Σύνθεση, χαρακτηρισμός και αξιολόγηση νέων μικτών [2 + 1] συμπλοκών Re(I) και 99mTc(I)

Abstract

In the present work, the synthesis, characterization and evaluation of new Reand 99mTc mixed ligand complexes at oxidation state (I) is described. For that purpose,the fac-[M(CO)3]+ synthon (Μ = Re or 99mTc) is used and the [2 + 1] approach isapplied. In order to prepare the new complexes, two bidentate ligands are used,namely curcumin (curc) and quinaldic acid (quin), with atoms donors OO or NOrespectively.In the case of curcumin, the first step comprises of its coordination to themetal core fac-[Re(CO)3]+ and the formation of the complex fac-[Re(curc)(H2O)(CO)3], 1. Then, the replacement of the water molecule by variousmonodentate ligands namely imidazole (im), triphenylphosphine (PPh3) andcyclohexylisocyanide (cisc), leads each time to the formation of a single product,namely fac-[Re(curc)(im)(CO)3], 2, fac-[Re(curc)(PPh3)(CO)3], 3, trans-cis-[Re(curc)(PPh3)2(CO)2], 4 and fac-[Re(curc)(cisc)(CO)3], 5. All the Re complexeswere fully characterized by elemental analysis, IR and 1H NMR spectroscopy. Thestructure of complex 5 was established by X-rays crystallography.At 99mTc level, addition of curcumin to the fac-[99mTc(H2O)3(CO)3]+ precursorleads to the formation of fac-[99mTc(curc)(Η2Ο)(CO)3], 1΄, in high radiochemicalpurity. Complexes 2΄ – 5΄ are also prepared by adding the appropriate monodentateligand to the labelling solution of 1΄. All the 99mTc complexes are characterized bycomparative HPLC using the analogous well-characterized Re complexes asreference. Stability of the 99mTc complexes (Cys/His challenge and plasma stability)and lipophilicity were studied, as well as biodistribution in experimental mice.Biodistribution data showed that the brain uptake of complexes 1΄, 3΄ - 5΄ at 2 min p.iis 0.46 – 1.07 % ID/g.In the second part, quinaldic acid as a NO monoanionic bidentate ligand isused. Initially, the Re complexes are prepared by coordination of quinaldic acid to themetal core fac-[Re(CO)3]+ and the formation of complex fac-[Re(quin)(H2O)(CO)3],6. Then, the water molecule is replaced by various monodentate ligands namelyimidazole (im), triphenylphosphine (PPh3), trimethylphosphite (POM) tris(hydroxymethyl)phosphine (THP), triphenylarsine (AsPh3), cyclohexylisocyanide(cisc) and N-[4-(benzothiazol-2-yl-phenyl)-3-isocyano-propionamide (bisc), whichwas synthesised for this purpose. Consequently, the complexes fac-[Re(quin)(im)(CO)3], 7, fac-[Re(quin)(PPh3)(CO)3], 8, trans-cis-[Re(quin)(PPh3)2(CO)2], 9, fac-[Re(quin)(POM)(CO)3], 10, fac-[Re(quin)(THP)(CO)3], 11, fac-[Re(quin)(AsPh3)(CO)3], 12, fac-[Re(quin)(cisc)(CO)3], 13 and fac-[Re(quin)(bisc)(CO)3], 14, are prepared. It is worthnoticed that bisc bears the 2-(4-aminophenyl)benzothiazole moiety, which binds withhigh affinity to amyloid plaques of Alzheimer’s disease. All the Re complexes werefully characterized by elemental analysis, IR and 1H NMR spectroscopy. The structureof complexes 6 - 8 and 10 - 12 was established by X-rays crystallography.At 99mTc level, addition of quinaldic acid to the fac-[99mTc(H2O)3(CO)3]+precursor leads to the formation of fac-[99mTc(quin)(Η2Ο)(CO)3], 6΄, with highradiochemical purity. Complexes 7΄ – 13΄ are also formed by adding the appropriatemonodentate ligand to 6΄ and are characterized by comparative HPLC using theanalogous well-characterized Re complexes as reference. Experimental data showedthat the complex 13΄ has excellent characteristics in order to further act as a “buildingblock” for the development of novel target-specific radiopharmaceuticals. That is whythe ligand bisc and its corresponding complex fac-[99mTc(quin)(bisc)(CO)3], 14΄ weresynthesized. The stable and lipophilic complex 14΄ showed brain uptake of 0.42 %ID/g, 2 min p.i. in experimental mice.

Στην παρούσα εργασία, παρουσιάζεται η σύνθεση, ο χαρακτηρισμός και η αξιολόγηση νέων μικτών συμπλόκων του ρηνίου και του τεχνητίου-99m στην οξειδωτική βαθμίδα Ι. Για τη σύνθεσή τους χρησιμοποιείται ο πυρήνας fac-[Μ(CO)3]+(Μ = Re ή 99mTc) και ακολουθείται η μικτή [2 + 1] προσέγγιση. Για την παρασκευή των νέων συμπλόκων, χρησιμοποιούνται δύο διδραστικοί υποκαταστάτες, η κουρκουμίνη (curc) και το κιναλδικό οξύ (quin), που φέρουν ως άτομα δότες ΟΟ και ΝΟ αντίστοιχα.Όσον αφορά την κουρκουμίνη, το πρώτο στάδιο περιλαμβάνει τη συναρμογή της με το μεταλλικό πυρήνα fac-[Re(CO)3]+ για το σχηματισμό του συμπλόκου fac-[Re(curc)(H2O)(CO)3], 1. Στη συνέχεια, αντικατάσταση του μορίου του νερού από διάφορους μονοδραστικούς υποκαταστάτες και συγκεκριμένα το ιμιδαζόλιο (im), την τριφαινυλοφωσφίνη (PPh3) και το κυκλοεξυλοϊσοκυανίδιο (cisc) οδηγεί στο σχηματισμό των συμπλόκων fac-[Re(curc)(im)(CO)3], 2, fac-[Re(curc)(PPh3)(CO)3],3, trans-cis-[Re(curc)(PPh3)2(CO)2], 4 και fac-[Re(curc)(cisc)(CO)3], 5. Ο χαρακτηρισμός όλων των συμπλόκων του Re πραγματοποιείται με στοιχειακή ανάλυση και με κλασικές φασματοσκοπικές μεθόδους (IR, 1H NMR). Η δομή του συμπλόκου 5 επιβεβαιώθηκε επίσης με κρυσταλλογραφία ακτίνων X.Σε επίπεδο 99mTc, προσθήκη κουρκουμίνης στο πρόδρομο σύμπλοκο fac-[99mTc(H2O)3(CO)3]+ οδηγεί στον σχηματισμό του fac-[99mTc(curc)(Η2Ο)(CO)3], 1΄,με υψηλή ραδιοχημική καθαρότητα. Τα ανάλογα σύμπλοκα 2΄ - 5΄ παρασκευάζονται με προσθήκη του εκάστοτε μονοδραστικού υποκαταστάτη στο 1΄. Όλα τα σύμπλοκα του 99mTc χαρακτηρίζονται με συγκριτική χρωματογραφία HPLC χρησιμοποιώντας ως αναφορά τα ανάλογα καλώς χαρακτηρισμένα σύμπλοκα του Re. Επίσης,πραγματοποιούνται μελέτες σταθερότητας (σε περίσσεια κυστεΐνης/ιστιδίνης και σε ανθρώπινο πλάσμα), λιποφιλικότητας και βιοκατανομής σε πειραματόζωα. Η πρόσληψη από τον εγκέφαλο στα 2 min p.i για τα σύμπλοκα 1΄, 3΄ - 5΄ ήταν από 0.46– 1.07 % ID/g.Στο δεύτερο μέρος της εργασίας χρησιμοποιείται το κιναλδικό οξύ ως ΝΟ μονοανιονικός διδραστικός υποκαταστάτης. Αρχικά, παρασκευάζονται τα σύμπλοκα του Re με τη συναρμογή του κιναλδικού οξέως στο μεταλλικό πυρήνα για τον σχηματισμό του συμπλόκου fac-[Re(quin)(H2O)(CO)3], 6. Στη συνέχεια, το μόριο του νερού αντικαθίσταται από μονοδραστικούς υποκαταστάτες και συγκεκριμένα το ιμιδαζόλιο (im), την τριφαινυλοφωσφίνη (PPh3), την τριμεθοξυφωσφίνη (POM), την τρις(υδροξυμεθυλο)φωσφίνη (THP), την τριφαινυλοαρσίνη (AsPh3), το κυκλοεξυλοϊσονιτρίλιο (cisc) και το N-[4-(2-βενζοθειαζολυλο)φαινυλο]-3-ισοκυανοπροπαναμίδιο (bisc), το οποίο παρασκευάσθηκε για αυτό το σκοπό.Συνεπώς, παρασκευάζονται τα σύμπλοκα fac-[Re(quin)(im)(CO)3], 7, fac-[Re(quin)(PPh3)(CO)3], 8, trans-cis-[Re(quin)(PPh3)2(CO)2], 9, fac-[Re(quin)(POM)(CO)3], 10, fac-[Re(quin)(THP)(CO)3], 11, fac-[Re(quin)(AsPh3)(CO)3], 12, fac-[Re(quin)(cisc)(CO)3], 13, και fac-[Re(quin)(bisc)(CO)3], 14. Πρέπει να τονιστεί ότι το bisc φέρει την ομάδα του 2-(4-αμινοφαινυλο)βενζοθειαζολίου η οποία εμφανίζει συγγένεια με τις αμυλοειδείς πλάκες του εγκεφάλου της νόσου Alzheimer. Ο χαρακτηρισμός όλων των συμπλόκων του Re πραγματοποιείται με στοιχειακή ανάλυση και με κλασικές φασματοσκοπικές μεθόδους (IR, 1H NMR). Η δομή των συμπλόκων 6 - 8 και 10 - 12 επιβεβαιώθηκε επίσης με κρυσταλλογραφία ακτίνων X.Ακολούθως, σε επίπεδο 99mTc, η προσθήκη κιναλδικού οξέως στο πρόδρομο σύμπλοκο fac-[99mTc(H2O)3(CO)3]+ οδηγεί στον σχηματισμό του fac-[99mTc(quin)(Η2Ο)(CO)3], 6΄, με υψηλή ραδιοχημική καθαρότητα. Με προσθήκη του εκάστοτε μονοδραστικού υποκαταστάτη στο 6΄ παρασκευάζονται τα ανάλογα σύμπλοκα 7΄- 13΄ τα οποία χαρακτηρίζονται με συγκριτική χρωματογραφία HPLCχρησιμοποιώντας ως αναφορά τα ανάλογα καλώς χαρακτηρισμένα σύμπλοκα του Re.Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι το σύμπλοκο 13΄ εμφανίζει τα καλύτερα χαρακτηριστικά για να μπορεί να θεωρηθεί ως κατάλληλος “δομικός λίθος” και να χρησιμοποιηθεί στην ανάπτυξη νέων εξειδικευμένων ραδιοφαρμάκων. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο συντέθηκε το bisc και το αντίστοιχο σύμπλοκο fac-[99mTc(quin)(bisc)(CO)3], 14΄. Το σύμπλοκο 14΄ είναι σταθερό, λιπόφιλο και η βιοκατανομή του σε πειραματόζωα έδειξε πρόσληψη στον εγκέφαλο στα 2 min p.iήταν 0.42 % ID/g.