СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИКАЛИЕВОЙ СОЛИ ИТТЕРБИЕВОГО КОМПЛЕКСА 2,4-ДИ(α-МЕТОКСИЭТИЛ)ДЕЙТЕРОПОРФИРИНА IX АЦЕТИЛАЦЕТОНАТА

Настоящее изобретение относится к химии лантанидных комплексов порфиринов, в частности, к способу получения водорастворимых форм иттербиевого комплекса 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX ацетилацетоната, который используется в медицине и люминесцентной диагностике новообразований различного характера методом волоконно-лазерной спектрофлуориметрии.

Смертность от злокачественных новообразований стоит на 2 месте после сердечнососудистых патологий. В связи с этим ранняя диагностика визуально и эндоскопически доступных форм новообразований является актуальной задачей.

Для диагностики рака возможно использование радиоактивного изотопа ¹⁶⁹Yb как с природными, так и с синтетическими порфиринами [Schomaecker К., Gaidouk M.I., Rumyantseva V.D., Fischer Т., Loehr Н., Salditt S. et al. / Synthese tumoraffiner Yb-169 und Y-90-Porphyrin-Komplexe und tiereexperimentelle Untersuchung verschiedener Yb-169-Pophyrins // Nuklearmedizin. - 1999. - Bd. 38. - S. 285-291]. Однако одним из недостатков является плохая растворимость некоторых порфиринов в воде.

В настоящее время в медицине диагностических фотосенсибилизаторов (далее ФС), используют 5-ALA, радахлорин, фотодитазин, фотосенс и др. В отличие от этих препаратов комплексы порфиринов с иттербием флуоресцируют в ближней ИК-области (900-1050 нм), где практически отсутствует фоновая автолюминесценция биотканей, что снижает фототоксичность металлокомплекса.

В отличие от свободных оснований порфиринов их металлокомплексы с лантанидной группой не генерируют синглетный кислород, который вызывает нежелательные реакции организма. Попытки снизить до безопасного уровня вредную роль синглетного кислорода за счет уменьшения дозы ФС и световой мощности лазера или световода приводит к резкому снижению чувствительности диагностических процедур.

Ранее было синтезировано более 2-х десятков иттербиевых комплексов различного строения [Шилов И.П., Иванов А.В., Румянцева В.Д., Миронов А.Ф./Люминесцентная диагностика визуально и эндоскопически доступных опухолей на основе нефототоксичных иттербиевых комплексов порфиринов // Фундаментальные науки - медицине. Биофизические медицинские технологии. Под ред. Григорьева А.И. И Владимирова Ю.А. 2015. Т. 2. С. 110-144].

В результате проведенного патентного поиска были отобраны следующие патенты, описывающие получение порфиринов и их металлокомплексов.

Первые порфириновые металлокомплексы с иттербием использовались в виде липосомальных форм. Известен способ получения иттербиевого комплекса 2,4-ди-(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX путем встраивания в фосфатидилхолиновые липосомы [Патент РФ №1621720].

Известны водорастворимые соли 2,4-ди-(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX, обладающие способностью локализоваться в раковых тканях, которые могут быть получены путем кислого гидролиза в соляной кислоте диэтилового эфира 2,4-ди-(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина-IX с последующим растворением 2,4-ди-(α-метоксиметил)дейтеропорфирина-IX в метаноле в присутствии эквимолярных количеств соответствующего основания (метилата натрия или калия или N-метилглюкамина) и выделением соли удалением растворителя в вакууме [АС СССР №1160710].

Известен способ получения динатриевой соли 2,4-ди(1-метоксиэтил) дейтеропорфирина-IX (ДИМЕГИНА) путем щелочного гидролиза, отличающийся тем, что в качестве исходного вещества для гидролиза используют тетраметиловый эфир гематопорфирина-IX (далее ТМГ), полученный путем смешения протогемина с уксусной кислотой с получением реакционной смеси, в которую добавляют метанол и далее добавляют ацетат натрия в воде с получением тетраметилового эфира гематопорфирина-IX (ТМГ), который используют для гидролиза в растворе диоксан-вода при 70-80°С в течение 1 часа, с последующим добавлением изопропилового спирта к реакционной смеси, выделением целевого продукта динатриевой соли 2,4-ди(1-метоксиэтил)дейтеропорфирина-IX [Патент РФ №2647588].

В патенте РФ №2647588 авторы использовали для удаления железа из протогемина смесь бромоводорода и уксусной кислоты с плотностью d=1.45 и получали технический тетраметиловый эфир гематопорфирина IX (ТМГ), который очищали посредством колоночной хроматографии с выходом 72.7%. Далее из очищенного ТМГ щелочным гидролизом синтезировали динатриевую соль 2,4-ди(1-метоксиэтил) дейтеропорфирина-IX.

В патенте №РФ №2411243 описан способ получения иттербиевого комплекса дикалиевой соли 2,4-диметоксигематопорфирина IX формулы:

Способ получения данной соли заключается в следующем: на первом этапе получают Yb-комплекс 2,4-диметоксигематопорфирина IX по методу [Wong С.-Р., Venteicher R.F., Horrocks W.DeW.Jr. / Lanthanide porphyrin complexes a potential new class of nuclear magnetic resonance dipolar probe // J.Am.Chem.Soc. - 1974. - V. 96. - No 22. - P. 7149-7150] кипячением свободного основания порфирина с 2÷3-х кратным избытком Yb(асас)₃ в 1,2,4-трихлорбензоле в атмосфере аргона. На втором этапе дикислоту порфирина переводят в дикалиевую соль и подвергают очистке на акрилексе Р-2. Недостатком данного метода явилась многостадийность процесса выделения металлокомплекса из реакционной массы и его очистка, а также использование нескольких органических растворителей, затрудняющих дальнейшую утилизацию отходов. За счет чего выход составлял 53.7%.

Кроме того сообщаем, что в данном патенте при наименовании дикалиевой соли итттербиевого комплекса 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX используется устаревшее наименование - итттербиевый комплекс дикалиевой соли 2,4-диметоксигематопорфирина IX.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение технико-экономических показателей процесса получения дикалиевой соли итттербиевого комплекса 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX ацетилацетоната за счет уменьшения количества стадий снизить затраты на сырье и энергию, уменьшить время протекания процесса, повысить технологичность.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в получении нефототоксичного фотосенсибилизатора - дикалиевой соли иттербиевого комплекса 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX ацетилацетоната, используемого как диагностическая метка в ближнем ИК-спектральном диапазоне для обнаружения новообразований как доброкачественного, так и злокачественного характера. Дикалиевая соль итттербиевого комплекса 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX обладает хорошей растворимостью в воде.

Для достижения указанного технического решения используют способ получения дикалиевой соли иттербиевого комплекса 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX ацетилацетоната, включающей взаимодействие 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX с ацетилацетонатом иттербия в 1,2,4-трихлорбензоле, с последующим превращением комплекса в дикалиевую соль и ее хроматографическую очистку. При этом 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирин IX используют в виде динатриевой соли, а полученный иттербиевый комплекс 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX ацетилацетоната выделяют из реакционной массы осаждением с помощью алифатического углеводородного растворителя.

Изобретение иллюстрируется следующими рисунками: рис. 1 - схема синтеза водорастворимых солей Yb-комплекса 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX ацетилацетоната, где a - Yb(асас)₃/1,2,4-ТХБ, b - K₂CO₃, КОН; L=acac (ацетилацетонат); (1) - динатриевая соль 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX (2) - иттербиевый комплекс 2,4-ди(α-метоксиэтил) дейтеропорфирина IX ацетилацетоната (3) - дикалиевая соль иттербиевого комплекса 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX ацетилацетоната.

рис. 2. - электронный спектр поглощения дикалиевой соли Yb-комплекса 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX ацетилацетоната (3) (H₂O, 10^-5 М).

С целью упрощения технологического процесса после кипячения динатриевой соли 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX (1) с ацетилацетонатом иттербия в 1,2,4-трихлорбензоле мы применили высаживание иттербиевого комплекса 2,4-ди(α-метоксиэтил) дейтеропорфирина IX ацетилацетоната (2) из реакционной массы алифатическим углеводородным растворителем, и выдерживание его в течение 12-48 часов при 4-6°С. Полученный осадок отфильтровывали, промывали алифатическим углеводородным растворителем и сушили. Это позволило исключить две стадии очистки, использованные ранее в прототипе: 1) десорбцию комплекса с оксида алюминия смесью изопропанол - 1% водный поташ после удаления 1,2,4-трихлорбензола и 2) экстракцию хлороформом из водного раствора с добавлением уксусной кислоты после колоночной хроматографии. Поскольку ион иттербия значительно выступает над плоскостью порфиринового макроцикла ввиду большого ионного радиуса, использование сред с рН<5 сопряжено с разрушением иттербиевого комплекса, что соответственно сказывается на конечном выходе иттербиевого комплекса 2,4-ди(α-метоксиэтил) дейтеропорфирина IX ацетилацетоната (2).

Осадок иттербиевого комплекса 2,4-ди(α-метоксиэтил) дейтеропорфирина IX ацетилацетоната (2) в виде порошка темно-малинового цвета был одновременно отделен от непрореагировавшей динатриевой соли 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX (1) и очищен от неорганических солей на отечественном гель-фильтрационном нейтральном сорбенте на основе полностью гидрофильного микропористого акрилового полимера СПС-Техно-ОН-3. В отличие от ранее применяемого сорбента Акрилекс Р-2, после которого требуется продолжительная стадия диализа и сопряженные с ней потери. После очистки и упаривания раствора получают дикалиевую соль иттербиевого комплекса 2,4-ди(α-метоксиэтил) дейтеропорфирина IX ацетилацетоната (3).

Преимуществом предлагаемого способа получения солей иттербиевого комплекса 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX ацетилацетоната (3) по сравнению со способом, заявленным в прототипе, является, исключение стадии хроматографической очистки промежуточных соединений, удешевление производства и увеличение выхода конечного продукта - дикалиевой соли иттербиевого комплекса 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX ацетилацетоната (3), сокращение количества применяемых растворителей, улучшение экологических показателей, использование отечественных реактивов и создание диагностической флуоресцентной метки, не имеющей зарубежных аналогов.

В качестве органического углеводорода предпочтительно использовать гексан, гептан и петролейный эфир.

При разработке технологии производства дикалиевой соли иттербиевого комплекса 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX ацетилацетоната на промышленном предприятии выгоднее начинать синтез исходя из доступного сырья - гемина, а не более дорогих соединений тетраметилового эфира гематопорфирина IX и динатриевой соли 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX.

Предложенный в данной заявке метод синтеза является адаптированным к промышленным условиям. Использовали коммерчески доступный 33% раствор бромоводорода в уксусной кислоте (d=1.42), так как приготовление и использование 45-50% раствора этого соединения на производстве затруднено и требует дополнительных мер по технике безопасности. Применение этого концентрированного раствора HBr/AcOH позволило сразу провести реакцию метилирования. Полученный ТМГ подвергали щелочному гидролизу, получали динатриевую соль 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX (См. пример 1).

Реализация данного изобретения подтверждается следующими примерами.

Пример 1. Получение динатриевой соли 2,4-ди(α-метоксиэтил) дейтеропорфирина IX - исходного сырья для иттербиевого комплекса.

5.0 г (7.7 ммоль) гемина (1) заливают 200 мл 33% (d=1.42) раствора бромоводорода в уксусной кислоте. Смесь выдерживают на холоде 2-8 дней при непрерывном перемешивании. Затем обрабатывают образовавшийся пербромид при охлаждении 250 мл абсолютного метанола и выдерживают при перемешивании 10-20 часов. Далее реакционную массу выливают в 1 л 6% раствора ацетата натрия. Добавляют порционно 4×4 г поташа, перемешивают. Выпавшие кристаллы отфильтровывают и сушат в вакууме при температуре 60-70°С (при более высоких температурах возможно разложение). Контроль осуществляется посредством ТСХ и ВЭЖХ. Выход тетраметилового эфира гематопорфирина IX составляет технический 4.56 г (91.1%); чистый 3.85 г (77.4%) по данным ВЭЖХ.

К 4.56 г технического тетраметилового эфира гематопорфирина IX добавляют 24 мл диоксана и при 70°С перемешивают до полного растворения осадка. Затем приливают 7 мл 6-7% раствор гидроокиси натрия. Выдерживают 1 час при 80°С до полного растворения исходного вещества. К горячему раствору медленно приливают 61 мл изопропанола, нагрев отключают, добавляют 61 мл ацетона. Через 15 минут добавляют еще 61 мл ацетона. Выпавший осадок отфильтровывают, промывают ацетоном (2×20 мл), сушат в вакууме при температуре 60-70°С. Выход динатриевой соли 2,4-ди(α-метоксиэтил) дейтеропорфирина IX составляет технический 4.28 г (99.1%); чистый 4.11 г (96%) по данным ВЭЖХ.

Пример 2. Дикалиевая соль Yb-комплекса 2,4-ди(α-метоксиэтил) дейтеропорфирина IX ацетилацетоната (3).

4.28 г (0.8 ммоль) динатриевой соли 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX (1) смешивают с 6.42 г (1.6 ммоль) ацетилацетоната иттербия и 0.86 л 1,2,4-трихлорбензола, кипятят в инертной среде (непрерывная барботация аргоном) в течение 6-10 часов. Контроль за ходом реакции ведут спектрофотометрически. Реакционную массу остужают до комнатной температуры, фильтруют от непрореагировавшего осадка и заливают 4.3 л гексана. Полученный раствор ярко малинового цвета оставляют в холодильнике при 4-6°С для высаживания комплекса. Полученные кристаллы отфильтровывают. Выход иттербиевого комплекса 2,4-ди(α-метоксиэтил) дейтеропорфирина IX ацетилацетоната (2) составляет 3.42 г (83.3% по ВЭЖХ, технический 4.10 г).

4.10 г иттербиевого комплекса 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX ацетилацетоната (2) растворяют в 342 мл 6% раствора поташа с добавлением 35.9 г гидроокиси калия при нагревании. Полученный раствор отфильтровывают от нерастворившегося осадка. Раствор переносят на хроматографическую колонку (90 см, 50 мм) с сорбентом СПС-Техно-ОН-3 (70-100 мкм). В первых фракциях содержится непрореагировавшее соединение (1), элюент - дистиллированная вода. Во второй фракции находится соединение (3). Чистоту продукта (3) контролировали спектрофотометрически и ТСХ на силикагеле в системе хлороформ-метанол-вода (65:25:4). Водный раствор упаривают, получают продукт темно-малинового цвета. Выход дикалиевой соли иттербиевого комплекса 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX ацетилацетоната (3) составляет 67%. Электронный спектр в дистиллированной воде λ max, нм (ε): 400 (195000), 532 (9000), 568 (10600).

Пример 3.

Получают аналогично примеру 2, при этом при выделении комплекса (2) применяют петролейный эфир вместо гексана при 4-6°С. Выход дикалиевой соли иттербиевого комплекса 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX ацетилацетоната (3) составляет 62%.

Электронный спектр в дистиллированной воде λ max, нм (ε): 399 (187000), 535 (8200), 572 (9100).

Пример 4.

Получают аналогично примеру 2, при этом при выделении комплекса (2) применяют гептан вместо гексана при 4-6°С. Выход дикалиевой соли иттербиевого комплекса 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX ацетилацетоната (3) составляет 59,5%.

Электронный спектр в дистиллированной воде λ max, нм (ε): 402 (192000), 532 (8800), 571(10200).