一种寡聚含芳酰胺顺磁性金属螯合物造影剂的合成方法

摘要

本发明公开了一种寡聚含芳酰胺顺磁性金属螯合物造影剂的合成方法，由多胺多羧酸二酐与含芳二胺进行酰化聚合反应，获得聚合度、数均分子量和柔性可调节的含芳酰胺寡聚物配体，进一步与顺磁性金属离子配位形成螯合物造影剂；这类造影剂可用于人体或者其他哺乳动物的各种组织或器官的磁共振成像技术；本发明合成路线较简捷，原料易得，价格较低，产率较高，反应条件温和，适合大量制备和工业化生产。

说明书

技术领域

本发明属于医药学、化学技术领域。本发明涉及一种寡聚含芳酰胺顺磁性金属螯合物的合成方法，这些螯合物可作为磁共振成像的造影剂。

背景技术

癌症是当今严重危及人类健康的三大疾病之一。在现代临床医学中，肿瘤的及时、准确发现和诊断对癌症的治疗是非常重要的。自1973年Lauterbur首次实现磁共振成像(Magneticresonance imaging，MRI)迄今30余年来，MRI已在医学、生物、材料科学等领域获得快速发展和广泛应用。特别令人注目的是：在诊断领域中，MRI是继CT扫描仪后的一种最新的成像诊断技术，具有高分辨率、任意成像、无放射损伤等优点，为临床提供了一种新型的医用无损影像诊断技术。

MRI成像是利用人体各部位氢质子所形成杂乱无章的小磁矩，在射频磁场下，发生不同振动，当射频脉冲撤离后，各个氢质子释放出自己刚吸收的能量，然后把所释放出来的无线电信号转化为各断层的灰度像素，对于不同各断层的空间位置和各氢质子的空间位置，则由梯度磁场G_X，G_Y，G_Z来完成。人体组织中水质子的MRI信号强度跟很多因素有关(自旋密度N_H、成像体积参数f_V，纵向弛豫时间T₁、横向弛豫时间T₂以及扫描时间TE和TR)，其中最主要的两个成像参数是弛豫时间T₁和T₂。一些含顺磁性核的化合物可以用来明显地改变周围氢核的T₁和T₂，提高成像的对比度，这类顺磁性物质被称作造影剂。

据统计，世界上大约每年要进行800～1000万次MRI诊断，而其中30％～40％都必须要使用造影剂来进行对比增强。1984年Schering AG公司的Weinmann等人首次成功研制了Gd-DTPA(二乙三胺五乙酸)造影剂，并以其毒性小的优点在临床中获得广泛应用，但是Gd-DTPA只在脑部脊柱造影中显示较好的效果，而其他部位受到一定限制。能用于临床的MRI造影剂必须具备以下基本条件：(1)毒性低，在体内稳定且易排出体外。目前用作MRI造影剂一般选用顺磁性的稀土或过渡金属离子与适当的配体生成稳定的螯合物，故顺磁性金属螯合物遂成为MRI造影剂研究的主要对象；(2)弛豫效能高，所用造影剂应能显著提高靶组织被观测核的弛豫速率。能使弛豫速率提高10％以上的试剂，方可用于MRI；(3)水溶性好。造影剂为静脉注射液，应有较好的水溶性，一般其溶解度应大于0.5mol·L^-1。非离子型造影剂的摩尔渗透压较低，因而开发和应用这类造影剂更具重要性；(4)选择性，即造影剂进入人体后能选择性分布，在靶组织富集并停留一段时间，使靶区域被观测核的弛豫速率比其它部位有更大的增强，从而增加正常组织与病变组织的成像对比度。目前已应用于临床MRI诊断的造影剂主要是几种小分子钆螯合物。这些造影剂适用于脑、肾和血液系统的成像，但对肝胆道等系统的成像效果差。而且这些小分子配合物具有渗透压高、在体内停留时间较短等缺点，造成用量多以及多次注射等弊端。因此，开发弛豫效能高且对特定组织或器官尤其是肝胆道和肿瘤具有选择性或靶向性的造影剂，仍是MRI领域最具挑战性的课题之一。

伴随着MRI技术的迅速发展和广泛应用，在提高MRI的对比度方面，用作造影剂的核磁弛豫试剂具有极为重要的作用。当前MRI造影剂的研究以顺磁性金属尤其是钆螯合物为主流，在分子设计和合成工作方面，主要集中在对DTPA、DOTA类配体进行化学结构修饰。用大分子作为配体与顺磁性金属离子合成的螯合物，虽然有比小分子造影剂更高的弛豫性能，在血管内有停留更长时间的优点，但因分子量过大在体内停留时间过长，会造成少量被细胞吸收，同时分解成毒性极大的游离金属，而寡聚(分子量较小的聚合物)配体与顺磁性金属离子形成的螯合物作为造影剂，预期在弛豫性、渗透压、靶向性和毒性等方面有比小分子造影剂更优越的性能。

发明内容

本发明的目的在于根据芳环的亲酯性和寡聚配体具有适中分子量的特点，对多胺多羧酸配体进行结构改造，期望将肝胆靶向性、非离子型的分子结构、强弛豫能力的特点集中在一起，使得到的造影剂具有更低毒性以及良好的生物相容性和稳定性。

为了达到上述目的，本发明提供的含芳酰胺寡聚配体具有式1代表的结构：

式1

其中：

m₁是0或者1；

m₂是1或者2；

n代表链节数；

R₁代表氢原子、烷基或羟烷基；

R₂代表羧基、烷基、羰基或酰胺基；

R₃代表氢原子、卤原子、烷基或羟烷基.。

根据本发明的技术方案，在式1代表的配体中，优选的配体具有式2代表的结构：

式2

根据本发明的技术方案，在式1代表的配体中，优选的配体具有式3代表的结构：

式3

根据本发明的技术方案，在式1代表的配体中，优选的配体具有式4代表的结构：

式4

根据本发明的技术方案，在式1代表的配体中，优选的配体具有式5代表的结构：

式5

本发明提供制备上述配体所对应顺磁性金属螯合物造影剂的具体步骤为：

a)多胺多羧酸(如乙二胺四乙酸(EDTA)、二乙三胺五乙酸(DTPA)或它们的衍生物)与乙酸酐在缩合反应溶剂吡啶中进行脱水缩合生成多胺多羧酸二酐，多胺多羧酸与乙酸酐的物质的量之比为：1∶2～1∶6，反应温度为0～120℃，反应时间为12～36h。反应产物视具体情况可以用重结晶纯化。

b)多胺多羧酸二酐与含芳环二胺(对苯二胺、对二氨基联苯或它们的衍生物)进行酰化聚合得到含芳酰胺寡聚配体，酰化溶剂可用非质子极性溶剂，如N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)、二甲亚砜(DMSO)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)，加入一定量的催化剂，如吡啶或4-二甲胺基吡啶(DMAP)，反应温度为0～120℃，反应时间3～12h，惰性气体如氮气或氩气等保护对反应有利。

c)寡聚含芳酰胺顺磁性金属螯合物造影剂是由上述含芳酰胺寡聚配体与相应的顺磁性金属离子的氧化物、碳酸盐、硝酸盐或者氯化物等在水相或者极性有机溶剂中反应来合成。反应温度和反应时间可以根据不同的反应物而不同，一般反应温度范围为30～90℃，反应时间为0.5～2h。极性有机溶剂可以是低碳醇、二甲基甲酰胺(DMF)，二甲亚砜(DMSO)等。反应所得的螯合物可用常用方法如不良溶剂沉淀方法从反应体系中分离出来，也可用此法进行进一步纯化。

本发明合成的寡聚含芳酰胺顺磁性金属螯合物造影剂可能是水溶性或脂溶性，可能是离子型或非离子型。本发明制备的螯合物造影剂的应用方法是：水溶性的顺磁性金属螯合物通常配制成浓度为0.001～0.5mol·L^-1、pH值为6.5～8.0之间的水溶液；脂溶性的顺磁性金属螯合物通常将其与磷脂等生物分子配成一定浓度的脂质体；离子型的金属螯合物通常用与生理相容性的碱调节pH值在6.5～8.0之间，常用碱可以是N-甲基葡萄糖胺、缓冲氨、氨基酸等有机碱或氨水、NaOH、Na₂CO₃、NaHCO₃等无机碱。

本发明与已有技术相比较，有益效果在于：

1)本发明合成的寡聚含芳酰胺顺磁性金属螯合物造影剂保持了相应多胺多羧酸螯合物的特点，因而

具有良好的稳定性和驰豫率。多胺多羧酸两端的羧基酰化后减少了配体中羧基的数量，更有利于形成非离子型或电中性的造影剂，因而也能克服离子型造影剂高渗透压所引起的副作用。

2)本发明中的寡聚含芳酰胺顺磁性金属螯合物造影剂由于引入了亲酯性的芳环结构，它们对大脑、

肝脏、脾脏等器官或组织具有一定的选择性或靶向性，对提高这些器官或组织的疾病尤其是肝脏疾病的早期诊断水平具有较好的效果。

3)本发明中含芳酰胺寡聚配体的数均分子量可以通过反应物的配比、反应温度、反应时间等因素加

以控制，一般数均分子量在2000～5000范围。寡聚配体与单分子的多氨多羧酸相比，可以结合多个顺磁性金属离子，提高了造影剂的驰豫性。寡聚配体形成造影剂的分子量比小分子造影剂大而比大分子造影剂小，在血管内有停留更长时间的优点，有利于增强成像的对比效果，但不会因分子量过大在体内停留时间过长造成分解出毒性极大的游离金属离子，因而同时具有低毒的优点。

4)本发明中的寡聚含芳酰胺顺磁性金属螯合物造影剂在空气中表现出相当的稳定性，也具有良好的

光稳定性和热稳定性。

5)本发明中的寡聚含芳酰胺顺磁性金属螯合物造影剂可用与生理相容性的碱调节pH值在6.5～8.0之

间，配制成浓度为0.001～0.5mol·L^-1的溶液，且溶液热稳定性好，适合于热压法灭菌消毒。

6)本发明中的合成路线较简捷，原料易得，价格较低，产率较高，反应条件温和，适合大量制备和

工业化生产。

附图说明

图1.显示了由本发明实施例1制备配体的FT-IR谱图。

图2.显示了由本发明实施例1制备配体的¹HNMR谱图。

图3.显示了由本发明实施例1制备螯合物的FT-IR谱图。

图4.显示了由本发明实施例1制备螯合物的热重分析图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进一步的说明。

实施例1：

寡聚乙二胺-N，N’-二(乙酰苯胺)-二乙酸钆(III)螯合物

步骤1.乙二胺四乙酸二酐(EDTAA)的制备：

称取5.80g(0.02mol)乙二胺四乙酸(EDTA)置于50mL圆底烧瓶中，加入8mL(0.08mol)乙酸酐和10mL(0.12mol)吡啶，烧瓶上方安装一带干燥管的直形冷凝器，在65℃下搅拌回流24h，冷却至室温后进行抽滤，分别用乙酸酐、冷DMF和乙醚洗涤，并用DMF-乙醚重结晶，真空干燥，得到白色粉末为乙二胺四乙酸二酐(EDTAA)，收率74％。m.p.为189～191℃；元素分析实测值(％，计算值)：C 46.51(46.87)、H 4.98(4.69)、N 10.27(10.94)。

步骤2.寡聚乙二胺-N，N’-二(乙酰苯胺)-二乙酸的制备：

向三口烧瓶投入10.81g(0.1mol)对苯二胺，25.63g(0.1mol)乙二胺四乙酸二酐(EDTAA)，然后加入30mLN，N-二甲基甲酰胺(DMF)，10mL4-二甲胺基吡啶(DMAP)，通氮气，在25℃下搅拌反应5h后，将混合液滴入快速搅拌的蒸馏水，析出白色沉淀，抽滤，得到固体。然后将固体用适量DMF溶解，过滤，将滤液滴入快速搅拌的蒸馏水中，如此重复三次，真空干燥，得到白色粉末为寡聚乙二胺-N，N’-二(乙酰苯胺)-二乙酸，收率86％。测得数均分子量为2885；元素分析实测值(％，计算值)：C 52.37(52.76)、H 5.73(5.49)、N 14.96(15.38)；FT-IR分析(KBr，v/cm^-1)，如附图1：3056.4、1683.7(-COOH)，1635.2、1515.6、1225.0(-CONH-)；¹HNMR分析(400MHz，DMSO-d⁶，ppm)，如附图2：δ2.889，2.835(s，4H，-NCH₂CH₂N-)，δ2.731，3.382(s，2H，Ar-NH-)，δ3.477，3.440(s，8H，-CH₂COO-)，δ7.557(t，4H，Ar-H)，δ9.995(s，2H，-COOH)。

步骤3.寡聚乙二胺-N，N’-二(乙酰苯胺)-二乙酸钆(III)螯合物：

将0.36g(1mmol链节单元)寡聚乙二胺-N，N’-二(乙酰苯胺)-二乙酸加入15mL水中，滴加1.0mol·L^-1NaOH溶液调节pH值至5～6，然后在搅拌下滴加0.74g(2mmol)GdCl₃·6H₂O的15mL水溶液，在30℃下反应0.5h，析出白色固体，抽滤，分别用冷水和DMF洗涤固体，真空干燥，得到白色粉末为寡聚乙二胺-N，N’-二(乙酰苯胺)-二乙酸钆(III)螯合物，收率86％。元素分析实测值(％，计算值)：Gd 26.23(25.80)、C 30.87(31.55)、H 3.72(3.94)、N 8.98(9.20)；FT-IR分析(KBr，v/cm^-1)，如附图3：1593.9、1417.0(-COO^-)，1593.9.、1512.9、1311.1(-CONH-)，436.3(Gd-O)，3411.5(H-O-H)；螯合物的热重分析(空气气氛，20℃～900℃)，如附图4：95℃～146℃出现吸热峰，失重率为8.51％，表明失去3个配位水分子，800℃过后恒重，残余质量为30.87％(计算值：29.58％)。

实施例2：

寡聚二乙三胺-N，N’-二(乙酰苯胺)-三乙酸钆(III)螯合物

步骤1.二乙三胺五乙酸二酐(DTPAA)的制备：

称取7.80g(0.02mol)二乙三胺五乙酸(DTPA)置于50mL圆底烧瓶中，加入8mL(0.08mol)乙酸酐和10mL(0.12mol)吡啶，烧瓶上方安装一带干燥管的直形冷凝器，在65℃下搅拌回流24h，冷却至室温后进行抽滤，分别用乙酸酐、冷DMF和乙醚洗涤，并用DMF-乙醚重结晶，真空干燥，得到白色粉末为二乙三胺五乙酸二酐(DTPAA)，产率78％。m.p.为182～184℃；元素分析实测值(％，计算值)：C 47.51(47.06)、H 5.47(5.32)、N 12.03(11.76)。

步骤2.寡聚二乙三胺-N，N’-二(乙酰苯胺)-三乙酸：

向三口烧瓶投入10.81g(0.1mol)对苯二胺，35.73g(0.1mol)二乙三胺五乙酸二酐(DTPAA)，然后加入35mL二甲基亚砜(DMSO)，10mL4-二甲胺基吡啶(DMAP)，通氮气，在40℃下搅拌反应5h后，将混合液滴入快速搅拌的蒸馏水，析出白色沉淀，抽滤，得到固体。然后将固体用适量二甲基亚砜(DMSO)溶解，过滤，将滤液滴入快速搅拌的蒸馏水中，抽滤，如此重复三次，真空干燥，得到白色粉末为寡聚乙二胺-N，N’-二(乙酰苯胺)-二乙酸，收率72％。测得数均分子量为3244；元素分析实测值(％，计算值)：C 51.17(51.61)、H 5.73(5.81)、N 15.46(15.05)。

步骤3.寡聚二乙三胺-N，N’-二(乙酰苯胺)-三乙酸钆(III)螯合物：

将0.47g(1mmol链节单元)寡聚二乙三胺-N，N’-二(乙酰苯胺)-三乙酸加入15mL水中，滴加1.0mol·L^-1NaOH溶液调节pH值至5～6，然后在搅拌下滴加0.74g(2mmol)GdCl₃·6H₂O的15mL水溶液，在30℃下反应1h，析出白色固体，抽滤，分别用冷水和二甲基亚砜(DMSO)洗涤固体，真空干燥，得到白色粉末为寡聚二乙三胺-N，N’-二(乙酰苯胺)-三乙酸钆(III)螯合物，收率80％。元素分析实测值(％，计算值)：Gd25.03(24.65)、C 37.81(37.68)、H4.62(4.08)、N 10.48(10.99)。

实施例3：

寡聚乙二胺-N，N’-二(乙酰联苯胺)-二乙酸钆(III)螯合物

步骤1.乙二胺四乙酸二酐(EDTAA)的制备：

同实施例1。

步骤2.寡聚乙二胺-N，N’-二(乙酰联苯胺)-二乙酸的制备：

向三口烧瓶投入18.40g(0.1mol)对二氨基联苯，25.63g(0.1mol)乙二胺四乙酸二酐(EDTAA)，然后加入25mL N-甲基吡咯烷酮(NMP)，15mL吡啶，通氮气，在30℃下搅拌反应5h后，将混合液滴入快速搅拌的蒸馏水，析出沉淀，抽虑，得到固体。然后将固体用适量N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶解，过滤，滤液滴入快速搅拌的蒸馏水中，如此重复三次，真空干燥，得到白色粉末为寡聚乙二胺-N，N’-二(乙酰联苯胺)-二乙酸，收率78％，测得数均分子量为2413。元素分析实测值(％，计算值)：C 59.01(60.00)、H 5.72(5.45)、N 13.48(12.73)。

步骤3.寡聚乙二胺-N，N’-二(乙酰联苯胺)-二乙酸钆(III)螯合物：

将0.44g(1mmol链节单元)寡聚乙二胺-N，N’-二(乙酰联苯胺)-二乙酸加入15mL水中，滴加1.0mol·L^-1NaOH溶液调节pH值至5～6，然后在搅拌下滴加1.49g(4mmol)GdCl₃·6H₂O的15mL水溶液，60℃搅拌反应2h，析出白色固体，抽滤，分别用冷水和N-甲基吡咯烷酮(NMP)洗涤固体，真空干燥，得到白色粉末为寡聚乙二胺-N，N’-二(乙酰联苯胺)-二乙酸钆(III)螯合物，收率82％。元素分析实测值(％，计算值)：Gd 23.23(22.94)、C 37.98(38.57)、H 4.43(4.09)、N 8.48(8.18)。

实施例4：

寡聚二乙三胺-N，N’-二(乙酰联苯胺)-三乙酸钆(III)螯合物

步骤1.二乙三胺五乙酸二酐(DTPAA)的制备：

同实施例2。

步骤2.寡聚二乙三胺-N，N’-二(乙酰联苯胺)-三乙酸的制备：

向三口烧瓶投入18.40g(0.1mol)对二氨基联苯，35.73g(0.1mol)二乙三胺五乙酸二酐(DTPAA)，然后加入30mL二甲基亚砜(DMSO)，20mL吡啶，通氮气，在60℃下搅拌反应5h后，将混合液滴入快速搅拌的蒸馏水中，析出沉淀，抽虑，得到固体。然后将固体用适量二甲基亚砜(DMSO)溶解，过滤，滤液滴入快速搅拌的蒸馏水，如此重复三次，真空干燥，得到白色固体为寡聚二乙三胺-N，N’-二(乙酰联苯胺)-三乙酸，收率72％，测得数均分子量2017。元素分析实测值(％，计算值)C 58.21(57.67)、H6.72(5.73)、N 12.78(12.94)。

步骤3.寡聚二乙三胺-N，N’-二(乙酰联苯胺)-三乙酸钆(III)螯合物：

将0.54g(1mmol链节单元)寡聚二乙三胺-N，N’-二(乙酰联苯胺)-三乙酸加入15mL水中，滴加1.0mol·L^-1NaOH溶液调节pH值至5～6，然后在搅拌下滴加1.49g(4mmol)GdCl₃·6H₂O的15mL水溶液，45℃搅拌反应2h，析出白色固体，抽滤，分别用冷水和二甲基亚砜(DMSO)洗涤固体，真空干燥，得到白色固体为寡聚二乙三胺-N，N’-二(乙酰联苯胺)-三乙酸钆(III)螯合物，收率88％。元素分析实测值(％，计算值)：Gd 21.87(22.02)、C 44.21(43.76)、H 4.02(4.21)、N 9.48(9.82)。