專利名稱：：用于非侵入性檢測組織缺氧的弱堿性2-硝基咪唑的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及2-硝基咪唑的弱堿性衍生物(pKa約為8或8以上)及其次末級化學前體，它們借助于正電子發(fā)射斷層顯相術(PET)、磁共振波譜(MRS)和磁共振成像(MRI)用于非侵入性檢測正常組織和癌癥組織中的細胞缺氧。
背景技術：
：缺氧在生理學、病理生理學和癌癥中起著重要的作用。最近的實例包括組織氧化的激素控制(Badger等人，UrolInt,76:264-268,2006);骨重建(Dodd等人，Am.J.Physiol.Renal.Physiol277:C598-602,1999);胚發(fā)生(Nanka等人，DevDyn，235:723-733,2006);畸形生長(Damelsson等人，BirthDefectsResAClinMOlTeratol73:146-153,2005);視神經缺血(Danylkova等人，BrainRes1096:20-29,2006);缺血性心臟病(Cheema等人，JAmCollCardiol47:1067-1075,2006);包括關節(jié)炎在內的炎性疾病(Peters等人，ArthritisRheum50:291-296,2004);傷口愈合(Albma等人，AmJPhysiolCellPhysiol281:C1971-1977,2001);缺血性腎病(Villanueva等人，AmJPhysiolRegulIntegrCompPhysiol290:R861-870,2006);硬化性肝病(Jeong等人，LiverInt24:658-668,2004);肺病(Morani等人，ProcNatlAcadSciUSA103:7165-7169，2006);酒精誘發(fā)的胰腺病(McKim等人，ArchBiochemBiophys417:34-43,2003);胸腺病(Hale等人，AmJPhysiolHeartCircPhysiol282:H1467-1477,2002);尿殖器官的阻塞性疾病(Damaser等人，JApplPhysiol98:1884-1890,2005;Ghafar等人，JUrol167:1508-1512,2002);以及在癌癥中的預測(Camell等人，IntJRadiatOncolBiolPhys65:91-99,2006;Kaanders等人，CancerRes62:7066-7074，2002)。目前已知實體組織存在兩類缺氧擴散限制性慢性缺氧和灌注限制性急性或波動性缺氧。急性和慢性缺氧除了對腫瘤的局部輻射控制的影響之外，它們還被認為通過誘發(fā)缺氧誘導的血管生成、遷移和不受治療方案影響而增加整體胂瘤侵襲性的侵襲因素，導致癌癥患者的整體預后較差(Vaupel等人，Semin.Oncol.28:29-35,2001)。慢性缺氧是正常組織如肝臟和腎臟的天然特征，不是病理生理狀況。然而，缺氧的不受控波動通過在正常組織中產生活性氧物質而促成缺氧-再灌注損傷(Thurman等人，丄Gastroenterol.H印atol.13(增刊):S39-50,1998)。慢性缺氧出現在氧梯度遠端，氧梯度由接近血管的細胞中的氧消耗產生，就腫瘤而言，還混雜著由腫瘤血管樹中的pOz縱向梯度產生的局部氧供應缺乏(Dewhirst等人，Int.J.Radiat.Oncol.Biol.Phys.42:723-726,1998)。Thomlinson和Gray首先推斷出在人胂瘤中存在慢性缺氧區(qū)域，并提出這些區(qū)域促成了腫瘤輻射抗性(Thomlinson和Gray,Br.J.Cancer9:539-549,1955)。與具有靜態(tài)的、代謝控制的p02梯度的慢性缺氧相反，急性缺氧與由血流不穩(wěn)定性產生的波動p02相關，就腫瘤而言，波動p02由于瞬時血管阻塞產生(Dewhirst等人，出處同上)。業(yè)已提出，急性缺氧的腫瘤細胞是增殖性的，在治療上可能比靜止的慢性缺氧細胞(Kennedy等人，出處同上；Varia等人，Gynecol.Oncol.71:270-277,1998)更相關(Wouters等人，Radiat.Res.147:541-550,1997)。在正常組織中，波動缺氧與缺氧-再灌注損傷相關，所述缺氧-再灌注損傷例如酒精誘發(fā)的肝病(Arteel等人，Am.J.Physiol.271:G494-500,1996);酒精誘發(fā)的胰腺炎(McKim等人，Arch.Biochem.Biophys.417:34-43，2003);和化療誘導的腎病(Zhong等人，Am.J.Physiol.275:F595-604,1998)。免疫組織化學缺氧標記已用于在人腫瘤中清楚顯現氧梯度10(Raleigh等人，Br.J.Cancer56:395-400,1987;Cline等人，Br.J.Cancer62:925-931,1990;Kennedy等人，Int.J.Radiat.Oncol.Biol.Phys.37:897-905,1997;和美國專利號5,086,068)，并隨后用于證實細胞缺氧預兆著頭頸癌的結果(Kaanders等人，CancerRes.62:7066-7074,2002)。這些標記之一為弱堿性2-硝基咪唑的HC1鹽一哌莫硝唑(1-(2-羥基-3-哌啶子基丙基)-2-硝基咪唑，pKa=8.7)，已用于通過免疫化學方法檢測缺氧(美國專利號5,674,693;美國專利號5,086,068)。免疫組織化學分析可用于將細胞缺氧與其它生理因素(如氧調節(jié)的蛋白表達、血管系統(tǒng)、壞死和細胞分化)關聯(lián)起來，但因為它們需要活檢組織，所以它們是侵入性的，因為取樣誤差，不適于正常組織缺氧的常規(guī)臨床研究，且由于與連續(xù)活檢相關的不便利和不舒適而基本上不合乎跟蹤人組織缺氧變化的需要。在1976年，Varghese等人表明，硝基雜環(huán)化合物被還原活化，并共價結合至缺氧的哺乳動物細胞(Varghese等人，CancerRes.36:3761-3765,1976)。在生物還原活化2-硝基咪唑缺氧標記的細胞電子轉移系統(tǒng)的電子級聯(lián)中加入第一個電子可^f皮分子氧逆轉，由此標記結合變成組織缺氧的間接檢測。在1981年，Chapman等人證實，結合的氧依賴性處于使組織抗輻射損傷的p02范圍內(Chapman等人，Br.丄Cancer43:546-550,1981)。在Varghese等人和Chapman等人的發(fā)現之后，嘗試將它們轉變?yōu)樵谂R床上對檢測組織缺氧有用的技術。侵入性技術包括放射性標記的2-硝基咪唑的放射自顯影和閃爍計數(Urtasun等人，Br.J.Cancer54:453-457,1986);基于抗體的免疫組織化學(Raleigh等人，出處同上；Cline等人，出處同上；和美國專利號5,086,068);基于抗體的酶聯(lián)免疫吸附測定(Raleigh等人，Br.J.Cancer69:66-71,1994);和基于抗體的流式細胞術(Olive等人，Acta.Oncol.40:917-923，2001)。用于檢測組織缺氧的早期非侵入性技術包括單光子發(fā)射斷層掃描(SPECT;Urtasun等人，Br.J.CancerSuppl.27:S209-12,1996;Iyer等人，Br.J.Cancer78:163-9,1998);核醫(yī)學(Ballinger等人，J.Nucl.Med.37:1023-31,1996;St畫s等人，J.Nucl.Cardiol..2:437-45,1995);[19F]磁共振波譜(Raleigh等人，Int.J.Radiat.Oncol.Biol.Phys.12:1243-5,1986;Jin等人，Int.J.Radiat.Biol.58:1025-34,1990);和采用18F國氟米索硝唑的正電子發(fā)射斷層顯相術([18F]FMISO;Rasey等人，Int.J.Radiat.Oncol.Biol.Phys.17:985-991,1989)。為了改進[18F]氟米索硝唑([18F]MISO)的目的發(fā)明了許多試劑。這些試劑包括[18F]氟依他硝唑([18F]FETA;Rasey等人，J.Nucl.Med.40:1072-1079,1999);[18F]氟赤硝基咪唑([18F]FETNIM;Yang等人，Radiology194:795-800,1995;Wallace等人，美國專利號5,728,843);[18F]2-(2-硝基-lH-咪唑-l曙基)-仏(3-氟丙基)-乙酰胺([18F]EF1;Evans等人，J.Nucl.Med.41:327-336,2000;Koch等人，美國專利申請公布號2005/0026974Al);[18F]2-(2-硝基-lH-咪唑-l-基)-N-(2,2,3,3-五氟丙基)-乙酰胺([18F]EF5;Ziemer等人，Eur.J.Nucl.Med.Mol.Imaging30:259-266,2003;Dobler等人，美國專利申請公布號2006/0159618Al);[18F]氟氮霉素呋喃阿拉伯糖苷([18F]FAZA;Sorger等人，Nucl.Med.Biol.30:317-326,2003);4-溴-l-(3-[lSF]氟丙基)-2-硝基咪唑0-Br-[18F]FPN);和1-(3-[1犯]氟丙基)-2-硝基咪唑([18F]FPN;Yamamoto等人，Biol.Pharm.Bull.25:616-621)。相比于[18F]FMISO，實現了腫瘤對正常組織比率的微小改善、肝吸收下降和循環(huán)代謝物減少。用[18F]標記的2-硝基咪唑進行組織缺氧的PET檢測包括約4個獨立過程(1)連接在缺氧標記加合物上的[18F]的固定、快速的放射性衰變01/2=109.8分鐘)。這相對于(2)未代謝的[18F]缺氧標記分子的流進和流出的動態(tài)背景構成了快速衰變的缺氧信號；(3)[18F]缺氧標記蛋白加合物的累積和分解代謝；和(4)缺氧標記的[18F]小分子代謝物的累積和清除，所述代謝物包含半胱氨酸和谷胱甘肽加合物與標記物的水解片段產物(Raleigh和Liu,Int.J.Radiat.Oncol.BiolPhys.10:1337-1340,1984)。通過水解片段化約80%的生物還原性活化的2-硝基咪唑缺氧標記。片段化產生非結合的[18F]代謝物，其對背景噪音有巨大影響，但對缺氧信號未添加影響。約20%的生物還原性活化的2-硝基咪唑缺氧標記產生缺氧信號一10%來自與蛋白的加合物，10%來自含硫醇的小化合物如谷胱甘肽(Raleigh和Koch,Biochem.Pharmacol.40:2457-2464,1990)。除了沒有由于放射性衰變引起的信號損失之外，非侵入性[19]MRS和[19F]MRI易出現與[18]PET相同的信p桑比問題。已設計了數學模型由背景噪音(未結合的缺氧標記及其非結合的代謝物)中分離出缺氧信號(蛋白和谷胱甘肽加合物)，但基本上不可能基于每一個患者獲得與缺氧標記代謝物相關的并發(fā)動力學過程的動力學數據，PET研究人員采用了更筒單的低氧腫瘤體積比例的概念，該比例為在注射后2-3小時的固定時間具有>1.4的肺瘤對血液放射性比率的胂瘤區(qū)域比例(像素)(Koh等人，Int.J.Radiat.Oncol.Biol.Phys.33:391-398,1995;Couturier等人，Eur.J.Nucl.Med.MoLImaging31:1182-1206,2004)。采用2-硝基咪唑化合物如[18F]F-MISO(Rasey等人，Int.J.Radiat.Oncol.Biol.Phys.17:985-991,1989)和[19F]CCI-103F(Raleigh等人，Int.J.Radiat.Oncol.Biol.Phys.12:1243-5,1986)的早期研究確定了[18F]PET和[19]MRS用于非侵入性檢測組織缺氧的潛力，但仍需要通過改善慢性和急性缺氧的信噪比限制來改善靈敏度和專屬性的試劑。發(fā)明概述本發(fā)明涉及某些可用作使用正電子發(fā)射斷層顯相術(PET;如[18F]PET)、磁共振波譜(MRS;如[19F]MRS)和磁共振成像(MRI;如[19F]MRI)的組織缺氧檢測劑的新型化合物。新型化合物包括氟化試劑的次末級的化學前體以及[19F]和[18F]氟化試劑本身，所有這些試劑都可容易地合成。本發(fā)明的第一方面的特征在于具有下式I的結構的化合物，其中Rl為卣素(例如氟(F)、氯(C1)、溴(Br)、碘(I)或砹(At))、正電子放射性核素(例如[11C]、[13N]、[150]、[18F]、[52Fe]、[55Co]、[61Cu]、[62Cu]、[64Cu]、[62Zn]、[63Zn]、[70As]、[71As]、[74As]、[76Br]、[79Br]、[82Rb]、[86Y]、[89Zr]、[llOIn]、[1201]、[1241]、[122Xe]、[94mTc]、[94Tc]或[99mTc])、非金屬、被取代以包含囟素的低級烷基、被取代以包含正電子放射性核素的低級烷基、被取代以包含非金屬的低級烷基、甲苯磺酸酯基、甲磺酸酯基、三氟甲磺酸酯基、氫或羥基；R2和R3獨立地選自低級烷基或羥烷基，或者連接形成含有至少1個氮原子(例如至少2、3或4個氮原子)的5元、6元或7元雜環(huán)；前沖是是如果R1為氫或羥基，則R2、R3中的至少一個或所述雜環(huán)含有卣素、正電子放射性核素、非金屬、被取代以包含卣素的低級烷基、被取代以包含正電子放射性核素的低級烷基、被取代以包含非金屬的低級烷基、甲苯磺酸酯基、甲磺酸酯基或三氟甲磺酸酯基。在本發(fā)明第一方面的優(yōu)選實施方案中，所述化合物具有式III-VI或vin-xvni的結構。本發(fā)明的第二方面的特征在于具有下式ii的結構的化合物，14!1其中Rl為鹵素(例如氟(F)、氯(C1)、溴(Br)、碘(I)或砹(At))、正電子放射性核素(例如[11C]、[13N]、[150]、[18F]、[52Fe]、[55Co]、[61Cu]、[62Cu]、[64Cu]、[62Zn]、[63Zn]、[70As]、[71As]、[74As]、[76Br]、[79Br]、[S2Rb]、[86Y]、[89Zr]、[llOIn]、[函]、[1241]、[122Xe]、[94mTc]、[94Tc]或[99mTc])、非金屬、被取代以包含卣素的低級烷基、被取代以包含正電子放射性核素的低級烷基、被取代以包含非金屬的低級烷基、甲苯磺酸酯基、甲磺酸酯基、三氟曱磺酸酯基、氫或羥基；R2和R3獨立地選自低級烷基或羥烷基，或者連接形成含有至少1個氮原子(例如至少2、3或4個氮原子)的5元、6元或7元雜環(huán)；前提是如果R1為氫或羥基，則R2、R3中的至少一個或所述雜環(huán)含有卣素、正電子放射性核素、非金屬、被取代以包含卣素的低級烷基、被取代以包含正電子放射性核素的低級烷基、被取代以包含非金屬的低級烷基、甲苯磺酸酯基、曱磺酸酯基或三氟曱磺酸酯基。在本發(fā)明第二方面的優(yōu)選實施方案中，化合物具有式VII的結構。在本發(fā)明第一方面和第二方面的幾個實施方案中，R2和R3連接形成5元、6元或7元雜環(huán)；Rl為曱^^黃酸酯基、甲磺酸酯基或三氟甲磺酸酯基，且R2和R3連接形成5元、6元或7元雜環(huán)；R2和R3連接形成5元、6元或7元雜環(huán)，且所述雜環(huán)含有2、3或4個氮原子，其中雜環(huán)的至少1個所述氮原子或碳原子與低級烷基或羥烷基共價鍵合；Rl為羥基，且R2和R3連接形成5元、6元或7元雜環(huán)，其中雜環(huán)的至少1個碳原子或氮原子被卣代烷基(例如氟烷基，例如[19F]或[18F])取代；Rl為曱苯磺酸酯基、曱磺酸酯基或三氟甲磺酸酯基，且R2和R3獨立選自甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、羥甲基、羥乙基、羥丙基和羥丁基；或者Rl、R2、R3或雜環(huán)含有卣素、正電子放射性核素、非金屬、被取代以包含卣素的低級烷基、被取代以包含正電子放射性核素的低級烷基或者被取代以包含非金屬的低級烷基。在本發(fā)明第一和第二方面的優(yōu)選實施方案中，所述正電子放射性核素為[18F]、[79Br]或[1241]。本發(fā)明第三方面的特征在于如下生產含有正電子放射性核素的化合物的方法(a)提供具有式下I或II的結構的化合物其中Rl為曱苯磺酸酯基、曱磺酸酯基或三氟曱磺酸酯基；且R2和R3獨立選自低級烷基或羥烷基，或者連接形成5元、6元或7元雜環(huán)，所述雜環(huán)含有至少1個氮原子(例如至少2、3或4個氮原子)；和(b)使該化合物與游離形式的或鹽形式的正電子放射性核素(例如[11C]、[13N]、[150]、[18F]、[52Fe]、p5Co]、[61Cu]、[62Cu]、[64Cu]、[62Zn]、[63Zn]、[70As]、[71As]、[74As]、[76Br]、[79Br]、[82Rb]、[86Y]、[89Zr]、[110In]、[1201]、[1241]、[122Xe]、[94mTc]、[94Tc]或[99mTc])在？1起含正電子放射性核素的化合物形成的條件下反應。在本發(fā)明第三方面的幾個實施方案中，R2和R3獨立選自甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、羥甲基、羥乙基、羥丙基和羥丁基；正電子放射性核素為[18F]、[79Br]或[124I];或者R2和R3連接形成5元、6元或7元雜環(huán)，且該雜環(huán)包含2、3或4個氮原子，其中雜環(huán)的至少1個所述氮原子或碳原子與鹵代烷基(例如氟烷基，如[19F]或[18F])共價鍵合。本發(fā)明的第四方面的特征在于檢測哺乳動物(例如人)的正常組織、患病的正常組織或惡性組織(包括例如腦、肺、心臟、目艮、腎臟、肝臟、胰腺、胸腺、腸、尿殖器官、胃和骨的組織，并進一步包括缺血組織(例如由于中風受損的組織)、炎性組織(例如關節(jié)炎組織)、經歷傷口愈合的組織和腫瘤組織)中的低氧細胞的方法，所述方法給予哺乳動物本發(fā)明的第一方面或笫二方面的化合物，其中所述化合物含有正電子放射性核素(例如[11C]、[13N]、[150〗、[18F]、[52Fe]、[55Co〗、[61Cu〗、[62Cu〗、[64Cu〗、[62Zn〗、[63Zn〗、[70As〗、[71As]、[74As]、[76Br〗、[79Br]、[82Rb]、[86Y]、[89Zr]、[110In]、[1201〗、[1241]、[122Xe]、[94mTc〗、[94Tc]級烷基，并通過非侵，織、患病的正常組織或惡性組織中存留的所有所述化合物。在本發(fā)明的第四方面的優(yōu)選實施方案中，所述正電子》丈射性核素為[18F〗。本發(fā)明的第五方面的特,在于檢測哺乳動物(例如人)的正常組織、患病的正常組織或惡性組織(包括例如腦、肺、心臟、目艮、腎臟、肝臟、胰腺、胸腺、腸、尿殖器官、胃和骨的組織，并進一步包括缺血組織(例如由于中風受損的組織)、炎性組織(例如關節(jié)炎組織)、經歷傷口愈合的組織和腫瘤組織)中的低氧細胞的方法，所述方法(a)給予哺乳動物具有下式I或II的結構的化合物，17其中Rl為卣素(例如[19F])、被取代以包含卣素的低級烷基、非金屬(例如[31P]或[13C])、被取代以包含非金屬的低級烷基、曱苯磺酸酯基、甲磺酸酯基、三氟甲磺酸酯基、氫(例如氘)或羥基；和R2和R3獨立地選自低級烷基或羥烷基，或者連接形成含有至少1個氮原子的5元、6元或7元雜環(huán)；前提是如果R1為氫或羥基，則R2、R3中的至少一個或所述雜環(huán)含有卣素、非金屬、被取代以包含囟素的低級烷基、被取代以包含非金屬的低級烷基、甲苯磺酸酯基、甲磺酸酯基或三氟曱磺酸酯基；和(b)通過非侵入性磁共振波i普(MRS)或磁共振成像(MRI)檢測在正常組織、患病的正常組織或惡性組織中存留的所有所述化合物。本發(fā)明的第六方面的特征在于用于驗證組織缺氧的正電子發(fā)射斷層顯相術(PET)、磁共振波譜(MRS)或磁共振成像(MRI)分析的方法，該方法使患病組織(例如腫瘤組織)與抗體(例如多克隆抗體或單克隆抗體，或包含所述抗體的抗血清)接觸，所述抗體特異性結合患病細胞(例如腫瘤細胞)中存在的蛋白、多肽、多糖或多核苦酸與本發(fā)明的第一方面或第二方面的化合物反應后產生的加合物，并一企測抗體與患病組織的結合，其中抗體與患病組織的結合相對于抗體與正常組織的結合增加證實了使用PET、MRS和MRI的組織缺氧的測定結果。在本發(fā)明的第六方面的實施方案中，使用免疫熒光、免疫過氧化物酶、血細胞計數、流式細胞術或酶聯(lián)免疫吸附測定(ELISA)檢測抗體與患病組織的結合。在又一個實施方案中，組織缺氧分析使用PET、[19F]MRS或[19F]MRI進行。本發(fā)明的第七方面的特征在于生產抗體的方法，該方法用加合物免疫哺乳動物(例如兔、猴、山羊或人)，所述加合物為患病細胞(例如腫瘤細胞)中存在的蛋白、多肽、多糖或多核苷酸與本發(fā)明的第一方面或第二方面的化合物反應后產生的加合物，并由哺乳動物收集抗血清或抗體。本發(fā)明的第八方面的特征在于一種藥盒，其包含具有本發(fā)明的第一方面或第二方面的化合物的容器、具有單克隆抗體或多克隆抗體或包含所述單克隆抗體或多克隆抗體的單克隆抗血清或多克隆抗血清的容器，以及使用所述藥盒檢測組織中的缺氧細胞的說明書，其中所述單克隆或多克隆抗體特異性結合加合物，所述加合物為所述化合物與患病細胞(例如腫瘤細胞)中存在的蛋白、多肽、多糖或多核苷酸反應后產生的加合物。在本發(fā)明的第八方面的優(yōu)選實施方案中，所述說明書描述了使用藥盒通過免疫焚光、免疫過氧化物酶、血細胞計數、流式細胞術或酶聯(lián)免疫吸附測定(ELISA)檢測加合物的方法。當前公開的并要求保護的新型化合物全部具有弱4^性部分，所述部分具有通用結構式I或II。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>其中Rl獨立選自氫、羥基、曱^^黃酸酯基、曱磺酸酯基、三氟甲磺酸酯基、[19F]氟或[18F]氟，以及獨立選自低級烷基部分或含有一個或多個N原子的5元、6元和7元環(huán)。而R2和R3獨立選自低級烷基、烯丙基或烷基部分或含有一個.或多個N原子的5元、6元和7元環(huán)，其中R2和R3連接形成具有一個或多個N原子的5元、6元和7元雜環(huán)。結構I中的至少1個N原子為具有陰離子反離子的鹽形式，所述陰離子反離子包括但不限于卣素離子。對于R2和R3中的多個N原子而言，至少1個N可被低級烷基取代。此外，R2和R3可在碳上被獨立選自氫、甲苯磺酸酯基、甲磺酸酯基或三氟甲磺酸酯基、[19F]氟或[18F]氟的部分取代。本發(fā)明包括慎密性特別選擇的含有至少1個弱堿性部分的化合物，所述弱堿性部分賦予的藥代動力學和藥效學特性代表了優(yōu)于組織缺氧的非侵入性PET、MRS和MRI分析的現有試劑的特別改善。本發(fā)明旨在改善使用PET、MRS和MRI檢測患病的正常組織和惡性組織中的缺氧。這包括以更高的靈敏度檢測慢性和急性缺氧的初始水平，和跟蹤兩種類型的缺一氧在治療千涉后的變化。本文使用的術語"烷基"是指1-24個碳原子的支鏈或直鏈的飽和烴基，例如曱基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、叔丁基、戊基、辛基、癸基、二十烷基、二十四烷基等。本文優(yōu)選的烷基為含l-5個碳原子的的"低級烷基"。術語"羥烷基"是指含有羥基的烷基。術語"甲苯磺酸酯(基)"是指羥基與對甲苯磺酰氯反應時形成的酯，但可以包括其中甲苯部分被烷基、卣基、酯基、醚基或氰基等取代的甲苯磺酰氯。術語"甲磺酸酯(基)"是指羥基與甲烷磺酰氯反應時形成的酯，但可以包括其中甲烷部分被烷基、卣基、酯基、醚基或氰基等取代的曱烷磺酰氯。-術語"三氟甲磺酸酯(基)"是指羥基與三氟曱烷磺酰酐反應時形成的酯。所述"在環(huán)的骨架內\上\中"是指在環(huán)結構的連接的原子上摻入一個原子或至少一個原子的基團。實例包括氟化2-硝基咪唑，但本領域技術人員知道，就PET而言，本發(fā)明的化合物可以用任何正電子放射性核素標記，包括例如和[1241〗。要理解的是，本發(fā)明的化合物可用于PET、MRS和MRI檢測組織缺氧，摻入弱堿性部分的試劑的優(yōu)勢自然增強了[18]PET、[19F]MRS和[19F]MRI的優(yōu)勢。還要理解的是，本發(fā)明人認識到，通過化學合成領域技術人員眾所周知的程序或方法增加諸如[19F]的鹵原子數，將以隨化合物中存在的卣原子數平方增加的方式增加MRS/MRI的檢測靈敏度。要理解的是，靜脈內給藥對PET研究(使用例如[18F])是優(yōu)選途徑，但靜脈內或口服給藥可用于本發(fā)明的化合物，例如在組織缺氧的[19]MRS或[19F]MRI分析中使用的化合物。要理解的是，多克隆或單克隆抗體可針對生物還原性生產的本發(fā)明化合物的大分子加合物產生，這些抗體可用于通過免疫化學方法驗證非侵入性PET、MRS和M^I分析，所述免疫化學方法包括免疫熒光、免疫過氧化物酶和酶if關免疫吸附測定。由以下的本發(fā)明優(yōu)選實施方案的描述和權利要求顯而易見本發(fā)明的其它特征和優(yōu)勢。附圖簡述圖1是比較針對弱堿性2-硝基咪唑(左側圖，A和C)和沒有弱堿性部分的2-硝基咪唑(圖B和D)的結合的免疫染色的顯微照片。圖A和B與圖C和D得自相同犬腺癌的不同區(qū)域。注意，在圖C和D中，用于兩個缺氧標記的免疫染色程度是類似的，但在圖A和B中，弱堿性標記的結合程度(圖A)極大地超出了沒有弱堿性部分的標記的結合程度(圖B),而且，在圖A中更廣泛結合的區(qū)域的強度比在圖B中的21該區(qū)域更亮。在腫瘤壞死區(qū)域周圍存在強免疫染色帶的情況下，亮染色是急性或波動性缺氧的特征性表現，這是具有弱堿性部分的標記在檢測上的優(yōu)勢。發(fā)明詳述本發(fā)明的新型化合物和方法將弱堿性部分(pKa為約8或8以上)摻入用例如卣素、正電子發(fā)射核素或非金屬標記的2-硝基咪唑缺氧標記中，有利于正常組織缺氧的非侵入性分析和組織缺氧變化的分析。具體地說，本發(fā)明提供在治療干預之前檢測缺氧的便利技術，其又允許以有效且適時的方式選擇患者的基于缺氧的治療干預。本發(fā)明還提供跟蹤基于缺氧的治療干預在患病的正常組織和惡'f生組織中的有效性的方法。具體地說，本發(fā)明的化合物可用于檢測在例如腦、肺、心臟、目艮、腎臟、肝臟、胰腺、胸腺、腸、尿殖器官、胃和骨的組織中存在的低氧狀況。低氧狀況可由于缺血(例如作為中風的結果)、炎癥、傷口愈合和癌癥產生。本發(fā)明提供使用PET、MRS和MRI的非侵入性檢測慢性和急性缺氧的化合物。所述化合物有效檢測慢性和急性缺氧。本發(fā)明的化合物提供增加的信噪比，并具有比先有技術標記更大的靈敏度檢測急性或波動性缺氧的能力。檢測急'性缺氧的能力是很重要的，因為在癌癥生物學家中廣泛認為急性缺氧對癌癥療法具有紊亂性影響。本發(fā)明的化合物包括利用[18F]PET、[19F]MRS或[19F]MRI非侵入性檢測患病的正常組織和惡性組織的缺氧的氟化2-硝基咪唑衍生物。所述化合物的2-硝基咪唑部分經歷生物還原，變成共價結合p02《10mmHg的組織細胞中的肽和蛋白的中間體，使得形成用作組織缺氧標記的穩(wěn)定加合物。將[18F](和/或其它正電子》丈射性核素)或[19F](和/或其它非放射性囟素或非金屬)引入2-硝基咪唑中使得可以利用非身體侵入性的[18F]PET、[19F]MRS或[19F]MRI檢測組織缺氧。本發(fā)明的化合物可用于患病的正常組織(例如關節(jié)炎組織)和惡性組織(例如癌癥組織)的非侵入性缺氧研究。本發(fā)明可以兩種方式使用。首先，可評價治療前的組織缺氧水平，以容許選擇可由基于缺氧的干預獲益的患者。其次，可跟蹤響應于治療干預的組織缺氧變化，例如致電離輻射、高熱、低氧細胞輻射敏化劑、生物還原性細胞毒素、抗炎劑或生長因子抑制劑，作為干預成功的才全測。中很重要的包括以下幾項l)本發(fā)明的化合物降低現有的PET、MRS和MRI試劑用于缺氧的非侵入性檢測時通常觀察到的背景"噪音"。2)具有弱堿性取代基的2-硝基咪唑化合物的酸式鹽是水溶性的，由此利于在人和實驗動物應用中給藥。3)弱堿性試劑對人具有短得多的血漿半衰期。例如，哌莫硝唑具有比缺氧標記如米索硝唑(11/2=9.3小時)或EF5(t1/2=11.7±2.7小時)短得多的血漿半衰期(tm=5.1±0.8小時)。因此，未代謝的弱堿性標記將極為快速地由循環(huán)中去除，由此在例如[18F]PET、[19F]MRS和[19F]MRI]分析中增加信噪比。4)在胞外濃度之上將弱堿性PET試劑選擇性吸收到組織細胞中將增加結合低氧細胞的速率和增強檢測靈敏度。本發(fā)明的方法認識到，增強的吸收是實體瘤細胞中的胞內和胞外pH之間差異的結果。5)具有弱堿性取代基的本發(fā)明化合物的綴合堿(例如本發(fā)明的[18F]PET、[19F]MRS和[19F]MRI試劑)具有中間的辛i享-水分配系數。這意味著所述化合物易于穿透包括腦在內的所有組織，在所述組織中它們被濃縮至血漿水平之上約3倍。因此，本發(fā)明的弱堿性PET、MRS和MRI化合物可用于研究所有的正常組織和腫瘤組織缺氧，而在先有技術中的親水標記-故許多目標正常組織有效地排除在外。已知弱堿性2-硝基咪唑缺氧標記的中樞神經系統(tǒng)毒性有限。然而，PET化合物以痕量使用，中樞神經系統(tǒng)毒性不是重要的問題。即便相對高劑量(0.5g/m人750-1000mg/患者；50%的最大耐受單劑量)的弱堿性缺氧標記哌莫硝唑也已在臨床上以極低頻率使用，產生甚至最溫和的中樞神經系統(tǒng)(CNS)作用，例如溫覺，表明CNS毒性應不妨礙較高濃度的本發(fā)明的弱堿性2-硝基咪唑化合物用于MRS或MRI的用途(例如本發(fā)明的[19F]-氟化弱堿性2-硝基咪唑化合物用于[19F]MRS或[19F]MRI的用途)。6)缺氧標記與弱堿性取代基的加合物比沒有弱堿性取代基的缺氧標記更穩(wěn)定。這相對于當前可用的先有技術的PET、MRS和MRI標記具有穩(wěn)定的缺氧信號的作用(具體地說，本發(fā)明的氟化缺氧標記顯示出比先有技術的[18F]PET、[19F]MRS和[19F]MRI缺氧標記更穩(wěn)定的缺氧信號)。7)本發(fā)明的弱堿性化合物允許以比先有技術的PET、MRS和MRI標記高得多的靈敏度檢測急性缺氧。本發(fā)明化合物的弱堿性取代基提升了所述化合物在高胞外pH(pHe)組織微環(huán)境中經歷波動缺氧的細胞的濃度。其發(fā)生歸因于經歷波動缺氧的細胞的胞內和胞外pH的差異；在實體組織中存在的pH梯度使得經歷波動缺氧的細胞處于相對高的pH。本發(fā)明的化合物本文提供的新型化合物是由以下結構式(I)和(II)定義的那些Rl可以選自卣素(例如氟(F)、氯(C1)、溴(Br)、碘(I)或砹(At))、正電子放射性核素(例如[11C]、[13N]、[150]、[18F]、[52Fe]、[55Co]、[61Cu]、[62Cu]、[64Cu]、[62Zn]、[63Zn]、[70As]、[71As]、[74As]、[76Br]、[79Br]、[82Rb]、[86Y]、[89Zr]、[110In]、[1201]、[1241]、[122Xe]、[94mTc]、[94Tc]或[99mTc])、非金屬、被取代以包含鹵素的低級烷基、被取代以包含正電子放射性核素的低級烷基、被取代以包含非金屬的低級烷基、甲苯磺酸酯基、曱磺酸酯基、三氟甲磺酸酯基、氫或羥基；且R2和R3可獨立選自低級烷基或羥烷基，或者連接形成含有至少1個氮原子(例如至少2、3或4個氮原子)的5元、6元或7元雜環(huán)；要注意的是，如果R1為氫或羥基，則R2、R3中的至少一個或所述雜環(huán)包含鹵素、正電子放射性核素、非金屬、被取代以包含鹵素的低級烷基、被取代以包含正電子放射性核素的低級烷基、被取代以包含非金屬的低級烷基、甲苯磺酸酯基、甲磺酸酯基或三氟曱磺酸酯基。優(yōu)選地，R2和R3連接形成含有至少l個氮原子的5元、6元或7元雜環(huán)，但在該環(huán)中排除降低堿性的基團，例如O、S或N-?；＝Y構(I)中的至少1個N原子可為具有陰離子反離子的鹽形式，包括但不限于卣素離子。就多個N原子的情況而言，至少1個N可被低級烷基、羥烷基或氟烷基取代。此外，R2和R3可在碳上被獨立選自氬、甲苯磺酸酯基、甲4酸酯基、三氟曱磺酸酯基、[19F]氟或[18F]氟的部分取代。該組中的優(yōu)選化合物的實例如在圖A中所示圖AVillxXV'XVt'W!！XV"I由結構式(vi-xvm)定義的化合物，包括其鹽，可單獨地或協(xié)同組織生理學的其它PET標記(例如[18F]-氟化脫氧葡萄糖，[18F]-FDG)用于在患病的正常組織和惡性組織中檢測缺氧。本發(fā)明的放射性標記的化合物對患者的成〗象、檢測和-珍斷疾病是有用的組合物?？墒褂帽姸嗟姆派湫詷擞泚懋a生可用于成像和檢測的26放射性標記化合物。例如，可用于產生放射性標記化合物的放射性標記的非限制性清單包括11C、13N、150、18F、52Fe、62Cu、64Cu、67Cu、67Ga、68Ga、76Br、86Y、89Zr、94mTc、94Tc、99mTc、lllln、1231、1241、1251、1311、154-158Gd和175Lu。特別優(yōu)選的放射性標記包括18F、64Cu、76Br、1124及其混合物，或者由它們組成。作為實例，18F可在用質子轟擊180加濃水后得自回旋加速器?？梢杂镁哂蟹搓栯x子的堿中和含有H-18F的加濃水，所述堿為任何烷基銨、四烷基銨、烷基轔(alkylphophosphonium)、烷基胍錨(akylquanidium)、烷基脒錄(alkylamidinmm)或堿金屬(M)，例如強烈螯合配體如六氧二氮雙環(huán)二十六烷(Kryptofix)222(4,7,13，16,21,24-六氧雜-l,10-二氮雜雙環(huán)[8.8.8]二十六烷)的鉀、銫或其它單價離子，使得產生的堿金屬-配體復合物自由溶解在有機溶劑如乙腈、二甲基亞砜或二甲基甲酰胺中。水可被蒸發(fā)出去，以產生反陽離子-18F的殘留物，其可被溶解在有機溶劑中，以備進一步使用。一般而言，選擇的反陽離子能使氟離子在有機相中與卣素快速反應。因為氟是最負電性的元章，所以其具有變成水合物并失去其親核特征的趨勢。為使這種趨勢最低，標記反應優(yōu)選在無水條件下進行。例如，可將氟(作為氟化鉀或作為與上述任一種的反離子的復合物)置于有機溶劑中，例如乙腈或THF。在結合反-陽離子的試劑如六氧二氮雙環(huán)二十六烷2.2.2(4,7,13,16,21,24-六氧雜-1,10-二氮雜雙環(huán)[8.8.8]二十六烷)的輔助下，氟離子在這些溶劑中變得非常親核。然后可將剩余部分的本發(fā)明的螯合分子加至溶劑中，由此用18F標記螯合物。盡管鉀可以在依據本發(fā)明的反-陽離子中用作金屬，但銫可能優(yōu)于鉀，因為銫是較大離子，具有更擴散的電荷。因此，銫與小氟原子具有較松散的離子相互作用，因此不千擾氟離子的親核特性。由于相似的理由，鉀可能優(yōu)于鈉，一般而言，鑭系金屬在依據本發(fā)明的反-陽離子中作為金屬的適宜性隨著周期表向下而增加。Ib族的試劑，例如銀，也可用作符合本發(fā)明的'反離子。此外，有機相轉移型例子，如四烷基銨鹽，也可以用作反陽離子。本發(fā)明化合物的制劑本發(fā)明的化合物優(yōu)選可用于靶向腫瘤組織。本發(fā)明的化合物可直接地或與本領域已知的任何藥學上可接受的載體或鹽組合給予哺乳動物患者，例如人。藥學上可接受的鹽可包括在制藥工業(yè)中常用的無毒的酸加成鹽或金屬復合物。酸加成鹽的實例包括有機酸，例如乙酸、乳酸、樸酸、馬來酸、檸檬酸、蘋果酸、抗壞血酸、琥珀酸、苯甲酸、棕櫚酸、辛二酸、水楊酸、酒石酸、甲磺酸、甲苯磺酸或三氟乙酸等；聚合酸，例如鞣酸、羧曱基纖維素等；和無機酸，例如鹽酸、氫溴酸、硫酸、磷酸等。金屬復合物包括鋅、鐵等。一種示例性的藥學上可接受的載體為生理鹽水。其它生理學上可接受的載體及其制劑是本領域技術人員已知的,描述于例如Remington'sPharmaceuticalSciences,(第18版)，A.Gennaro編著，1990,MackPublishingCompany,Easton,PA。治療有效量的本發(fā)明化合物或其藥學上可接受的鹽的藥物制劑可在與適于常規(guī)給藥的藥學上可接受的載體的混合物經以下途徑給予口服、胃腸外(例如肌內、腹膜內、靜脈內或皮下注射；吸入；皮內、滴眼劑或植入物)、鼻腔、'陰道、直腸、舌下或局部。本領i或眾所周知的制劑制備方法例如見于Remington'sPharmaceuticalSciences(第18版)，A.Gennaro編著，1990,MackPublishingCompany,Easton，PA。按照本領域已知用于制備藥物組合物的任何方法，可以固體或液體形式制備供口服用的組合物。組合物可任選含有甜味劑、矯味劑、著色劑、香料和/或防腐劑，以便提供更具適口性的制劑。供口服給藥用的固體劑型包括膠嚢劑、片劑、丸劑、粉劑和顆粒劑。在這些固體形式中，將活性化合物與至少一種藥學上可接受的惰性載體或賦形劑混合。這些載體或賦形劑可包括例如惰性稀釋劑，例如碳酸鈣、碳酸鈉、乳糖、蔗糖、淀粉、磷酸鉤、磷酸鈉或高呤土。也可使用粘合劑、緩沖劑和/或潤滑劑(例如硬脂酸鎂)。另外可用腸溶衣來制備片劑和丸劑。供口服給藥的液體劑型包括藥學上可接受的乳劑、溶液劑、混懸劑、糖漿劑和軟明膠膠嚢劑。這些形式含有本領域常用的惰性稀釋劑，例如水或油性介質。除了所述惰性稀釋劑之外，組合物也可包括輔料，例如潤濕劑、乳化劑和懸浮劑。供胃腸外給藥用的制劑包括無菌水性或非水性溶液劑、混懸劑或乳劑。合適溶媒的實例包括丙二醇、聚乙二醇、植物油、明膠、氬化萘和注射用有機酯，例如油酸'乙酯。所述制劑也可含有輔料，例如防腐劑、潤濕劑、乳化劑和分散劑。可使用生物相容的、生物降解的丙交酯聚合物、丙交酯/乙交酯共聚物或聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物，以控制化合物的釋放。用于本發(fā)明的肽物質的其它潛在有用的胃腸外遞送系統(tǒng)包括乙烯-乙酸乙烯酯共聚物顆粒、滲透泵、可植入的輸注系統(tǒng)和脂質體。通過例如截留細菌的濾器過濾、通過向組合物中摻入除菌劑或者通過對組合物進行輻照或加熱，可以對液體制劑進行滅菌?；蛘?，它們可被制備成無菌形式的固體組合物，臨用前將固體組合物溶于無菌水或某些其它無菌注射介質中。供直腸或陰道給藥用的組合物優(yōu)選為栓劑，除了活性物質外，其還可含有賦形劑，例如可可脂,或栓劑用蠟。供鼻腔或舌下給藥用的組合物也可用本領域已知的標準賦形劑制備。吸入制劑可含有賦形劑，例如乳糖，或者可以是含有例如聚氧乙烯-9-十二烷基醚、甘膽酸鹽和脫氧膽酸鹽的水溶液劑，或者可以是油性溶液劑，用于以滴鼻劑或噴霧劑或凝膠劑形式給藥。本發(fā)明組合物中的活性成分的量可以不同。本領域技術人員將會理解，可以依據包括要給予的化合物、給藥時間、給藥途徑、制劑特性、排泄速率、患者病癥的特點以及患者的年齡、體重、健康狀況和性別在內的多種因素，對準確的個人劑量稍微進行調整。另外，本發(fā)明化合物所針對的病癥的嚴重性也對劑量水平有影響。通常，給予的日劑量水平為0.1嗎/kg-100mg/kg體重，可作為單劑量或分成多次劑量。優(yōu)選地，一般劑量范圍為每天250pg/kg-5.0mg/kg體重?？紤]到不同給藥途徑的不同功效，預期所需劑量有很大差異。例如，預期口服給藥通常比靜脈內注射給藥需要更高的劑量水平。這些劑量水平的差異可采用本領域眾所周知的.用于優(yōu)化的標準經^r性程序來調節(jié)。一般而言，精確的治療有效劑量由主治醫(yī)師根據以上所示的因素來確定。本發(fā)明的化合物可使用如以下實施例所例舉的簡單直接的方法以高收率制備。要理解的是，盡管已結合本發(fā)明的優(yōu)選的具體實施方案描述了本發(fā)明，但先前的描述以及隨后的實施例旨在闡述而不是限制本發(fā)明的范圍。在本發(fā)明范圍內的其它方面、優(yōu)勢和修改對本發(fā)明所屬領域的技術人員是顯而易見的。提供以下的實施例，以便本領域一般技術人員可了解如何制備和4吏用本發(fā)明的化合物。所述實施例無意限制本發(fā)明人所認作的本發(fā)明范圍。所有的原料和試劑都市售可得。實施例實施例1:NO,123()Q將起始原料(1)(460mg，1,8mmol)溶解在50mlTHF中，并加入Et3N(0.5ml)，之后滴加MsCl(0.28ml，3.6mmol)。于室溫攪拌反應物20分鐘。薄層色譜(TLC)表明，起始原料幾乎完全反應。在后處理后，通過柱色i普(EtOAc)純化粗反應產物，得到500mg所需的甲磺酸化產2TN"30物(2)(收率為84%)。HNMR(DMSO-d6，5ppm):1.63(m，2H,CH2),1.90(m,4H，2xCH2)，2.10(m，2H,CH2),2.24(t，2H,CH2,J=6.9Hz),2.48(rn，2H，CH2),3.15(s,3H,CH3),4.41(t,2H,CH2，J=6.9Hz),4.60(m,1H，CH)，7.15(d,1H,CH=,J=I.2Hz)，7.65(d，1H,CH=,J=1.2Hz)。將六氧二氮雙環(huán)二十六烷222(270mg，0.72mmol)溶解在5ml乙腈(CH3CN)中。向該溶液加入無水氟化鉀粉末(99.99+%,33mg，O.57mmol),之后加入曱磺酸酯(2)(80mg,0.24mmo1)。將產生的混合物油浴(95-100。C)回流2小時。在后處理后，通過制備型TLC純化粗反應產物，得到31mg氟化物(3，X)?？偸章蕿?0%。對于化合物(3，X):'HNMR(DMSO=d6,5ppm):1.67(m，2H，CH2)，1.92(m,4H，2xCH2)，2.07(m，2H，CH2),2.23(t,2H3CH2，J=6.6Hz)，2,53(m,2H,CH2),4.13(brs,1H，CH)，4.41(t,2H,CH2,J=6.9Hz),7.15(s,1H，咪唑)，7.64(s,1H，咪唑)。13C畫R(DMSO-d6，5ppm):27.34，35.87，48.32，51.40,54.83,58.84，128.41和128,58。實施例2:/T\、-NO,-OHMsCiN02KF/Kryptofix222CH3CN-OH-OMs4S6將起始原料(4)(4g,14.85mmol)溶解在200mlTHF中。向該溶液加入Et3N(5ml)，之后滴加MsCl(3ml，38.8mmol)。于室溫攪拌反應物30分鐘。TLC表明，起始原料幾乎被完全消耗。在后處理后，通過快速柱色語(EtOAc)純化粗反應產物，得到3.1g二曱磺酸化產物(5),收率為49.1%。'HNMR(DMSOd6，5ppm):1.71(m,2H,CH2),1.93(m,2H,CH2),2.47(m,2H，CH2),2.68(m,4H,2xCH2)，3.05(s，3H,CH3SO-)，3.16(s，3H,CH3S〇-)，4.55(dd，1H，咪唑-CHa-,J=14.4Hz,8.7Hz)，4.66(m,1H，0=CH)，4.84(dd，1H，咪唑-CHa-,J=14.4Hz,8.7Hz)，5.00(m,1H,O-CH),7.16(d，1H,咪唑，J=0.9Hz),7.59(d，1H,咪唑，J=0.9Hz)。將六氧二氮雙環(huán)二十六烷222(MW376.5，42mg，0.112mmol)溶解在2ml乙腈(CH3CN)中。向該溶液加入無水氟化鉀(99.99+%,22mg,0.379mmol),之后加入二曱磺酸酯(5)(28mg,0.0658mmol)。在二甲磺酸酉旨(5)全部溶解后，回流混合物30分鐘。在后處理后，通過制備型TLC純化粗反應產物，得到20mg(87。/。得率)單氟交換化合物(6)。對于化合物(6):1HNMR(DMSO-d6,5ppm):1.68(m，2H,CH2)，1.90(rn，2H,CH2),2.43(m，2H，CH2),2.62(m，2H，CH2),2.74-2.89(m,2H,哌啶-012)，3.11(s,3H，CH3SO-)，4.36-4.51(m,1H，咪唑-CH),4.68-4.90(m，2H，咪唑畫CH,F-H)，5.06(m,1H，O-CH),7.12(d，1H，咪唑，J=0.9Hz)，7.19(d，1H，咪唑，J=0.9Hz)。13CNMR(DMSO-d6,5ppm):25.89，32,06，50.21(d，JF.c=20.44Hz),55.32,6CU5(d，JF.c=20.81Hz),65.89,89.63(d，JF-C=169.68Hz),127.55,128.46。實施例3:將哌莫硝唑(3.7g，14.5mmol)、對曱苯磺酸酐(5.7g，17.5mmol)和DMAP(1.78g,14.5mmol)加至在0。C冰水浴中的100ml無水CH2Cl2中。在攪拌30分鐘后，用水猝滅反應，并用乙酸乙酯萃取。用水洗滌有機相，經無水石危酸鈉干燥，過濾，并濃縮。通過柱色譜(EtOAc-己烷二l:l)純化粗反應產物，得到4.1g(70%得率)所需曱苯磺酸酯(7，III)。對于化合物(7，III):'HNMR(CDC13，5ppm):1.41(m，2H,CH2)，1.52(m,4H,2xCH2)，2.33-2.67(m,6H,3xCH2)，2.44(s,3H，CH3)，4.29(dd，1H,咪唑-CHa-,J=14,4Hz,8.7Hz),4.87(m,1H,O-CH-),4.97(dd，1H,咪唑-CHb-,J=14.7Hz,J=2.7Hz),7.03(d,2H,苯，J=8.4Hz),7.25(d,1H,咪唑，J=0.6Hz),7.26(d,1H,咪唑，J=0.6Hz),7.54(d,2H,苯，J=8.4Hz)。13CNMR(CDC13，5ppm):21.87,24.17,26.10,52.08,55.58，60.04,77.42,127.59,127.67,12.8.38,130.22,132.38,145.82。將六氧二氮雙環(huán)二十六烷222(MW376.5,824mg,2.19mmol)溶解在6ml乙腈(CH3CN)中。向該溶液加入無水氟化鉀(99.99+%,128mg，2.19匪o1),接著加入甲恭璜酸酯(7,Hl)(300mg，0.73mmo1)。在甲苯磺酸酯完全溶解后，95。C油浴回流反應混合物2小時。在后處理后，通過柱色譜(EtQAc-己烷4:l)純化粗反應產物，得到600mg(32%得率)目標氟化產物(8，VI)連同550mg(29.4%得率)副產物(9，VII)。對于化合物(8，VI):HNMR(CDC13，Sppm):1.37(m,2H,CH2),1.52(m,4H,2xCH2),2.39(m,4H,2xCH2),2.49-2.66(m，2H，哌啶-CH2),4.45-4.58(m,1H,咪唑-CH),4.79-5.02(m,2H,咪唑-CH,F-H)，7.10(d,1H,咪唑，J-0.9Hz),7.15(d,1H,咪唑，J=0.9Hz)。13CNMR(CDC13,5ppm):23.87,25.81,51.81(d,JF-C.2Hz),55.32,59.33(d,JF_c=21.8Hz),90.14(d,JF-C=174.6Hz),126.97,128.22。對于化合物(9，VII):〗HNMR(CDC13,5ppm):1.40(m,6H,3xCH2),2.37(m,2H，哌啶環(huán)-N-Ha),2.68(m，2H,哌啶環(huán)-N-Hc),2.82-3.32(m,1H,哌啶-CH),4.56(ddd,1H,F-Ha,JF.H=89.1Hz,Jh-h=10.2Hz,3.9Hz),4.49(d，2H,CH2,J=6.9Hz),4.53-4.59(m,1H,F-Hb),7.08(d,1H,咪唑，J=0.9Hz),7.09(d,1H,咪唑，J=0.9Hz)。13CNMR(CDC13,5ppm):24.27,26.28,47.18(d,JF—c=7.4Hz),50.86,64.88(d,JF—c=17.8Hz),80.79(d,JF—c=172.5Hz),126.93,127.85。實施例4:制備l-(2-羥基-3-(N，-l,l，l，3，3，3-六氟異丙基哌啶子基)-2-硝基咪唑(XVI)將2-硝基咪唑(1摩爾當量)的丙酮溶液與表氯醇(l.l摩爾當量)和碳酸鉀(O.OOl摩爾當量)混合。過夜回流混合物，并真空干燥，得到l-(2-羥基-3-氯丙基)-2-硝基咪唑。將l-(2-羥基-3-氯丙基)-2-硝基咪唑溶解在乙酸乙酯中，并與等體積的10%氫氧化鈉水溶液混合，并于室溫劇烈攪拌1小時。用水洗滌乙酸乙酯層，經無水硫酸鈉干燥，得到1-(2,3-環(huán)氧丙基)-2-硝基咪唑。將溶解在丙酮中的l-(2,3-環(huán)氧丙基)-2-硝基咪唑(l摩爾當量)與N'-l,l,l，3,3,3-六氟異丙基哌溱(1.1摩爾當量)混合，并過夜回流溶液。真空干燥反應溶液，得到l-(2-羥基-3-(N'-l,1,1,3,3,3-六氟異丙基哌啶子基)-2-硝基咪唑(XVI)，其由乙醇重結晶。通過在乙醇中過夜回流加熱U,l，3,3,3-六氟異丙基溴(1.0摩爾當量)和哌嗪(l.l摩爾當量)制備化學中間體N'-l，l,l,3,3,3-六氟異丙基哌嗪。通過使市售可得的1,1,1，3,3，3國六氟異丙醇(l摩爾當量)與三溴化磷(0.33摩爾當量)在乙醚中于室溫過夜反應制備化學中間體1，1,1,3,3,3-六氟異丙基溴。實施例5:本發(fā)明的弱堿性2-硝基咪唑低氧化合物于高pH是比沒有弱堿性部分的2-硝基咪唑如CCI-103F更靈敏的細胞內缺氧檢測物。在短期缺氧條件下，在中國倉鼠V79-4肺成纖維細胞中比較對弱堿性哌莫硝唑和對CCI-103F的pH-依賴性結合。使用的pH范圍(6.4-7.4)包括在人胂瘤中檢測到的約90%的胞外pH。將含有4.5g/L葡萄糖但不^^碳酸鹽的Eagle最小必需培養(yǎng)基(MEM)于溫室升溫至37°C,并在5%C02+95%氮氣流下通過加/^友酸氫鈉調節(jié)至口116.4、6.8和7.4。加入胎牛血清(FBS)，以產生含10%FBS的EaglepH調節(jié)的MEM。用EDTA-胰蛋白酶收獲附著的V79-4細胞，用25mLpH調節(jié)的MEM以3><105個細胞/mL的濃度稀釋。向該溶液加入一定量的哌莫硝唑HC1母液或CCI-103F母液，以便產生200jaM終濃度。然后在5%(302+95%氮氣氛下攪拌溫育細胞溶液3小時。通過ELISA分析細胞裂解物，將數據對蛋白含量標準化。一式三份進行兩個標記的實驗。對于所測試的所有pH水平，哌莫硝唑的結合強度均大于CCI-103F的結合強度，差值在所測試的最高pH時最大(表1)。這些數據表明，弱堿性的2-硝基咪唑缺氧標記在所有pH都是優(yōu)良的試劑，但對于其中細胞處于相對較高pH的組織微區(qū)域中的缺氧^r測尤其有利。這是以下事實的直接結果隨著pH增加，弱堿性2-硝基咪唑的胞內濃度(Ci)相對于胞外濃度(Ce)急劇增加，而用沒有弱堿性部分的2-硝基咪唑沒有觀察到該作用。因為腫瘤中的區(qū)域包括經歷波動缺氧的細胞和相對高pH的微環(huán)境，所以于高pH表現出與細胞結合增加的本發(fā)明化合物對檢測波動缺氧較佳。<table>tableseeoriginaldocumentpage35</column></row><table>實施例6:在類似于人中出現的自發(fā)性犬大腫瘤中檢測時，本發(fā)明的弱堿性2-硝基咪唑缺氧化合物對于檢,測波動缺氧比沒有弱堿性部分的化合物更有效。以0.5g/n^體表面積的劑量將弱堿性缺氧標記哌莫硝唑的鹽酸鹽給予12只狗。7小時后，全部12只狗都接受沒有弱^喊性部分的標記CCI-103F。由每個腫瘤中的存活區(qū)域取出2-4個遠遠分開的活檢樣品，并立即置于10%中性緩沖的冷福爾馬林中。于4°C固定標本18-24小時，然后轉移至冷的70%乙醇中，并儲存于4°C，直至制作成在石蠟塊中的標本。分別使用針對哌莫硝唑和CCI-103F加合物的原初兔多克隆抗血清，免疫染色福爾馬林固定的石蠟包埋的活檢樣品的切片，用于哌莫硝唑和CCI-103F結合。利用Axioskop50顯微鏡和Fluar物鏡以400x詳盡掃描免疫染色的切片，并測量對哌莫硝唑和CCI-103F加合物的免疫染色百分率。平均起來，對哌莫硝唑結合的免疫染色比對CCI-103F的免疫染色更廣泛(依據配對t檢驗的因子為1.25(p=0.032))，但重要的是，基于每一個腫瘤，該因子在1.0-1.65的范圍內。而且，在一個腫瘤中，在部分區(qū)域中哌莫硝唑結合的程度類似于CCI-103F的結合程度(圖1C和1D)，但在其它區(qū)域中極大地超過CCI-103F的結合程度(圖1A和1B),表現為顯著的較亮免疫染色的組分更接近血管。預期在腫瘤巢中心內的慢性缺氧區(qū)域的細胞中有和沒有弱堿性部分的2-硝基咪唑化合物之間的結合基本沒有差異，因為這些區(qū)域處于不變化的低pH(Helmlinger等人,Nature,Medicine3:177-182,1997;比較圖1C和1D)。相比于慢性缺氧，在pH急劇增加的區(qū)域中發(fā)生接近血管的波動或急性缺氧(Helmlinger等人，Nature,Medicine3:177-182,1997);相對于沒有弱堿性部分的缺氧標記表現出的結合，本發(fā)明的弱堿性化合物在這些區(qū)域中表現出對細胞的結合增加(比較圖1A和1B)。一般而言，沒有弱堿性部分的缺氧標記在經歷急性波動缺氧的區(qū)域中將表現出對細胞的結合降低，在包含胂瘤的區(qū)域中就存在這種情況，由此使腫瘤檢測更困難。相比之下，急性、波動性低氧狀況對本發(fā)明的弱堿性缺氧化合物的結合最佳，因此所述化合物對波動性、急性缺氧將比沒有弱^喊性部分的2-硝基咪唑缺氧標記更具響應性。這些數據表明，對于在哺乳動物組織中非侵入性檢測缺氧，用[18F]或[19F]標記的弱堿性2-硝基咪唑化合物比沒有弱堿性部分的先有技術的缺氧標記更有效。其它實施方案在本說明書中提及的所有出版物和專利申請都在此引入作為參考，其程度如同每個單獨的出版物或專利申請^l具體并單獨地指出引入作為參考一樣。盡管已結合本發(fā)明具體的實施方案描述了本發(fā)明，但要理解的是，可進一步修改本發(fā)明，本申請旨在涵蓋本發(fā)明的任何變化、用途或修改，這些變化、用途或修改總體上遵循本發(fā)明的原則而僅僅包含本發(fā)明所屬領域的已知或慣例實踐范圍內但是仍然適用于前文陳述的基本特征的對本文公開內容的改變。權利要求1.一種具有下式I的結構的化合物，其中R1為鹵素、正電子放射性核素、非金屬、被取代以包含鹵素的低級烷基、被取代以包含正電子放射性核素的低級烷基、被取代以包含非金屬的低級烷基、甲苯磺酸酯基、甲磺酸酯基、三氟甲磺酸酯基、氫或羥基；和R2和R3獨立地選自低級烷基或羥烷基，或者連接形成含有至少1個氮原子的5元、6元或7元雜環(huán)；其中如果R1為氫或羥基，則R2、R3中的至少一個或所述雜環(huán)含有鹵素、正電子放射性核素、非金屬、被取代以包含鹵素的低級烷基、被取代以包含正電子放射性核素的低級烷基、被取代以包含非金屬的低級烷基、甲苯磺酸酯基、甲磺酸酯基或三氟甲磺酸酯基。2.權利要求1的化合物，其中R2和R3連接形成所述5元、6元或7元雜環(huán)。3.權利要求1的化合物，其中R2和R3連接形成所述5元、6元或7元雜環(huán)，且所述雜環(huán)含有2、3或4個氮原子；其中所述雜環(huán)的至少1個所述氮原子或碳原子共價鍵合連接低級烷基或羥烷基。4.權利要求l的化合物，其中R1為曱苯磺酸酯基、甲磺酸酯基或三氟曱磺酸酯基，且R2和R3連接形成所述5元、6元或7元雜環(huán)。5.權利要求1的化合物，其中Rl為羥基，且R2和R3連接形成所述5元、6元或7元雜環(huán)，其中所述雜環(huán)的至少1個碳原子或氮原子被面代烷基取代。6.權利要求5的化合物，其中所述鹵代烷基為含有[19F]或[18F]的氟代烷基。7.權利要求5的化合物，其中所述雜環(huán)含有2個、3個或4個氮原子。8.權利要求1的化合物，其中Rl為甲苯磺酸酯基、甲磺酸酯基或三氟甲磺酸酯基，且R2和R3獨立選自曱基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、羥甲基、羥乙基、羥丙基和羥丁基。9.權利要求1的化合物，其中Rl、R2、R3或所述雜環(huán)含有鹵素、正電子放射性核素、非金屬、被取代以包含囟素的低級烷基、#皮取代以包含正電子放射性核素的低級烷基或者被取代以包含非金屬的低級烷基。10.權利要求1的化合物，其中所述鹵素為氟(F)、氯(C1)、溴(Br)、碘ci)或砹(At:)。11.權利要求l的化合物，其中所述正電子放射性核素為[11C]、[13N]、[150]、[18F]、[52Fe]、[55Co]、[61Cu]、[62Cu]、[64Cu〗、[62Zn]、[63Zn]、[70As〗、[71As]、[74As]、[76Br]、[79Br]、[82Rb]、[86Y]、[89Zr]、[110In]、[1201]、[1241]、[122Xe]、[94mTc〗、[94Tc]或[99mTc〗。12.權利要求11的化合物，其中所述正電子放射性核素為[18F]、[79Br]或[1241]。13.權利要求i的化合物，其中所述化合物具有式m-vi或vni-xvin的結構。14.一種生產含有正電子放射性核素的化合物的方法，所述方法包括(a)提供具有下式I的結構的化合物<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中R1為曱M酸酯基、曱磺酸酯基、三氟曱磺酸酯基；和R2和R3獨立地選自低級烷基或羥烷基，或者連接形成含有至少l個氮原子的5元、6元或7&雜環(huán)；和(b)使所述化合物與游離形式或鹽形式的正電子放射性核素在？1起含所述正電子放射性核素的化合物形成的條件下反應。15.權利要求14的方法，其中R2和R3獨立選自曱基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、羥曱基、羥乙基、羥丙基和羥丁基。16，權利要求14的方法，其中所述正電子放射性核素為[11C]、[13N]、"50]、[18F]、[52Fe]、[55Co]、[61Cu]、[62Cu]、[64Cu]、[62Zn]、[63Zn]、[70As]、[71As]、[74As]、[76Br]、[79Br]、[82Rb]、[86Y]、[89Zr]、[匿n]、[1201]、[1241]、[122Xe]、[94mTc]、[94Tc]或[99mTc]。17.權利要求16的方法，其中所述正電子放射性核素為[18F]。18.權利要求16的方法，其中所述正電子放射性核素為[79Br]。19.權利要求16的方法，'其中所述正電子放射性核素為[1241]。20.權利要求14的方法，其中R2和R3連接形成所述5元、6元或7元雜環(huán)，且所述雜環(huán)含有2、3或4個氮原子；其中所述雜環(huán)的至少1個所述氮原子或碳原子共價鍵合連接卣代烷基。21.權利要求20的方法，其中所述卣代烷基為含有[19F]或[18F]的氟烷基。22.—種在哺乳動物中檢測正常組織、患病的正常組織或惡性組織的缺氧細胞的方法，所述方法包括給予所述哺乳動物權利要求9的化合物，其中所述化合物含有正電子放射性核素或被取代以含有正電子放射性核素的低級烷基，并通過非侵入性正電子發(fā)射斷層顯相術(PET)檢測在所述正常組織、患病的正常組織或惡性組織中保持的全部所述化合物。23.權利要求22的方法，其中所述正電子放射性核素為[11C]、[13N]、[150]、[18F]、[52Fe]、[55Co]、[61Cu]、[62Cu]、[64Cu]、[62Zn]、[63Zn]、[70As]、[71As]、[74As]、[76Br]、[79Br]、[82Rb]、[86Y]、[89Zr]、[l馳]、[1201]、[1241]、[122Xe]、[94mTc]、[94Tc]或[99mTc]。24.權利要求23的方法，其中所述正電子放射性核素為[18F]。25.—種在哺乳動物中一企測正常組織、患病的正常組織或惡性組織中的缺氧細胞的方法，所述方法包括(a)給予所述哺乳動物具有下式I結構的化合物，Rl為閨素、被取代以包含卣素的低級烷基、非金屬、被取代以包含非金屬的低級烷基、曱苯磺酸酯基、曱磺酸酯基、三氟曱磺酸酯基、氫或羥基；和'R2和R3獨立地選自低級烷基或羥烷基，或者連接形成含有至少1個氮原子的5元、6元或7元雜環(huán)；其中如果R1為氫或羥基，則R2、R3中的至少一個或所述雜環(huán)含有鹵素、非金屬、被取代以包含卣素的低級烷基、被取代以包含非金屬的低級烷基、曱苯磺酸酯基、甲磺酸酯基或三氟甲磺酸酯基；和(b)通過非侵入性磁共振波譜(MRS)或磁共振成像(MRI)檢測在所述正常組織、患病的正常組織或惡性組織中保持的全部所述化合物。26.權利要求25的方法，其中所述卣素為[19F]。27.權利要求25的方法，其中所述非金屬為[31P]或[13C]。28.權利要求25的方法，其中所述氬為氖。29.—種驗證組織缺氧的正電子發(fā)射斷層顯相術(PET)、磁共振波譜(mrs)或磁共振成像(mri)分析的方法，該方法包括使腫瘤組織與抗體接觸，所述抗體特異性結合腫瘤細胞中存在的蛋白、多肽、多糖或多核苷酸與權利要求l的化合物反應后產生的加合物，并檢測所述抗體與所述腫瘤組織的結合，其中所述抗體與腫瘤組織的結合相對于所述抗體與正常組織的結合增加證實了使用pet、mrs和mri的組織缺氧的測定結果。30.權利要求29的方法，其中所述抗體為多克隆抗體或單克隆抗體。31.權利要求29的方法，其中所述腫瘤組織與含有所述抗體的抗血清接觸。32.權利要求29的方法，其中使用免疫熒光、免疫過氧化物酶、血細胞計數、流式細胞術或酶聯(lián)免疫吸附測定(elisa)檢測所述抗體與肺瘤組織的結合。33.權利要求29的方法，其中所述組織缺氧分析包括[18f]pet、[19f]mrs或[19f]mri。34.—種用于生產抗體的方法，所述方法包括用加合物免疫哺乳動物，所述加合物是肺瘤細胞中存在的蛋白、多肽、多糖或多核苷酸與權利要求1的化合物反應后產生的加合物，并由所述哺乳動物收集抗血清或抗體。35.權利要求34的方法，其中所述哺乳動物為兔、猴或山羊。36.—種藥盒，所述藥盒包含含有權利要求1的化合物的容器、含有單克隆抗體或多克隆抗體或包含所述單克隆抗體或多克隆抗體的單克隆抗血清或多克隆抗血清的容器，以及使用所述藥盒檢測組織中的缺氧細胞的說明書，其中所述單克隆抗體或多克隆抗體特異性結合所述化合物與腫瘤細胞中存在的蛋白、多肽、多糖或多核苷酸反應后產生的加合物。37.權利要求36的藥盒，其中所述說明書提供使用所述藥盒通過免疫熒光、免疫過氧化物酶、血細胞計數、流式細胞術或酶聯(lián)免疫吸附測定(ELISA)一企測所述加合物的方法。38.—種具有下式II的結構的化合物，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>其中Rl為卣素、正電子放射性核素、非金屬、被取代以包含卣素的低級烷基、被取代以包含正電子放射性核素的低級烷基、被取代以包含非金屬的低級烷基、曱苯磺酸酯基、曱磺酸酯基、三氟曱磺酸酯基、氫或羥基；和R2和R3獨立地選自低級烷基或輕烷基，或者連接形成含有至少1個氮原子的5元、6元或7元雜環(huán)；其中如果R1為氫或羥基，則R2、R3中的至少一個或所述雜環(huán)含有鹵素、正電子放射性核素、非金屬、被取代以包含鹵素的低級烷基、被取代以包含正電子放射性核素的低級烷基、被取代以包含非金屬的低級烷基、甲苯磺酸酯基、甲磺酸酯基或三氟曱磺酸酯基。39.權利要求38的化合物，其中所述化合物具有式VII的結構。全文摘要本發(fā)明在鹵代2-硝基咪唑中摻入弱堿性的取代基(pKa約為8或8以上)，例如吡咯烷、哌啶、哌嗪和氮雜環(huán)庚烷部分，其為相對于非侵入性檢測正常組織和惡性組織中的細胞缺氧的先有技術的重要改善。本發(fā)明的特征在于[18F]正電子發(fā)射斷層顯相術、[19F]磁共振波譜和[19F]磁共振成像的用途。相對于先有技術化合物的改善有6個方面。1)弱堿性試劑的鹽是高度水溶性的，其有利于給藥。2)未反應的試劑由系統(tǒng)循環(huán)中快速清除，由此降低背景噪音。3)具有弱堿性取代基的試劑在組織中被濃縮至血漿水平之上約3倍，由此增加結合強度和增強信號檢測。4)弱堿性試劑的綴合堿具有中間的辛醇-水分配系數，這有利于它們穿透入包括腦在內的所有組織。5)含有弱堿性取代基的試劑的細胞加合物比先有技術的試劑更穩(wěn)定。6)具有弱堿性取代基的試劑對檢測實體組織中的瞬時缺氧有效。文檔編號A61K51/00GK101616695SQ200780044283公開日2009年12月30日申請日期2007年10月1日優(yōu)先權日2006年10月6日發(fā)明者D·Y·-W·李,J·A·拉萊格,X·紀申請人:天然制藥國際有限公司