Выпускная квалификационная работа (стр. 5 )

3.2.1 Влияние времени реакции на эффективность радиофторирования

Было показано, что при соотношении субстрат:криптанд ̶ 1:1 и времени реакции 15 мин эффективность радиофторирования при использовании обоих криптандов была примерно одинаковой ~13% (см. стр.1 в табл.7).

С увеличением времени реакции до 30 мин выход радиофторирования вырос примерно в два раза (23% для K 2.2.2 и 28% для K 2.2.2BB, см. стр. 2 в табл.7).

Дальнейшее увеличение времени реакции показалось нам нецелесообразным, так как радиохимический выход является функцией не только химического выхода, но и радиоактивного распада радионуклида. В работе [17] при радиофторировании 2-нитро - и 2-бромбензальдегидов в ДМФА (T=140°C) при достижении 30 мин было обнаружено, что выход радиофторирования выходит на плато постоянного значения или начинает падать примерно после 10-15 мин после начала реакции (см. рис.19).

Рис.19 Зависимость радиохимического выхода [18F]-меченных соединений от времени [17]

3.2.2 Влияние количества субстрата на эффективность радиофторирования

Увеличение количества субстрата до 10 мг (соотношение субстрат:криптанд – 2:1) при времени реакции 30 мин не привело к достижению лучшего результата. Максимальный выход радифоторирования при этом с катализатором K 2.2.2BB составил 8% (см. стр.3 в табл.7), что значительно уступает эффективности реакции с 5 мг субстрата (28%, см. стр.2 в табл.7).

3.2.3 Влияние количества криптата калия на эффективность радиофторирования

С целью изучения влияния основности реакционной среды на эффективность радиофторирования количество [K+/K 2.2.2]2CO3 и [K+/K 2.2.2BB]2CO3 было увеличено в 2 раза (соотношением субстрат:криптанд – 1:2).

В результате при времени реакции 30 мин эффективность конверсии 4-метокси-3-нитробензальдегида значительно увеличилась для обоих криптандов. Для K 2.2.2BB она составила 49-54% (n=3) (см. стр.5 в табл.7). Для того же криптанда при соотношении субстрат:криптанд – 1:1 при прочих равных условиях эффективность радиофторирования была примерно в два раза ниже ̶ 28% (см. стр.2 в табл.7, сравните хроматограммы на рис.20,21).

Рис. 20 Радио-ТСХ хроматограмма. Условия: K.2.2.2BB, ДМФА, 30 минут, T=140°C, субстрат/криптанд=1/1. Выход реакции ̶ 27,6%

Рис. 21 Радио-ТСХ хроматограмма. Условия: K.2.2.2BB, ДМФА, 30 минут, T=140°C, субстрат/криптанд=1/2. Выход реакции ̶ 52%

Аналогичный эффект наблюдался и для K 2.2.2. Максимальный выход радиофторирования в данных условиях был 40% (см. стр.5 в табл.7). При применении того же катализатора при соотношении субстрат:криптанд – 1:1 эффективность радиофторирования была значительно ниже – 23% (см. стр.2 в табл.7).

Таким образом, увеличение количества [K+/K 2.2.2]2CO3 ([K+/K 2.2.2BB]2CO3) привело к значительному увеличению эффективности конверсии субстрата в случае использования обоих катализаторов. Данный факт отчасти имеет подтверждение в некоторых литературных источниках, в которых отмечается положительный эффект на выход радиофторирования карбонат - и бикарбонат - ионов (слабых нуклеофильных оснований) [11].

Интересно отметить, что при одинаковом содержании воды в QMA элюенте (15%) в случае K 2.2.2 ВВ максимальный выход продукта составил 54% (см. стр.5 в табл.7), тогда как при использовании К 2.2.2 – намного меньше – 18,5% (см. стр.5 в табл.7). На практике это может означать, что высокой эффективности радиофторирования при использовании K 2.2.2ВВ можно достичь и без тщательного удаления следов влаги при приготовлении реакционноспособного комплекса, более того, возможно, в этом случае необходимы каталитические количества протонного растворителя.

Выводы

Впервые было изучено влияние двух межфазных катализаторов – криптандов K 2.2.2 и K 2.2.2 BB на эффективность ароматического нуклеофильного радиофторирования на примере молекулы 4-метокси-3-нитробензальдегида.

На основании результатов серии опытов были подобраны условия реакции (растворитель ДМФА; время реакции 30 минут; температура – 140°C; мольное соотношение субстрат:криптанд – 1:2), при которых оба криптанда показали относительно высокие выходы радиофторирования: 40 % и 54 % для K 2.2.2 и K 2.2.2BB, соответственно.

Полученное соединение 4-метокси-3-[18F]фторбензальдегид может быть использовано в качестве меченого интермедиата в синтезе биологически активных макромолекул, потенциальных радиотрейсеров для позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ).

Практическое значение использования криптанда K 2.2.2ВВ в ароматическом нуклеофильном радиофторировании может заключаться в упрощении процедуры приготовления реакционноспособного комплекса [K+/K 2.2.2BB]18F - для достижения высокой эффективности процесса.

Благодарности

Выражаю огромную благодарность за помощь в выполнении и подготовке выпускной квалификационной работы моим научным руководителям – Гомзиной Наталье Анатольевне и Красиковой Раисе Николаевне, а также всему коллективу лаборатории радиохимии Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института мозга человека им. Российской академии наук (ИМЧ РАН): Ваулиной Дарие Дмитриевне, , Орловской Виктории Владимировне.

Список цитированной литературы

[1] , , Астрель-СПб, Санкт-Петербург, 2008, С. 319.

[2] R. A.J. O. Dierckx, A. Otte, E. F.J. de Vries, A. van Waarde, J. A den Boer, Springer Berlin Heidelberg, 2014, P. 849.

[3] B. Gulyás, C. Halldin, Q. J. Nucl. Med. Mol. Im., 2012, V. 56, PP 173-190.

[4] S. Richter and F. Wuest, Molecules, 2014, V. 19, PP 20536-20556.

[5] Johannes Ermert, BioMed Research International, 2014, V. 2014, Article ID 812973.

[6] F. Wuest in PET Chemistry (P. A. Schubiger, L. Lehmann, M. Friebe), Springer Berlin Heidelberg, 2007, PP 51-78.

[7] L. Li, M. N. Hopkinson, R. L. Yona, R. Bejot, A. D. Gee, V. Gouverneur, Chem. Sci. 2011, V. 2, PP 123 – 131.

[8] , ТЕЗА, Санкт-Петербург, 2008, С. 108.

[9] F. Dolle, D. Roeda, B. Kuhnast, M. Lasne in Fluorine and Health (A. Tressaud, G. Haufe), Elsevier, 2008, PP 3-67.

[10] O. Jacobson, D. O. Kiesewetter, X. Chen, Bioconjugate Chem., 2015, V. 26, PP 1−18

[11] R. Bejot and V. Gouverneur in Fluorine in Pharmaceutical and Medicinal Chemistry – From Biophysical Aspects to Clinical Applications (V. Gouverneur, K. Muller), Imperial College Press, London, 2012, PP 335-381.

[12] R. Schirrmacher, C. Wangler, E. Schirrmacher in Pharmaceutical Radiochemistry (I), Fluorine-18 Munich Molecular Imaging Handbook Series, 2010, V. 1, 73PP.

[13] H. H. Coenen in PET Chemistry (P. A. Schubiger, L. Lehmann, M. Friebe), Springer Berlin Heidelberg, 2007, PP 15-50.

[14] Vogt M., Huszar I., Argentini M., Oehninger H., Weinreich R., Appl. Radiat. Isot., 1986, V.17, P 59.

[15] K. Sander, T. Gendron, E. Yiannaki, K. Cybulska, T. L. Kalber, M. F. Lythgoe, E. Arstad, Sci. Rep, 2015, V. 5, Article number: 9941.

[16] B. Shen, D. Loffler, G. Reischl, H. J. Machulla, K. P. Zeller, Journal of Fluorine Chemistry, 2009, V. 130, PP 216-224

[17] I. Fernа́ndez, G. Frenking, E. Uggerud, J. Org. Chem., 2010, V. 75, PP 2971 – 2980.

[18] S. Preshlock, M. Tredwell, and V. Gouverneur, Chem. Rev., 2016, V. 116 (2), PP 719-776.

[19] T. Furuya, C. A. Kuttruff, T. Ritter, Curr. Opin. Drug Discovery Dev., 2008, V. 11, PP 803−819.

[20] Y. H. Oh, D. S. Ahn, S. Y. Chung, J. H. Jeon, S. W. Park, S. J. Oh, D. W. Kim, H. S. Kil, D. Y. Chi, S. Lee, J. Phys. Chem. A, 2007, V. 111, PP 10152-10161.

[21] D. W. Kim, D. S Ahn, Y. H. Oh, S. Lee, H. S. Kil, S. J. Oh, S. J. Lee, J. S. Kim, J. S. Ryu, D. H. Moon, D. Y Chi, J. Am. Chem. Soc., 2006, V. 128, PP 16394−16397.

[22] T. Koivula, J. Simecek, J. Jalomäki, K. Helariutta and A. J. Airaksinen, Radiochim. Acta, 2011, V. 99, PP 293-300.

[23] M. Tredwell and V. Gouverneur, Angew. Chem. Int. Ed., 2012, V. 51, PP 11426 – 11437

[24] J. , R. R. Burnette, ChemPhysChem, 2008, V. 9, PP 1989-1996.

[25] X. Wang, H. Wang, Y. Tan, put. Chem., 2008, V. 29, PP 1423-1428.

[26] K. Hamacher, H. H. Coenen, G. Stocklin, Nucl. Med. Biol, 1986, V.27, PP 235-238

[27] US Patent 5,264,570: Nov. 23, 1993

[28] , , Радиохимия, 2002, Т. 44, С. 366-337.

[29] B. Shen, D. Loffler, K. P. Zeller, M. Ubele, G. Reischl, H. J. Machulla, Journal of Fluorine Chemistry, 2007, V. 128, PP 1461-1468

[1] Выражаем благодарность сотрудникам Института химии растворов РАН к. х.н. и д. х.н за расчеты конформаций криптанда K 2.2.2BB и его комплексов с катионом калия.