专利名称：二乙三胺五乙酸羧基活化酯或类似物及合成方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明属于医药及化学合成技术领域，特别涉及二乙三胺五乙酸(DTPA) 羧基活化酯或类似物，以及该二乙三胺五乙酸羧基活化酯或类似物的合成方 法和用途。
背景技术：
核磁共振成像(MRI) (Lauterbur P C. Image formation by induced local interactions- Examples employing nuelear magnetic resonance [J] Nature, 1973， 242(9): 190 191)是利用生物体内不同组织在外加磁场影响下产生 的磁共振信号来成像，它具有无损伤性及对多种疾病提供准确诊断的优点， 己广泛应用于人体的头部、腹部、血管及神经系统的造影。MRI对组织坏死、 局部缺血和各种恶性病变的早期诊断极为有效，并且能够监测人体循环系统 的代谢，其成像对比度优于CT扫描技术(陈星荣，沈天真，段新祥等。《全 身CT和MRI》[M]，上海医科大学出版社，1993， 73 80)，因此成为医疗界 的新技术而得到迅速发展。MRI在临床应用时需使用核磁共振成像造影剂(MRI contrast agent)以縮短质子的弛豫时间，增强造影，增强正常组织与病变组 织的磁共振信号对比度，从而提高影像的清晰度，显示体内器官的功能状态 (Andre E， Merbach E T. The chemistry of contrast agents in medical magnetic resonance imaging [M] . New York, John Wiley& Sons, Ltd.， 2001，45 121)。在金属离子中钆离子(Gd3+)的顺磁性最强，其鳌合配体一 般采用乙二胺四乙酸(EDTA)、 二乙三胺五乙酸(DTPA)或衍生物等，因此临床 上常用的MRI造影剂为二乙三胺五乙酸钆(Gd-DTPA)等。另一方面，近年来放 射同位素制剂也被认为是肿瘤治疗的一种有效药物。EDTA、 DTPA以及四氮杂 环十二垸四乙酸(DOTA)等同样是放射同位素的高效鳌合载体，不过使用前 需要对其进行改性，如引入靶向基团等，以提高制剂的治疗效果，减低副作 用(Chen P， Mrkobrad M, Vallis K A， Cameron R， Sandhu丄Hendler A，Reilly R M. Comparative antiproliferative effects of川ln-DTPA-hEGF， chemotherapeutic agents and y-radiation on EGFR-positive breast cancer cells [J]. Nuclear Medicine and Biology， 2002， 29: 693 699)。 与当前临床使用的小分子鳌合制剂相比，大分子鳌合剂具有稳定性好、免疫 原性低、血液半衰期长等突出优势，因此被认为是重金属离子鳌合类制剂的 未来发展方向。采用聚合物接枝方法将小分子鳌合剂(如EDTA、 DTPA、 DOTA 等)接枝到高分子主链上是获得大分子鳌合剂的一种简单而有效的手段。但 由于小分子鳌合剂的多官能团特性(如带有多个羧基)，使得其在与高分子 进行接枝反应时很容易发生交联，导致分子量无法控制，甚至形成凝胶。此 外，即使在用小分子化合物对这类鳌合剂进行改性时也会发生多官能团反应， 致使产物的鳌合效率下降。目前文献中主要采用官能团保护或在合成小分子 鳌合剂的过程中引入反应活性基团的方法来避免这类现象的发生，但这类试 剂的价格都非常昂贵，将大大提升鳌合制剂的最终费用(WenX， Jackson EF， Price R E， Edmund Kim E， Wu Q， Wallace S, Charnsangavej C， Gelovani J G， Li C. Synthesis and characterization of poly(1-glutamic acid) gadolinium chelate: a new biodegradable MRI contrast agent [J]， Bioconjugate Chem. ， 2004， 15: 1408 1415)。
发明内容
本发明的目的是提供二乙三胺五乙酸羧基活化酯或类似物。 本发明的目的之二是提供制备二乙三胺五乙酸羧基活化酯或类似物的二 乙三胺五乙酸二酸酐羧基活化酯或类似物。
本发明的目的之三是提供二乙三胺五乙酸羧基活化酯或类似物的合成方法。
本发明的目的之四是提供二乙三胺五乙酸羧基活化酯或类似物与带有氨 基和/或羟基的大分子如壳聚糖、纤维素、透明质酸、生物大分子等进行反应， 生成重金属离子的大分子螯合剂；或与带有氨基和/或羟基的小分子化合物反 应得到分子量可控的小分子鳌合剂。
本发明旨在采用活化酯法，以二乙三胺五乙酸二酸酐(DPTAA)商业试剂 或类似物为原料，利用DPTAA中酸酐和羧酸基团在反应性质上的差异，对DPTAA 分子上的单一羧基进行酯化，生成带有单一活化酯基团的DPTAA或类似物，其 后再将酸酐水解获得带有单一活化酯基团的二乙三胺五乙酸(DPTA)或类似物。所合成的DPTA羧基活化酯或类似物可以与带有氨基、羟基等的高分子或 小分子化合物反应得到分子量可控的鳌合剂。
本发明的二乙三胺五乙酸(DTPA)羧基活化酯或类似物具有以下结构
<formula>formula see original document page 31</formula>其中n，n2， n:,独立地是l， 2， 3，……10;当m = n2 二 2且n3 =1时其 结构为二乙三胺五乙酸羧基活化酯，当不满足m = n2 二 2且n3 二l时称为二乙 三胺五乙酸羧基活化酯类似物；
R为:
<formula>formula see original document page 31</formula>本发明的-
或结构(n)的.
.乙三胺五乙酸羧基活化酯或类似物由具有下式结构a)禾口/
.乙三胺五乙酸二酸酐(DTPAA)羧基活化酯或类似物制得；
<formula>formula see original document page 31</formula>结构为DTPAA羧基活化酯，当不满足m = n2 = 2且n3 =1时称为DTPAA羧基活 化酯类似物；
R为:
<formula>formula see original document page 8</formula>或
<formula>formula see original document page 8</formula>
本发明的二乙三胺五乙酸羧基活化酯或类似物的制备方法包括以下步
骤
(1) 将二乙三胺五乙酸二酸酐(DTPAA)或类似物与縮合剂(如DCC)和 酯化试剂(如NHS)溶于无水有机溶剂中，搅拌至分散均匀，控制pH《8 (优 选pH为6 7)，在0 8(TC反应；得到的反应混合物溶液过滤和/或用离心法除 去不溶物，清液通过分离、纯化、干燥去溶剂后得到二乙三胺五乙酸二酸酐 羧基活化酯或类似物；
其中二乙三胺五乙酸二酸酐或类似物与縮合剂的摩尔比为l: 0. 1 1: 10 (优选摩尔比为l: 4); 二乙三胺五乙酸二酸酐或类似物与酯化试剂的摩尔 比为l: 0. 1 1: 10 (优选摩尔比为l: 2);
(2) 将步骤(1)得到的产物与水溶液或水与有机溶剂的任意比例混合 液相混合，经分离、干燥得到二乙三胺五乙酸羧基活化酯或类似物；
步骤(1)所述的无水有机溶剂为N， N， -二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、 乙二醇、甲醇、苯胺、乙腈、乙酸、硝基甲垸、丙酮、乙醇、甲基乙基酮、 氯仿、丙醇、乙酸丁酯、四氢呋喃、丙醇、丁醇、二氯化乙烯、二氯甲垸、 异丁醇、苯、乙醚、邻二氯苯、氯苯、对二甲苯、甲苯、异丙醇、石油醚等 或它们的任意混合物。
步骤(2)所述的有机溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、甘油、丙酮、二甲基 亚砜等或它们的任意混合物。
所述的在0 80。C的反应时间是0. 5 96小时，优选时间为2 8小时。
所述的分离、纯化、干燥过程可采用溶剂沉淀法、溶剂萃取法、吸收(吸 附)法、蒸馏法、重结晶法、柱分离法、透析法、色谱法、喷雾干燥法、冷 冻干燥法、真空干燥法、自然干燥法，或上述方法的任意组合。
所述的二乙三胺五乙酸二酸酐或类似物的结构式
<formula>formula see original document page 8</formula><formula>formula see original document page 9</formula>
其中m， n2， rb独立地为1， 2， 3,……10;当m = n2 = 2且n:! 二l时其 结构为二乙三胺五乙酸二酸酐(DTPAA)，当不满足n, = n2 = 2且n3=l时称 为二乙三胺五乙酸二酸酐类似物；优选n产n2= 2, n3= 1。
所述的縮合剂为碳二亚胺类縮合剂为N， N' -二环己基碳二亚胺(DCC)、 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(EDC)或它们的混合物(优选为DCC)。
所述的酯化试剂为N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)、 N-羟基硫代琥珀酰亚胺 (NHSS)、 l-羟基苯并三唑(HOBt)、苯甲氧羰酰琥珀酰亚胺(BCS)、特丁醇 (tert-Butanol) 、 N-羟基琥珀酰亚胺二苯磷酸酯(SDPP)或它们的任意混合 物。
本发明的特点在于，由于反应中只对二乙三胺五乙酸二酸酐或类似物上 的单一羧基进行了活化，其水解产物二乙三胺五乙酸羧基活化酯或类似物在 一定条件下可以发生只有活化酯基团参与的反应(未活化羧基不参与反应)， 从而避免了二乙三胺五乙酸反应中由多官能团反应导致的交联问题，使产物 的分子量可控。在带有羧基的化合物与带有氨基和/或羟基的化合物反应生成 酰胺和/或酯时，为降低反应条件，需首先对羧基进行活化，再由活化后的产 物(如活化酯)与氨基和/或羟基反应得到酰胺化和/或酯化产物。在活化反 应中，通常选择N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)、 l-羟基苯并三唑(HOBt)或N-羟基 琥珀酰亚胺二苯磷酸酯(SDPP)等作为活化(酯化)试剂；而由二环己基碳 二亚胺(DCC， dicyclohexylcarbodiimide， FW二206)或1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(EDC， l-Ethyl-3-(3-dimethyllaminopropyl) carbodiimide， FW二191.7)等碳二亚胺类化合物作为縮合剂。本发明即首先将DTPAA或类似物 与酯化试剂在縮合作用下反应生成DTPAA羧基活化酯或类似物；进而将DTPAA 羧基活化酯或类似物水解，得到DTPA羧基活化酯或类似物。用DTPA羧基活化 酯或类似物在碱性条件下与带有氨基和/或羟基活性基团的大分子反应制备 相应的酰胺和/或酯化产物，得到相应的大分子螯合剂。本发明采用的合成方 法简单，条件温和，成本低，可与活化酯进行接枝的大分子种类广泛，且同样适合于与小分子化合物反应生成鳌合剂。
所述的大分子螯合剂是由以下方法制备得到的
将二乙三胺五乙酸羧基活化酯或类似物与带有氨基和/或羟基活性基团 的大分子反应物在溶剂中混合(二乙三胺五乙酸羧基活化酯或类似物与大分
子链段的摩尔比为0.01:1 10:1)，在pH〉7的碱性条件下，0 9(TC下反应得 到鳌合剂粗制品；鳌合剂粗制品通过分离纯化，干燥得大分子鳌合剂。 所述的反应时间是O. 5 96小时。
所述的分离纯化是采用透析法、溶剂沉淀法、溶剂萃取法、吸收(吸附) 法、蒸馏法、重结晶法、柱分离法、色谱法分离或它们的任意组合分离纯化。
所述的干燥方法为喷雾干燥法、冷冻干燥法、真空干燥法、自然干燥法 或上述方法的任意组合。
所述的带有氨基活性基团的大分子为聚赖氨酸、聚丙烯基胺(PAAh)、聚 乙烯基亚胺(PEI)或它们的任意混合物；
所述的带有羟基活性基团的大分子为几丁质(Chitin)、纤维素、羟甲 基纤维素、羧甲基纤维素、透明质酸或它们的任意混合物；
所述的带有氨基和羟基活性基团的大分子为乙二醇基壳聚糖(Glycol chitosan)、壳聚糖、蛋白质、多肽或它们的任意混合物。
所述的溶剂为水、N， N， -二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙二醇、甲醇、 苯胺、乙腈、乙酸、硝基甲烷、丙酮、乙醇、甲基乙基酮、氯仿、丙醇、乙 酸丁酯、四氢呋喃、丙醇、丁醇、二氯化乙烯、二氯甲烷、异丁醇、苯、乙 醚、邻二氯苯、氯苯、对二甲苯、甲苯、异丙醇、石油醚或它们的任意混合 物。
本发明具有以下特点-
① 在縮合剂(如DCC)存在下，以DTPAA或类似物与酯化试剂如1-羟基苯并 三唑(H0Bt)、 N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)或N-羟基琥珀酰亚胺二苯磷酸酯
(SDPP)等在无水溶剂中反应，产物经水解后得到一种反应活性很高的DTPA 或类似物的单一羧基活化酯；该活化酯可以很容易地与带有活性基团(如 氨基、羟基等)的高分子或小分子化合物反应而不会导致当使用未经改性 的DTPA或DTPM时通常发生的交联现象，因而使产物分子量可控并最大限 度地保留产物中的DTPA的羧基；
② 本发明采用的合成方法简单，产率高，成本低，反应条件温和，可在室温条件下进行；活化酯的合成在pH《8条件下进行(优选pH为6 7)，鳌合 剂的合成在pH〉7条件下进行； ③可与DTPA羧基活化酯或类似物进行接枝反应的大分子(高分子)种类广泛， 且同样适合于与带有羟基和/或氨基的小分子化合物反应生成新的小分子 鳌合剂；
活化酯合成反应在无水有机相中进行，鳌合剂的合成可以在水相或有机相 中进行。
图1.本发明实施例1的DTPAA羧基活化酯的MS谱图。 图2.本发明实施例2的DTPA羧基活化酯的丽R谱图。 图3.本发明实施例5的大分子鳌合剂的NMR谱图。
具体实施例方式
实施例l: DTPAA羧基活化酯的合成
取0. 5,1 DTPAA， 2mmolDCC和1,1 NHS加入到15ml DMSO (二甲基亚 砜)中搅拌溶解，检测pH为7，室温(25°C)下搅拌过夜。反应液过滤除去 不溶物，将黄色清液滴加到50ml异丙醇中，有白色沉淀生成，静置过夜，过 滤分离，干燥得白色粉末状产物，产率约60%。产物进行质谱(如图l所示) 和元素分析测试证明为二乙三胺五乙酸二酸酐N-羟基琥珀酰亚胺酯。
实施例2: DTPA羧基活化酯的合成
将实施例l所得产物(50mg)溶于20ml水中，室温下搅拌至溶解均匀。 上述水溶液经冷冻干燥后得到白色粉末，核磁共振(NMR)(如图2所示。其 中2. 6ppm: NHS的CH2， 2. 8-3. 2、 3. 4-4. Oppm: DTPA的CH2)证明其结构为二 乙三胺五乙酸N-羟基琥珀酰亚胺酯。
实施例3: DTPA羧基活化酯的合成
取lmmol DTPAA， 2mmolDCC/EDC混合物(摩尔比1: 1)和l腿olH0Bt加 入到10ml DMS0溶液中搅拌溶解，加入少量乙酸控制pH为6.5， 45。C下搅拌 5小时。反应物离心分离，除去不溶物，将上层清液滴加到石油醚中，有白色 沉淀生成，离心分离得到沉淀物。将沉淀物溶解于水/乙醇的混合溶液，经喷 雾干燥得到二乙三胺五乙酸N-羟基苯并三唑酯，产率约40% 。实施例4: DTPA羧基活化酯类似物的合成
取0. 5腿o] DTPAA类似物(其中n产ri2二n3二2)， lmmolDCC和2mmolSDPP加 入到5mlDMF (N， N， -二甲基甲酰胺)溶液中搅拌溶解，检测pH为7，室温 (25°C)下搅拌3小时。反应物过滤分离，除去不溶物，用旋转蒸发器将清 液的溶剂蒸干。剩余物用DMSO/二氯甲烷混合液重结晶得到二乙三胺五乙酸二 酸酐N-羟基琥珀酰亚胺酯类似物(其中ni=n2=n3=2)。再将重结晶产物搅拌溶 解于5ml去离子水，冷冻干燥得到二乙三胺五乙酸N-羟基琥珀酰亚胺酯类似 物(其中ni=n2=n3=2)，产率为53%。
实施例5:大分子鳌合剂的合成
取50mg壳聚糖，加入约10ml水配成溶液；取51. 4mg实施例1所合成的 DTPAA羧基活化酯，加入约15ml水水解；随后在搅拌过程中将水解所得到的 DTPA羧基活化酯水溶液滴加到上述壳聚糖溶液中，用NaHCO:;调节混合液pH 值呈弱碱性(pH为7.5)，室温(25°C)避光搅拌过夜。将此反应混合液装到 透析袋中，以水为透析液透析24小时，冷冻干燥，得到白色棉花状产物，经 凝胶色谱(GPC)证明无交联，丽R (如图3所示。其中1.9ppm:壳聚糖的乙 酰基CH:;; 2. 7ppm、 3. 2ppm: DTPA的CH2; 2. 8-3. Oppm、 3. 3-3. 9ppm:壳聚糖 的CH和CH》及元素分析证明接枝率为27%。
实施例6:大分子鳌合剂的合成
取50mg乙二醇基壳聚糖，加入约10ml水配成溶液；取79 mg实施例2 所合成的DTPA羧基活化酯，搅拌过程中分批加入到上述乙二醇基壳聚糖溶液 中，用4M NaOH水溶液调节溶液pH值呈碱性(pH为8. 0)，室温避光搅拌过 夜。此反应混合液用丙酮沉淀，经甲醇、丙酮反复洗涤后干燥得白色絮状产 物。
实施例7:大分子鳌合剂的合成
取85mg聚乙烯基亚胺(PEI)，溶解于45ml水/乙醇(体积比1: 3)混合 溶液；取97mg实施例l所合成的DTPAA羧基活化酯，加入约100ml水水解； 随后在搅拌过程中将水解得到的DTPA羧基活化酯水溶液滴加到上述PEI的溶 液中，此时检测混合液pH值为9.0;混合液在5(TC下搅拌过夜。将此反应混 合液装到透析袋中，以水为透析液透析24小时，后进行冷冻干燥获得产物， 经GPC证明无交联。实施例8:大分子鳌合剂的合成
取99.3mg透明质酸，溶解于45ml水和乙醇(体积比l: 3)的混合溶液； 取200mg实施例3所合成的DTPA羧基活化酯，加入100ml水和乙醇的混合溶 液，搅拌过程中将此溶液滴加到上述透明质酸溶液中，用三乙胺调节PH值呈 碱性(pH为8.5)，室温避光搅拌过夜。向此反应混合液中滴加4M盐酸水溶 液至白色沉淀全部析出，过滤并用甲醇及丙酮反复洗涤，然后放入烘箱干燥 得到白色絮状产物。
权利要求
1.一种二乙三胺五乙酸羧基活化酯或类似物，其特征是，所述的二乙三胺五乙酸羧基活化酯或类似物具有以下结构其中n1，n2，n3独立地是1，2，3，……10；当n1＝n2＝2且n3＝1时其结构为二乙三胺五乙酸羧基活化酯，当不满足n1＝n2＝2且n3＝1时称为二乙三胺五乙酸羧基活化酯类似物；R为
3. —种根据权利要求1所述的二乙三胺五乙酸羧基活化酯或类似物的制 备方法，其特征是，该方法包括以下步骤(1 )将二乙三胺五乙酸二酸酐或类似物与縮合剂和酯化试剂溶于无水有机溶剂中，搅拌至分散均匀，控制pH《8，在0 80'C反应；得到的反应混合物溶液过滤和/或用离心法除去不溶物，清液通过分离、纯化、干燥去溶剂后得到二乙三胺五乙酸二酸酐羧基活化酯或类似物；其中二乙三胺五乙酸二酸酐或类似物与縮合剂的摩尔比为l: 0.1 1: 10; 二乙三胺五乙酸二酸酐或类似物与酯化试剂的摩尔比为l: 0. 1 1: 10;(2)将步骤(1)得到的产物与水溶液或水与有机溶剂的任意比例混合 液相混合，经分离、干燥去溶剂后得到二乙三胺五乙酸羧基活化酯或类似物。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征是所述的在0 8(TC的反应时间是O. 5 96小时。
5. 根据权利要求3所述的方法，其特征是所述的二乙三胺五乙酸二酸酐 或类似物的结构式<formula>formula see original document page 4</formula>其中m10;当m= n2= 2且仏=1时其结构为二乙三胺五乙酸二酸酐，当不满足n, = n2 = 2且n3 =1时称为二乙三胺 五乙酸二酸酐类似物。
6. 根据权利要求3所述的方法，其特征是所述的縮合剂为N，N'-二环己 基碳二亚胺、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺或它们的混合物。
7. 根据权利要求3所述的方法，其特征是所述的酯化试剂为N-羟基琥珀 酰亚胺、N-羟基硫代琥珀酰亚胺、1-羟基苯并三唑、苯甲氧羰酰琥珀酰亚胺、 特丁醇、N-羟基琥珀酰亚胺二苯磷酸酯或它们的任意混合物。
8. —种根据权利要求1所述的二乙三胺五乙酸羧基活化酯或类似物的用 途，其特征是所述的二乙三胺五乙酸羧基活化酯或类似物可以与带有氨基 和/或羟基活性基团的大分子反应制备相应的酰胺和/或酯化产物，即大分子 鳌合剂。
9. 根据权利要求8所述的用途，其特征是所述的大分子螯合剂是由以下方法制备得到的将二乙三胺五乙酸羧基活化酯或类似物与带有氨基和/或羟基活性基团 的大分子反应物在溶剂中混合，其中二乙三胺五乙酸羧基活化酯或类似物与大分子链段的摩尔比为0.01:1 10:1，在pH〉7的碱性条件下，0 90。C下反应 得到鳌合剂粗制品；鳌合剂粗制品通过分离纯化，干燥得大分子鳌合剂。
10. 根据权利要求8或9所述的用途，其特征是所述的带有氨基活性基团 的大分子为聚赖氨酸、聚丙烯基胺、聚乙烯基亚胺或它们的任意混合物；所述的带有羟基活性基团的大分子为几丁质、纤维素、羟甲基纤维素、 羧甲基纤维素、透明质酸或它们的任意混合物；所述的带有氨基和羟基活性基团的大分子为乙二醇基壳聚糖、壳聚糖、 蛋白质、多肽或它们的任意混合物。
全文摘要
本发明属于医药及化学合成技术领域，特别涉及二乙三胺五乙酸(DTPA)羧基活化酯或类似物，以及该二乙三胺五乙酸羧基活化酯或类似物的合成方法和用途。本发明旨在采用活化酯法，以二乙三胺五乙酸二酸酐(DPTAA)商业试剂或类似物为原料，利用DPTAA中酸酐和羧酸基团在反应性质上的差异，对DPTAA分子上的单一羧基进行酯化，生成带有单一活化酯基团的DPTAA或类似物，其后再将酸酐水解获得带有单一活化酯基团的二乙三胺五乙酸(DPTA)或类似物。所合成的DPTA羧基活化酯或类似物可以与带有氨基、羟基等的高分子或小分子化合物反应得到分子量可控的鳌合剂。所述的二乙三胺五乙酸羧基活化酯或类似物具有以上结构。
文档编号C07D207/416GK101307018SQ200710099349
公开日2008年11月19日 申请日期2007年5月17日 优先权日2007年5月17日
发明者丁彩霞, 刘继广, 屈小中, 杨振忠 申请人:中国科学院化学研究所