三叔丁基1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸的应用

三叔丁基1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸（DOTA-tris-t-Buester）为典型代表的DOTA三羧酸酯被广泛应用于多肽、蛋白质﹑树突状大分子的标记制备系列新型造影剂配体，也可以作为制备双功能活性配体(BFCAs)的起始材料。

DOTA的MRI造影剂

磁共振成象(MRI)是充分确立的和有效的研究人体内部结构的技术。在MRI领域，基于大环多胺(cyclen)的大环鳌合剂的各种镧系鳌合物已被提出作为造影剂。这些大环鳌合剂与产生造影的顺磁金属离子如钆或镝络合形成特别稳定的鳌合络合物，因此适于金属离子的载体以确保适宜的生物分布和消除。

在大量这些大环鳌合剂的制备中，大环多胺(1,4,7,10-四氮杂环十二烷）是关键的化合物。此类三-N-烷基化大环多胺构成另一类用于制备这种大环鳌合剂的重要化合物。DO3A(1,4,7,10-四氮杂环十二烷-N,N’,N”一三乙酸）是一种这样的三-N-烷基化大环多胺化合物，其构成磁共振(MR）造影剂的基础。一类有关的化合物是受保护形式的DO3A化合物，如DO3A-三叔丁基酯（1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7-三乙酸三叔丁基酯)，其中这三个羧基是受保护的。

在基于DO3A的MR造影剂的制备中，受保护的DO3A化合物如DO3A-三叔丁基酯及其盐是有价值的中间体，如 Gd(HP-DO3A)(ProHance"T")和Gd(DO3A-butrol)(GadovistT")。

目前临床使用的大多是含Gd的T1类型对比剂，如Gd-DTPA·H20、Gd-DTPA-BMA·H20、Gd-DOTA·H20和Gd-HP-DO3A·H20(图1)等。其中，线性分子DTPA(二乙三胺五乙酸)由于对钆离子的螯合能力相对较弱，游离出来的钆离子可能造成肾源性系统性纤维化，会对人体造成二次伤害，而环状分子DOTA(三叔丁基-1，4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸)与钆离子螫合形成的化合物有着更好的动力学和热力学稳定性。因此，目前由线性分子DTPA构成的磁共振对比剂正逐渐退出市场，从而使得对于由Gd-DOTA构成的新型环状磁共振对比剂的研究具有重要意义。^[1、2、3]

合成

Heppeler 等分3步制备了化合物三叔丁基1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸（DOTA-tris-t-Bu ester）24a，总产率达到了63%。为了有效避免脱除叔丁基使用的强酸性条件，设计并合成了替代叔丁基保护的DOTA三羧酸其他酯。例如，Anelli等以及Wangler等制备的DOTA-tris-苄基酯(24b)、DOTA-tris(4-硝基苄基)酯(24c)和DOTA-tris-烯丙基酯(24d)。但是此路线第一步存在需要大大过量的Cyclen 以及多烷基化的缺点。

Kohl 等依据Patinec等设计的合成方案，用Mo(CO)6。对3个环氮进行保护，得到对空气和水分敏感的三羰基钼配合物，最后得到三叔丁基1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸（DOTA-tris-t-Bu ester）。Oliver等在固相上制备了三叔丁基1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸（DOTA-tris-t-Bu ester）和DOTA-tris-benzyl。具体方法为：在树脂中加入Cyclen，Cyclen与树脂结合后，其中游离的氮原子与溴乙酸叔丁酯或者苄基酯发生烷基化反应,用三氟乙醇在弱酸性条件下解离得到产物三叔丁基1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸（DOTA-tris-t-Bu ester）和DOTA-tris-benzyl。采用该合成方法，不仅可简便的经过滤回收过量的Cyclen，而且经旋转蒸发后无需进一步纯化即可获得所需的高纯度产品。这种方法的另一个优点是在类似高稀释条件下反应，可以防止多烷基化Cyclen的形成。Cyclen的单烷基化也被用来引入具有进一步反应能力的活性基团。André等合成了DOTA-t-Bu-m-Et ester(23f)，然后与过量的乙二胺反应得到化合物10a。

以轮环藤宁和溴乙酸叔丁酯为原料，制得中间体1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7-三乙酸叔丁酯溴酸盐（2），然后利用中间体2设计了两条合成路线：第一条合成路线为与溴乙酸反应直接得到产物；第二条合成路线为先与溴乙酸乙酯反应，再水解得到产物，最终目标产物为三叔丁基1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸（4）。^[2、4]

应用

三叔丁基1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸（DOTA-tris-t-Bu ester）可以与胺在酰胺偶联剂作用下直接偶联，也可以先将羧基活化制备成活化酯再与氨基反应，最常见的是使用五氟苯酚(PFP)或N羟基琥珀酰亚胺(NHS)活化。^[5]

Wu等利用CLT1肽对肿瘤间质中凝血血浆蛋白特异性亲和能力，将4个DOTA鳌合单元链接在CLT1肽上获得具有癌症靶向潜力的CLT1-dL-(Gd-DOTA)4MRI造影剂，在小鼠乳腺癌模型中显示出较强的肿瘤增强显影效果。Notni等以类似的方式将3个DOTA鳌合单元与一个中心Ga(Ⅲ)整合单元链接，制备了双模态响应PET-MRI造影剂。^[6]

Zhu等用三叔丁基1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸（DOTA-tris-t-Bu ester）与氨基二苯乙烯衍生物偶联制备了针对髓鞘蛋白成像的磁共振成像造影剂。

三叔丁基1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸（DOTA-tris-t-Bu ester）参与固相肽合成法合成的Ga-1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸D-苯丙氨酸-1-酪氨酸-3苏氨酸-8奥曲肽(68Ga-DOTATATE, NETSPOTTM)于2016年被FDA批准用于定位诊断表达生长抑素受体(Somatostatin receptor, SSR)的神经内分泌肿瘤(Neuroendocrine neoplasms,NENs)PET影像探针，2018年Lu-DOTATATE被FDA批准用于针对NENs进行的肽受体放射性核素治疗。^[7]

参考文献

[1]张元红,王艳芳,万福贤.Gd(Ⅲ)-DOTA类磁共振成像造影剂的合成策略与进展[J].化学试剂,2022,44(10):1421-1432.

[2]刘莎莉,李睿哲,周进,等.1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸三叔丁酯的合成[J].安徽化工,2021,47(03):27-30.

[3]通用电气医疗集团股份有限公司. 大环多胺衍生物的合成:CN200680012792.8[P]. 2008-04-09.

[4]张元红,王艳芳,万福贤.Gd(Ⅲ)-DOTA类磁共振成像造影剂的合成策略与进展[J].化学试剂,2022,44(10):1421-1432.

[5]Wu X, Burden-Gulley S M, Yu G P, et al. Synthesis and evaluation of a peptide targeted small molecular Gd-DOTA monoamide conjugate for MR molecular imaging of prostate cancer[J]. Bioconjugate chemistry, 2012, 23(8): 1548-1556.

[6]Notni J, Hermann P, Dregely I, et al. Convenient Synthesis of 68 Ga-Labeled Gadolinium (III) Complexes: Towards Bimodal Responsive Probes for Functional Imaging with PET/MRI[J]. Chemistry-a European Journal, 2013, 19(38).

[7]Frullano L, Zhu J, Miller R H, et al. Synthesis and characterization of a novel gadolinium-based contrast agent for magnetic resonance imaging of myelination[J]. Journal of medicinal chemistry, 2013, 56(4): 1629-1640.