促進質子轉移導致四-(叔丁氧羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷的實質性增加，在溶劑如DMF和甲醇中產率降低到大約40-60％。
為了證實輔助鹼對三-N烷基化產品產率的影響，在氯仿或二氯甲烷中於存在或不存在各種鹼情況下進行了比較研究(見編號1-5，表2)。在使用的鹼中三乙基胺給出了最高的產率。從三乙基胺變換到KCO3或吡啶導致產率明顯降低，低於65％.。還注意到在這種反應條件下主要的副產品是1，4-雙(叔丁氧羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷(Li等人，J.Org.Chem.2003，68(7)，2956)。
還說明了能夠以大於實驗室的規模應用本發明。原料濃度對三-N烷基化賽克林產率的影響的研究表明，當賽克林濃度從10變化到120mM時，也觀察到三-N烷基化產品的高產率(圖2)，這指出三-N烷基化賽克林能夠大規模地製備，並且指出該反應能夠被推廣到工業規模生產。
於2.0當量-8.0當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-烷基化產品在CHCl3/(Et)3N體系中的區域選擇性和分布情況(圖3)。在全部反應過程中分離出的僅兩個產品是1，4-雙N-烷基化賽克林1a和三-N-烷基化賽克林1，1的產率逐漸提高，並且於約3.5當量烷基化劑存在下達到77％，同時1a的產率從81％降低到20％，有趣的是區域選擇性幾乎保持不變，甚至在親電試劑大大超過8.0當量時也沒有發現四-N-烷基化賽克林。
還研究了溫度和反應時間對三-N烷基化產品產率的影響，當溫度為20-35℃和反應時間是16-20h時，可以達到最好的產率。當反應溫度提高到超過60℃時，開始出現四-N烷基化產品，這大概涉及到賽克林環中氮原子之間H-鍵的斷裂，發現通過延長反應時間沒有提高產率。
附圖的簡要說明圖1是三-(叔丁氧羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-1·HCl(50％橢圓體)的ORTEP圖，具有選擇的分子內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)-1，4，7，10四氮雜環十二烷產率作為原料(賽克林)濃度的函數(298K，3.3當量，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)產率作為被加入的溴代乙酸叔丁基酯當量數的函數(298K，CHCl3/(Et)3N)；圖4是描繪1a·HCl(50％橢圓體)的ORTEP圖，選擇的分子內N...N距離()N(1)---N(3)，2.87(1)；N(2)---N(4)，4.82(1)；圖5表示12-元賽克林環的構型；圖6圖解說明了Gd絡合物的製備。
實施例為了說明本發明，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)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷(1)將3.3當量溴代乙酸叔丁基酯(773.0mg，7.6mmol)溶解於10.0mL無水氯仿中，滴加到1，4，7，10-四氮雜環十二烷(賽克林)(400.0mg，2.32mmol)和10.0當量三乙基胺(2.3g，23.2mmol)於40mL無水氯仿中的混合物中，反應在氬氣氣氛下約進行半小時，再攪拌反應混合物2小時，加入0.5當量無水K2CO3，將反應14小時以後得到的溶液用水洗滌(3×40mL)，用無水Na2SO4乾燥有機相，減壓除去溶劑而得到透明油狀物。將粗產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)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷(1)，為白色粉末(0.92g，1.78mmol)，產率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)甲基氨基甲醯基甲基]-1，4，7，10-四氮雜環十二烷(2)將3.3當量N-2-氯乙醯基-二苯基甲胺(1.98g，7.6mmol)溶解於10.0mL無水氯仿中，滴加到1，4，7，10-四氮雜環十二烷(賽克林)(400.0mg，2.32mmol)和10.0當量三乙基胺(2.3g，23.2mmol)於40mL無水氯仿中的混合物中，反應在氬氣氣氛下約進行半小時，再攪拌反應混合物2小時，加入0.5當量無水K2CO3，將反應15小時以後得到的溶液用水洗滌(3×40mL)，用無水Na2SO4乾燥有機相，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)粗產品，得到三-[(二苯基)甲基氨基甲醯基甲基]-1，4，7，10-四氮雜環十二烷，為無色油狀物(1.58g，1.88mmol)，產率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)乙基氨基甲醯基甲基]-1，4，7，10-四氮雜環十二烷(3)將3.3當量(R)-N-2-氯乙醯基-1-苯基乙胺(1.51g，7.6mmol)溶解於10.0mL無水氯仿中，滴加到1，4，7，10四氮雜環十二烷(賽克林)(400.0mg，2.32mmol)和10.0當量三乙基胺(2.3g，23.2mmo l)於40mL無水氯仿中的混合物中，反應在氬氣氣氛下約進行半小時，再攪拌反應混合物2小時，加入0.5當量無水K2CO3，將反應14小時以後得到的溶液用水洗滌(3×40mL)，用無水Na2SO4乾燥有機相，減壓除去溶劑得到白色固體。粗產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)乙基氨基甲醯基甲基]-1，4，7，10-四氮雜環十二烷為無色油狀物(1.08g，1.65mmol)，產率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-(己基氨基甲醯基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷(4)將3.3當量N-2-氯乙醯基-己胺(1.36g，7.6mmol)溶解於10.0mL無水氯仿中，滴加到1，4，7，10-四氮雜環十二烷(賽克林)(400.0mg，2.32mmol)和10.0當量三乙基胺(2.3g，23.2mmol)於40mL無水氯仿中的混合物中，反應在氬氣氣氛下約進行半小時，再攪拌反應混合物2小時，加入0.5當量無水K2CO3，將反應12小時以後得到的溶液用水洗滌(3×40mL)，用無水Na2SO4乾燥有機相，減壓除去溶劑得到白色固體。將粗產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-(己基氨基甲醯基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷4，為無色油狀物(1.16g，1.95mmol)，產率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]-1，4，7，10-四氮雜環十二烷(5)將3.3當量2-溴代丙酸乙酯(1.36g，7.6mmol)溶解於10.0mL無水氯仿中，滴加到1，4，7，10-四氮雜環十二烷(賽克林)(400.0mg，2.32mmol)和10.0當量三乙基胺(2.3g，23.2mmol)於40mL無水氯仿中的混合物中，反應在氬氣氣氛下約進行半小時，再攪拌反應混合物2小時，加入0.5當量無水K2CO3，將反應12小時以後得到的溶液用水洗滌(3×40mL)，用無水Na2SO4乾燥有機相，減壓除去溶劑得到白色固體。將粗產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]-1，4，7，10-四氮雜環十二烷5(對映體混合物)為無色油狀物(0.71g，1.51mmol)，產率為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-(苄基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷·HCl(2)將3.3當量苄基溴化物(1.3g，7.6mmol)溶解於10.0mL無水氯仿中，滴加到1，4，7，10-四氮雜環十二烷(賽克林)(400.0mg，2.32mmol)和10.0當量三乙基胺(2.3g，23.2mmol)於40mL無水氯仿中的混合物中，反應在氬氣氣氛下約進行半小時，再攪拌反應混合物2小時，加入0.5當量無水K2CO3，將反應14小時以後得到的溶液用水洗滌(3×40mL)，用無水Na2SO4乾燥有機相，減壓除去溶劑得到白色固體。將粗產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-(苄基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷·HCl2，為白色粉末(0.96g，2.00mmol)，產率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)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷·HCl(3)將3.3當量烯丙基溴(920.0mg，7.6mmol)溶解於10.0mL無水氯仿中，滴加到1，4，7，10-四氮雜環十二烷(賽克林)(400.0mg，2.32mmol)和10.0當量三乙基胺(2.3g，23.2mmol)於40mL無水氯仿中的混合物中，反應在氬氣氣氛下約進行半小時，再攪拌反應混合物2小時，加入0.5當量無水K2CO3，將反應14小時以後得到的溶液用水洗滌(3×40mL)，用無水Na2SO4乾燥有機相，減壓除去溶劑得到透明油狀物。將粗產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)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷·HCl3，為無色油狀物(579mg，1.76mmol)，產率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]-1，4，7，10-四氮雜環十二烷(5)3.3當量溴代丙酸乙酯(1.36g，7.6mmol)溶解於10.0mL無水氯仿中，滴加到1，4，7，10-四氮雜環十二烷(賽克林)(400.0mg，2.32mmol)和10.0當量三乙基胺(2.3g，23.2mmol)於40mL無水氯仿中的混合物中，反應在氬氣氣氛下約進行半小時，再攪拌反應混合物2小時，加入0.5當量無水K2CO3，將反應12小時以後得到的溶液用水洗滌(3×40mL)，用無水Na2SO4乾燥有機相，減壓除去溶劑得到白色固體。將粗產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]-1，4，7，10-四氮雜環十二烷5(對映體混合物)，為無色油狀物(0.71g，1.51mmol)，產率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製備Gd造影劑將三-N-烷基化1，4，7，10-四氮雜環十二烷1以有效的直接方式用於製備新的MRI造影劑GdLl，並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，並且提供觀察活細胞內的環境的機會，如圖6中所示。
通過在(Et)3N/CH2Cl2中用氯代甲酸苄基酯處理2-溴代乙胺氫溴化物來製備N-苄基氧羰基-2-溴代乙胺8，8和1反應得到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中進一步脫保護以後，得到的配基LI和Gd2(CO3)3反應，得到最終的絡合物GdLl。
將N-苄基氧羰基-2-溴代乙胺(8)以淡黃色油狀物分離出來(1.11g，產率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-苄基氧基羰基乙胺)-4，7，10-三(叔丁氧基羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十四烷(9)以無色粘稠油狀物被分離出來(193.8mg，產率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)-1，4，7，10-四氮雜環十四烷(10)被分離出來，為亮黃色無定形固體(195.9mg，產率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)-1，4，7，10-四氮雜環十四烷(11)以無色油狀物被分離出來(319.0mg，產率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)-1，4，7，10-四氮雜環十四烷(L1)的透明的玻璃態物質(99.1mg，產率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-1，4，7，10-四氮雜環十二烷1-7可以通過賽克林和適當親電試劑之間的反應被合成，以1HNMR，13CNMR，ESI-MS和HRFAB-MS表徵提純的產品。通過緩慢蒸發濃甲醇溶液而得到無色的結晶1，X-射線分析表明1的結構是單鹽酸鹽形式，在發現1·HCl的結構中(圖1)，氫鍵相互作用發生在N(1)和質子化的N(3)之間，鍵距為3.032，並且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)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷是該反應中顯著數量的唯一的副產品，其產率在3.3當量烷基化試劑存在下為約25-35％，甚至在過量5.0-7.0當量親電試劑存在下沒有發現該雙N-烷基化產品形成更高級的烷基化產品，在1a·HCl的結構(圖4)中，H-鍵出現在未烷基化的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-鍵在正方形大環賽克林環中″被壓迫″成長方形構象(圖5)，對於1a中的兩個鄰近的未烷基化胺，N(3)被質子化並且和對面的N(1)H-鍵合，N(4)的親核性降低主要是由於它環內的孤獨電子對所致，這可以解釋為什麼甚至在存在過量親電試劑時1，4-雙N-烷基化產品也不轉化為三或四N-烷基化產品。為了促進1，4-雙N-烷基化賽克林的轉化，在反應過程中加入0.5當量無水K2CO3可以有效地改進三N-烷基化賽克林的產率。這種方法在類似的反應條件下也有效地改進了其它三-N取代的產品的產率。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-烷基化賽克林的產率提高了。
上述提出了以高產率製備三-取代的-1，4，7，10-四氮雜環十二烷1-7的簡便方法，並且提出了導致來自由1和1a的單晶結構得到的立體化學信息的高區域選擇性的機理，與所報導的有關製備三-(叔丁氧基羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷及其它三-N-烷基化-1，4，7，10-四氮雜環十二烷的工作比較，本發明給出了最高的產率，並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，另外所述反應在用於實際製造時極有潛力，這是因為在各種原料濃度的條件下具有可重複再現的高產率。
三-N-烷基化-1，4，7，10-四氮雜環十二烷配基能夠和寬範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域公知的方法配位，所述的某些方法記載於本說明書前面所列舉的文獻中。對於在MRI中使用，Gd絡合物是優選的，並且能夠通過配基和釓氧化物反應形成穩定的中性水溶性鰲合物而達到。
本領域的技術人員應該明白，在不脫離本發明的精神和範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明，並且不是對本發明的限制。
權利要求
1.製備三-N烷基化的-1，4，7，10-四氮雜環十二烷的方法，包括在非質子性溶劑存在下使1，4，7，10-四氮雜環十二烷(賽克林)和足夠將賽克林三烷基化的數量的烷基化劑進行反應。
2.權利要求1的方法，其中烷基化試劑選自溴代乙酸叔丁基酯、苄基溴、烯丙基、N-2-氯乙醯基-二苯基甲胺、(R)-N-2-氯乙醯基-1-苯基乙胺、N-2-氯乙醯基-己基胺和2-溴代丙酸乙酯。
3.權利要求1的方法，其中反應在非質子性溶劑中進行。
4.權利要求1的方法，其中溶劑是氯仿或二氯甲烷。
5.權利要求1的方法，其中反應在鹼存在下進行。
6.權利要求5的方法，其中鹼包括三乙基胺、K2CO3或吡啶。
7.權利要求5的方法，其中鹼包括三乙基胺和K2CO3。
8.權利要求6的方法，其中在反應開始時使用三乙基胺，在反應過程中加入其它鹼。
9.權利要求5的方法，其中在反應開始時使用鹼，在反應過程中加入其它鹼。
10.權利要求1的方法，其中溶劑是氯仿，並且反應在三乙基胺存在下進行。
11.權利要求10的方法，其中反應在20-35℃下進行。
12.權利要求11的方法，其中反應進行了16-20小時。
13.權利要求10的方法，其中在反應開始時使用三乙基胺，在反應過程中加入其它鹼。
14.權利要求1的方法，其中反應在20-35℃下進行。
15.權利要求14的方法，其中反應進行了16-20小時。
16.多烷基化的賽克林化合物，選自三-[(二苯基)甲基氨基甲醯基甲基]-1，4，7，10-四氮雜環十二烷、三-(己基氨基甲醯基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷和三[乙氧羰基-1-甲基甲基]-1，4，7，10-四氮雜環十二烷。
全文摘要
製備三烷基化的1，4，7，10－四氮雜環十二烷的直接合成方法，該方法通過使1，4，7，10－四氮雜環十二烷(賽克林)和適當的親電試劑以高產率進行反應而完成，該方法提供了操作方便、原料容易得到、價格經濟、原子效率高以及反應對溫度、溼度和原料濃度不敏感性等優點，採用本發明的方法可以製備三(叔丁氧羰基甲基)－1，4，7，10－四氮雜環十二烷。
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 優先權日2003年7月8日
發明者黃永德, 李聰 申請人:香港大學