Jül - 4390

M itg

lie d

de r H

el m

ho ltz

-G em

ei ns

ch af

t

Institut für Neurowissenschaften und Medizin Nuklearchemie (INM-5)

Synthese 18F-markierter NO-Synthase-Inhibitoren

Christian Drerup

Berichte des Forschungszentrums Jülich 4390

Synthese 18F-markierter NO-Synthase-Inhibitoren

Christian Drerup

Berichte des Forschungszentrums Jülich; 4390 ISSN 0944-2952 Institut für Neurowissenschaften und Medizin Nuklearchemie (INM-5) Jül-4390

D 38 (Diss., Köln, Univ., 2015)

Vollständig frei verfügbar über das Publikationsportal des Forschungszentrums Jülich (JuSER) unter www.fz-juelich.de/zb/openaccess

Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag 52425 Jülich Tel.: +49 2461 61-5220 Fax: +49 2461 61-6103 E-Mail: zb-publikation@fz-juelich.de www.fz-juelich.de/zb

Berichterstatter: Prof. Dr. Heinz Hubert Coenen

Prof. Dr. Hans-Günther Schmalz

Tag der mündlichen Prüfung: 08. April 2015

Diese Arbeit entstand in der Zeit von Januar 2012 bis Januar 2015 am Institut für

Neurowissenschaften und Medizin, INM-5: Nuklearchemie, des Forschungszentrum

Jülich unter der Anleitung von Prof. Dr. H. H. Coenen (Lehrstuhl für Nuklearchemie

der Universität zu Köln).

Kurzzusammenfassung

Stickstoffmonoxid (NO), ein wichtiger Botenstoff, wird enzymatisch aus L-Arginin von drei

Isoformen der NO-Synthase (NOS) gebildet. Seine Überproduktion steht in Zusammenhang

mit neurodegenerativen Erkrankungen, weshalb die Entwicklung selektiver Inhibitoren für die

induzierbare oder die neuronale NOS von großem Interesse für die Identifizierung

neurodestruktiver Schlüsselfaktoren ist. Über die molekulare in vivo Bildgebung der

Positronen-Emissions-Tomographie soll die Funktion der NO-Synthase daher mittels

geeigneter 18F-markierter Inhibitoren untersucht werden. In Ergänzung zum bereits

bestehenden iNOS-Inhibitor 6-(2-[18F]Fluorpropyl)-4-methylpyridin-2-amin bietet sich als

mögliche Zielverbindung der potentielle nNOS-Inhibitor 6-((3-((3-Fluorphenylethylamino)-

methyl)phenoxy)methyl)-4-methylpyridin-2-amin (1) zur trägerarmen Radiofluorierung an.

Zurzeit beschränkt sich die Radiosynthese trägerarm 18F-markierter Produkte weitgehend auf

die nukleophile Umsetzung. Basierend auf cyclovoltammetrischen Messungen wurde daher

die trägerarme Elektrosynthese des elektrophilen 18F-Fluorierungsreagenzes N-[18F]Fluorbis-

(trifluormethylsulfonyl)imid (Tf2N-[18F]F) angestrebt. Die anschließende Umsetzung des

Elektrosyntheseproduktes mit einer aromatischen Testverbindung führte zu geringen

Mengen eines korrespondierenden 18F-markierten Derivates. In diesem frühen Entwicklungs-

stadium scheint die Darstellung eines elektrophilen n.c.a. 18F-Fluorierungsreagenzes

prinzipiell machbar. Für die effektive Synthese von 18F-markierten NOS-Inhibitoren wurden

jedoch etablierte Markierungsmethoden gewählt.

Im Hinblick auf die Darstellung von [18F]1 wurde zunächst eine Aufbausynthese basierend auf dem Iodoniumylid-Vorläufer 2 angestrebt. Der aktivierte Aromat wurde regioselektiv mit n.c.a. [18F]Fluorid mit einer radiochemischen Ausbeute (RCA) von 79 % markiert. Nach einer

reduktiven Aminierung und anschließender mikrowellengestützten Entschützung wurde der

nNOS-Inhibitor mit einer RCA von 15 % erhalten. Alternativ führte ein vereinfachtes

Synthesekonzept über den Boronsäureester 3 als Vorläufer über eine neuartige Cu(II)- vermittelte n.c.a. Fluorierungsmethode zur gleichen Ausbeute.

Nach Optimierung der Radiosynthese des bereits bestehenden iNOS-Inhibitors 6-(2-

[18F]Fluorpropyl)-4-methylpyridin-2-amin stehen nun zwei potentielle und isoformselektive 18F-markierte NOS-Liganden zur Evaluierung als Radiotracer in weiterführenden

präklinischen Studien zur Verfügung.

[18F]1 2 3

Abstract

Nitric oxide (NO), an important signalling molecule, is synthesized from L-arginine by three

isoforms of NO-synthase (NOS). Its overproduction has been associated with neurode-

generative disorders. Therefore, developing selective inhibitors of iNOS or nNOS is of great

interest for decoding neurodestructive key factors. Suitable 18F-labelled analogues would

allow for investigation of the NOS-function by molecular in vivo imaging with positron-

emission-tomography. Potentially, the highly selective nNOS inhibitor 6-((3-((3-fluorophenyl-

ethylamino)methyl)phenoxy)methyl)-4-methyl-pyridine-2-amine (1) is a suitable compound for labelling with no-carrier-added (n.c.a.) [18F]fluoride, complementing the established iNOS

inhibitor 6-(2-[18F]fluoropropyl)-4-methylpyridine-2-amine.

Presently the radioorganic syntheses of n.c.a. 18F-labelled products are practically limited to

nucleophilic procedures. Based on cyclic voltammetric measurements an electrochemical

synthesis of n.c.a. N-[18F]fluorobis(trifluoromethylsulfonyl)imide (Tf2N-[18F]F) was attempted.

The following conversion of the electrosynthetic product with an activated arene led to an 18F-labelled derivative. In this early developmental stage, a production of an n.c.a.

electrophilic 18F-fluorinating reagent from [18F]fluoride appears probable. For the effective

labelling of NOS-inhibitors, however more sophisticated labelling methods had to be chosen.

With regard to the nNOS-Inhibitor [18F]1 a built-up radiosynthesis based on a iodonium ylide 2 as precursor was attempted. The activated aromatic system was efficiently and region- selectively labelled with n.c.a. [18F]fluoride in 79 % radiochemical yield (RCY). After

conversion by reductive amination and microwave assisted displacement of the protecting

groups the desired nNOS inhibitor was obtained in 15 % RCY. Alternatively, for a simplified

late-stage 18F-labelling procedure the corresponding boronic ester precursor 3 was synthesized and labelled starting by novel copper(II) mediated n.c.a. 18F-fluorination and led

to the same RCY.

After optimizing the radiolabelling procedure of the established iNOS inhibitor

6-(2-[18F]Fluorpropyl)-4-methylpyridin-2-amin, now there are two highly selective NOS-

inhibitors available for preclinical in vivo evaluation studies.

[18F]1 2 3

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung ............................................................................................................. 1 1.1 Herstellung von Fluor-18 ................................................................................ 4

1.2 Markierungsreaktionen mit Fluor-18 ............................................................... 5

1.2.1 Nukleophile Markierungen mit [18F]Fluorid ............................................... 6

1.2.2 Aufbausynthesen ................................................................................... 10

1.2.3 Übergangsmetallvermittelte 18F-Fluorierungen ...................................... 12

1.2.4 Radiofluorierungen über hypervalente Verbindungen des Iods ............. 15

1.2.5 Elektrochemische Markierungen mit Fluor-18 ....................................... 18

1.2.6 Elektrophile Markierungen mit Fluor-18 ................................................. 24

1.2.7 Elektrophile 18F-Fluorierungsreagenzien ............................................... 26

1.3 Bedeutung des Stickstoffmonoxids als endogener Botenstoff ...................... 32

1.3.1 Funktion und Struktur der NO-Synthase ................................................ 33

1.3.2 Wirkmechanismus von NO .................................................................... 35

1.3.3 NO als Vasodilator im kardiovaskulären System ................................... 35

1.3.4 NO als Neurotransmitter im zentralen und peripheren Nervensystem ... 36

1.3.5 NO als Zytostatikum im Immunsystem .................................................. 37

1.4 NOS-Inhibitoren ............................................................................................ 38

1.4.1 nNOS-selektive Inhibitoren .................................................................... 41

1.4.2 Radiomarkierte NOS-Inhibitoren ............................................................ 44

2 Problemstellung ................................................................................................ 46

3 Ergebnisse und Diskussion ............................................................................. 48 3.1 Elektrosynthese elektrophiler 18F-Fluorierungsreagenzien ........................... 48

3.1.1 Elektrochemische Darstellung von N-Fluoraminen ................................ 48

3.1.2 Voruntersuchungen zur Darstellung von N-[18F]Fluoraminen ................ 49

3.1.3 CV-Untersuchungen von BMPTf2N an Platin ......................................... 54

3.1.4 Radioaktive Elektrosyntheseversuche mit direktem Analysekonzept .... 56

3.1.5 Radioaktive Elektrosyntheseversuche mit indirektem Analysekonzept .. 62

3.1.6 Zusammenfassung der Ergebnisse zur Untersuchung der Elektrosynthese von elektrophilen 18F-Fluorierungsreagenzien .....