新型螯合剂、高度发光和稳定的螯合物及其用途

摘要

本发明涉及一组新型的螯合剂、新型的螯合物、用所述螯合物或螯合剂做标记的生命分子以及与所述螯合物、螯合剂或标记生命分子共轭的固体载体。特别是本发明涉及可用于低聚核苷酸或低聚肽固相合成的新型螯合剂以及由此得到的低聚核苷酸和低聚肽。

说明书

                     发明领域

本发明涉及一组新型的螯合剂、新型的螯合物、用所述螯合物或螯合剂做标记的生命分子以及与所述螯合物、螯合剂或标记生命分子共轭的固体载体。

                     发明背景

此处用于阐明本发明背景的各种公开及其它材料、特别是提供有关涉及到实施的补充细节的案例通过引用并入本文。

由于各种镧系元素(III)螯合物具有独特的发光性能，人们通常在各种各样的常规和科学研究应用中将其用作非放射性标记物。因为镧系元素(III)螯合物能够发出强烈的、长衰变期的辉光，因而在敏感度要求高的分析中它们是理想的标记物。基于镧系元素螯合物的时间分辨荧光分析在诊断学、科研和高通量筛选中的应用日趋广泛。非均相DELFIA^技术应用于要求特殊敏感度、耐久性和多标记途径的分析中[Hemmil等，Anal.Biochem.1984，137，335-343]。高度发光的稳定螯合物的研制成功将时间分辨的用途扩展至基于荧光共振能传递(TR-FRET)、荧光淬灭(TR-FQA)或结合反应期间螯合物的发光性能发生改变的均相分析[Hemmil，I.；Mukkala，V.-M.Crit.Rev.Clin.Lab.Sci.2001，38，441-519]。

绝大多数情况下共轭反应是在溶液中介于生物活性分子(如蛋白质、肽、核酸、低聚核苷酸或半抗原)的氨基或巯基与镧系元素(III)螯合物的异硫氰酰基(isothiocyanato)、卤代乙酰基、3，5-二氯-2，4，6-三嗪基衍生物以及其它信息基团之间进行的。由于在所有的情况中所述标记反应均采用过量的活化标记进行，因此繁复的纯化过程是无可避免的。特别是在几个反应性相似的功能团的存在下当需要附着数个标记分子或特异部位的标记时，所需生命分子共轭的离析与表征极其困难，并且通常是几乎不可能做到的。大的生命分子(如蛋白质)的液相标记自然无法避免。在这些情况中，所述标记反应必须尽可能地具有选择性和有效性。

为了开发出适合于各种时间分辨荧光应用的新型高度发光的螯合物标记，人们进行了大量的尝试。这些成果包括，例如稳定的螯合物，它们由作为能量调节基团的各种吡啶衍生物[US 4,920,195、US4,801,722、US 4,761,481、PCT/FI91/00373、US 4,459,186、EP A-0770610、Remuinan等，J.Chem.Soc.Perkin Trans 2，1993，1099]；各种联吡啶衍生物[US 5,216,134]；各种三联吡啶衍生物[US4,859,777、US 5,202,423、US 5,324,825]或各种酚类化合物[US4,670,572、US 4,794,191、意大利专利42508 A789]以及作为螯合组成部分的多元羧酸所组成。此外，人们还公开了各种二元羧酸盐衍生物[US 5,032,677、US 5,055,578、US 4,772,563]、大环穴状化合物[US4,927,923、WO 93/5049、EP-A-493745]和大环席夫碱[EP-A-369-000]。人们还公开了通过固相合成方法，用发光标记物标记生物特异粘合反应剂(如半抗原、肽、受体配体、药物或PNA低聚物)的方法[US6,080,839]。人们也开发出在固相上多重标记低聚核苷酸的类似策略[EP A 1152010、EP A 1308452]。

虽然人们已经公开过包含芳基吡啶二酸和芳基取代的2，6-双[N，N-二(羧基烷基)氨基烷基]吡啶部分的荧光稀土螯合物[Hemmil等，J Biochem Biophys Methods 26；283-90(1993)；US 4,761,481]，但本发明在此处所述的螯合物或螯合剂并未在此前公开过。

                  发明目的及概述

本发明的主要目的在于提供各种可用于标记生命分子，在时间分辨荧光光谱、磁共振成像(MRI)或正电子成像术(PET)中用作探针的螯合剂及其金属螯合物。

本发明的特别目的在于提供用不同的螯合镧系元素离子，特别是用铕(III)、钐(III)、铽(III)和镝(III)发出很强荧光的螯合剂。这些镧系元素螯合物在多参数生物亲和分析以及候选药物的高通量筛选中尤其有用。

本发明的另一个目的在于提供各种螯合剂，得到高稳定性的金属螯合物。一个特别的目的在于获得稳定性足够强、能够用于体内各种应用(如在MRI或PET应用)中的螯合物。

本发明的另一个目的在于提供适合于在溶液中标记生命分子的螯合物或螯合剂。

本发明的另一个目的在于提供适合于与其在固相上合成的同时标记低聚肽或低聚核苷酸的螯合物。

本发明的另一个目的在于提供与本发明的螯合物、螯合剂或生命分子共轭的固体载体。

因此，本发明的第一个方面涉及螯合剂，所述螯合剂包含：

-包含两个或两个以上芳族单元的发色部分，其中至少一个芳族单元为三烷氧基苯基吡啶基基团，其中所述烷氧基相同或不同，并且所述吡啶基为i)彼此之间直接系留在一起，分别形成联吡啶基或三联吡啶基基团；或ii)彼此之间通过含N的烃链系留在一起；

-包含至少两个直接或通过含N的烃链附着于发色部分的芳族单元上的羧酸或膦酸基团或所述酸的酯或盐的螯合部分；和

-任选直接或通过连接体x系留于所述发色部分或系留于螯合部分的反应基A，所述反应基A能够粘合于固相的生命分子或官能团上。

本发明的另一个方面涉及螯合物，所述螯合物包含：

-金属离子；

-包含两个或两个以上芳族单元的发色部分，其中至少一个芳族单元为三烷氧基苯基吡啶基基团，其中所述烷氧基相同或不同，并且所述吡啶基为i)彼此之间直接系留在一起，分别形成联吡啶基或三联吡啶基基团；或ii)彼此之间通过含N的烃链系留在一起；

-包含至少两个直接或通过含N的烃链附着于发色部分的芳族单元上的羧酸或膦酸基团或所述酸的酯或盐的螯合部分；和

-任选直接或通过连接体x系留于所述发色部分或系留于螯合部分的反应基A，所述反应基A能够粘合于固相的生命分子或官能团上。

本发明的第三个方面涉及与本发明螯合物共轭的生命分子。

本发明的第四个方面涉及与本发明螯合剂共轭的生命分子。

本发明的第五个方面涉及与本发明的螯合物或标记生命分子共轭的固体载体。

本发明的第六个方面涉及标记的低聚肽，通过将本发明适宜的螯合剂引入到低聚肽合成器上的低聚肽结构内，接着进行脱保护并任选引入金属离子在固相上进行合成获得所述标记的低聚肽。

本发明的第七个方面涉及标记的低聚核苷酸，通过将本发明适宜的螯合剂引入到低聚核苷酸合成器上的低聚核苷酸结构内，接着进行脱保护并任选引入金属离子在固相上进行合成获得所述标记的低聚核苷酸。

本发明的第八个方面涉及适用于低聚核苷酸合成中的、与权利要求1的螯合剂共轭的固体载体，其中反应基A通过连接体x与所述螯合剂连接，并且A为：

-E-O-x’-

其中：

x’为与固体载体连接的连接体，与连接体x相同或不同；

E可不存在，或为适用于改性低聚核苷酸合成中的嘌呤或嘧啶基团或任何其它改性碱基，所述碱基通过：

i)用受保护的羟乙基取代的烃链与氧原子连接；或通过

ii)适用于改性低聚核苷酸合成中的呋喃环或吡喃环或任何改性的呋喃或吡喃环与氧原子连接。

                     发明详述

螯合剂

基于其中发色部分绝大多数为包含一个或一个以上三烷氧基苯基吡啶基团的二价芳族结构的螯合剂和金属螯合物是新型的。所述三烷氧基苯基吡啶基团能够吸收光或能量，并将激发能传递给被螯合的镧系元素离子，从而得到强的荧光而与所用的镧系元素离子无关。除了所述的三烷氧基苯基吡啶基团之外，发色单元还可包含未取代的吡啶基团、含有其它取代基的吡啶基团和/或其它芳族基团。

在此处各具体的实施例所举例说明的化合物中，吡啶基团的4-位含有三烷氧基苯基取代基。虽然我们相信该位置是最优选的，但所述吡啶环的其它位置也可用于取代。

烷氧基基团优选为C1-C4烷氧基。

根据优选的实施方案，所述发色部分包含两个或三个吡啶基团，其中至少一个被三烷氧基苯基所取代。这些吡啶基彼此之间可以直接系留在一起，分别形成联吡啶基或三联吡啶基基团。或者更优选所述吡啶基彼此之间通过含N的烃链系留在一起。含N的烃链应理解为除了N之外不含其它杂原子或没有芳族基团的链。在这种情况中能获得稳定性相对好的螯合物。这种结构的螯合剂使得金属螯合物足够的稳定，同时也适合于在MRI和/或PET各种应用中的体内用途。

在螯合部分附着于发色部分的芳族单元的情况中，该螯合部分可附着于吡啶环或其上的取代基(如苯基)。

为了使螯合剂或螯合物共价粘合于生命分子或固体载体上，螯合剂或螯合物必须含有反应基A。但也存在其中这种共价粘合并非必不可少的应用。本发明的螯合化合物也可用于其中螯合物不需要反应基的应用中。这种技术的一个例子在例如Blomberg等，J.Immunological Methods，1996，193，199中有举例说明。另一个不需要反应基A的例子是嗜酸性细胞和嗜碱性细胞的分离。在该应用中，正电荷和负电荷的螯合物分别粘合于负电荷与正电荷的细胞表面上。

虽然原则上在许多应用中反应基A可以直接附着于发色基团或螯合部分上，但最理想的是在反应基A与发色基团之间或反应基A与螯合部分之间分别具有连接体x(特别是由于空间上的原因)。在螯合物必须用于低聚肽和低聚核苷酸的固相合成的情况中，所述连接体特别重要，但在生命分子的溶液标记中也是合乎需要的。

根据优选的实施方案，所述反应基A选自异硫氰酸根、卤代乙酰氨基、马来酰亚氨基、二氯三嗪基、二氯三嗪氨基、吡啶联硫基、硫代酸酯基、含氧氨基、酰肼基、氨基、聚合基团、羧酸或卤化酰基或其活性酯基。特别是在所述螯合物或螯合剂必须附着于微粒或纳米微粒的情况中，优选具有聚合基团的反应基。在这种情况下可以在颗粒的制造过程中将标记物引入至颗粒内。

所述连接体x优选由1-10个部分形成，每一个部分选自：亚苯基、含有1-12个碳原子的亚烷基、乙炔二基(-C≡C-)、乙烯二基(-C＝C-)、醚基(-O-)、硫醚基(-S-)、酰胺基(-CO-NH-、-CO-NR’-、NH-CO和-NR’-CO-)、羰基(-CO-)、酯基(-COO-和-OOC-)、二硫化物(-SS-)、二氮杂(-N＝N-)和叔胺，其中R’代表含有少于5个碳原子的烷基。

根据特别优选的实施方案，所述螯合剂为以下特定结构中的一种：

其中：Z¹、Z²和Z³为相同或不同的烷基；R⁶为烷基酯或烯丙酯；R⁷为烷基，n为0或1。

用于肽合成中的螯合剂

根据一个优选的实施方案，本发明的螯合剂适用于低聚肽的合成。在该应用中，反应基A通过连接体x与所述螯合剂连接，A为氨基酸残基-CH(NHR¹)R⁵，其中R¹为瞬变保护基，R⁵为羧酸或其盐、酰基卤或酯。特别优选的螯合剂为如下结构：

其中：x如前所定义，保护基R¹选自Fmoc(芴基甲氧基羰基)、Boc(叔丁氧基羰基)或Bsmoc(1，1-二氧合苯并[b]苯硫-2-基甲氧基羰基)，R⁶为烷基酯或烯丙酯，R⁷为烷基，Z¹、Z²和Z³为相同或不同的烷基，n为0或1。

借助于肽合成器可将螯合剂引入至生命分子内。例如通过碳二亚胺化学可使螯合剂与氨基系留的固体载体或固定化氨基酸偶合(也就是说在活化剂的存在下，标记试剂的羧酸官能团与固体载体或氨基酸的氨基基团进行反应)。当缩合步骤完成时，标记试剂的瞬变氨基保护基被选择性地移出，而所述材料仍附着于固体载体上(如在Fmoc-保护基的情况中通过哌啶附着于固体载体上)。然后如上述进行螯合剂或其它试剂(氨基酸、半抗原)的第二次偶合。当所需分子的合成完成后，将材料从固体载体上移除并进行脱保护。可通过HPLC技术进行纯化。最后通过加入已知量的镧系元素(III)离子将纯化后的配体转化为相应的镧系元素(III)螯合物。

用于低聚核苷酸合成的螯合剂

根据另一个优选的实施方案，本发明的螯合剂适用于低聚核苷酸的合成。在该情况中反应基A通过连接体x与螯合剂连接，A为：

-E-O-PZ-O-R⁴

其中：

氧原子中的一个任选被硫所置换，Z为氯或NR²R³，R⁴为保护基，R²和R³为烷基，E不存在或为适用于改性低聚核苷酸合成中的嘌呤碱基或嘧啶碱基或任何其它改性的碱基。所述碱通过：i)用受保护的羟乙基取代的烃链与氧原子连接；或通过ii)适用于改性低聚核苷酸合成中的呋喃环或吡喃环或任何改性的呋喃或吡喃环与氧原子连接。

借助于低聚核苷酸合成器可将螯合剂引入至低聚核苷酸内。一个基于Mitsonobu烷基化反应(J Org Chem，1999，64，5083；Nucleosides，Nucleotides，1999，18，1339)的方法公开于EP-A-1152010中。所述专利公开了一种在链成形期间将所需数量的共轭基团直接附着于低聚核苷酸结构上的方法。从而避免了液相标记和繁复的纯化过程。核苷低聚核苷酸结构单元合成策略中的关键反应是将各种螯合剂引入至核苷，最后引入至所述低聚核苷酸结构的上述Mitsunobu烷基化反应。在链成型期间引入螯合剂。合成后在脱保护步骤期间发生了转化为镧系元素螯合物的反应。

正常情况下由于未改性的低聚核苷酸被存在于活细胞内的酶所降解，因此在生理条件下其稳定性较低。因而根据已知的方法生成改性的低聚核苷酸以增强其抵御化学降解与酶降解是大家所祈望的。在先有技术中关于低聚核苷酸的各种改性已有大量的公开。参见US 5,612,215。我们知道在RNA链中从核糖中移除或置换2’-OH基团将使其稳定性更好。WO 92/07065和US 5,672,695公开了采用卤素、氨基、叠氮基或巯基置换核糖2’-OH基团。US 5,334,711公开了烷基或链烯基(优选甲基或烯丙基)置换2’-OH基团中的氢。此外，例如可对核苷酸磷酸二酯间键合进行改性，从而使一个或一个以上的氧被硫、氨基、烷基或烷氧基所置换。在核苷酸间键合中优选的改性为硫代磷酸键合。对核苷酸中的碱也可进行改性。

优选E为任何以下碱的基团：胸腺嘧啶、尿嘧啶、腺苷、鸟嘌呤或胞嘧啶，并且所述碱通过：i)用受保护的羟乙基取代的烃链与氧原子连接；或通过ii)在其4-位上具有受保护的羟乙基和任选在其2-位上具有羟基、受保护的羟基或改性的羟基的呋喃环与氧原子连接。

优选反应基-E-O-P(NR²R³)-O-R⁴的结构选自以下结构之一：

其中：-为连接体x的位置，DMTr为二甲氧基三苯甲基。

特别优选的螯合剂选自以下公开的特定结构中的一种：

其中：R⁶为烷基酯或烯丙基酯，R⁷为烷基，x如前所定义，A为如上所定义的-E-O-P(NR²R³)-O-R⁴，Z¹、Z²和Z³为相同或不同的烷基，n为0或1。

螯合物

所述螯合物包含上述的螯合剂和被螯合的金属离子。

在螯合物用于生物亲和分析的情况中，被螯合的金属离子优选为镧系元素，尤其是铕(III)、钐(III)、铽(III)或镝(III)。螯合剂优选为上述优选螯合剂中的一种。

特别优选的镧系元素螯合物为：

其中：Z¹、Z²和Z³为相同或不同的烷基，n为0或1。

本发明的螯合物也可用于体内MRI应用或PET应用中。用于MRI的优选金属为钆。在PET应用中，在即将使用前将放射性金属同位素引入至螯合剂内。特别适宜的放射性同位素为Ga-66、Ga-67、Ga-68、Cr-51、In-111、Y-90、Ho-166、Sm-153、Lu-177、Er-169、Tb-161、Dy-165、Ho-166、Ce-134、Nd-140、Eu-157、Er-165、Ho-161、Eu-147、Tm-167和Co-57。为了得到相当稳定的螯合物，优选具有其中数个吡啶基团彼此之间通过含N的烃链系留在一起的发色部分。

生命分子

与本发明的螯合剂或螯合物共轭的生命分子优选为低聚肽、低聚核苷酸、DNA、RNA、改性的低聚核苷酸或多核苷酸(如一硫代磷酸酯、二硫代磷酸酯、氨基磷酸酯)和/或糖改性或碱改性的低聚核苷酸或多核苷酸、蛋白质、寡糖、多糖、磷脂、PNA、LNA、抗体、半抗原、药物、受体粘合配体和外源凝集素。

固体载体共轭物

本发明的螯合物、螯合剂和生命分子均可共轭至固体载体上。所述固体载体优选为颗粒(如微粒或纳米微粒)、玻片或薄板。

在螯合物或螯合剂具有聚合基作为反应基的情况中，可在制备固体载体(如颗粒)的同时将螯合物或螯合剂引入其中。

与所述固体载体共价或非共价共轭的生命分子优选为标记过的低聚肽，通过将螯合剂引入到低聚肽合成器上的低聚肽结构内，接着进行脱保护并任选引入金属离子在固相上进行合成获得所述标记的低聚肽。或者，与所述固体载体共价或非共价共轭的生命分子优选为标记过的低聚核苷酸，通过将螯合剂引入到低聚核苷酸合成器上的低聚核苷酸结构内，接着进行脱保护并任选引入金属离子在固相上进行合成获得所述标记的低聚核苷酸。

与具有通过连接体x与螯合剂连接的反应基A(A为如上所述的-E-O-x’-)的螯合剂共轭的固体载体适用于低聚核苷酸的合成。

以下将通过非限制性的实施例对本发明进行举例说明。

                      实施例

本发明将通过以下的各实施例进行阐明。在实验部分中所用的结构和合成路线见述于方案1-7中。方案1说明低聚肽标记反应物4的合成。在实施例1-4中给出了各实验细节。方案2说明螯合物6-11的合成。在实施例6-11中给出了各实验细节。方案3说明螯合物20、22和23的合成。在实施例12-23中给出了各实验细节。方案4说明用于将镧系元素螯合物引入至固相上低聚核苷酸的结构单元29的合成以及螯合物30和31的合成。在实施例24-31中给出了各实验细节。方案5和6分别说明结构单元4和29在固相上制备合成低聚肽及低聚核苷酸的用途。在实施例32和33中给出了各实验细节。方案7说明基于1，4，7-triazecane的低聚核苷酸标记试剂的制备。在实施例34中给出了各实验细节。

在示例性的实施例中所合成的各螯合物的各项光化学性能汇总于表1中。

实验方法

用于机器辅助的低聚肽合成的各种试剂购自AppliedBiosystems(Foster City，CA)。吸附柱色谱法在装有硅胶60(Merck)的柱子上进行。分别在¹H 250.13和399.8MHz处运行的Brucker 250或Jeol LA-400分光计上记录NMR光谱。所用的内标为Me₄Si。偶合常数的单位为Hz。在Perkin Elmer 2000 FT-IR分光光度计上记录IR光谱。在Applied Biosystems Mariner ESI-TOF仪上记录电雾化质谱。采用推荐的试验方案，在Applied Biosystems 433A合成器上合成低聚肽，而在Applied Biosystems Expedite仪上合成低聚核苷酸。在PerkinElmer LS 55仪上记录荧光光谱。

如在以下方案1-7中的概述进行各化合物的合成。

实施例1

合成四(叔丁基)2，2’，2”，2-{[6-N-(4-甲氧基三苯甲基)氨基己基-亚氨基]双(亚甲基)双[4-(2，4，6-三甲氧基苯基)吡啶-6，2-二基]双(亚甲基次氮基}四(乙酸酯)1

将四(叔丁基)2，2’，2”，2-{[6-N-(4-甲氧基三苯甲基)己基亚氨基]双(亚甲基)双-(4-溴吡啶-6，2-二基)双(亚甲基次氮基)}四(乙酸酯)(4.0克，2.4毫摩尔)和三甲氧基苯基硼酸(1.1克，5.3毫摩尔)溶解于无水DMF(50毫升)中，加入Cs₂CO₃(2.0克，6.0毫摩尔)和Pd(PPh₃)₄(0.1克，96微摩尔)。在95℃下搅拌过夜后，加入三甲氧基苯基硼酸(0.5克，2.4毫摩尔)、Cs₂CO₃(0.79克，2毫摩尔)和Pd(PPh₃)₄(50毫克，43毫摩尔)。反应过夜后将混合物冷却至室温，过滤并蒸发。将混合物溶解于CH₂Cl₂中，用水(2·40毫升)洗涤。产物通过急骤层析法(硅胶，石油醚(40-60℃)/AcOEt/TEA 5∶2∶1，v/v/v)进行纯化。收率为3.1克(90％)。IR(薄膜)：1737(C＝O)，1128(C-O)。¹H NMR(CDCl₃)：δ1.15-1.25(4H，m)；1.40-1.45(40H，m)；2.04(2H，t，J 6)；2.55(2H，t，J 7)；3.50(1H，s)；3.51(3H，s)。ESI-MS：[M+H]⁺1417.5，C₈₂H₁₀₉N₆O₁₅⁺的计算值为1417.8。

实施例2

合成四(叔丁基)2，2’，2”，2-{(6-氨基己基亚氨基)双(亚甲基)-双[4-(2，4，6-三甲氧基苯基)吡啶-6，2-二基]双(亚甲基次氮基)}四(乙酸酯)2

将化合物1(1.0克，0.7毫摩尔)溶解于二氯甲烷(25毫升)中，加入三氟乙酸(0.25毫升)。在环境温度下搅拌4小时后，用饱和NaHCO₃(2·50毫升)洗涤混合物。有机相在Na₂SO₄上干燥、过滤并蒸发。产物通过急骤层析法(硅胶，石油醚(40-60℃)/AcOEt/TEA 5∶5∶1、2∶5∶1，最后为CH₂Cl₂中的10％MeOH、1％的TEA)进行纯化。收率为0.60克(74％)。IR(薄膜)：1730(C＝O)，1128(C-O)。ESI-MS：[M+H]⁺1145.7，C₈₂H₁₀₉N₆O₁₅⁺的计算值为1145.7，[M+2H]²⁺573.3，计算值为573.3。

实施例3

合成烯丙基保护的低聚肽标记反应物3

将化合物2(0.55克，0.48毫摩尔)溶解于无水二氯甲烷(5毫升)中。加入DCC(0.11克，0.53毫摩尔)和Fmoc-Glu-OAII(0.20克，0.48毫摩尔)，混合物在室温下搅拌过夜。滤去生成的DCU，在真空下浓缩滤液。在硅胶上进行纯化(二氯甲烷中的10％MeOH)，得到固体状的标题化合物(300毫克)。ESI-MS：[M+H]⁺1536.8，C₈₅H₁₁₄N₇O₁₉⁺的计算值为1536.8。

实施例4

合成低聚肽标记反应物4

将化合物3(157毫克，0.1毫摩尔)溶解于无水二氯甲烷(2毫升)中。加入Pd(Ph₃P)₄(2.3毫克)和PhSiH₃(25微升)，混合物在环境温度下搅拌过夜。然后反应混合物用10％的柠檬酸水溶液洗涤，并在分子筛上干燥。收率为95毫克(63％)。ESI-MS：[M+H]⁺1496.8，C₈₂H₁₁₀N₇O₁₉⁺的计算值为1496.8。

实施例5

合成游离酸5

将化合物1(0.40克，0.28毫摩尔)溶解于三氟乙酸(10毫升)中，在室温下搅拌1小时后浓缩。残余物用二乙醚研制。过滤收集产物并干燥。收率为260毫克(100％)。ESI-MS：[M+H]⁺921.42，C₄₆H₆₁N₆O₁₄⁺的计算值为921.4。

实施例6

合成铽螯合物6

将化合物5(78毫克，0.085毫摩尔)溶解于水(2毫升)中，在pH为6.5下于15分钟内加入氯化铽(III)(35毫克，0.093毫摩尔)。在室温下2小时后通过加入1M的NaOH使反应混合物的pH上升至8.5。离心除去所生成的沉淀，浓缩水相，用丙酮沉淀产物。ESI-MS：[M+H]⁺1075.9，C₄₆H₅₅N₆O₁₄Tb^-的计算值为1075.3。

实施例7

合成镝螯合物7

如实施例6进行合成，但采用的是氯化镝(III)。ESI-MS：[M+H]⁺1080.3，C₄₆H₅₅N₆O₁₄Dy^-的计算值为1080.2。

实施例8

合成铕螯合物8

如实施例6进行合成，但采用的是氯化铕(III)。ESI-MS：[M+H]⁺1092.3，C₄₆H₅₅N₆O₁₄Eu^-的计算值为1092.3。

实施例9

合成碘乙酰氨基活化的镝螯合物9

将化合物7(16毫克，14.3微摩尔)溶解于水中。加入碘乙酸酐(51.3毫克，0.145毫摩尔；预先溶解于0.2毫升的氯仿内)和DIPEA(25微升)，混合物在室温下搅拌1.5小时。除去有机相，通过从THF沉淀出来使产物与水相分离。ESI-MS：[M+H]⁺1248.2，C₄₈H₅₇N₆O₁₅IDy^-的计算值为1248.2。

实施例10

合成碘乙酰氨基活化的铽螯合物10

如实施例9所述对化合物6进行活化，得到化合物10。ESI-MS：[M+H]⁺1243.8，C₄₈H₅₇N₆O₁₅ITb^-的计算值为1243.8。

实施例11

合成异硫氰酰基活化的铕螯合物11

将化合物8(15毫克，0.014毫摩尔)溶解于吡啶、水和三乙胺的混合物(200微升；9∶1.5∶0.1；v/v/v)中。加入1，4-亚苯基二异硫氰酸酯(7.9毫克)，混合物在室温下搅拌4小时。

实施例12

合成4-(2，4，6-三甲氧基苯基)吡啶-2，6-二羧酸二乙酯12

将2，4，6-三甲氧基苯基硼酸(2.12克，10.0毫摩尔)和4-溴吡啶-2，6-二羧酸二乙酯(3.33克，11.0毫摩尔)溶解于无水DMF(50毫升)中。加入碳酸铯(4.56克，14.0毫摩尔)和四(三苯基膦)-钯(O)(0.23克，0.20毫摩尔)，混合物用氩脱气。混合物在95℃下加热48小时。将混合物冷却至室温，然后过滤。真空下浓缩滤液，将残余物溶解于氯仿(60毫升)内，用10％的柠檬酸水溶液和水洗涤，在Na₂SO₄上干燥并浓缩。在硅胶上进行纯化(洗脱液为石油醚，沸点40-60℃；乙酸乙酯，5∶3→2∶5，v/v)。收率为2.09克(54％)。¹H NMR(CDCl₃)：δ1.45(6H，t，J 7.1)；3.74(6H，s)；3.90(3H，s)；4，49(4H，q，J 7.1)；6.22(2H，s)；8.28(2H，s)。IR(薄膜)/cm^-1 1743，1610(C＝O)；1339，1238，1128(C-O)。ESI-MS：[M+H]⁺390.19，C₂₀H₂₄NO₇⁺的计算值为390.15。

实施例13

合成4-(2，4，6-三甲氧基苯基)-6-(羟基甲基)吡啶-2-羧酸乙酯13

将化合物12(2.83克，7.27毫摩尔)悬浮于乙醇(140毫升)中，混合物加热至45℃。加入氢硼化钠(0.29克)，混合物搅拌1小时，并冷却至室温。用6M的HCl将溶液的pH调节至3并浓缩。将残余物悬浮于二氯甲烷中，用饱和的NaHCO₃洗涤。有机层在Na₂SO₄上干燥，并且在硅胶上纯化(洗脱液为石油醚(沸点40-60℃)∶乙酸乙酯∶三乙胺，2∶5∶1；v/v/v)。ESI-MS：[M+H]⁺348.14，C₁₈H₂₂NO₆⁺的计算值为348.14。

实施例14

合成4-(2，4，6-三甲氧基苯基)-6-(溴甲基)吡啶-2-羧酸乙酯14

将三氯化磷(0.778克，2.87毫摩尔)溶解于0℃的无水DMF(10毫升)中。加入化合物13(1.0克，2.8毫摩尔)，混合物在室温下搅拌3.5小时，然后用饱和NaHCO₃中和。用二氯甲烷萃取混合物。有机相进行干燥、浓缩并在硅胶上纯化(洗脱液采用二氯甲烷中1％乙醇)。ESI-MS：[M+H]⁺410.10，C₁₈H₂₁BrNO₅⁺的计算值为410.05。

实施例15

合成N-(2-(2，2，2-三氟乙酰氨基)乙基)-6-(羟基甲基)-4-(2，4，6-三甲氧基苯基)吡啶-2-酰胺15

将化合物13(1.0克，2.8毫摩尔)溶解于乙二胺(10毫升)内，在室温下搅拌2.5小时并进行浓缩(油泵)。将残余物溶解于DMF(25毫升)中，加入三氟乙酸乙酯(5毫升)。在室温下2小时后，在真空中除去所有挥发组分，残余物在硅胶上纯化(洗脱液为二氯甲烷中的10％MeOH)。ESI-MS：[M+H]⁺458.14，C₂₀H₂₃F₃N₃O₆⁺的计算值为458.15。

实施例16

合成N-(2-(2，2，2-三氟乙酰氨基)乙基)-6-(溴甲基)-4-(2，4，6-三甲氧基苯基)吡啶-2-酰胺16

如实施例14所述对化合物15进行溴化处理，得到标题化合物。ESI-MS：[M+H]⁺520.06，C₂₀H₂₂BrF₃N₃O₅⁺的计算值为520.07。

实施例17

合成7-((6-(2-(2，2，2-三氟乙酰氨基)乙基氨基甲酰基)-4-(2，4，6-三甲氧基苯基)吡啶-2-基)甲基)-1，4，7-triazonane-1，4-二羧酸二叔丁基酯17

将[1，4，7]三氮杂环壬烷-1，4-二羧酸二叔丁基酯(0.75克，2.3毫摩尔)和化合物16(2.3毫摩尔)溶解于无水DMF(60毫升)中。加入2.0毫升的DIPEA(11.4毫摩尔)，混合物在室温下搅拌过夜。将溶剂蒸发至干，产物在硅胶上纯化(洗脱液为二乙醚)。收率为1.20克。ESI-MS：[M+H]⁺769.34，C₃₆H₅₂F₃N₆O₉⁺的计算值为769.37。

实施例18

合成6-((1，4，7-triazonan-1-基)甲基)-N-(2-(2，2，2-三氟乙酰氨基)-乙基)-4-(2，4，6-三甲氧基苯基)吡啶-2-酰胺18

将化合物17(1.0克，1.3毫摩尔)溶解于三氟乙酸(25毫升)内，混合物在室温下搅拌30分钟。将溶剂蒸发至干。ESI-MS：[M+H]⁺569.28，C₂₆H₃₆F₃N₆O₅⁺的计算值为569.27。

实施例19

合成6-((4-((6-(2-(2，2，2-三氟乙酰氨基)乙基氨基甲酰基)-4-(2，4，6-三甲氧基苯基)吡啶-2-基)甲基)-7-((6-(乙氧基羰基)-4-(2，4，6-三甲氧基苯基)吡啶-2-基)甲基)-1，4，7-triazonan-1-基)甲基)-4-(2，4，6-三甲氧基苯基)吡啶-2-羧酸乙酯19

将化合物18(0.39克，0.7毫摩尔)和14(0.43克，1.4毫摩尔)溶解于无水乙腈(20毫升)中。加入K₂CO₃(0.48克，3.5毫摩尔)，混合物回流3小时。滤去沉淀，蒸发溶剂。产物在硅胶上纯化(10％EtOH/CH₂Cl₂)。ESI-MS：[M+H]⁺1227.4，C₆₂H₇₄F₃N₈O₁₅⁺的计算值为1227.5。

实施例20

合成6-((4-((6-(2-氨基乙基氨基甲酰基)-4-(2，4，6-三甲氧基苯基)-吡啶-2-基)甲基)-7-((6-羧基-4-(2，4，6-三甲氧基苯基)吡啶-2-基)甲基)-1，4，7-triazonan-1-基)甲基)-4-(2，4，6-三甲氧基苯基)吡啶-2-羧酸镝(III)20

将化合物19溶解于0.1M的氢氧化钾甲醇溶液内，并在室温下搅拌4小时。在真空中除去所有挥发组分。用氯化镝处理残余物得到标题化合物。ESI-MS：[M+H]⁺1239.1，C₅₆H₆₆DyN₈O₁₄⁺的计算值为1238.4。

实施例21

合成6-((4，7-双((6-(乙氧基羰基)-4-(2，4，6-三甲氧基苯基)-吡啶-2-基)甲基)-1，4，7-triazonan-1-基)甲基)-4-(2，4，6-三甲氧基苯基)-吡啶-2-羧酸乙酯21

将1，4，7-三氮杂环壬烷(31.5毫克)和化合物14(0.3克，0.76毫摩尔)溶解于无水乙腈(20毫升)内。加入碳酸钾(0.17克)，混合物回流过夜。使混合物冷却至室温，过滤并浓缩。在硅胶上纯化(洗脱液CH₂Cl₂∶EtOH∶HOAc为80∶20∶1，v/v/v)，得到标题化合物(0.17克，62％)。ESI-MS：[M+H]⁺1117.5，C₆₀H₇₃N₆O₁₅⁺的计算值为1117.5。

实施例22

合成6-((4，7-双((6-羧基-4-(2，4，6-三甲氧基苯基)吡啶-2-基)甲基)-1，4，7-triazonan-1-基)甲基)-4-(2，4，6-三甲氧基苯基)吡啶-2-羧酸镝(III)22

对化合物21进行脱保护，然后如实施例20所述用氯化镝处理，得到标题化合物。

实施例23

合成6-((4，7-双((6-羧基-4-(2，4，6-三甲氧基苯基)吡啶-2-基)甲基)-1，4，7-triazonan-1-基)甲基)-4-(2，4，6-三甲氧基苯基)吡啶-2-羧酸铽(III)23

对化合物21进行脱保护，然后如实施例20所述用氯化铽处理，得到标题化合物。

实施例24

合成2-二甲基-4-溴-6-溴甲基-2-吡啶基甲基亚氨基-(二乙酸酯)24

将4-溴-2，6-二(溴甲基)吡啶(2.66克，7.7毫摩尔)和亚氨乙酰二甲醚(1.24克，7.7毫摩尔)溶解于60℃的无水乙腈(60毫升)内。加入碳酸钾(5.3克)，混合物搅拌40分钟，然后冷却至室温，过滤并浓缩。将残余物溶解于二氯甲烷中，用水洗涤两次并在Na₂SO₄上干燥。在硅胶上纯化(洗脱液为石油醚(沸点40-60℃)∶乙酸乙酯，10∶1-5∶1，v/v)，得到标题化合物(1.45克)。ESI-MS：[M+H]⁺424.06，C₁₃H₁₇Br₂N₂O₄⁺的计算值为424.09。

实施例25

合成2，2’，2”，2-{[6-羟基己基亚氨基]-二(亚甲基)双(4-溴)吡啶-6，2-二基)二(亚甲基次氮基)}四(乙酸)四(甲酯)25

将化合物24(2.8克，6.6毫摩尔)溶解于无水DMF内。加入DIPEA(6.0毫升，34.0毫摩尔)和6-氨基-1-己醇(0.2克，3.6毫摩尔)，反应混合物在60℃下搅拌4小时，然后蒸发至干。残余物溶解于CH₂Cl₂(30毫升)中，用水洗涤两次。有机相在Na₂SO₄上干燥，并蒸发至干。产物通过硅胶色谱法纯化(CH₂Cl₂中0-3％的MeOH)，得到2.4克(91％)的化合物25。ESI-MS：[M+H]⁺802.16，C₃₂H₄₆Br₂N₅O₉⁺的计算值为802.22。

实施例26

合成2，2’，2”，2-{[6-(甲氧基三苯甲基氧基己基亚氨基]二(亚甲基)双(4-溴)吡啶-6，2-二基)二(亚甲基次氮基)}四(乙酸)四(甲酯)26

将化合物25(1.0克，1.24毫摩尔)溶解于吡啶(30毫升)中。加入氯化MMTr(0.57克，1.86毫摩尔)，反应混合物在室温下搅拌过夜。混合物蒸发至干，将残余物溶解于CH₂Cl₂，用饱和NaHCO₃洗涤。有机相在Na₂SO₄上干燥，并蒸发至干。产物通过硅胶色谱法纯化(石油醚/AcOEt v/v，5/1→5/1→1/1)，得到1.0克(75％)的化合物26。ESI-MS：[M+H]⁺1074.28，C₅₂H₆₁Br₂N₅O₁₀⁺的计算值为1074.27。

实施例27

合成2，2’，2”，2-{[6-(甲氧基三苯甲基)氧基己基亚氨基]二(亚甲基)双(4-(2，4，6-三甲氧基苯基)吡啶-6，2-二基)二(亚甲基次氮基)}四(乙酸)四(甲酯)27

如实施例1所述进行化合物27与三甲氧基苯基硼酸之间的反应，得到标题化合物。收率为97％。ESI-MS：[M+H]⁺1250.66，C₇₀H₈₄N₅O₁₆⁺的计算值为1250.59。

实施例28

合成2，2’，2”，2-{[6-(羟基己基亚氨基]二(亚甲基)双(4-(2，4，6-三甲氧基苯基)吡啶-6，2-二基)二(亚甲基次氮基))四(乙酸)四(甲酯)28

将化合物27(0.8克，0.64毫摩尔)溶解于TFA在二氯甲烷(16毫升)的5％(v/v)溶液内，反应混合物在室温下搅拌3小时。加入甲醇(10毫升)，将混合物蒸发至干。残余物溶解于二氯甲烷中，用饱和NaHCO₃洗涤。有机相在Na₂SO₄上干燥并蒸发至干。产物通过硅胶色谱法纯化，得到0.4克(64％)的化合物28。ESI-MS：[M+H]⁺978.53，C₅₀H₆₈N₅O₁₅⁺的计算值为978.46。

实施例29

合成亚磷酰胺29

将化合物28(0.35克，0.36毫摩尔)从无水乙腈中三次蒸发至干，并溶解于相同的溶剂内。加入2-氰乙基四异丙基亚磷二酰胺(171微升，0.54毫摩尔)和四唑(0.45M乙腈溶液；800微升，0.36毫摩尔)，反应混合物在室温下振动2小时。将反应混合物倒入饱和的NaHCO₃(5毫升)内，并剧烈搅拌。加入二氯甲烷，有机相在Na₂SO₄上干燥并蒸发至干。产物通过硅胶色谱法纯化(石油醚/AcOEt/三乙胺v/v/v，2/5/1)，得到0.20克(47％)的化合物29。

实施例30

合成2，2’，2”，2-{[6-(羟基己基亚氨基]二(亚甲基)双(4-(2，4，6-三甲氧基苯基)吡啶-6，2-二基)二(亚甲基次氮基)}四(乙酸)铽(III)30

对化合物28进行脱保护，然后如实施例20所述用氯化铽处理得到标题化合物。ESI-MS：[M+H]⁺1076.24，C₄₆H₅₅N₅O₁₅Tb^-的计算值为1076.30。

实施例31

合成2，2’，2”，2-{[6-(羟基己基亚氨基]二(亚甲基)双(4-(2，4，6-三甲氧基苯基)吡啶-6，2-二基)二(亚甲基次氮基)}四(乙酸)镝(III)31

对化合物28进行脱保护，然后如实施例20所述用氯化镝处理得到标题化合物。ESI-MS：[M+H]⁺1081.31，C₄₆H₅₅N₅O₁₅Dy^-的计算值为1081.30。

实施例32

采用嵌段4在固相上合成低聚肽

采用Peuralahti等在Bioconjugate Chem.，13，2002，870中所述的方法，用化合物4将镧系元素(III)螯合物引入到低聚肽结构内。因此以常规的方式合成低聚肽，反应物4偶合至氨基末端。如上所述进行脱保护、转化为相应镧系元素(III)螯合物以及纯化处理。

实施例33

采用嵌段29在固相上合成低聚核苷酸

采用Hovinen和Hakala在Org.Lett.3，2001，2473中所述的方法，用化合物29将镧系元素(III)螯合物引入到低聚核苷酸结构内。因此以常规的方式合成低聚核苷酸，反应物50偶合至其5’-末端。如上所述进行脱保护、转化为相应镧系元素(III)螯合物以及纯化处理。

实施例34

合成9-[(三苯甲基氧基)甲基]-1，4，7-triazecane 1，4，7-三-(2-硝基苯)磺酰胺32

将2-((三苯甲基氧基)甲基)丙烷-1，3-二醇(1.0毫摩尔)、2-硝基苯磺酰基保护的亚乙基三胺(1.0毫摩尔)和三苯基膦(3.0毫摩尔)溶解于无水THF(5毫升)内。在15分钟分四次加入DIAD(3.0毫摩尔)，在室温下反应过夜。在真空中除去所有挥发组分，将残余物从二乙醚中沉淀出来。沉淀物重新溶解于二氯甲烷中，在硅胶柱(洗脱液CH₂Cl₂的0.5％MeOH；v/v)上分离出产物。ESI-MS：[M+H]⁺971.21，C₄₅H₄₃N₆O₁₃S₃⁺的计算值为971.20。

方案1

方案2

方案3

方案4

方案5

方案6

方案7

表1.所合成的一些螯合物的光化学性能