制备1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸及其络合物的方法
【专利说明】制备1,4, 7, 10-四氮杂环十二烷-1,4, 7, 10-四乙酸及其络 合物的方法 发明领域
[0001] 本发明涉及一种过程，其用于制备1，4, 7, 10-四氮杂环十二烷-1，4, 7, 10-四乙酸 (DOTA)，包括其盐和水合物、含其金属离子络合物的大环化合物以及可被用于制备用于磁 共振成像的造影剂的含所述大环化合物的组合物。
[0002] 发明背景 磁共振成像（MRI)是有力的、无创伤性技术，其用于产生体内组织详细的二维或三维 解剖影像。常规的MRI使用在组织中高度丰富的质子（Proton)1H作为它的信号源，而且它 具有所有生物相关的核中最高的灵敏度。
[0003] 反差(其使得有可能在图像中区分内部结构）由信号如何衰减产生，并且是自两个 组织区域产生的信号之间的差异。通过其质子释放它们从射频脉冲吸收的能量，从而降低 横向磁化并引起信号衰减的路径被称为弛豫。在MRI中，两个独立的弛豫过程同时发生：通 过时间常数T 1表征的自旋-晶格或纵向弛豫和通过时间常数T 2表征的自旋-自旋或横向 弛豫。
[0004] 通常，当使用适合的T1-或T2-加权序列（weighting sequences)时，两个组织间 的自然反差足以产生诊断有用的图像。然而，尽管一些病况不引起在受累组织的弛豫时间 上足够特异的变化，于是造影剂用于局部改变患病组织的弛豫时间，增强图像反差。
[0005] 大部分造影剂通过缩短水质子在靶组织中的弛豫时间起作用。！\造影剂基于顺磁 性金属离子螯合物，其使得组织在1\加权影像上显得较明亮（正反差）。T 2造影剂通常为 超顺磁氧化铁纳米颗粒，其在T2加权影像上生成深色斑点（负反差）。T 被最广泛地使 用且这些的大多数都基于钆离子（Gd3+)的螯合物。
[0006] 作为有效的1\剂，钆（III)螯合物必须显著提高在水中的质子弛豫速率。钆是镧 系中的第七种元素且，像其它镧元素一样，它最常见以+3氧化态形式存在，对应于电子构 型[Xe]4f 7。这意味着Gd3+有7个不配对的电子，使得它高度顺磁，即Gd(III)离子具有大 的永久磁矩（由于电子自旋角动量），但在不存在外部磁场的情况下这些是随机定向的。由 于其大的尺寸，Gd(III)离子通常在其络合物中配位数为九。作为自由离子，钆对于组织是 非常有毒的，但当作为螯合的化合物给予时通常被认为是安全的。
[0007] 毒性水平取决于螯合剂的强度，所述螯合剂又称为配体、螯合剂（chelator)或螯 合剂（sequestering agent) 〇
[0008] 通常这些配体为有机化合物，其与单个中心金属离子(在这种情况下为钆离子）形 成两个或更多个独立的配位键，使它钝化，从而减轻或消除它在组织中的毒性作用。
[0009] 聚氨基聚羧酸化合物为精选的配体类型，因为它们与Gd(III)离子形成异常稳定 的络合物，这可由许多原因来解释。这些化合物可为线性的（如喷替酸或二乙烯三胺五乙 酸，其也称为DTPA)或大环的（例如1，4, 7, 10-四氮杂环十二烷-1，4, 7, 10-四乙酸，D0TA)。 DOTA在合成MRI的造影剂札特酸葡甲胺（gadoterate meglumine) ([Gd(DOTA) (H2O)](葡甲 胺））中被用作配体。
[0010] 已提议用于制备DOTA的几种合成路线，即，通过Stetter, Hermann; Wolfram Frank (1976)- ''Complex Formation with Tetraazacycloalkane-N, Ν'，Ν''，Ν'' '（与四氮 杂环十二烧-Ν, Ν'，Ν' '，Ν' ' ' 形成络合物）；_tetraacetic Acids as a Function of Ring Size (作为环大小的功能的四乙酸）〃。Angewandte Chemie International Edition in English 15 (11): 686)，通过 R. Delgado 和 J.J. Fraiisto da Silva - Talanta, Vol. 29，pp. 815-822，Issue 10，1982，以及通过 J. F. Desreux - Inorg. Chem. 1980， 19， pp. 1319-1324。
[0011] DOTA的制备在1976年由Stetter和Frank (完整的参考见上文）首次报道：通 过让1，4, 7, 10-四氮杂环十二烷与氯乙酸在含水碱性介质中反应以获得D0TA，其中生成的 无机盐被分离并通过用离子交换柱Dowex 2x8处理来纯化。
[0012] 在文献中最广泛报道的方法以Delgad等（完整的参考见上文）的为代表，其中轮 环藤宁（cyclen)与氯乙酸在含水碱性条件（pH = ~10)下反应以形成D0TA，其通过用盐酸 酸化冷却的DOTA溶液至pH 2并将其放置在冰箱中过夜而结晶。
[0013] Desreux (完整的参考见上文）也报道了相似的程序，但指定氢氧化钠作为使用 的碱，反应温度为80°C，并声明当酸化时DOTA在pH 2. 5下从溶液中沉淀出。
[0014] E. Clarke 和 A. Martel (1991) - Inorganica Chimica Acta, 190，pp 27-36)，描述了通过以下制备DOTA :用溴乙酸在介于11. 2至11. 3之间的受控的pH下烷基 化环四胺配体，生成的产物通过用离子交换柱处理作为铵盐回收，接着用pH 11.5的钾阳 离子溶液处理并真空浓缩。生成的配体然后通过加入HCl被再质子化，并通过再结晶从热 水中分离。
[0015] W09905128公开通过以下制备DOTA化合物的过程：在碱性pH的水溶液中用过量 的所述烷基化试剂的2步-烷基化(其中烷基化试剂优选溴乙酸，但也包括氯乙酸)，接着水 解并用离子交换树脂和用任选的再结晶步骤纯化以获得高度纯化的DOTA化合物。具体而 言，W09905128公开了制备DOTA的多步骤过程，其始于： a) 在水溶液中和碱性pH下使2a，4a，6a，8a_十氢四氮杂环戊[fg]苊烯与酸烷基化反 应，接着 b) 与不同的烷化剂第二烷基化反应，和 c) 水解任何酯基，和 其中使用的第一烷化剂的量在步骤a)中在2-2. 3 mol试剂/mol底物之间变化，在步 骤b)中2-3 mol，并且反应温度从室温至80°C变化，这取决于烷化剂的反应性。
[0016] 为能够最终用作包含钆特酸葡甲胺的适合的造影剂，必须将存在于粗DOTA中的 过程杂质（有机和无机二者）的浓度除去或明显减少。这使得纯化的DOTA合乎用于造影 剂中严格的规格，否则它不会被相关药品管理机构批准用于销售，因为对于人使用而言它 会被认为不足够安全。因此必须采用一系列的纯化步骤以除去这些杂质，而不引入太高浓 度的新的杂质或残留溶剂，因为这些也必须合乎规格。
[0017] 然而，从上述过程生成的DOTA仍高度地受到有机和无机杂质，尤其是受氯和钠离 子的污染，而使用离子交换树脂的常规纯化步骤，如上面所公开，仅在某种程度上解决了此 问题。
[0018] 事实上，G. Hernandez, M. F. Tweedle and R. G. Bryant, Inorg. Chem.，1990， 29，5IO9-5Il3,公开了合成[Gd(DOTA) (Η20)Γ的钠盐（Na[Gd(DOTA) (H2O)] .4H2O)。然而， 因为这种化合物包含钠，它不适宜用作造影剂。然而，本文中公开的合成程序强调，需要高 温（90°C )和长反应时间（6. 5小时）使DOTA和氧化钆（Gd2O3,离子盐，其为钆离子源）一 起成功起反应以形成热力学稳定的[Gd(DOTA)(H 2O)]'这可以以非常缓慢的络合物形成动 力学来说明。
[0019] 因此，希望获得针对粗DOTA合成的优化的过程，其确保不但此化合物的高收率 (相对于使用的起始试剂量的至少50%)，而且粗DOTA是质量合适的，并呈易于操作的形式。 此外，也希望简化用于以工业规模制备DOTA的方法。
[0020] 发明概述 本发明的一个目的在于提供制备DOTA的方法，其允许以简单、直接和可靠的过程获得 具有改进的质量和纯度的高收率。
[0021] 此目的通过提供用于制备如权利要求1所限定的DOTA的五个步骤的过程来实现。
[0022] 本发明的另一目的在于提供用于制备包含DOTA和金属离子络合物的大环化合物 的过程，如权利要求10中所限定。
[0023] 本发明的另一目的在于提供制备包含可以用作磁共振成像中的造影剂的所述大 环化合物的组合物的过程。
[0024] 本发明进一步的优点和实施方案会因以下描述和从属权利要求而变得显而易见。
[0025] 发明描述 本发明涉及用于制备下式（I)的1，4, 7, 10-四氮杂环十二烷-1，4, 7, 10-四乙酸 (DOTA)，包括其盐和水合物的四个步骤的过程：
本发明的过程包括以下步骤： a) 使轮环藤宁1，4, 7, 10-四氮杂环十二烷和卤代乙酸与碱在pH 2 1〇起反应； b) 通过以下将步骤a)中获得的1，4, 7, 10-四氮杂环十二烷-1，4, 7, 10-四乙酸结晶： 加入酸以实现pH 1 3,接着加热步骤和冷却步骤，其中所述加热步骤在50°C_100°C范围内 的温度下进行，维持至少5分钟，和所述冷却步骤在5°C _25°C范围内的温度进行，维持至少 5分钟； c) 用阳离子树脂处理b)中获得的粗制材料，然后用挥发性碱溶液解吸D0TA; d) 用阴离子树脂进一步处理c)所生成的溶液； e) 按照两阶段洗涤而洗涤d)的产物：第一次用pKa小于5的有机挥发性酸直至DOTA 开始从树脂释放，和第二阶段用与所述第一次选择的有机挥发性酸相比PKa更低和/或浓 度更高的有机挥发性酸以从树脂释放D0TA。
[0026] 合成粗 DOTA 在第一步骤中，让轮环藤宁（1，4, 7, 10-四氮杂环十二烷）与卤代乙酸和过量碱在pH > 10下按以下反应起反应：
轮环藤宁分子上的四个胺基在亲核取代反应中与四个当量的卤代乙酸起反应。
[0027] 在本发明的范围之内卤代乙酸意指一个H被碘、溴或氯所取代的乙酸的衍生物。 在一个优选的实施方案中使用氯乙酸。
[0028] 在此步骤中可使用过量的卤代乙酸，优选以关于轮环藤宁的初始量至少为4当量 (eq.)和更优选在5. 0-6.0 eq.之间的量。
[0029] 根据引用的现有技术，此步骤在大约80°C的温度下进行。然而，发现根据本发明 使用过量的卤代乙酸，可使用更低的温度。因此，在本发明的范围之内，此步骤可在范围为 20-100°C，优选20-65°C并更优选20-30°C的温度下进行。
[0030] 可使用较高的温度（2 65°C )以加速反应速率，但在工业过程中它们是不那么优 选，原因是伴随的较高成本。此外，所述DOTA的收率并不优于在范围为20-65?的温度下获 得的DOTA的收率。
[0031] 在现有技术的温度下，此步骤可在约40h期间进行。所述反应时间（40小时或 以上）可被用来确保最终全部四个胺基被取代，而反应混合物中不存在三取代、二取代或 者单取代的轮环