18F标记吲哚苯醌衍生物分子探针的合成及正电子发射型计算机断层显像

尹宏鹭, 邢乃果, 何 菱*

(1. 四川大学 华西药学院,四川 成都 610041； 2. 西南医科大学 附属医院核医学科,四川 泸州 646000)

大部分天然的、合成的抗肿瘤化合物多包含2-芳基萘型三环结构[1-2]。其中,三环共平面且具有芳香性结构的化合物的抗肿瘤活性更高,例如喜树碱(伊利替康、托泊替康和9-氨基喜树碱等)、链黑菌素和艾力替新。然而,经研究发现,仅含有“2-芳基萘型”结构模式的化合物不足以获得令人满意的抗癌活性。与此同时,具有醌型结构的化合物多表现出抗肿瘤药物活性的性能,例如阿霉素、盐酸米托蒽醌和丝裂霉素C等[3-4]。吲哚衍生物作为杂环药物中重要的组成成分,具有广泛的药理活性[5～10],主要包括抗过敏[6]、抗菌[7]、抗炎镇痛[8]、抗病毒[9]和抗癌[10]等。因此,本文将吲哚与苯醌连接起来构成2-芳基萘型结构,并引入氨基衍生物侧链,增强化合物的水溶性,并提高药物与靶点的相互作用力[11],从而增强化合物的抗肿瘤活性。

Scheme 1

本文以2-甲基吲哚和四氯苯醌、1-二甲基胺-2-丙炔和碘甲基硼酸频哪醇酯分别作为起始底物,共经5步反应合成了吲哚苯醌类探针的前体化合物5(Scheme 1),其结构经1H NMR,13C NMR和HR-MS(ESI)表征。后续再经过放射性标记便可合成18F-5探针。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Varian Mercury 400/600 MHz型核磁共振仪；Bruker Daltonics Data Analysis 3.2 Mass Spectrometer型质谱仪。

所用试剂均为分析纯。

1.2 合成

(1) 化合物1的合成[12]

氮气保护下,向100.00 mL圆底烧瓶中加入四氯苯醌(500.00 mg, 2.03 mmol)、 2-甲基吲哚(320.00 mg, 2.44 mmol)、 TEBA(99.00 mg, 0.41 mmol)和干燥的无水碳酸钾(337.00 mg, 2.44 mmol),再向其中加入重蒸乙腈(20.00 mL),室温搅拌过夜(TLC检测反应)。反应结束后,过滤,收集滤液,减压浓缩,残余物干法装柱,用少量二氯甲烷溶解后湿法上样,经硅胶柱层析(洗脱剂:PE/EA=7/1,V/V)纯化得深蓝色固体化合物2,3,5-三氯-6(2-甲基-1H-吲哚)环己烷-2,5-二烯-1,4-二酮(1),产率75%;1H NMR (400 MHz, Chloroform-d)δ: 8.33(s, 1H), 7.33(d,J=7.7 Hz, 1H), 7.22～7.08(m, 3H), 2.34(s, 3H);13C NMR(100 MHz, Chloroform-d)δ: 175.2, 171.9, 141.5, 140.7, 139.6, 139.0, 137.6, 135.3, 126.7, 122.3, 120.8, 119.9, 111.0, 104.9, 14.0。

(2) 化合物2的合成

称取化合物1(208.00 mg, 0.61 mmol)和3-叠氮基丙胺(200.00 mg, 1.22 mmol)依次加入50.00 mL圆底烧瓶中,再加入乙腈(10.00mL),室温搅拌过夜(TLC检测反应)。待反应结束后,过滤,收集滤液,减压浓缩,残余物干法装柱,用少量二氯甲烷溶解后湿法上样,经硅胶柱层析(洗脱剂:PE/EA=2/1,V/V)纯化得到对位产物深紫色固体化合物2-((3-叠氮丙基)氨基)-3,6-二氯-5-(2-甲基-1H-吲哚-3-基)环己烷-2,5-二烯-1,4-二酮(2),产率69%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ: 8.38(s, 1H), 7.35～7.04(m, 4H), 6.20～5.91(m, 1H), 3.93(q,J=6.8 Hz, 2H), 3.48(t,J=6.4 Hz, 2H), 1.98(p,J=6.6 Hz, 2H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ: 176.3, 142.2, 137.8, 134.3, 127.1, 121.9, 120.5, 120.3, 110.8, 106.1, 48.9, 30.2, 14.1; HR-MS(ESI-TOF)m/z: calcd for C18H16N5O2Cl2{[M+H]+}404.0675, found 404.0671。

(3) 化合物3的合成[13]

氮气保护下,向10.00 ml反应管中加入1-二甲基胺-2-丙炔(196.00 μL, 2.00 mmol)和乙醚(4.00 mL),再滴加碘甲基硼酸频哪醇酯(330.00 μL, 1.80 mmol),立即产生白色沉淀,室温搅拌20.00 min。反应结束后,过滤并用冷的乙醚(3×10.00 mL)洗涤沉淀,得到白色固体化合物N,N-二甲基-N-((4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧硼杂环戊烷-2-基)甲基)乙铵(3),产率95%。

(4) 化合物4的合成[13]

称取化合物3(100.00 mg, 0.45 mmol)加入10.00 mL反应管中,依次向其中加入KHF2(600.00 μL, 3.00 M)、盐酸(600.00 μL, 4.00 M)、 DMF(1.20 mL)和水(400.00 μL), 45 ℃条件下搅拌反应2 h。反应结束后,向其中加入NH4OH(49.00 μL)猝灭反应,调至pH=8,得到化合物N-((二氟硼烷基)甲基)-N,N-二甲基丙-2-炔-1-氟化铵(4)的水溶液。

(5) 化合物5的合成[14]

移取化合物2(2.70 mL, 0.26 mmol)于25.00 mL圆底烧瓶中,并向其中依次加入化合物4(157.00 mg, 0.39 mmol)、硫酸铜(98.00 mg, 0.39 mmol)和L-抗坏血酸钠(77.00 mg, 0.39 mmol),再加入乙腈(3.00 mL)、水(3.00 mL)和NH4OH(1.50 mL), 45 ℃条件下搅拌反应4 h(TLC检测反应)。待反应结束后,加入EA(3×10.00 mL)和饱和NaCl(20.00 mL),收集有机层,无水硫酸钠干燥,过滤,收集滤液,减压浓缩,残余物干法装柱。用少量二氯甲烷溶解后湿法上样,经硅胶柱层析(洗脱剂:丙酮)纯化得到深红色固体化合物1-(1-(3-((2,5-二氯-4-(2-甲基-1H-吲哚-3-基)-3,6-二氧环己烷-1,4-二烯-1-基)氨基)丙基)-1H-1,2,3-三唑-5-基)-N-((二氟硼烷)甲基)-N,N-二甲基甲胺氟化物(5),产率62.5%;1H NMR(400 MHz, DMSO-d)δ: 10.98(s, 1H), 7.99(s, 1H), 7.28(d,J=8.0 Hz, 1H), 7.07(d,J=7.7 Hz, 1H), 7.02～6.96(m, 1H), 6.93～6.86(m, 1H), 4.45(s, 2H), 3.84(q,J=6.7 Hz, 2H), 3.40(ddd,J=22.8 Hz, 10.8 Hz, 5.2 Hz, 1H), 3.29(dd,J=10.8 Hz, 5.7 Hz, 1H), 3.17(s, 1H), 2.89(s, 6H), 2.23(q,J=4.8 Hz, 2H), 2.16(s, 3H), 1.74～1.57(m, 2H);13C NMR(101 MHz, DMSO-d)δ: 208.9, 173.6, 149.6, 128.5, 127.9, 120.7, 119.2, 118.5, 111.1, 100.6, 73.9, 68.9, 67.5, 60.4, 56.3, 52.2, 48.5, 47.5, 45.0, 32.6, 31.8, 30.1, 25.4, 12.7; HR-MS(ESI-TOF)m/z: calcd for C24H26BN6O2F2Cl2{[M+H]+}549.1549, found 549.1552。

1.3 18F-5的合成及正电子发射型计算机断层显像

(1) 标记条件

取前体化合物51.00 mg,再依次加入DMF 15.00 μL, 1.00 M盐酸25.00 μL和18F-水溶液60.00 μL(约10.00 mCi),于85 ℃条件下反应15 min后得到探针分子18F-5。

(2) HPLC分析条件

C18反向色谱柱(Agilent, ZORBAX Eclipse C18Plus, 4.60 mm×250.00 mm, 5.00 μm)。HPLC流动相:A泵,0.10%三氟乙酸乙腈溶液；B泵,0.10%三氟乙酸水溶液,洗脱梯度为0～15 min,乙腈浓度在10%～90%之间,流速为1 mL/min。

(3) HPLC纯化条件

反应液加1.00 mL纯化水进行稀释,过C-18柱(Waters Sep-pak light cartridge),用10.00 mL纯化水清洗C-18柱(洗去未反应的18F-),推空气排干水分,再用1.00 mL乙腈洗脱产品,减压蒸除乙腈,用5%乙醇溶解,得到18F标记的产品。

(4) 正电子发射型计算机断层显像条件

向小鼠尾静脉注射用生理盐水稀释的探针(200～300 μCi),共计150.00 μL。扫描期间用0.80 mL/min氧气和1.50%异氟烷的气体进行麻醉。在注射后的30 min、 60 min和120 min时,使用Senmens inveon的PET/CT进行20 min静态扫描。采用PET/CT软件处理小动物肿瘤和其他器官上的区域(ROI),统计数据,单位为%ID/g,并计算每组的平均摄取和标准偏差(Mean±SD)(n=3)。

保留时间/min(a)

(a)

2 结果与讨论

2.1 合成

分子探针前体化合物5的标记结果如图1所示,用高效液相色谱分析,保留时间为3.606 min时的峰为游离的F,保留时间13.997 min的峰为杂质。该化合物的放射化学产率为10%。经过高效液相色谱纯化后,得到18F标记的探针,其放射化学纯度为99%。

2.2 正电子发射型计算机断层显像(PET)

取昆明小鼠一只,于尾静脉注射纯化后的探针18F-5。在注射0.5 h、 1 h和2 h后分别进行显像,使用microPET-CT对全身麻醉小鼠进行扫描(图2)。由图2可知,探针进入小鼠体内0.5 h后,小鼠的膀胱、胆和肠道均有摄取,且大部分都在膀胱聚集。在注射1 h后,胆部位的探针摄取越来越多,小部分的探针正在排入肠道进行代谢。而肠道摄取的部分探针也正在进行代谢并逐步排入膀胱。在注射2 h后,胆内仍有少部分探针停留,而肠道内的探针已大部分代谢并排入膀胱。

基于2-芳基萘型结构模型设计并合成了吲哚苯醌衍生物,并引入水溶性好的氨基侧链衍生物,以总产率32.3%获得了未见文献报道的吲哚苯醌类探针分子的前体。将前体经放射性核素18F标记后注射入小鼠体内并分析正电子发射型计算机断层显像。结果表明:探针进入小鼠体内后分别在膀胱、胆和肠道聚集,随后经肠道和膀胱代谢排出体外,为后续进一步胆和肠显像研究建立基础。