CC BY
68yflK 66
Evgeniy P. Studentsov, Olga V. Neporoghneva, Anna A. Golovina, Natalya I. Novikova, Viktoriya V. Orlovskaja, Raisa N. Krasikova
METHODS OF PREPARATION AND PHYSICOCHEMICAL PROPERTIES OF CARBOHYDRATE DERIVATIVES USED IN SYNTHESIS AND QUALITY CONTROL OF RADIOPHARMACEUTICAL 2-[18F]-2-DEOXY-D-GLUCOSE
St Petersburg State Institute of Technology (Technical University), Moskovsky Pr., 26, St Petersburg, 190013, Russia N.P. Bechtereva Institute of the Human Brain, Russian Academy of Science 9, Pavlov str.,St.-Petersburg, 197376, Russia St. Petersburg State University, Universitetskya nab., 7-9, St. Petersburg, 199034, Russia e-mail: [email protected]
Different methods of preparation and physicochemical properties of derivatives of D-glucose and D-mannose, the key products required for the synthesis and quality control of 2-[18F]-2-deoxy-D-glucose ([18F]-FDG) - the main radiopharmaceutical for positron emission tomography (PET) are investigated. The method of preparation of D-mannose triflate, a precursor in synthesis of [18F]-FDG by the nucleophilic radio fluorination method, was modified. The mechanism of acidic-basic epimerization of FDG to FDM was studied. Independent synthesis of FDG and FDM by electrophilic fluorination of 3,4,6-three-O-acetyl-D-glucal by selectfluor was carried out. The structure of target compounds was proved by independent synthesis and confirmed by 1H-, 13C-, 19F-NMR-and IR-spectroscopic and chromatographic data. The certified D-mannose-triflate was successfully tested in [18F]-FDG synthesis for clinical PET investigations of different diseases in leading PET centres of Russia.
Keywords: positron emission tomography, radiopharmaceuticals, [18F]-FDG, technology of production, 2-substitut-ed-2-deoxy-gluco- and manno-desoxyribose, stereo- and re-gio-directivity
.12.075
Е.П. Студенцов1, О.В. Непорожнева2, А.А. Головина3, Н.И. Новикова, В.В.4 Орловская5, Р.Н. Красикова0,
МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРОИЗВОДНЫХ УГЛЕВОДОВ,
ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В СИНТЕЗЕ И КОНТРОЛЕ КАЧЕСТВА РАДИОФАРМПРЕПАРАТА 2-[^]-2-ДЕЗОКСИ^-ГЛЮКОЗА
Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), Московский пр. 26, Санкт-Петербург, 190013, Россия
Институт мозга человека им. Н.П. Бехтеревой РАН, ул. Акад. Павлова, 9, Санкт-Петербург, 197376, Россия Санкт-Петербургский государственный университет, Университетская наб., 7-9, 199034, Санкт-Петербург, Россия е-mail: [email protected]
Исследованы различные способы получения и физико-химические свойства производных D-глюкозы и D-маннозы, ключевых соединений, необходимых для проведения синтеза и обеспечения контроля качества 2-[18F]-2-дезокси-D-глюкозы ([18F]ФДГ), основного радиофармпрепарата для позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ). Модифицирован метод получения трифлата D-маннозы, прекуросора в синтезе [18F]фДг методом нуклеофильного радиофторирования. Изучен механизм кислотно-основной эпимериза-ции ФДГ в ФДМ. Осуществлен независимый синтез ФДГ и ФДМ электрофильным фторированием 3,4,6-три-О-аце-тил^-глюкаля Селектфтором. Строение целевых соединений доказано независимыми синтезами и подтверждено данными 1Н, 13С, "F-ЯМР- и ИК-спектроскопии и хроматографии. Сертифицированный трифлат D-маннозы прошел успешные испытания в синтезе [18F]ФДГ для клинических ПЭТ исследованиях различных заболеваний в ведущих ПЭТ центрах России.
Ключевые слова: позитронная эмиссионная томография, радиофармпрепараты, [1!^]ФДГ, технология получения, 2-замещенные-2-дезокси-глюко- и манно-дезоксипи-ранозы, стерео- и регионаправленность
1 Студенцов Евгений Павлович, канд. хим. наук, вед. науч. сотр., каф. химии и технологии синтетических биологически активных веществ СПбГ-ТИ(Ту), е-mail: [email protected]
Evgeniy P. Studetsov, PhD (Chem.), leading researcher, Department of Chemistry and Technology of Synthetic Biologically Active Substances, е-mail: [email protected]
2 Непорожнева Ольга Владимировна, мл. науч. сотр., каф. химии и технологии синтетических биологически активных веществ СПбГТИ(ТУ), е -mail: [email protected]
Olga V. Neporozhneva, Junior researcher, Department of Chemistry and Technology of Synthetic Biologically Active Substances, е-mail: [email protected]
3 Головина Анна Александровна инженер, каф. химии и технологии синтетических биологически активных веществ СПбГТИ(ТУ), е-mail: annagula@ mail.ru
Anna A. Golovina, engineer, Department of Chemistry and Technology of Synthetic Biologically Active Substances, е -mail: [email protected]
4 Новикова Наталия Ивановна инженер, каф. химии и технологии синтетических биологически активных веществ СПбГТИ(ТУ), е -mail: nata5ha@ yandex.ru
Natalya I. Novikova, engineer, Department of Chemistry and Technology of Synthetic Biologically Active Substances, е -mail: [email protected]
5 Орловская Виктория Владимировна, мл. науч. сотр., лаб. радиохимии Института мозга человека им. Н.П. Бехтеревой РАН е-mail: [email protected] Viktoriya V. Orlovskaya, Junior researcher, lab. of radiochemistry of N.P. Bechtereva Institute of the Human Brain, е-mail: [email protected]
6 Красикова Раиса Николаевна зав. лаб. радиохимии, Института мозга человека им. Н.П. Бехтеревой РАН, доцент каф. радиохимии СПбГУ е-mail:
Raisa N. Krasikova, Head, lab. of radiochemistry of N.P. Bechtereva Institute of the Human Brain, Associate Professor of Department of radiochemistry,
St. Petersburg State University, е-mail: [email protected]
Дата поступления - 15 октября 2015 года
Received 15 October 2015
Применение радиофармапрепарата 2-[1Т]^-глюкозы в позитронной эмиссионной томографии
Позитронная эмиссионная томографии (ПЭТ) -современный метод медицинской визуализации, входящий в группу методов радионуклидной диагностики или ядерной медицины, позволяющий проводить in-vivo исследования важнейших биохимических процессов (метаболизма, перфузии, рецепторных и нейротрансмиттерных взаимодействий) на молекулярном уровне. Подробное описание методологии ПЭТ, созданной в 80-е годы прошлого века [1, 2], и ее современных возможностей можно найти в ряде обзоров и монографий [3, 4].
Преимущества ПЭТ основаны на использовании радиотрейсеров (радиофармпрепаратов - РФП) - биологически активных молекул, в состав которых входят ко-роткоживущие радионуклиды с позитронным типом распада, в том числе изотопы биогенных элементов (150, Тю = 2,04 мин; 13К Т1/2 = 9,96 мин; 11С, Т^ = 20,4 мин), а также ^ (Тю = 109,7 мин). Позитронный распад сопровождается образованием двух гамма-квантов аннигиляции энергией 0,511 МэВ, испускаемых под углом 180 °С и легко детектируемых внешней системой детекторов кольца ПЭТ камеры, объединенных в схему совпадений. Несмотря на то, что фтор-18 не входит в число биогенных элементов, именно он считается «идеальным» ПЭТ радионуклидом. Благодаря высокой энергии испускаемых позитронов (Р+, 0,635 МэВ) и, соответственно, их минимальному пробегу в клетке (2,4 мм), использование фто-ра-18 позволяет достичь наилучшего пространственного разрешения ПЭТ изображения. Относительно большой по сравнению с другими изотопами период полураспада ^ (110 мин) позволяет осуществлять сложные радиохимические синтезы и доставку меченых соединений на достаточно большие расстояния. Огромный интерес к РФП на основе фтора-18 стимулировал исследования по созданию различных классов радиотрейсеров (меченых сахаров, аминокислот, нуклеотидов, рецепторных лигандов, нейротрансмиттеров и др.). Тем не менее, основным РФП для ПЭТ, используемым в более 90 % всех исследований, был и остается меченный фтором-18 фторированный аналог глюкозы, 2-[1!^]-фтор-2-дезокси^-глюкоза ([^] ФДГ). ПЭТ исследование с [1!^]ФДГ дает возможность определения регионарной скорости потребления глюкозы, характеристики, которую невозможно получить ни одним из существующих методов.
Основной областью применения ПЭТ с [1!^]ФДГ является онкодиагностика [5]; кроме того, радиотрейсер используется в кардиологии для визуализации участков жизнеспособного миокарда, в неврологических исследованиях пациентов с болезнью Альцгеймера и других форм деменций, больных эпилепсией, в фундаментальных исследованиях возрастных нарушений метаболизма и других. В структурном отношении молекула [1!^] ФДГ имеет огромное сходство с глюкозой ввиду близости Ван-дер-Ваальсовых радиусов атомов фтора, водорода и гидроксила, однако, метаболизм этих соединений существенно различается. Подобно глюкозе [1!^]ФДГ легко проходит через гематоэнцефалический барьер и при поступлении из плазмы в клетку фосфорилируется гексоки-назой, однако на этом процесс метаболизма обрывается. [1!^]ФДГ удерживается в клетке в виде [1!^]ФДГ-6-фосфа-та, который не подвергается гликолизу из-за наличия атома фтора в молекуле, и низкой концентрации фермента глюкозо-6-фосфатазы в опухолевых клетках [6]. Злокачественные клетки характеризуются более активными процессами гликолиза, что обусловлено повышенным уровнем белков, транспортирующих глюкозу (транспортеров глюкозы GLUT1 и GLUT2), и, в большей степени, увеличением активности гексокиназы в неоплазме, на чем и основано использование [1!^]ФДГ для решения различных задач онкодиагностики: выявления первичных опухолей, метастаз, продолженного роста, оценке эффективности
лечения и др. [3]. Следует отметить, что дозовые нагрузки на пациента при ПЭТ исследовании с [1!^]ФДГ минимальны; эффективная эквивалентная доза на все тело составляет 0,024 мЗв/МБк [4].
В дополнение к уникальным свойствам [1!^]ФДГ как радиотрейсера гликолиза, огромную роль в ее широком использовании сыграло и создание высокопроизводительных методов синтеза и их последующей автоматизации, позволяющих производить десятки клинических доз РФП за один синтез. В настоящее время [1!^]ФДГ является одним из немногих РФП на основе фтора-18, поставляемых на коммерческой основе в клиники, не имеющие собственного циклотрона и радиохимической лаборатории. Огромная потребность в ПЭТ исследованиях с [1!^] ФДГ является мощным стимулом для разработки новых синтетических подходов и технологий получения этого радиотрейсера и соответствующих прекурсоров, а также стандартов для идентификации целевого продукта ([1!^] ФДГ) и возможных химических и радиохимических примесей, в соответствии с современными требованиями [4].
Способы получения 2-[1Т]-фтор-2-дезоксиглюкозы.
Известно несколько способов получения [1!^] ФДГ, основанных на реакциях электрофильного и нукле-офильного введения атомов фтора в молекулу углевода. Нерадиоактивный синтез ФДГ был разработан в 1969 г., примерно за 10 лет до синтеза меченой [1!^]ФДГ, хотя в дальнейшем методология их получения имела общую химическую основу [7].
Впервые [1!^]ФДГ была получена в середине 1970-х в Брукхейвенской национальной лаборатории, США [8]. Синтез проводили реакцией электрофильного радиофторирования 3,4,6-три-0-ацетил^-глюкаля с использованием газообразного в трихлорфторметане при -78 °С. При этом происходит присоединение фтора по двойной связи глюкаля с образованием аномерной смеси 1,2-дифторглюкозы и 1,2-дифторманнозы в соотношении 3 : 1, которая после хроматографического разделения (радио-ВЭЖХ и ТСХ) и гидролиза соляной кислотой приводит к выделению [1!^]ФДГ [9]. Радионуклид получали в результате ядерной реакции 2(^е^,а)1!^ при облучении газовой мишени циклотрона дейтонами. В результате фторирования 3,4,6-три-0-ацетил^-глюкаля был получен 3,4,6-три-0-ацетил-2-дезокси-2-[1!^]фтор^-глюкопи-ранозил фторид, гидролиз которого в кислых условиях приводил к образованию [1!^]ФДГ. Радиохимический выход реакции и радиохимическая чистота полученного соединения составляли (24 ± 3) % и 98%, соответственно. Уже в первых экспериментах подтверждено высокое накопление 1!^-ФДГ в опухолевых тканях.
Увеличение выхода [1!^]ФДГ удалось достигнуть путем фторирования глюкаля и его триацетата ацетилги-пофторитом или фторокситрифторметаном при -80 °С с последующим гидролизом и усовершенствованием хро-матографического разделения фторированых изомерных углеводов (схема 1) [10-14]. Аналогичные превращения наблюдались при фторировании глюкалей комплексом фторида ксенона с эфиратом трехфтористого бора, когда наблюдалось образование смеси промежуточных меченых 1,2-дифтор-глюко- и манно-пираноз и других примесей фтордезоксимоносахаридов и требовалась сложная очистка [1!^]ФДГ после проведения гидролиза продуктов фторирования (схема 1) [15, 16]. Указанные электро-фильные фторирующие реагенты являются сильными окислителями, взрывоопасными и токсичными веществами, требуют соблюдения особых мер предосторожности и технической оснащенности в специализированных лабораториях. Анализ большого числа работ [8-18] по элек-трофильным способам получения [1!^]ФДГ показал, что они имеют ограниченное практическое применение из-за сложности их реализации при автоматизации радиосинтеза [18НФДГ [19].
Схема 1 Фторирование глюкалей фторидом ксенона
В 1986 г. группой немецких ученых [20] был разработан нуклеофильный метод получения [^]ФДГ, который, благодаря высокому радиохимическому выходу и простоте исполнения, оказался идеальным для синтеза радиотрейсера для рутинных ПЭТ исследований. Предложенная в этой работе реакция нуклеофильного замещения трифлатной группы в молекуле 1,3,4,6-те-тра-О-ацетил-2-О-трифторметансульфонил-р^-манно-пиранозы (трифлата маннозы) [^]фторидом в составе активированного комплекса [К/К2.2.2]+^- проходит стереоспецифично с обращением конфигурации (инверсия Вальдена). Второй стадией синтеза является
«снятие защиты» гидроксигрупп, после чего проводят очистку конечного продукта методом твердофазной экстракции на одноразовых картриджах. Этот метод, часто называемый методом Хамахера, используется с небольшими модификациями во всех современных автоматизированных технологиях синтеза [^]ФДГ. Преимуществом метода является и использование радионуклида в форме [^]-фторид иона, метод получения и выделения которого в водной мишени циклотрона по реакции 18О(р,п)^ значительно проще и безопаснее, а нарабатываемая активность фтора-18 существенно выше, нежели газообразного [18^2 [21].
ОАс - ацетатная "защитнай группа Схема 2 Схема нуклеофильного синтеза [18F]ФДГ
В первоначальном варианте нуклеофильного синтеза [^]ФДГ для удаления защитных ацетильных групп применялся кислотный гидролиз при температуре 130 °С. Более удобным для автоматизации оказался метод щелочного гидролиза, предложенный в 1996 г. [22], не требующий жестких условий и протекающий легко и быстро при комнатной температуре, в том числе и в режиме on-line на одноразовых картриджах [23].
Щелочной гидролиз используется и в синтезе [18F] ФДГ в Институте мозга человека РАН, Санкт-Петербург [24, 25], радиохимический выход продукта без поправки на радиоактивный распад превышает 60 %. В целом методам синтеза [^]ФДГ посвящено множество работ; под эгидой МАГАТЭ подготовлена обширная монография, с которой можно ознакомиться в бесплатном доступе по ссылке [26]. Особого внимания заслуживают работы по автоматизации синтеза [^]ФДГ, включая роботизированные технологии [19], современные автоматизированные модули синтеза [27] и микрореакторы [28].
Следует отметить, что важнейшим этапом в цикле производства РФП является контроль качества продукта, который должен проводиться до введения радиотрейсера пациенту. Радиохимическая чистота [^]ФДГ должна быть не менее 90 %. Выполнение этого показателя, равно как и радиохимический выход продукта, в большой степени зависит от качества прекурсора, трифлата маннозы, который в случае использования [^]фДг в клинических исследованиях пациентов должен быть сертифицирован. Доступность этого прекурсора во многом
определяет стоимость единичной клинической дозы фДг и эффективность использования высокотехнологичного метода ПЭТ. Несмотря на то, что методам синтеза трифлата маннозы посвящено много работ, исследования в этом направлении продолжаются. Наиболее практически значимым в препаративном отношении является способ Баррио с сотр. [29]. Однако он требует улучшения в части получения прекурсора ФДГ (трифлата D-маннозы) высокого качества.
В число химических примесей, подлежащих обязательному контролю в инъекционной форме [^]ФДГ, наряду с катализаторами фазового переноса (криптофикс К222 или трет-бутиламмоний карбонат) входят также хлорпроизводное глюкозы (ClDG) при использовании кислотного гидролиза или фторпроизводное маннозы, (ФДМ) при использовании щелочного гидролиза [30]. Для количественного определения содержания этих соединений методами ВЭЖХ необходимы соответствующие стандарты высокой степени. Следует отметить, что синтез этих соединений представляет собой самостоятельную научную задачу, до настоящего времени они являются дорогостоящими и не всегда доступными из коммерческих источников. Решение этой задачи особенно важно для России, где число ПЭТ центров в последние 5 лет сильно возросло.
Целью данной работы является подробный анализ существующих методов синтеза трифлата маннозы, ClDG и ФДМ, включая описанные в литературе и оригинальные разработки авторов. Это поможет создать усо-
вершенствованные высокопроизводительные методы получения данных соединений, необходимых для синтеза и контроля качества [^]ФДГ, важнейшего РФП для ПЭТ.
Получение ключевых предшественников ФДГ - 1,3,4,6-тетра-О-ацетил-р^-маннопиранозы и 1,3,4,6-тетра-О-ацетил-2-О-трифтор-метан-сульфонил-р^-маннопиранозы Ключевым предшественником [^]ФДГ является 1,3,4,6-тетра-О-ацетил-2-(трифторметилсульфо-нил)-р^-маннопираноза (ТАТМ), доступность и качество которого с учетом его относительной нестабильности в
1
4-ТАТМ
Хроматографический анализ (ТСХ) продукта реакции показал на образование аномерной смеси 1-ги-дрокси- и 2-гидрокси-тетраацетата^-маннозы, а также других веществ неполного дезацетилирования 2.
Нами разработан и запатентован усовершенствованный способ получения ТАМ и ТАТМ [35]. Однореак-торная технология синтеза ТАМ включает совмещенный процесс перацилирования D-маннозы (Merck) уксусным ангидридом в присутствии каталитических количеств хлорной кислоты с последующей обработкой бромистым водородом (образующийся in situ при разложении РВгз водой) и, наконец, гидролиза ацетильной группы в положении 2 ацетобромманнозы 3 действием водным раствором ацетата натрия по методу Хельфериха и Цирнера [36] через образование промежуточного 1,2-ацетокси-оксоние-вого иона маннозы, что использовано при получении соответствующих тетраацетатов D-глюкозы и D-галактозы. При исследовании стереоселективности гидролиза 1,2-ацетокси-оксониевого иона ацетилированных моносахаридов принималась во внимание возможность использования различных кислотных катализаторов при препаративном синтезе изомерных тетраацетатов D-манноз [37-39].
По однореакторному способу [35] удалось увеличить выход ТАМ за счет оптимизации этого сложного процесса с установлением определенных значений температуры, продолжительности процесса и соотношения реагентов, а также повышения регио- и стереонаправлен-ности дезацетилирования 3 путем хроматографического контроля на всех стадиях (ТСХ со свидетелями) в системе ацетон/гексан 2/1, Силуфол УФ-254: 1-гидрокси-тетрааце-тат маннозы Rf = 0,41, ТАМ (5) - 0,30, пентаацетат маннозы (2) - 0,21, а-ацетобромманноза (3) - 0,44). Разработан способ колоночной хроматографии на нейтральной окиси алюминия (градиент ацетон-гексан) для препаративного разделения 1- и 2-гидрокси-тетраацетатов D-маннозы с отделением других продуктов дезацетилирования 2, которые, кроме ТАМ, возвращались несколько раз в указанный цикл получения ТАМ. Таким образом, более полно
целом могут влиять на выход и стоимость РФП при прочих равных условиях синтеза.
Известные способы получения ТАТМ заключаются в синтезе 1,3,4,6-тетра-О-ацетил-р^-маннопиранозы (ТАМ) (5) с последующим трифлатированием (схема 3). Неоднократное воспроизведение методики Деферрари синтеза ТАМ [31, 32], где совмещены стадии перацетили-рования D-маннозы (1), превращения 1,2,3,4,6-пентааце-тил^-маннозы (2) в а-ацетобромманнозу (3) и гидролиза ацетильной группы во втором положении 3, показало низкий выход 5 - 6-8 %, что отмечалось и в работе [33]. За счет уточнения соотношения реагентов удалось поднять выход 5 до 18 % [34].
2,6-лутидин / спирт или
,4,6-коллидин / (CH3CN)
ОАс
6
использовалось исходное сырье, и выход ТАМ в расчете на D-маннозу составлял 55-60 %.
В связи с возросшим в последнее время спросом на ТАТМ возникла необходимость в разработке крупномасштабного высокорегиоселективного способа получения ТАМ и ТАТМ с заменой хроматографиче-ских способов выделения ТАМ на более производительные и простые приемы кристаллизации промежуточного и конечного продуктов. Эта задача была нами решена на базе описанных выше способов [35] в рамках единой технологической схемы, но с раздельным выделением полупродуктов (схема 3). При этом использовался ортоэфирный метод, основанный на конденсации ацил-гликозилгалогенидов со спиртами, где в качестве акцепторов галогенводородов применяется пространственно затрудненные ароматические амины [40, 41]. Ключевой интермедиат - 3,4,6-три-О-ацетил-1,2-О-(1-этокси-этили-ден)-р^-маннопираноза (6) синтезировали по препаративному способу [42] из ацетобромманнозы 3, которую получали по методу Кёрёши [40], позволяющий быстро получать с почти количественным выходом большие количества 2, а также 3. Процесс легко контролируется по заданным значениям температурного режима и хрома-тографически. Следует отметить, что в кислых условиях ацетилирование D-маннозы преимущественно образуется более термодинамически устойчивый а-аномер 3: соотношение а/р = 8/1, с химическими сдвигами протонов в 1Н-ЯМР-спектре, соответственно, а - 5,97 м.д. (д, КССВ 1,8 Гц) и р - 5.78 м.д. (д, КССВ 1 Гц). Чистый а-аномер 3 можно выделить кристаллизацией из серного эфира с выходом 92 % [43, 44]. Сиропообразные 2 и 3 сразу использовались в дальнейших синтезах 1,2-ортоа-цетата 6 практически при совмещении стадий получения 2 и 3. Взаимодействие 3 с этиловым спиртом в абсолютном ацетонитриле в присутствии эквимольных количеств 2,4,6-коллидина (20 °С, 12 ч) приводит к получению 6 с 70-75 % выходом в расчете на D-маннозу, что в 2 раза выше чем по прописи [33] и сопоставима со способом Баррио [29]. После кристаллизации из спирта 6 выделя-
Схема 3. Ac = COCH3; Tf = SO2CF3
ли в виде бесцветного кристаллического вещества с т. пл 102-104 °С, устойчивого при хранении в холодильнике в герметичном контейнере. При синтезе укрупненных количеств 6 (за один прием более 250 г) проводилась регенерация хлороформа, ацетонитрила и коллидина после обработки гидрохлорида коллидина щелочью и последующей дистилляцией. При получении меньших количеств 6 удовлетворительные результаты дает методика, разработанная Преображенским с сотр., в которой сиропообразный 3 превращается в 6 действием 2,6-лутидина в избытке абсолютного спирта (3 ч, 20 °С) с выходом 65 % [45]. В этом синтезе в качестве растворителя возможно использование хлороформа [46]. Значения Rf и спектры 6 из разных синтезов были идентичны: ХН-ЯМР (CDCl3), 5, м.д.: 1,18 (3Н, с, СН3СО), 2,05 (3Н, с, СОСН3), 2,12 (3Н, с, СОСНз), 3,58 (2Н, м, СН2О), 4,60 (1Н, м, Н1, эф.), 5,15-5,30 (4Н, м, С6-Н2, Н3, Н4), 5,50 (1Н, д, Н1); ИК-спектр, V, см-1: 1740 (СН3СО), 1220 (С-СО). Рассматривая механизм образования 1,2-ортоацетата^^-маннозы, интересно отметить, что обычно для получения 1,2-ортоэфиров моносахаридов используется 1,2-транс-ацетилгалогениды, а не 1,2-цис-аномеры. В данном конкретном случае сохранение конфигурации при С1 в ходе образования 6 (двойное обращение) объясняется изомеризацией исходного бромида 3 в 1,2-трансформу действием растворимого гидробромида коллидина или 2,6-лутидина [41]. Ортоэфир 6 проявляет характерные свойства эфиров карбоновых кислот. Они достаточно инертны к щелочным агентам, окислителям, и, напротив, обнаруживают высокую реакционную способность в присутствии кислотных катализаторов, подвергаясь гидролизу и сольволизу, даже под действием углекислоты воздуха. Поэтому при длительном хранении сухой ортоэфир 6 целесообразно держать в инертной атмосфере в герметичной таре. Высокая чувствительность 6 позволяет избирательно осуществлять превращение в ТАМ (5) без существенного затрагивания ацетильных групп в строго определенных условиях. Авторы [42] получали ТАМ с 32 % выходом при гидролизе 6 1 н. НС1 при 20 °С в течение 15 мин. Хроматографический анализ сырого продукта показал образование не только частично дезацетилированных веществ в положении 2-5, но и побочного изомерного 1-гидрокси-2,3,4,6-тетра-а-цетилманнопиранозы вследствие О-ацильной перегруппировки. Ацильная миграция хорошо известна в химии углеводов [40, 41]. Повышение стереоселективности гидролиза 6 удается достигнуть при строгой регламентации условий. Гидролиз чистого 6 лучше проводить порциями (примерно по 100 г) для сокращения продолжительности реакции, при этом сначала 6 растворяют в ацетоне, затем добавляют 1 н. HCl при соотношении 1 : 6 : 0,6 и сразу отгоняют азеотроп водного ацетона в вакууме (10-15 мм. рт. ст., 15 °С) с хроматографическим контролем до образования кристаллического ТАМ. Для предотвращения образования побочных веществ гидролиз 6 можно остановить нейтрализацией кислоты слабоосновными анионитами. Удовлетворительные результаты дает использование при гидролизе 6 амберлита ИР-120(Н+), который сразу отделяют после образования ТАМ. Полученный ТАМ обрабатывают серным эфиром для отделения небольших количеств изомерного 1-гидрокси-тетраацетата маннозы и других примесей. После кристаллизации из спирта получают ß-ТАМ с выходом до 85 %. Побочные продукты де-зацетилирования из маточных растворов возвращаются на стадию получения 3 и далее используются в синтезе ортоэфира 6. Как отмечалось, ß-ТАМ при нагревании подвергается О-ацильной миграции (О1 к О2) с образованием 1-гидрокси-тетрацетата маннозы, что проявляется в снижении температуры плавления на 15-20 °С, а чистый ß-ТАМ при хранении в холодильнике в герметичной таре устойчив в течение нескольких месяцев с контролем качества перед проведением синтеза ТАТМ.
ТАМ, как и ТАТМ, является важным синтоном в синтезе различных биологически активных 2-замещенных
гликозидов, дисахаридов при нуклеофильном замещении С2-гексопираноз [36, 40, 41, 43, 47].
Трифлатирование ТАМ гладко осуществлялось действием эквимольных количеств свежеперегнанного ангидрида трифторметансульфокислоты (Merck) в безводном метиленхлориде в присутствии небольших количеств пиридина (-15 - - 20 °С, 1,5-2 ч) с 95 % выходом Р-ТАТМ (4) после перекристаллизации. Для этих целей лучше использовать абсолютный серный эфир вместо этилового спирта во избежание сольволиза ТАТМ, судя по понижению температуры плавления (т. пл. из этанола 116-118 °С, из серного эфира 120-122 °с). ТАТМ (4) выделяется в виде крупных бесцветных кристаллов, что позволяет провести рентгеноструктурный анализ тонкой структуры этого соединения [48].
Проверка чистоты ТАМ и ТАТМ осуществлялась хроматографически (ТСХ и ВЭЖХ) в нескольких системах, а также детальным анализом спектров 13С-ЯМР и ХН-ЯМР высокого разрешения (500 МГц) с интегрированием протонов и определением КССВ, значения которых представлены в таблице 1.
Трифлат D-маннозы сертифицирован как прекурсор [1!^]ФДГ Он отвечает стандартным образцам фирм Aldrich и Sigma, и включает следующие показатели: чистота 99%; бесцветные кристаллы с т. пл.120-122°С; растворим в ДМСО, ацетонитриле, метиловом спирте, ацетоне; нерастворим в водных средах; данные хроматографии и элементного анализа, 1Н-, 1!^-ЯМР-, ИК- спектры; фасовка в стеклянные герметичные флаконы с полиэтиленовой пробкой обжатой алюминиевым колпачком, содержащие по 10, 20, 100 мг и более субстанции в соответствии с заказом на поставку. Кристаллические образцы ТАТМ выдерживались при разных сроках хранения и анализировались по сертификату и представленным физико-химическим данным в таблице 1.
Таблица 1. Хроматографические и спектральные характеристики ТАМ и ТАТМ
Соединение ТСХ, Rf*, (система) ВЭЖХ**, (время выхода, мин) 1Н-ЯМР (500 МГц), б, м.д., КССВ (Гц), CDCI3
ТАМ 0,35 (a) 0,16 (б) 0,11 (в) 3.15 2,05 (3H, c, CH3CO), 2,08 (3H, с, CH3CO), 2,12 (3H, с, CH3CO), 2,18 (3H, с, CH3CO), 2,41-2,74 (1H, д, OH, J2-oh=4.2), 3,81 (1H, ддд, H5, J4-5=10, J5-6a=5, J5-6a=2.4), 4,12 (1H, дд, H6b, J5-6=5, J6a-6b=12), 4,20 (1H, дт, H2, J2-oh=4,2, J2-3=3.1, J1-2=12), 4,31 (1H, дд, H6a, J5-6a=5, J6a-6b=12), 5,09 (1H, дд, H3, J2-3=3.1, Js-4=10, 5,39 (1H, т, H4, J3-4=10, J4-5=10), 5,80 (1H, д, H1, J1-2=1.2).
ТАТМ*** 0,64 (a) 0,35 (б) 0,22 (в) 4.11 2,04 (3H, c, CH3CO), 2,06 (3H, c, CH3CO), 2,08 (3H, c, CH3CO), 2,13 (3H, c, CH3CO), 3,08 (1H, м, H5), 4,12 (1H, дд, H6b, J5-6=2, J6a-6b=12), 4,23 (1H, дд, H6a, J5-6a=5, J6a-6b=12), 5,05-5,33 (3H, м, H2, H3, H4), 5.91 (1H, д, H1, J1-2=0.8).
Примечание: * Merck Kieselgel 60, УФ 254, детекция нагреванием
а) хлороформ : метанол = 20 : 1 б) этилацетат : гексан = 1: 1 в) ацетон : гексан = 2 : 1 ** ацетонитрил : вода = 2: 1; chromsil (Cm); УФ детекция (218 нм) *** [ajo20 (-) 1.6 + 0.5 (С1, CHCI3), + 100 + 0.5 (C1, CHCl3)
Установлено, что ТАТМ в сухом виде устойчив при хранении в морозильной камере в герметичном контейнере, в инертной атмосфере в течение 1 года и пригоден для практического применения, что неоднократно подтверждено высоким радиохимическим выходом [18F] ФДГ и его соответствием утвержденным фармстатьям предприятий РФ и европейской фармакопеи [49] при проведении диагностических ПЭТ-исследований в Институте мозга человека (Санкт-Петербург); РНЦ радиологии и
хирургических технологий (Санкт-Петербург); ЦКБ УДП (Москва); РНЦ сердечно-сосудистой хирургии им. Бакулева (Москва); Онкологическом Челябинском диспансере; ВМедА им. С.М. Кирова (Санкт-Петербург).
Важным этапом при получении РФП - [^]ФДГ является соблюдение оптимальных условий дезацети-лирования 1,3,4,6-тетраацетил-О-[18^]ФДГ ([18F]-TAQ под действием соляной кислоты или гидроокиси натрия с практически полным исключением (или в допустимых количествах) образования побочных веществ 2-хлор-2-де-зоксиглюкопиранозы (2-ХДГ) под действием иона хлора или эпимера 2-фтор-маннопиранозы (ФДМ) [50, 51]. Количество этих примесей в [^]ФДГ строго регламентировано в фармстатьях предприятий РФ и зарубежной фармакопеи [49], что заслуживает тщательного исследования. Кислотный гидролиз [^]-ТАГ при получении [18F] ФДГ проводится соляной кислотой в относительно жестких условиях (2 н HCl, 120-140 °С, 5-10 мин), в отличие
от щелочного гидролиза 0,3 н NaOH (1-2 мин, 20 °С), позволяющего упростить процедуру синтеза [^]ФДГ и сократить потери продукта за счет проведения реакции ну-клеофильного радиофторирования и гидролиза в одном реакционном сосуде, что использовано в роботизированном синтезе [^]фДг [19, 25]. Особые требования предъявляются при кислотном дезацетилировании [^]-ТАГ в связи с возможным образованием примеси токсичной 2-ХДГ, и, кроме того, вследствие кислотно катализируемой эпимеризации ФДГ ^ ФДМ, особенно при повышении кислотности среды: 0,1 н HCl - количество ФДМ - 0 %; 3 н HCl - 2 %; 5 н HCl - 21 %; 8 н HCl - 27 % (при нагревании до 110 °С в течение 30 мин). В тех же условиях при гидролизе 8 н CH3SO3H количество ФДМ достигает 44 % [52]. Реакция обратима, и может быть использована в синтезе этих эпимеров [53]. Механизм таутомерных кольчато-цепных превращений углеводов представлен на схеме 4.
Схема 4.
Аналогичным образом с помощью ВЭЖХ 1Н и ^-ЯМР спектров высокого разрешения было установлено, что эпимеризация немеченой ФДГ в ФДМ при мольном соотношении ФДГ : NaOH 1 : 0,33 моль возрастает с повышением температуры от 25 до 80 °С и увеличением продолжительности реакции от 1 до 10 мин и составляет: при 25 °С - 0,1-0.2 %; при 50 °С - 0.6-2.0 %; при 80 °С - 7-27 % [54].
Степень эпимеризации даже при нагревании до 40-50 °С в течение 1-5 мин не превышает 0,5 % при концентрации щелочи 0,15-0,33 моль NaOH при достижении полного дезацетилирования [^]-ТАГ, что согласуется с оптимальными условиями получения РФП [^]ФДГ [19, 25].
Синтез стандартных образцов углеводов для идентификации примесей в [^]ФДГ
Для определения чистоты [^]ФДГ необходимо иметь стандартные образцы 2-ХДГ, ФДГ и ФДМ, получаемые холодным синтезом. 2-ХДГ получали двумя методами: хлорированием ацетата глюкаля (схема 5) [55, 56] или замещением высокореакционноспособной трифлат-ной группы в ТАТМ, по аналогии с синтезом ФДГ (схема 2), но под действием хлорида калия в присутствии КгурЮ-Ах 2.2.2. (ацетонитрил, 85 °С, 1 ч) или тетрабутиламмония хлорида (см.ниже) [57, 58].
Схема 5.
Прямое хлорирование (7) проводили хлором в сухом четыреххлористом углероде при -15^-20 °C и освещении в течение 30 мин. Продукт реакции представлял собой смесь 3,4,6-три-О-ацетил-2-хлор-2-де-зокси-а^-глюкопиранозилхлорида (8) и 3,4,6-три-О-аце-тил-2-хлор-2-дезокси-а^-маннопиранозилхлорида (10) в соотношении 4 : 1, которые разделяли на колонке с си-ликагелем с использованием в качестве элюента смеси пентан-серный эфир 2 : 1, при этом первым из колонки выходил (8) (контроль ТСХ: Rf, соответственно, 0,6 и 0,4 в той же системе) с выходом около 70 %. Гидролиз (8) 0,1 н HCl (100 °C, 3,5 ч) с последующей нейтрализацией карбонатом серебра приводил к 89 % выходу чистой 2-хлор-2-дезокси^-глюкозы (9). Физико-химические ха-
рактеристики 2-ХДГ из разных синтезов были идентичны, хотя наблюдались некоторые различия в температурах плавления из-за разных соотношений а- и р-аномеров (147-148 °С [55], 139-145 °С [56]). 2-ХДГ - бесцветные гигроскопичные кристаллы, Rf 0,45 (Силуфол УФ-254, хлороформ : метанол - 3 : 1), 1Н-ЯМР, D2O/DSS, 5, м.д.: 3,403,95 (10Н, м, С3Н, С4Н, С5Н, С6Н2, +5ОН), 5,37, 5,87 (1Н, д, С1Н, Аиг+руг).
Тетраацетат 2-ХДГ (12): 1Н-ЯМР, CDClз, 5, м.д.: 1,99, 2,03, 2,10 (6Н, с, ОС(О)СН3), 3,8-4,23 (2Н, м, Н5, Н6'), 4,31 (1Н, д, Н2, 023 = 3), 5,10-5,63 (2Н, м, Н3, Н4), 6,13 (1Н, д, Н1, ^2 = 2); 13С-ЯМР, CDClз, 5, м.д.: 20,67, 20,84 (СН3-СО), 56.44, 61.92, 64.97, 69.27, 71.23, 92.94 (С1-С6 цикл), 168.07, 169.26, 170.06, 170,62 (СН3-С=О).
Схема 6.
Исследованы различные способы получения ФДГ и ФДМ. Высокостереоспецифичным является способ Ха-махера [20] из трифлата D-маннозы (4), который пригоден для получения как [^]ФДГ, так и холодного синтеза неме-ченного ФДГ (схема 6).
Альтернативным способом получения ФДГ является нуклеофильное замещение 2-гидроксигруппы в ТАМ (5) действием диэтиламиносератрифторида в диглиме, с одновременным Вальденовским обращением конфигурации при С2-атоме углевода [58]. Эти способы использовались нами при приготовлении стандартных образцов 2-ХДГ и ФДГ.
Физико-химические свойства образцов ФДГ (15), полученных из разных синтезов, были идентичны. Они выделялись в виде бесцветного кристаллического вещества, представляющего собой смесь а- и р-аномеров с т. пл. 160-165 °С из этилацетата или 170-175 °С из метанола, с различной величиной удельного вращения в за-
висимости от соотношения аномеров и имели подобные спектры: 1Н-ЯМР ^ОЮББ), 5, м.д.: 3,32- 4,08 (4Н, м, Н3, Н4,Н5, Н6), 4,05 (1Н, ддд, Н2, Р-аномер), 4,36 (1Н, ддд, Н2, а-аномер), 4,92 (1Н, дд, Н1, р-аномер), 5,44 (1Н, д, Н1, а-а-номер); 13С-ЯМР ^СЬ, C6F6), 5, м.д.: 93,7 (д, С-1Р), 93,0 (д, С-2Р), 90,4 (д, С-2а), 89,8 (д, С-1а), 76,1 (с, С-5Р), 74,2 (д, С-3а), 71,3 (с, С-5а), 71,3 (д, С-3а), 69,4 (д, С-4Р), 69,3 (д, С-4а), 60,7 (с, С-6Р), 60,5 (с, С-6а).
В сравнении с методом Хамахера [20] заслуживает внимания результаты Бинкли с сотр. [57] по исследованию реакционной способности трифлатов пераце-тилированных углеводов с галоген-ионами, источниками которых являлись тетрабутиламмоний галогениды. Установлено, что при взаимодействии ТАТМ с тетрабутилам-моний хлоридом (или бромидом) при кипячении в бензоле с выходом 85-90 % получаются соответствующие тетраацетаты 2-хлор(или бром)-2-дезокси-р^-пиранози-ды (12 и 16) (схема 7).
Схема 7.
В отличие от реакции ТАТМ (4) с комплексом криптофикс-^ в ацетонитриле [20], взаимодействие 4 с тетрабутиламмоний фторидом протекает сложно с низким выходом тетраацетата ФДГ (17%) (14) и приводит к образованию побочных продуктов: 4,6-ди-О-ацетил-1,5-ангидро-2-деокси^-эритро-гекс-1-энитол-3-улоза (17) и 1,2,3,4,6-пента-О-ацетил-р^-глюкопираноза (2). Механизм реакции, предположительно, включает образование
|-0 Ас
J-о СН3ОН / Ag2C03
ОАс о Ас
г О Ас I 0ОМе
"
ОАс ОАс
19
интермедиата 1,3,4,6-тетра-О-ацетил-2-деокси-р^-эри-тро-гекс-2-эно-пираноза (18) (схема 7).
Физико-химические характеристики ФДГ представлены в таблице 2. По данным 1Н-ЯМР-спектров фДг представляет собой смесь а- и р-аномеров с химическими сдвигами 5,44 и 4,92 м.д. и КССВ 3,6 и 7,6 соответственно. Вместе с тем химические сдвиги ^ при С2 у обоих ано-меров имеют близкие значения - около 35,5 и 32,33 м.д.
гон ©
ОН он 20
ДМФА
нх,
fe5
О он 21
ОМе
О") оп
/ )—О ОМе (CF3S02)20 / )—о ОМе (С4Н9).
О ОН 22
Bz = СН2С6Н5
23
Схема 8.
Таблица 2. Хроматографические и спектральные характеристики ФДГ и ФДМ
cd io cd ° 1 § ТСХ, Rf*, (система) Х**, (вре- выхода, мин) 1Н-ЯМР (500 МГц), б, м.д., кссв (J1-2 ,Гц), D2O/DSS ^-ЯМР, б, м.д., КССВ (Гц), C6F6
? * С * к 0) ^ cq С1Н-а-а-номер С1Н-р-ано-мер а Р
ФДГ 174176 0,17 (а) 0,31 (б) 9,5 5,44 (д) (3,6) 4,92 (д) (7,6) 32,51 Jh-1,f <0,5 Jh-2,f 49,0 Jh-3,f 14,5 32,33 Jh-1,f 2,5 Jh-2,f 50,0 Jh-3,f 14,5
ФДМ 130132 0,25 (а) 0,39 (б) 7,4 5,42 (1,8) 5,06 (1,0) 38,2 56,6
Примечание: * Merck Kieselgel 60, УФ 254, детекция нагреванием
а) ацетон : гексан = 1:1 б) хлороформ : метанол = 9:1 ** ацетонитрил : вода = 2 : 1; chromsil (Cw); УФ детекция (218 нм)
ФДМ долгое время была коммерчески труднодоступна. В 80-х годах был опубликован стереоспецифичный шестистадийный синтез ФДМ (схема 8) из метил-4,6-О-бен-зилиден-а^-пиранозида (22) путем его бензилирования и трифлатирования до соответствующего 1-метил-4,6-бен-зилиден-2-О-трифторметансульфонил-р^-глюкопирано-
CHNO,
I 2
кшу (H)F — CH(F) ОНСН2СН2ОН | 1)(CH3C0)20
.СП
oCl
зида (20), где трифлатная группа замещалась на фтор те-трабутиламмонийфторидом с инверсией конфигурации при С2 [59, 60]. После снятия защитных групп во фторированном продукте 24 50 % метансульфокислотой получали чистую ФДМ (25) с выходом 5-8 % в расчете на исходную 1-метил-р^-глюкозу (20). Способ не имеет препаративного значения. Субстанция ФДМ, в отличие от ФДГ, высоко гигроскопична, не устойчива на воздухе. ФДМ хранят в ли-офильно высушенном виде в ампулах. [^]-ФДМ имеет самостоятельное значение как РФП.
Изучение спектров 1Н-ЯМР высокого разрешения показало, что ФДГ и ФДМ имеют лишь незначительные различия, недостаточные для строгой идентификации по химическим сдвигам аномерных протонов и КССВ (таблица 2) [17, 54]. Однако, существенные различия имеются в химических сдвигах фтора в спектрах ^-ЯМР, где разница у а-аномера составляет около 5,7 м.д., а у р - 24,3 м.д. [17, 18].
Разработаны методы совместного получения ФДМ и ФДГ. Сложным способом является взаимодействие труднодоступного 1,2-ангидро-3,4:5,6-ди-О-изо-пропилиден-1-С-нитро^-маннитола (26) с бифторидом калия в этиленгликоле с образованием изомерных линейных альдоизомеров (27, 27а), которые после снятия защитных групп превращаются в трудноразделимую смесь ФДГ и ФДМ (схема 9) [61].
2) Н+
не—О'
:С(СНз)2
НС—О,
с—О Н2
С(СНА
27(27а)
i-OAc J-О ОМе
ОАс р
14
1-ОН
)-о.
-^Ас -О ОМе
ОАс
24
1-ОН
)—о.
|хОП + /он F^WVOH
он F он
Схема 9.
F 15 ФДГ
он 25 ФДМ
Для получения эпимеров ФДГ и ФДМ может быть использован способ кислотно-основной эпимеризации этих фтор-дезокси сахаров [50, 54].
Методы прямого электрофильного фторирования производных глюкозы при получении ФДГ и ФДМ подробно рассмотрены в работах [7, 9-18]. Недавно был создан ряд новых электрофильных N-F-фторирующих агентов [62, 63]. Среди них широкое распространение в органической химии получил Селектфтор (1-хлор-метил-4-фтор-1,4-диазониабицикло[2.2.2]октанбис-(-
тетрафторборат - F-TEDA-BF4) [64, 65]. Селектфтор является стабильным твердым веществом с высокой температурой плавления, легким в обращении. Он хорошо растворим в воде, метаноле, диметилформа-миде, но не устойчив при нагревании в растворах ди-метилсульфоксида и щелочах. Реагент коммерчески доступен в больших количествах. Селектфтор реагирует с гликалями по механизму конкурентного введения нуклеофила в аномерное положение углевода (схема 10) [66, 67].
ОАс АС°\ о Ас
ACOV ^ 0 W l?AC Селектфтор tV
?BF4 F —N BF4 F
i > Селектфтор q
Схема 10.
Селектфтор был применен нами для одновременного синтеза ФДГ и ФДМ с модификацией способа [67], где эпимерные фтордезоксимоносахариды получались лишь в миллиграммовых количествах с хромато-графическим выделением (ВЭЖХ) в виде тетраацетатов. Установлено, что фторирование 3,4,6-три-О-ацеил-глю-каля (7) можно проводить в значительно больших количествах (2-3 грамма исходного) с сокращением избытка
1) Селектфтор в 50% вод. ДМФА
2) (СН3С0)20 / Ру
Образовавшуюся смесь тетраацетатов ФДГ (14) и ФДМ (24)с Rf 0,31 и 0,26 (гексан - этилацетат - 1 : 1). разделяли колоночной хроматографией на силикагеле при соотношении вещество-сорбент 1 : 100 (градиент аце-тон-гексан), с дополнительной кристаллизацией из смеси этилацетат-гексан с выходом чистых тетраацетатов ФДГ (14) (т. пл. 75-76 °С) и ФДМ (24) (т. пл. 66-67 °С) 20 % и 39 %. 1Н-ЯМР спектры (CDClз) этих соединений соответствовали литературным данным, 5, м.д.: (14) - 2,01-2,27 (12Н, с, 4*СОСН3), 3,96-4,02 (2Н, м, Н5, Н6), 4,61 (1Н, м, Н2), 5,48 (1Н, м, Н3), 6,35 (1Н, д, Н1); (24) - 2,12-2,27 (12Н, с, 4*СОСН3), 4,13 (1Н, м, Н5), 4,18-6,28 (2Н, дд, Н6), 5,23 (1Н, м, Н3), 6,23 (1Н, ^ 8.5 Гц). Дезацетилирование 14 и 24 по Земплену приводило к чистым фДг - 15 и ФДМ - 25, которые были идентичны вышеописанным образцам этих соединений.
Выводы
Обобщены исследования по различным способам получения и физико-химическим свойствам производных D-глюкозы и D-маннозы, применяемых в позитрон-ной эмиссионной томографии.
Модифицирован метод получения трифлата D-маннозы - прекурсора радиофармпрепарата - [^]ФДГ,
фторреагента, при мольном соотношении 1 : 2-2,5. Реакция проводилась в 50 % водном диметилформамиде при 40-45 °С в течение 8-9 ч (контроль ТСХ) до образования аномерной смеси частично ацетилированных ФДГ и ФДМ. Полное ацетилирование этих фторуглеводов осуществлялось после выпаривания реакционной массы в вакууме действием уксусного ангидрида в присутствии каталитических количеств пиридина.
ФЖ 15
'з > ФЛМ 25
включая синтез ключевых полупродуктов и стандартных образцов для идентификации возможных примесей в радиофармпрепарате.
Изучен механизм кислотно-основной эпимеризации ФДГ в ФДМ. Осуществлен независимый синтез ФДГ и ФДМ электрофильным фторированием 3,4,6-три-О-аце-тил^-глюкаля Селектфтором с разработкой хроматогра-фического способа разделения эпимерных производных. Строение целевых соединений доказано независимыми синтезами и подтверждено данными 1Н, 13С, ^F-ЯМР- и ИК-спектроскопии и хроматографии.
Сертифицированный трифлат D-маннозы прошел успешные испытания при клиническом применении [^]ФДГ для диагностики заболеваний в ведущих ПЭТ-центрах РФ.
Литература
1 Phelps M.E., Mazziotta J.C. and Schelbert H.R. (Eds.). Positron Emission Tomography and autoradiography. Principles and application for the brain and heart. Raven Press, New York, 1985, р.704.
2. Paans A.M.J., van Waarde A., Elsinga P.H., Willemsen A.T.M., Vaalburg^ W. Positron emission tomography: the conceptual idea using a multidisciplinary approach //
AcO
24
Схема 11.
ОАс
7
Methods, 2002, Vol. 27, pp. 195-207.
3. Медведев С.В., Скворцова Т.Ю., Красикова Р.Н. ПЭТ в России: позитронно-эмиссионная томография в клинике и физиологии. СПб.: Астрель-СПб, 2008, 319 с.
4. Кодина Г.Е., Красикова Р.Н. Методы получения радиофармацевтических препаратов и радионуклидных генераторов для ядерной медицины. М.: Изд. дом МЭИ, 2014, 281 с.
5. Wood K.A., Hoskin P.J., Saunders M.L. Positron Emission Tomography in Oncology: A Review. // Clin. Oncol., 2007, Vol. 19, pp. 237-255.
6. Gallagher B.M., Fowler J.S., Gutterson N.I., MacGregor R.R., Wan C.N., Wolf A.P. Metabolic trapping as a principle of radiopharmaceutical design: some factors responsible for the biodistribution of [18F]-2-deoxy-2-fluoro-D-glucose // J. Nucl. Med., 1978. Vol. 19, pp. 1154-1161.
7. Gatley, S.J, Holden, J.E., DeGrado, T.R., Ng, C.K., Halama, J.R., and Koeppe, R.A. Preparation of Fluorine-18 Deoxyfluorohexoses for Metabolism and Transport Studies. Chapter 9 in Fluorinated Carbohydrates: Chemical and Biochemical Aspects (Edided by Taylor N.F.) American Chemical Society. 1988, Vol.374, pp.156-175.
8. Ido T., Wan C-N., Casella V. [et al.]. Labeled 2-de-oxy-D-glucose analogs, 18F-labeled 2-deoxy-2-fluoro-D-glu-cose, 2-deoxy-2-fluoro-D-mannose and 14C-2-deoxy-2-fluoro-S-glucose // J. Label. Compds. Radiopharm., 1978, Vol. 14. pp. 171-183.
9. Ido T., Wan C.-N., Fowler J.S., Wolf A.P. Fluo-rination with Molecular Fluorine. A Convenient Synthesis of 2-deoxy-2-fluoro-D-glucose // J. Org. Chem., 1977, Vol. 43, pp. 2341-2342
10. Ishiwata K., Ido T. Contamination of 2-Deoxy 2-[18F]-Fluoro-D-mannose in the 2-Deoxy-2-[18F]-Fluoro-D-Glucose Preparations Synthesized from [18F]acetilhypofluo-rite and [18F]F2 // Appl. Radiat .and Isotop., 1987. Vol. 38. № 6. pp. 463-466.
11. Van Rijn C.J.S., Herscheid J.D.M., Visser G.W.M. On the Stereoselectivity of the Reaction of [18F]acetylhypoflu-orite with Glycals // Int. J. Appl. Radiat. Isot. 1985. Vol. 36, No 2, pp. 111-115.
12. Shiue C.-Y., Salvadori P.A., Wolf A.P., Fowler J.S., MacGregor R.R .A New Improved Synthesis of 2-Deoxy-2-[18F]-Fluoro-D-Glucose from 18F-labeled Acetyl Hypofluorite // J. Nucl. Med, 1982, Vol. 23, pp. 899-903.
13. Bida G.T., Satyamurthy N., Barrio J.R. The Synthesis of 2-Deoxy- 2-[18F]-Fluoro-D-Glucose Using Glycals: A Reexamination // J. Nucl. Med. 1984. Vol. 25. pp. 1327-1334.
14. Shiue Chyng-Yann [et al.]. Gas-liquid Chromatographic Determination of Relative Amounts of 2-deoxy-2-flu-oro-D-glucose and 2-deoxy-2-fluoro-D-mannose Synthesized from Various Methods // J. Labelled Compounds and Radiopharm. 1984. V. 22, No 5, pp. 503-508.
15. Korytnyk W., Valentekovic-Horvat S. Reactions of Glycals with Xenon Fluoride: an Improved Synthesis of 2-Deoxy-2-Fluorosaccharides // Tetr. Lett., 1980, Vol. 21, pp. 1493-1496.
16. Shiue C.-Y., To K.-C., Wolf A.P. A Rapid Synthesis of 2-Deoxy- 2-Fluoro-D-Glucose from Xenon Difluo-ride Suitable for Labelling with 18F // J. Label. Compd. Radiopharm., 1983, Vol. 20, pp. 157-162.
17. Oberdorfer F., Hull W.E., Traving B.C. Synthesis and Purification of 2-Deoxy 2-[18F]-Fluoro-D-Glucose and 2-Deoxy 2-[18F]-Fluoro-D-mannose: Characterization of Products by *H- and 19F-NMR Spectroscopy // Appl. Radiat. and Isotop., 1986, Vol. 37, No 8, pp. 695-701.
18. Adamson J., Foster A.B., Hall L.D., Johnson R.N., Hesse R.H. Fluorinated Carbohydrates: part III. 2-de-oxy-2-fluoro-D-glucose and 2-deoxy-2-fluoro-D-mannose // Carbohyd. Res., 1970, Vol.15, pp. 351-359.
19. Красикова Р.Н. Роботизированный синтез радиофармпрепаратов для позитронной эмиссионной томографии // Радиохимия, 1998, Т. 40, Вып. 4, c. 352-361.
20. Hamacher K., Coenen H.H., Stocklin G. Efficient
Stereospecific Synthesis of No-Carrier-Added 2-Deoxy-2-[18F]-Fluoro-D-Glucose Using Aminopolyether Supported Nucleop-hilic Substitution // J. Nucl. Med., 1986, Vol. 27, pp. 235-238.
21. Корсаков М.В. Основы ПЭТ радиохимии. СПб.: ТЕЗА, 2002. 180 с.
22. Fuchtner F., Steinbach J., Mading P., Johannsen B. Basic hydrolysis of 2-[18F]fluoro-1,3,4,6-tetra-O-acetyl-D-glucose in the preparation of 2-[18F]fluoro-2-deoxy-D-glucose // Appl. Radiat. Isotop., 1996, Vol. 47, pp. 61-66.
23. Mosdzianowski C., Lemaire C., Lauricella B. Routine and multi-curie level productions of [18F]FDG using an alkaline hydrolysis on solid support // J. Label. Compds. Radiopharm., 1999. Vol. 42, pp. 515-516.
24. Гомзина Н.А., Васильев Д.А., Красикова Р.Н. Оптимизация роботизированного синтеза 2-[18F] фтор-2-дезокси^-глюкозы на основе щелочного гидролиза // Радиохимия. 2002. Т. 44. С. 366-372.
25. Федорова О.С., Кузнецова О.Ф., Красикова Р.Н. Автоматизация процессов нуклеофильного радиофторирования на примере синтеза 1!^-фтордезоксиглюкозы для позитронной эмиссионной томографии // Медицинская физика, 2010, № 2, c. 61-72.
26. IAEA RADIOISOTOPES AND RADIOPHAR-MACEUTICALS SERIES No. 3 Cyclotron Produced Radio-nuclides: Guidance on Facility Design and Production of Fluorodeoxyglucose (FDG). 2012, STI/PUB/1515 (ISBN: 97892-0-117310-2), p.153.
27. Krasikova R.N.. PET radiochemistry automation: State of the art and future trends in 18F-nucleophilic fluorina-tion // Curr. Org. Chem., 2013. Vol. 17(19), pp. 2097-2107.
28. Bouvet VR, Wuest F. Application of [18F]FDG in radiolabeling reactions using microfluidic technology // Lab Chip., 2013, Vol. 13(22), pp. 4290-4294.
29. Toyokuni, T., Dileep Kumar, J.S, Gunawan, P,, Basarah, E.S, Liu J., Barrio, J.R, Satyamurthy, N. Practical and reliable synthesis of 1,3,4,6-tetra-O-acetyl-2-O-trifluoro-methanesulfonyl-p-D-mannopyranose, a precursor of 2-de-oxy-2-[18F]-fluoro-D-glucose (FDG) // Mol. Imag. Biol., 2004. Vol. 6, No 5, pp. 324-330.
30. Hung J.C. Comparison of Various Requirements of the Quality Assurance Procedures for 18F-FDG Injection // J. Nucl. Med. 2002, Vol. 43, pp. 1495-1506.
31. Deferrari D.O., Gross E.G. Methylation of carbohydrates bearing base-labile substituents, with diazometh-ane-boron trifluoride etherate II. A new synthesis of 2-O-meth-yl-D-mannose // Carbohyd. Res., 1967, Vol. 4. pp. 432-434.
32. Методы исследования углеводов: пер с англ. / под ред. А.Я. Хорлина. М.: Мир, 1975. С. 279.
33. Бовин Н.В., Зурабян С.Э., Хорлин А.Я. О ну-клеофильном замещении при С2 гексопираноз // Изв. АН СССР, сер. хим. 1981. № 7. С. 1638-1641.
34. Kovac P. A shot synthesis of 2-deoxy-2-fluo-ro-D-glucose // Carbohydr. Res., 1986, Vol. 153, pp. 168-170.
35. Студенцов Е.П., Корсаков М.В., Щукин Е.В., Есманский А.А., Мостова М.И Метод синтеза 2-[18F]-2-деокси^-глюкозы: пат. 2165266 Рос. Федерация. № 2000116601/14; заявл. 20.06.2000; опубл. 20.04.2001. Бюл. № 11. 21 с.
36. Helferich B., Zirner J. Synthese einiger Disac-charide // Chem. Ber., 1962, Vol. 95, pp. 2604-2611.
37. King J.F., AllbuttA.D. Remarkable stereoselectivity in the hydrolysis of dioxolenium ions and orthoesters fused to anchored six-membered rings // Can. J. Chem., 1970, Vol. 48, pp. 1754-1769.
38. Gordon J.F. Chittenden A simplified synthesis of a-D-galactopyranose 1,3,4,6-tetraacetate // Carbohyd. Res., 1988, Vol. 183, pp. 140-143.
39. Dick W.E. Hydrolyses of intermediate acetoxoni-um ions derived from D-glucose // Carbohyd. Res., 1972, Vol. 21, pp. 255-268.
40. Кочетков Н.К., Бочков А.Ф., Дмитриев Б.А. [и др.]. Методы химии углеводов / под ред. Н.К. Кочеткова. М.: Мир, 1967, c. 512.
41. Бочков А.Ф., Афанасьев В.А., Заиков Г.Е. Образование и расщепление гликозидных связей. М.: Наука, 1978. 180 с.
42. Pozsgay V., Glaudemans P.J., Robbins J.B., Schneerson R. Synthesis of a Tetrasaccharide Building Block of the O-Specific Polysaccharide of Shigella dysenteria Type 1 // Tetrahedron, 1992, Vol. 48, No 47, pp. 10249-10264.
43. Жданов Ю.А. [и др.]. Практикум по химии углеводов / под ред. Ю.А. Жданова. М.: Высшая школа, 1973. 203 c.
44. Banaszer A., Cornet X.B., ZamoiskiA. A new, efficient method for hydrolysis of the anomeric acetyl group in substituted hexopyranoses // Carbohyd. Res., 1985, Vol. 144, pp. 342-345.
45. Клящицкий, Б.А., Страхова, Г.Д., Швец, В.И., Соколова, С.Д., Преображенский Н.А. Исследования в области ассиметрично замещенных производных мио-инозита. 1. Разделение рацемической смеси 1,4,5,6-те-тра-О-бензилмиоинозита, полный синтез (-)-борнезита. // ЖОХ, 1970, Т. 40., Вып. 1., С. 236-241.
46. Mazurek M., Perlin A.S. Synthesis of p-D-mannose 1,2-ortoacetates // Canad. J. Chem. 1965. V. 43. P. 1918-1919.
47. Гахокидзе А.М., Кутидзе Н.Д. Синтез дисаха-ридов. VII. Синтез маннозидо-2-маннозы // Журн. общей химии. 1952. Т. 22. С. 247-250.
48. Zhu H-Y., Jiang S-D. 1,3,4,6-Tetra-O-ace-tyl-2-(trifiuoromethylsulfonyl)-p-D-mannopyranose // Acta Cryst. 2007. E63. Р. 2833-2838.
49. EUROPEAN PHARMACOPOEIA Third Edition, Monograph: Fludeoxyglucose (18F), (1996), Injection in: European Pharmacopoeia (Suppl. 1999). p. 1817
50. Meyer G.-J., Matzke K.H., Hamacher K. The stability of 2-[18F]fiuoro-deoxy-D-glucose towards epimerization under alkaline conditions // Appl. Padiat. Isot., 1999, Vol. 51, pp.37-41.
51. Meyer G.-J., Coenen H.H., Waters S.L. Quality assurance and quality control of short lived radiopharmaceuticals for PET. In: Radiopharmaceiticals for Position Emission Tomography (Edided by Stocklin G., Pike V.W.), Kluwer Acad. Publ., Dordrecht., 1999, pp. 91-150.
52. Haradahira T., Maeda M., KanazawaY. Acid-catalyzed epimerization of 2-deoxy-2-fluoro-D-hexoses // Chem. Pharm. Bull., 1986, Vol. 34, No 3. pp. 1407-1410.
53. Varelis P., Barnes R.K. Epimerization of 2-De-oxy-2-[18F]fiuoro-D-glucose Under Basic Conditions. A Convenient Method for the Preparation of 2-Deoxy-2-[18F]fiuo-ro-D-mannose // J. Appl. Rodiat. Isot., 1996, Vol. 47. No 8, pp. 731-733.
54. Phillips L., Wray V. Stereospecific electronegative effects. Part 1. The 19F nuclear magnetic resonance spec-
tra of deoxyfluoro-D-glucopyranoses // J. Chem. Soc. (B), 1971, pp. 1618-1624.
55. Adamson J., Foster A.B. 2-Chloro-2-Deoxy-D-Glucose and 2,2-Dichloro-2-Deoxy-D-Arabino-Hexose // Carbohyd. Res., 1969, Vol. 10, No 4, pp. 517-523.
56. Glaudemans C., Fletcher H. Substitution at the 2-or 3-hydroxyl Group of D-Glucose // Carbohyd. Res., 1968, Vol 7, pp. 480-482.
57. Binkley R.W., Ambrose M.G., Hehemann D.G. Reactions of per-O-acetylated carbohydrate triflates with ha-lide ions // J. Carbohydr. Chem., 1987, Vol 6, No 2, pp. 203219.
58. Pavliak V., Kovac P. A shot synthesis of 1,3,4,6-tetra-O-acetyl-2-azido-2-deoxy-ß-D-glucopyranose and the corresponding a-glucosyl chloride from D-mannose // Carbohydr. Res., 1991, Vol. 210, pp. 333-337.
59. Jeanloz Roger W., Jeanloz Dorothy A.. Partial Esterification of Methyl 4, 6-O-Benzylidene-a-D-glucopyrano-side in Pyridine Solution // J. Am. Chem. Soc., 1957, Vol. 79, pp. 2579-2581.
60. Luxen A., Satyamurthy N., Bida G.T., Barrio J.R. Stereospecific Approach to the Synthesis of 2-deoxy-2-[18-F]-Fluoro-D-mannose // Appl. Radiat. Isot., 1986, Vol. 37, No 5, pp. 409-413.
61. Szarer W.A., Hay G.W., Doboszewski B. Reaction of 1,2-anhydro-3,4:5,6-di-O-isopropylidene-1-C-nitro-D-mannitol with potassium hydrogenfluoride in ethylene glycol: a syhthesis of 2-deoxy-2-fluoro-D-glucose // Carbohydr. Res., 1986, Vol. 155, pp. 107-118.
62. Lal G. Sankar, Pez Guido P., Syvret Robert G.. Electrophilic NF Fluorinating Agents // J. Chem. Rev., 1996, Vol. 96, pp. 1737-1755.
63. Singh Rajendra P., Shreeve Jean'ne M. Recent Highlights in Electrophilic Fluorination with 1-chloromethyl-4-fluoro-1, 4-diazoniabicyclo[2.2.2.]octanebis-(tetrafluoroborate) // J. Acc. Chem. Res., 2004, Vol. 37, pp. 31-44
64. Sinch R., Shreeve J. Recent Highlights in Electrophilic Fluorination with 1-Chloromethyl-4-fluoro-1,4-diazonia-bicyclo [2.2.2]octane-Bis (tetrafluoborate) // Acc. Chem. Res., 2004, Vol. 37, pp. 31-44.
65.Stavber S., Zupan M. Selectfluor F-TEDA-BF4 as a Versalite Mediator of Catalist in Organic Chemistry // Acta Chim. Slov., 2005, Vol. 52, pp. 13-26.
66. Burkart Michael D., Zhang Zhiyuan, Hung Shang-Cheng. A New Method for the Synthesis of Fluoro-carbohydrates and Glycosides Using Selectfluor // J. Am. Chem. Soc., 1997, Vol. 119, pp. 11743-11746.
67. Stick Robert V., Watts Andrew G. The Chameleon of Retaining Glycoside Hydrolases and Retaining Glycosyl Transferases: the Catalytic Nucleophile // Monatshefte für Chemie, 2002, Vol. 133, pp. 541-554.
