Производные бициклополиазамакроциклофосфоновых кислот или их фармацевтически приемлемые соли и способ их получения

Производные бициклополиазамакроциклофосфоновых кислот или их фармацевтически приемлемые соли и способ их получения

Реферат

 

Использование: в качестве контрастных агентов в магниторезонансной визуализации. Продукты: производные бициклополиазамакроциклофосфоновых кислот формулы I, где R - группа - (C)_n (x) (y) - T, x и y - H или COOH, п - целое число 1,2 или 3, T - COOH, - C₆H₄R⁴ или P (O) (R¹) OH, R¹ - OH или -O-(C₁ - C₅)алкил, R⁴ - NO₂ или NH₂, при условии, что один T должен быть группой P(O) (R¹)OH, или их фармацевтически приемлемые соли. Реагент 1: соединение формулы 1, в которой по крайней мере одна группа R представляет собой водород. Реагент 2: фосфористая кислота или ее эфир. Условия реакции: в среде растворителя в присутствии формальдегида. 2 с. и 18 з.п.ф-лы, 4 табл.

соединение формулы I.

Изобретение касается лигандов, которые представляют собой бициклополиазамакроциклофосфоновые кислоты, и их комплексов и конъюгатов, для использования в качестве контрастных агентов в магнитнорезонансной визуализации (MRI). Некоторые лиганды и комплексы также полезны в качестве средств ухода за полостью рта и в качестве агентов ингибирования образования накипи в системах водной обработки. Для лучшего понимания изобретения в следующем разделе дается краткий обзор или предпосылки, касающиеся MRI.

MRI является не-инвазивным приемом диагностики, который дает хорошо разрешенные изображения поперечного сечения мягких тканей животного организма, предпочтительно, человека. Данный прием основан на свойстве некоторых атомных ядер (например протонов воды), которые обладают магнитным моментом (как это определено с помощью математических уравнений: см. G.M. Barrow, physical Chemistry, 3-е издание, Mc Graw-Hill, HY (1973)), устанавливаться в одну линию (центрироваться) в магнитном поле. После центрирования данное состояние равновесия может отклоняться от нормы при применении внешнего радиочастотного (RF) импульса, который заставляет протоны уклоняться от выравнивания магнитным полем. Когда RF импульс прекращается (заканчивается), ядра возвращаются в свое состояние равновесия, и время, требуемое для того, чтобы это происходило, известно как время релаксации. Время релаксации состоит из двух параметров, известных как спинрешеточная (TI) и спинспиновая (T2), релаксация, и именно эти измерения релаксации дают информацию о степени молекулярной организации и взаимодействии протонов с окружающей средой.

Поскольку содержание воды в живой ткани является существенным, и существуют варьирования содержания и окружающей среды среди типов тканей, получаются диагностические изображения биологических организмов, которые отражают плотность протонов и периоды релаксации. Чем больше различия во времени релаксации (T1 и T2) протонов, присутствующих в проверяемой ткани, тем больше будет контраст получаемого изображения (J. Magnetic Resonance, 33, 83-106 (1979)).

Известно, что парамагнитные хелаты, обладающие симметричным электронным основным состоянием, могут оказывать резкое влияние на скорости релаксации T1 и T2 наложенных друг на друга водных протонов, и что эффективность хелата в данном отношении связана частично с числом непарных электронов, дающих магнитный момент (Magnetic Resonance Annual, 231-266, Raven Press, NY (1985). Было показано также, что, когда парамагнитный хелат данного типа вводится в организм животного, его влияние на T1 и T2 различных тканей можно непосредственно наблюдать по магнитнорезонансным (MR) изображениям, причем увеличенный контраст наблюдается в области локализации хелата. Поэтому, для увеличения диагностической информации, получаемой с помощью MRI, было предложено вводить животным стабильные нетоксичные парамагнитные хелаты (Frontiers of Biol. Energetics, 1, 752-759 (1978); J. Nucl. Med., 25, 506-513 (1984); Proc. of NMR Imaqinq Symp. (Oct. 26-27, 1980); F.A. Cotton et al. , Adv. Inorg. Chem., 634-639, 1966). Парамагнитные хелаты металлов, используемые данным образом, называют агентами усиления контраста или контрастными агентами.

Имеется ряд парамагнитных металлических ионов, которые могут учитываться, когда берутся за конструирование (разработку) контрастных агентов MRI. На практике, однако, наиболее полезными ионами парамагнитных металлов являются гадолиний (Gd⁺³), железо (Fe⁺³), марганец (Mn⁺²) и (Mn⁺³) и хром (Cr⁺³), потому что эти ионы оказывают наибольшее влияние на водные протоны благодаря их огромным магнитным моментам. В незакомплексованной форме (например, GdCl₃) ионы этих металлов являются токсичными для животных, вследствие чего предотвращается их использование в форме простой соли. Поэтому основная роль органического хелатирующего агента (называемого также лигандом) заключается в том, чтобы сделать парамагнитный металл нетоксичным для животного при сохранении его желательного влияния на скорости релаксации T1 и T2 окружающих водных протонов.

Знания и опыт в области MRI являются весьма обширными, так что следующее ниже краткое описание, без намерения быть исчерпывающим, дается лишь в качестве обзора данной области и других соединений, которые являются возможно сходными по структуре. В патенте США 4899755 раскрывается метод чередования (смены) времени протонной ЯМР релаксации в печени или желчных протоках животных с использованием Fe⁺³-этилен-бис-(2-гидроксифенилглициновых) комплексов и их производных, и предлагается среди разнообразных других соединений возможное использование пиридин-макроциклометиленкарбоновой кислоты. В патенте США 4880008 (заявка с частичным продолжением патента США 4899755) раскрываются дополнительные данные визуализации ткани печени крыс, но не показаны какие-либо дополнительные комплексы. Патент США 4980148 раскрывает гадолиниевые комплексы для MRI, которые являются нециклическими соединениями (C.J. Broan et al., J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1739-1741, 1990) описывают некоторые бифункциональные макроциклические фосфиновокислотные соединения (C. J. Broan и др., J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1738-1739, 1990) описывают соединения, которые представляют собой триазабициклосоединения (I.K. Adzamli и др., J. Med. Chem., 32, 139-144, 1989) описывают ациклические фосфонатные производные гадолиниевых комплексов для ЯМР визуализации.

В настоящее время единственным промышленным контрастным агентом, доступным в США, является комплекс гадолиния с диэтилентриаминпентауксусной кислотой (ДТРА-Gd³⁺ - МАГНЕВИСТ^ТМ фирмы Шеринг АГ). МАГНЕВИСТ^ТМ считается неспецифичным перфузионным агентом, поскольку он свободно распространяется в межклеточной жидкости с последующим эффективным выводом через ренальную систему. МАГНЕВИСТ^ТМ оказался весьма ценным в диагностике повреждений головного мозга, поскольку сопровождающий разрыв гематоэнцефалического барьера обеспечивает возможность перфузии контрастных агентов в пораженные области. В дополнение к МАГНЕВИСТ^ТМ'у Guerbet выпускает промышленно для продажи макроциклический перфузионный агент (DOTAREM^ТМ), который в настоящее время доступен только в Европе. В различных стадиях разработки находится ряд других потенциальных контрастных агентов.

В настоящее время неожиданно было обнаружено, что контрастными агентами могут быть различные бициклополиазамакроциклофосфоновокислотные лиганды. Кроме того, эти лиганды могут видоизменять свой заряд, благодаря структуре лиганда и выбранному металлу, что может оказывать воздействие на их способность быть более специфичными к тому или иному участку (сайту). В частности, изобретение направлено на новые лиганды, которые представляют собой бициклополиазамакроциклофосфоновокислотные соединения формулы: где R представляет где X и Y представляют независимо H, OH, (1 - 3)C алкил или COOH; n - целое число 1, 2 или 3; при условии, что: когда n представляет 2, тогда сумма X и Y должна быть равна двум или более H; и когда n составляет 3, тогда сумма X и Y должна быть равна трем или более H; T представляет H, (1 - 18)C алкил, COOH, OH, SO₃H, группу где R¹ представляет OH, (1 - 5) C-алкил или -O- (1 - 5) C алкил; R⁴ представляет H, NO₂, NH₂, изотиоцианато, семикарбазидо, тиосемикарбазидо, малеимидо, бромацетамидо или карбоксил; R² представляет H или OH; при условии, что, когда R² представляет OH, тогда R, содержащий R², должен иметь все X и Y равные H; при условии, что по крайней мере один T должен представлять P/O/R¹OH, и при условии, что, когда один T представляет группу тогда один радикал X или Y данного R радикала может представлять COOH, а все другие X и Y данного R радикала должны представлять H; A представляет собой CH, N, C-Br, C-Cl, C-OR³, C-OR⁸, N⁺-R⁵X, R³ представляет H, (1 - 5)C алкил, бензил, или бензил замещенный по крайней мере одним R⁴; R⁴ имеет значения, определенные выше; R⁵ представляет (1 - 16)C алкил, бензил, или бензил, замещенный по крайней мере одним R⁴; R⁸ представляет (1 - 16)C алкиламино; X^- представляет Cl^-, Br^-, l^- или H₃CCO^-₂; Q и Z независимо представляют собой CH, N, N⁺-R⁵X, C-CH₂-OR³ или C-C(O)-R⁶; R⁵ имеет значения, определенные выше; R⁶ представляет -O-(1 - 3)C алкил, OH или NHR⁷; R⁷ представляет (1 - 5)C алкил или биологически активный материал; X^- имеет значения, определенные выше; или их фармацевтически приемлемые соли; при условии, что: a) когда Q, A или Z представляет N или N⁺-R⁵X, тогда другие две группы должны представлять CH; b) когда A представляет C-Br, C-Cl, C-OR³ или C-OR⁸, тогда и Q и Z должны быть CH; c) сумма радикалов R⁴, R⁷ и R⁸, когда они присутствуют, не может превышать одного; и d) только один из Q или Z может быть C-C (O)-R⁶, и когда один из Q или Z представляет C-C (O)-R⁶, тогда A должен быть CH.

Когда указанные выше лиганды формулы 1 имеют по крайней мере два из R радикалов T равные PO₃H₂[P(O)R¹OH, где R¹ представляет OH, и третий T равен H, COOH или (1 - 18)C алкил; A, Q и Z представляют CH; n равно 1; и X и Y независимо представляют H или (1 - 3)C алкил; тогда лиганды полезны для ухода за полостью рта. Особенно предпочтительными являются те лиганды, в которых три R радикала T представляет P(O)R¹OH, где R¹ представляет OH, n равно 1; и X и Y представляют H. Использование этих лигандов обсуждается и заявляется в других находящихся совместно на рассмотрении заявках.

Когда указанные выше лиганды формулы 1 имеют: в R радикале по крайней мере два T равные P(O)R¹OH, где R¹ представляет OH, а в другом R радикале, T представляет COOH или P/O/ R¹OH, и n, R¹, X, Y, A, Q и Z имеют указанные выше значения; в по крайней мере одном R радикале T представляет P(O)R¹OH, где R¹ представляет OH, а в других двух R радикала T представляет COOH или P(O)R¹OH, и n, R¹, X, Y, A, Q и Z имеют указанные выше значения; или в R радикале три T представляют P(O)R¹OH, где R¹ представляет (1 - 5)C алкил или -O-(1 - 5)C алкил, и n, R¹, X, Y, A, Q и Z имеют значения, определенные выше; тогда лиганды являются полезными в качестве контрастных агентов.

Особенно предпочтительными являются те лиганды, формулы 1, где X и Y представляют H; n представляет 1; или A, Q и Z представляют CH.

Бифункциональные лиганды формулы 1 желательны для получения конъюгатов данного изобретения. Такие лиганды должны иметь: один R радикал, в котором T фрагмент представляет где R² и R⁴ имеют значения, определенные выше, особенно, когда в двух R радикалах, не содержащих R⁴ радикала, оба радикала T представляет P/O/R¹OH, где R¹ имеет значения, определенные выше, или где в двух R радикалах, не содержащих R⁴ радикала, один T представляет COOH, а другой T радикал представляет P(O)R¹OH, где R¹ имеет значения, определенные выше, предпочтительно фрагмент указанного выше T радикала, где один из X и Y данного радикала представляет COOH; и предпочитаются также те лиганды, в которых n представляет 1 и/или остальные X и Y радикалы представляют H; или A представляет C-OR³ или C-OR⁸, где и R³ и R⁸ имеют значения, определенные выше, или где R⁴ имеет значения, определенные выше; или A представляет CH, и один из Q или Z представляет CH, а другой представляет C-C/О/-R⁶, где R⁶ имеет значения, определенные выше; особенно те лиганды, в которых R⁶ представляет NHR⁷, где R⁷ представляет биологически активный материал.

Лиганды формулы I могут быть закомплексованными с различными ионами металлов, такими как гадолиний /Gd⁺³/, железо /Fe⁺³/, и марганец /Mn⁺²/, причем, предпочтительным является Gd⁺³. Комплексы, образованные таким образом, могут использоваться сами по себе или могут присоединяться с помощью ковалентной связи к более крупным молекулам, таким как декстран, полипептид или биологически активные молекулы, включая антитела или их фрагменты, и использоваться для диагностических целей. Такие конъюгаты и комплексы являются полезными в качестве контрастных агентов.

Комплексы и конъюгаты изобретения могут конструироваться для обеспечения специфичного общего заряда, который успешно влияет на ин виво биолокализацию и контрастность изображения. Например, когда ионом металла является +3, могут получаться следующие: (A) общий заряд - 2 или более - когда в трех радикалах R T представляет P(O)R¹OH, где R¹ представляет OH, и n равно 1; или в двух R радикалах T представляет P(O)R¹OH, где R¹ представляет OH, в третьем R радикале T представляет COOH, и n равно 1; или в двух R радикалах T представляет P(O)R¹OH, где R¹ представляет OH, в третьем R радикале T представляет P(O)R¹OH, где R¹ представляет (1-5)C алкил, и n равно 1; или в двух R радикал T представляет P(O) R¹OH, где R¹ представляет OH, в третьем R радикале T представляет P(O)R¹OH, где R¹ представляет -O-(1-5)C алкил, и n представляет 1; или (B) Общий заряд -1 - когда в одном R радикале T представляет P(O)R¹OH, где R¹ представляет OH, и в двух других R радикалах T представляет P(O)R¹OH, где R¹ представляет собой -O-(1-5)C алкил, и n равно 1; или в одном R радикале T представляет P(O)R¹OH, где R¹ представляет OH, и в других двух R радикалах T представляет P(O)R¹OH, где R¹ представляет (1-5)C алкил, и n равно 1; или в одном R радикале T представляет P(O) R¹OH, где R¹ представляет OH, и двух других R радикалах T представляет COOH, и n равно 1; или (C) общий нейтральный заряд - когда в трех R радикалах T представляет P(O)R¹OH, где R¹ представляет собой -O-((1-5)C алкил), и n равно 1; или в трех R радикалах T представляет P(O)R¹OH, где R¹ представляет (1-5)C алкил, и n равно 1; или (D) общий заряд +1 - когда один из A, Q или Z представляет N⁺-R⁵X^-, где R⁵ и X^- имеют значения, определенные выше; и в одном R радикале T фрагмент представляет P(O)R¹OH, где R¹ представляет (1-5)C алкил или -O-/(1-5)C алкил/; и в других двух R фрагмент T представляет COOH или P(O) R¹OH, где R¹ представляет (1-5)C алкил, -O-((1-5)C алкил); и все X и Y радикалы представляют H.

Как комплексы, так и конъюгаты могут быть сформулированы в фармацевтически приемлемой форме для назначения животным.

Возможно использование лигандов формулы I с ионами других металлов для диагностики болезненных состояний, таких, как рак. Использование этих комплексов и конъюгатов обсуждается в еще одной заявке, находящейся совместно на рассмотрении.

Соединения формулы I пронумерованы для номенклатурных целей следующим образом: Один из аспектов изобретения касается разработки контрастных агентов, имеющих синтетические модификации парамагнитного хелата, обеспечивающих возможность сайт-специфичной доставки контрастного агента в желаемую ткань. Причем, преимущество заключается в увеличенной контрастности в областях, представляющих интерес, основанной на средстве к тканям, в противоположность контрасту, возникающему в результате неспецифичной перфузии, которая может быть или может не быть видимой с межклеточными агентами. Специфичность лиганда формулы I может регулироваться с помощью регулировки общего заряда и липофильного характера комплекса. Общий интервал заряда комплекса составляет от -3 до +1. Например, для комплекса, имеющего 2 или более групп PO₃H₂, общий заряд является высоко отрицательным и ожидается поглощение костью; тогда как, когда общий заряд комплекса составляет O (является таким образом нейтральным) комплекс может обладать способностью пересекать гематоэнцефалический барьер и может быть возможно поглощение головным мозгом.

Тканевая специфичность может также реализоваться с помощью ионного или ковалентного присоединения хелата к встречающейся в природе или к синтетической молекуле, имеющей специфичность в отношении желаемой целевой ткани. Одно из возможных применений данного подхода заключается в использовании сопряженных с хелатом моноклональных антител, которые транспортируют парамагнитный хелат к пораженной болезнью ткани, обеспечивая возможность визуализации с помощью MRI. В дополнение к этому, присоединение парамагнитного хелата к макромолекуле может дополнительно увеличивать эффективность контрастного агента, приводя в результате к улучшенному контрасту относительно несвязанного хелата. Недавняя работа автора Lauffer (патенты США 4880008 и 4899755) продемонстрировала, что вариации липофильности могут давать в результате специфичные к ткани агенты, и что увеличенный липофильный характер благоприятствует не-ковалентному взаимодействию с белками крови, приводя в результате к усилению релаксивности.

В дополнение к сказанному настоящие контрастные агенты формулы I, которые являются нейтральными по заряду, особенно предпочтительны для образования конъюгатов данного изобретения, поскольку сводятся до минимума нежелательные ионные взаимодействия между хелатом и белком, что сохраняет иммунореакционноспособность антитела. Кроме того, настоящие нейтральные комплексы уменьшают осмотическое давление относительно ДТРА-Gd⁺³, что может смягчать или устранять дискомфорт от инъекций.

Не желая быть связанными какой-либо теорией, считают, что когда получается заряженный комплекс изобретения (например, возможно -2 или -3 для кости, -1 для печени, или +1 для сердца), варьирования ионного заряда этого хелата могут влиять на биолокализацию. Таким образом, если антитело или другой направляющий фрагмент является также специфичным к одному и тому же участку или сайту, тогда конъюгат обнаруживает две доли для оказания помощи сайт-специфичной доставке.

Термины, использованные при определении формулы I, дополнительно определяются следующим образом, (1-3)C алкил, (1-5)C алкил, (1-18)C алкил включают алкильные группы, как с прямой, так и разветвленной цепью. Животное включает теплокровное млекопитающее, предпочтительно человека.

Биологически активный материал относится к декстранам, пептидам или молекулам, которые имеют специфическое сродство в отношении рецепторов, или предпочтительно антителам или фрагментам антител.

Антитело относится к любому поликлональному, моноклональному, химерному антителу или гетероантителу, предпочтительно к моноклональному антителу; "фрагменты антител" включают Fab фрагменты и F/ab'/₂ фрагменты, и любую часть антитела, имеющую специфичность по отношению к желаемому эпитопу или эпитопам. Когда используется термин конъюгат хелата радиоактивного металла/антитела или конъюгат, имеется в виду, что антитело включает целые антитела и/или фрагменты антител, включая полусинтетические их варианты или варианты, полученные методами генетической инженерии. Возможными антителами являются 1116-NS-19-9 (анти-колоректальная карцинома), 1116-NS-3d (анти-CEA), 703D4 (анти-человеческий рак легких), 704AI (анти-человеческий рак легких), CC49 (анти-TAG-72), CC83 (анти-TAG-72) и B72.3. Гибридомные клеточные линии 1116-NS-19-9, 1116-NS-3d, 703D4, 704A1, CC49, CC83 и B72.3 депонированы в Американской коллекции культур под депозитарными номерами ATCC HB 8059, ATCC CRL 8019, ATCC HB 8301, ATCC HB 8302, ATCC HB 9459, ATCC HB 9453 и ATCC HB 8108, соответственно.

В том смысле, как он используется здесь, термин комплекс относится к комплексу соединения формулы I, связанного в комплекс или закомплексованного с ионом металла, где по крайней мере один атом металла хелатирован или связан в хелатный комплекс; конъюгат относится к хелату иона метила, который ковалентно присоединен к антителу или фрагменту антитела. Термины бифункциональный координатор, бифункциональный хелатирующий или хелатообразующий агент и функционализированный хелатирующий агент используются взаимозаменяемо и относятся к соединениям, которые имеют хелатирующий фрагмент, способный образовывать хелатный комплекс иона металла и фрагмента, ковалентно связанного с хелатирующим фрагментом, то есть способен служить в качестве средства ковалентного присоединения к антителу или фрагменту антитела.

Бифункциональные хелатирующие агенты, описанные здесь (представленные формулой 1), могут использоваться для образования хелата или связывания в хелатный комплекс ионов металлов, образуя хелаты металлических ионов (называемые здесь также комплексами). Комплексы, вследствие присутствия функционализирующего фрагмента (представленного заместителями R⁴ или R³ в формуле 1) могут ковалентно присоединяться к биологически активным материалам, таким как декстран, молекулы, которые обладают специфическим сродством к рецепторам или предпочтительно ковалентно присоединяться к антителам или фрагментам антител. Таким образом, комплексы, описанные здесь, могут ковалентно присоединяться к антителам или фрагментам антител или обладать специфическим сродством к рецепторам и называются здесь конъюгатами.

В том смысле, как он используется в данном описании, термин "фармацевтически приемлемые соли" означает любую соль или смеси солей соединения формулы 1, которые являются в достаточной степени нетоксичными, чтобы быть полезными в терапии или диагностике животных, предпочтительно млекопитающих. Таким образом, согласно данному изобретению полезными являются соли. Характерные представители этих солей, получаемых или образуемых с помощью стандартных реакций как с органическими, так и с неорганическими источниками, включают, например, соли серной, соляной, фосфорной, уксусной, янтарной, лимонной, молочной, малеионовй, фумаровой, пальмитиновой, холевой, памовой, слизевой, глютаминовой, глюконовой кислоты, o-камфорной, глутаровой, гликолевой, фталевой, винной, муравьиной, лауриновой, стеариновой, салициловой, метансульфоновой, бензолсульфоновой, сорбиновой, пикриновой, бензойной, коричной кислот и других подходящих кислот. Включаются также соли, образуемые с помощью стандартных реакций из органических или неорганических источников, таких как аммоний или 1-дезокси-1-/метиламино/-Д-глюцитол, ионы щелочных металлов, ионы щелочноземельных металлов и других аналогичных ионов. Особенно предпочтительными являются соли соединений формулы 1, когда солью является соль калия, натрия, аммония. Включены также смеси указанных выше солей.

Соединения формулы 1 получаются с помощью различных процессов. Типичный общий синтетический путь или подход к таким процессам показан с помощью схем реакций, приведенных ниже.

Согласно схеме 1 (см. в конце текста) получаются соединения формулы 1, где X и y = H, n = 1 (но также применим случай, если n = 2 или 3, с соответствующей заменой реагента), T = PO₃H₂, и Q, A и Z = CH.

Согласно схеме 2 (см. в конце текста) получаются соединения формулы 1, в которой X и Y = H, n = 1 (но метод применим также, если n = 2 или 3 при соответствующей замене реагента), T = где R¹ = -О-(1-5)C алкил; и Q, A и Z = CH.

По схеме 3 (см. в конце текста) получаются соединения формулы 1, в которой X и Y = H, n = 1 (но метод применим также, когда n = 2 или 3, с соответствующим изменением реагента), T = где R¹ = (1-5)C алкил; и Q, A и Z = CH.

В соответствии со схемой 4 (см. в конце текста) получаются соединения формулы 1, в которой X и Y = H, n = 1 (но метод применим также, если n = 2 или 3, с соответствующей заменой реагента), T = где R¹ = -О-(1-5)C алкил или (1-5)C алкил; A = C-Br, и Q и Z = CH.

По схеме 5 (см. в конце текста) получаются соединения формулы 1, в которой X и Y = H, n = 1 (но это применимо также, если n = 2 или 3, с соответствующей заменой реагента), T = где R¹ = -О-(1-5)C алкил или (1-5)C алкил; A = R⁴ = H, NO₂, NH₂ или Q и Z = CH.

Согласно схеме 6 (см. в конце текста) получают соединения формулы 1, где X и Y = H, n = 1 (но это применимо также, если n = 2 или 3, с соответствующей заменой реагента) T = где R¹ = -О-(1-5)C алкил/ или (1-5)C алкил; A = C-OR⁸, где R⁸ = (1-5)C алкиламино; и Q и Z = CH.

Согласно схеме 7 (см. в конце текста) получают соединения формулы 1, в которой X и Y = H, n = 1, но это применимо также, если n = 2 или 3, с соответствующей заменой реагента), T = где R¹ = -OH, -O-/(1-5)C алкил/, или (1-5)C алкил; Z = C-C(O)-R⁶, где R⁶ = OH; и Q и A = CH.

Согласно схеме 8 (см. в конце текста) получают соединения формулы 1, в которой X и Y = H, n = 1 (но метод применим также, если n = 2 или 3, с соответствующей заменой реагента), T = где R¹ = -OH, -O-((1-5)C алкил) или (1-5)C алкил; Z = C-CH₂-OR³, где R³ = бензил; и Q и A = CH.

По схеме 9 (см. в конце текста) получают соединения формулы 1, в которой X и Y = H, n = 1 (но метод также применим, если n = 2 или 3, с соответствующей заменой реагента), T = где R¹ = -OH, -O-(1-5)C алкил, (1-5)C алкил; A = N или N - R⁵; R⁵ = (1-16)C алкилгалогенид; и Q и Z = CH.

Согласно схеме 10 (см. в конце текста) получают соединения формулы 1, в которой X и Y = H, n = 1 (но метод применим также, если n = 2 или 3, с соответствующей заменой реагента), T = где R¹ = -OH, -O-(1-5)C алкил или (1-5)C алкил; Q = N - R⁵; R⁵ = (1-16)C алкилгалогенид; и A и Z = CH.

Согласно схеме 11 (см. в конце текста) получают соединения формулы 1, в которой X и Y = H, n = 1 (но метод применим также, если n = 2 или 3, с соответствующей заменой реагента), T = где R¹ = -OH, -O-(1-5)C алкил или (1-5)C алкил; Q = N - R⁵; R⁵ = (1-16)C алкилгалогенид; и A и Z = CH.

По схеме 12 (см. в конце текста) получаются соединения формулы 1, в которой X и Y = H, n = 1 (но метод применим также, если n = 2 или 3, с соответствующей заменой реагента), R в положении 3 имеет T = где R¹ = -OH или -O-(1-5)C алкил; а другие два R радикала имеют T = COOH; и A, Q и Z = CH.

По схеме 13 (см. в конце текста) получают соединения формулы 1, в которой X и Y = H, n = 1 (но метод применим также, если n = 2 или 3, с соответствующей заменой реагента), R в 3-положении и 6 положении имеет T = где R¹ = OH или -O-(1-5)C алкил, а другой R радикал в 9 положении имеет T = COOH; и A, Q и Z = CH.

По схеме 14 (см. в конце текста) получают соединения формулы 1, где X и Y = H, n = 1 (но метод применим также, если n = 2 или 3, с соответствующей заменой реагента), R радикалы в 3 и 9 положении имеют T = где R¹ = -OH или -O-(1-5)C алкил; и другой R радикал в 6 положении имеет T = COOH; и A, Q и Z = CH.

По схеме 15 (см. в конце текста) получают соединения формулы 1, где n = 1 (но метод применим также, если n = 2 или 3, с соответствующей заменой реагента), R радикалы в 3 и 9 положении имеют T = где R¹ = -OH или -O-(1-5)C алкил; и X и Y = H; R радикал в 6 позиции имеет T = где R⁴ = NO₂ или NH₂ и один из X или Y = H и другой = COOH; и A, Q и Z = CH.

По схеме 16 (см. в конце текста) получают соединения формулы 1, где n = 1 (но метод применим также, если n = 2 или 3, с соответствующей заменой реагента), R радикалы в 3 и 6 положении имеют T = где R¹ = -OH или -O-(1-5)C алкил; и X и Y = H; R радикал в 9 положении имеет T = где R⁴ = NO₂ или NH₂; и один из X или Y = H и другой = COOH; A, Q и Z = CH.

По схеме 17 (см. в конце текста) получают соединения формулы 1, где n=1 (но метод применим также, если n=2 или 3, с соответствующей заменой реагента).

R радикал в 6 положении имеет T= где R¹=-OH; И X и Y = H; R радикал в 3 и 9 позициях имеет T = COOH; и A, Q и Z = CH.

На приведенных выше схемах описание общего процесса иллюстрирует конкретные стадии, которые могут использоваться для выполнения требуемой стадии реакции.

Схема синтеза 1 начинается с галоидирования промышленно доступного бис-пиридилового спирта 1 с использованием тионилхлорида. Сходные процедуры превращения спирта в электрофильный субстрат, такие как обработка толуолсульфонилхлоридом, HBr или HCi, также должна давать в результате аналогичным образом реакционноспособный продукт, который хорошо действует в последующих реакциях замыкания кольца. В литературе описаны многочисленные процедуры макроциклизации, и желаемый тетраазамакроцикл приготавливался в соответствии с методом Stetter и др., Tetrahedron, 37, 767 - 772 1981. С тех пор были опубликованы более общие приемы, которые дают хороший выход аналогичных макроциклов с использованием более мягких условий (A.D. Sherry и др., J. Ong. Chem. , 54, 2990 - 2992, 1989). Детозилирование промежуточного макроцикла [(3) для получения (4)] выполнялось в кислотных условиях с хорошим выходом. Приемы восстановительного детозилирования также хорошо известны в литературе и могут быть приспособлены для настоящей реакционной последовательности. Фосфонометилирование для получения производного трис-аминофосфоновой кислоты (5, РСТМР) проводилось в типичных условиях использования основания Манниха с использованием фосфористой кислоты и формальдегида.

В дополнение к производным фосфоновой кислоты, фосфонатные сложные эфиры (например, формулы 6 могут быть получены в органических условиях в спиртах или апротонных растворителях (например, ацетонитриле, бензоле, толуоле, тетрагидрофуране) и с использованием желаемого диалкилфосфита в качестве нуклеофильного агента (см. Схему 2). В зависимости от реакционноспособности амина, эти реакции могут проводиться при температуре между -10 и примерно 100^oC. В дополнение к сказанному триалкилфосфиты могут применяться в аналогичных условиях Манниха, давая фосфонатный сложный эфир путем окисления фосфора (III) в фосфор (V) с одновременным вытеснением одного моля спирта (реакция Арбузова). Эти реакции могут проводиться в присутствии или в отсутствии растворителя. Когда в качестве растворителя применяются спирты для реакций или с диалкил- или триалкил-фосфитом, благоприятно использовать спирт, из которого происходит соответствующий сложный фосфонатный эфир, для того, чтобы избежать альтернативных продуктов, возникающих в результате переэтерификации. Сложные эфиры данного типа получаются также с помощью N-алкилирования галоиддиалкилпросфонатов в таких растворителях, как ацетонитрил, хлороформ, диметилформамид, тетрагидрофуран или 1,4-диоксан, с добавлением или без добавления ненуклеофильного основания, такого как карбонат калия, при комнатной температуре или выше. Получающееся в результате сложноэфирное промежуточное соединение затем легко гидролизуется в основных условиях (водная гидроокись, pH 8 - 14, 30 - 110^oC), давая соответствующее полу-кислотное производное.

Согласно схеме 3 макроциклические метилфосфиновые кислоты (10 и 11) получаются в условиях, аналогичных условиям, описанным на схеме 2. Конденсация с использованием диэтоксиметилфосфина в качестве нуклеофильного агента и параформальдегида может проводиться в растворителях, таких как тетрагидрофуран, диметилформамид, диоксан, ацетонитрил или в спиртовых средах. Получающийся в результате фосфинатный эфир затем гидролизуется в кислотных (6 норм. HCl, 80 - 100^oC) или основных (стехиометрические количества основания, 40 - 100^oC) условиях, давая соответствующую метилфосфоновую кислоту. Альтернативно, для получения фосфинатных производных, имеющих повышенный липофильный характер, может использоваться метод, разработанный авторами A.D. Sherry и др. (Inorg. Chem., 1991) с использованием этилфосфоновой кислоты, получаемой ин ситу.

Схема 4 иллюстрирует введение дополнительной функциональности в пиридиновое звено 12-членного тетраазамакроцикла. Так, хелидамовая кислота (Сигма Кемикал Компани, 12) может превращаться в бис-галоидметильное производное (13), имеющее соответствующее замещение в 4-положении пиридила. Преобразования, ведущие к данному промежуточному соединению, являются общими по своей природе, и его получение описывается авторами Takalo и др. (Acta Chemica Scandinavica B 42, 373 - 377, 1988). Последующая макроциклизация с использованием данного промежуточного продукта (15) может проводиться с помощью стандартной реакции в ДМФ при 100^oC с натрий-тритозилированным триамином, или при комнатной температуре с тритозилированным свободным основанием и карбонатом калия, карбонатом натрия или карбонатом цезия в качестве основания, давая продукты аналогичным продуктам, описанным ранее. Последующие реакции, ведущие к фосфонатным полу-кислотам и фосфинатной функциональности, являются идентичными преобразованиями и условиях, описанным на предыдущих схемах.

На схеме 4 описываются 4-галоидпиридил замещенные макроциклы (16), которые могут подвергаться замещению в 4 положении пиридильного фрагмента, как описано на схеме 5. Так, органометаллические Pd (II) комплексы могут применяться для ускорения или облегчения реакции сочетания между фенилацетиленом и производными фенилацетилена и пиридильным макроциклом. Согласно типичным условиям реакции для данного преобразования используются безводные условия с триэтиламином в качестве растворителя и температурой реакции примерно между 10 и 30^oC для достижения оптимальных выходов. Идентичный продукт может также получаться при использовании фенилацетилида Cu /I/ в безводном пиридине при температуре между примерно 80 и 110^oC. Помимо этого, для проведения замещения в пиридиновом ядре могут применяться стандартные приемы анионного алкилирования, с применением, например, алкоголятов натрия в ДМФ или диоксане при температуре примерно от 80 до 100^oC, с использованием оснований, таких как карбонат калия или гидроокись натрия. Макроциклические тетраазамакроциклические соединения (24, 25, 26, 27, 28), дериватизированные данным образом, совместимы с преобразованиями, описанными на предыдущих схемах, дающими в результате аналогичные фосфонатные хелатирующие агенты.

Варьирование 4-пиридильного замещения описывается на схеме 6, по которой 4-гидроксипиридильный фрагмент (29) алкилируется бромалкилнитрилом, давая связанный с промежуточным эфиром натрия (31), который впоследствии превращается в макроциклическую структуру. Данный тип приема алкилирования наилучшим образом проводится в безводных условиях в апротонном растворителе, таком как тетрагидрофуран (ТГФ) и с использованием ненуклеофильного основания, такого как гидрид натрия или бутиллитий, при температурах между примерно -30 и 80^oC. Применимость данного подхода описана вторыми Chaubet и др. для ациклических аналогов (Tetrahedron Letters, 31 (40), 5729 - 5732, 1990). Макроциклический нитрил, полученный данным способом, может восстанавливаться в первичный амин (36) с помощью стандартных процедур с последующей защитой первичного амина 2-/трет-бутоксикарбонилоксиимино/-2-фенилацетонитрилом (BOC-ON; 37). Последующая функцтионализация макроциклических вторичных аминов (38, 39, 40, 41, 42, 43) может затем проводиться с помощью обсуждаемых приемов с дополнительным требованием удаления BOC защитной группы с использованием трифторуксусной кислоты, как описано на схеме 6.

Как проиллюстрировано на схеме 7, функционализация может также осуществляться в 3-положении пиридинового кольца в макроциклической структуре. Newkome и др. (Tetrahedron, 39(12), 2001 - 2008, 1983) ранее описали синтез этил 2,6-галоидметилникотината (45), который служит в качестве начального исходного материала в данном синтетическом способе. Так, тристозилированное макроциклическое промежуточное соединение (46) может детозилироваться в кислотных условиях (HBr) AcOH, 25 - 115^oC) с одновременным гидролизом, давая производное никотиновой кислоты (48), или восстановлением сложного эфира в кипящем этаноле перед детозилированием приводит в результате к 3-гидроксиметильному промежуточному соединению (47). Никотиновокислотный макроцикл может затем замещаться согласно общей схеме функционализации вторичного амина, давая разнообразные типы фосфонатных хелатирующих агентов формулы 1 (49, 50, 51, 52, 53).