Entwicklung neuer Übergangsmetall-vermittelter Radiofluorierungsmethoden zur Herstellung von PET-Tracern

Der Stellenwert der Positronen Emissions Tomographie (PET) in der klinischen Diagnostik hat in den letzten Jahrzehnten stetig zugenommen. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass sie in der Lage ist, biochemische Prozesse in vivo auf molekularer Ebene und in Echtzeit darstellen und anschließend quantitativ bewerten zu können. Um allerdings das Potential dieser Technik vollständig ausschöpfen zu können, ist die Bereitstellung eines gro0en Spektrums an PET-Tracern erforderlich. Eine Vielzahl potentieller PET-Sonden wurde identifiziert und beschrieben, die sich für die molekulare Bildgebung eignen. Dazu gehört eine nicht unerhebliche Zahl an aromatischen Aminosäuren und Aminen, wie beispielsweise 6-[18F]Fluor- L-3,4-dihydroxyphenylalanin (6-[18F]FDOPA) oder 6-[18F]Fluordopamin (6-[18F]FDA). Da ihre Herstellung aber schwierig oder teilweise gar nicht möglich ist, müssen Anstrengungen unternommen werden, um Radiofluorierungsverfahren zu entwickeln, die ihre einfache Herstellung ermöglichen. Die bisher bekannten 18F-Markierungsmethoden, die über Isotopenaustausch oder elektrophile Substitution ablaufen, ermöglichten zwar prinzipiell die Synthese dieser radiofluorierten Aminosäuren, jedoch lediglich in geringen radiochemischen Ausbeuten und mit hohem Trägergehalt. Deshalb rückte in den letzten Jahren vor allem die Entwicklung neuer Methoden zur trägerarmen Synthese von radiofluorierten, elektronenreichen Aromaten, die auf nucleophilen aromatischen Substitutionsreaktionen beruhen, in den Fokus der radiochemischen Forschung. Diese sind insbesondere auch für die Radiosynthese von aromatischen Aminosäuren von besonders großem Interesse. Übergangsmetall-vermittelte Strategien erwiesen sich als besonders vielversprechend für diesen Zweck und sind daher Gegenstand dieser kumulativen Dissertation. Die Weiterentwicklung der Ni-vermittelten Radiofluorierung ermöglichte die Herstellung von 6-[18F]FDOPA, 6-[18F]FDA und 6-[18F]Fluor-L-m-tyrosin (6-[18F]FMT) in geringen Ausbeuten. Das mit dieser Methode hergestellte 6-[18F]FDOPA mit hoher molarer Aktivität wurde in einem Parkinson Modell der Ratte mit 6-[18F]FDOPA mit geringer molarer Aktivität (elektrophil produziert) verglichen. Überraschenderweise konnten bei der Auswertung der PET-Bilder weder visuell noch in den „Zeit-Aktivitäts-Kurven“ signifikante Unterschiede zwischen den beiden Spezies gefunden werden. Durch die Übertragung der „minimalistischen“ Methode, mit der es möglich ist, auf Phasentransferkatalysator und azeotrope Trocknung zu verzichten, auf die Cu-vermittelte Radiofluorierung von Mesitylaryliodoniumsalzen konnten erstmals elektronenreiche Aromaten in guten radiochemischen Umsätzen mit 18F markiert werden. Des Weiteren wurden die klinisch relevanten Tracer 6-[18F]Fluordopamin, 4-[18F]Fluorphenylalanin (4-[18F]FPhe) und [18F]DAA1106 in guten radiochemischen Ausbeuten hergestellt. Außerdem ist es gelungen, die „minimalistische“ Cu-vermittelte Radiofluorierung mit Hilfe der Modellverbindung 4-[18F]Fluoranisol auf ein kommerzielles Synthesemodul zu übertragen. Die daraus abgeleitete Methode eignete sich auch zur routinemäßigen Herstellung von 4- [18F]FPhe und [18F]DAA1106, was eine der Hauptvoraussetzungen für die Anwendung der PET-Tracer in der klinischen Praxis darstellte. Dadurch konnte auch in ersten präklinischen in vivo Untersuchungen das Potential von [18F]DAA1106 zur Visualisierung von neuroinflammatorischen Prozessen nachgewiesen werden. Ein weiteres wichtiges Ergebnis dieser Arbeit war der Nachweis, dass durch die Zugabe von Alkoholen die radiochemischen Ausbeuten der Cu-vermittelten Radiofluorierung von Arylboronsäuren, Arylboronsäurepinacolestern und Arylstannanen deutlich erhöht werden konnten. So konnte ein breites Spektrum an aromatischen Substraten mit unterschiedlichen elektronischen Eigenschaften mit Hilfe dieser Methode effizient radiofluoriert werden. Darunter befanden sich auch ungeschützte Indole, Phenole und Aniline, die auf anderem Wege gar nicht oder nur sehr schwer mit 18F markierbar sind. Darüber hinaus konnte die Leistungsfähigkeit dieser Methode durch die Produktion klinisch relevanter Verbindungen wie [18F]DAA1106, 6-[18F]FDA und 6-[18F]FDOPA eindrucksvoll demonstriert werden

A Practical Method for the Preparation of 18F-Labeled Aromatic Amino Acids from Nucleophilic [18F]Fluoride and Stannyl Precursors for Electrophilic Radiohalogenation

In a recent contribution of Scott et al., the substrate scope of Cu-mediated nucleophilic radiofluorination with [18F]KF for the preparation of 18F-labeled arenes was extended to aryl- and vinylstannanes. Based on these findings, the potential of this reaction for the production of clinically relevant positron emission tomography (PET) tracers was investigated. To this end, Cu-mediated radiofluorodestannylation using trimethyl(phenyl)tin as a model substrate was re-evaluated with respect to different reaction parameters. The resulting labeling protocol was applied for 18F-fluorination of different electron-rich, -neutral and -poor arylstannyl substrates in RCCs of 16-88%. Furthermore, this method was utilized for the synthesis of 18F-labeled aromatic amino acids from additionally N-Boc protected commercially available stannyl precursors routinely applied for electrophilic radiohalogenation. Finally, an automated synthesis of 6-[18F]fluoro-l-m-tyrosine (6-[18F]FMT), 2-[18F]fluoro-l-tyrosine (2-[18F]F-Tyr), 6-[18F]fluoro-l-3,4-dihydroxyphenylalanine (6-[18F]FDOPA) and 3-O-methyl-6-[18F]FDOPA ([18F]OMFD) was established furnishing these PET probes in isolated radiochemical yields (RCYs) of 32-54% on a preparative scale. Remarkably, the automated radiosynthesis of 6-[18F]FDOPA afforded an exceptionally high RCY of 54 +/- 5% (n = 5)

The efficient preparation of radiolabeled aromatic amino acids via Cu‐mediated radiofluorination of Ni‐complexes

Objectives: The aim of this work was to develop a versatile procedure for the preparation of 18F‐labeled aromatic amino acids (AAA) via alcohol‐enhanced Cu‐mediated radiofluorination using Ni‐BPX auxiliaries as easily‐removable dual‐protecting group functionalities. Additionally, the use Ni‐BPA‐Ala complexes were investigated in order to access a number of synthetically challenging α‐Me‐AAA tracers. Furthermore, the implementation of the radiosynthetic methods into automated modules was carried out in order to facilitate the production of these AAA tracers for biological evaluation.Methods: The Bpin‐substituted precursors of radiofluorinated AAAs and α‐Me AAAs were prepared by alkylation of (S)‐Ni‐BPB‐Gly and (S)‐Ni‐BPA‐(RS)‐Ala with the corresponding Bpin‐substituted benzyl bromides. Radiolabeling was carried out according to the protocol for alcohol‐enhanced Cu‐mediated radiofluorination as follows:1 [18F]F‐ was loaded onto a QMA‐cartridge which was subsequently washed with MeOH; [18F]F‐ was eluted with Et4NHCO3, solvent was evaporated, the residue was taken up in to a solution of Cu (py)4(OTf)2 and precursor in DMF/nBuOH (2:1), and the reaction mixture was stirred under air at 110 °C for 10 min. The evaporation of the DMA/nBuOH was followed by deprotection using 12 M HCl at 110 °C for 15 min. Finally, the desired tracers were isolated by semi‐preparative HPLC.Results: The appropriate BPin‐substituted Ni‐BPX‐AAA complexes were prepared from commercially available materials in 10–72% yield over 1–4 steps. Radiolabeled Ni complexes containing 2–4‐[18F]FPhe, 2–4‐aMe‐[18F]FPhe, 6‐[18F]FMT, aMe‐6‐[18F]FMT, 4‐[18F]FTrp and 2‐[18F] FTyr residues were synthesized in RCCs of 50–95%. The purified tracers were isolated in n.d.c RCYs of 15–40% and in excellent radiochemical and enantiomeric purity. Radiosyntheses of 3‐[18F]FPhe, 4‐[18F]FPhe and 4‐[18F]FTrp were implemented to an automated module furnishing tracers in n.d.c RCYs of 10%, 15% and 17%, respectively, within 75–80 min.Conclusions: Alcohol‐enhanced Cu‐mediated radiofluorination of BPin substituted Ni‐BPX‐AAA complexes is a simple, yet powerful method for the fast production of structurally diverse radiolabeled AAAs and α‐methyl substituted AAAs. The attractiveness of the procedure is highlighted by the accessibility of radiolabeling precursors, high RCYs and easy implementation into an automated module

Automated synthesis of 4-[18^{18}F]fluoroanisole, [18^{18}F]DAA1106 and 4-[18^{18}F]FPhe using Cu-mediated radiofluorination under “minimalist” conditions

The application of the “minimalist” approach to Cu-mediated radiofluorination allows the efficient preparation of 18F-labeled arenes regardless of their electronic properties. The implementation of this methodology on a commercially available synthesis module (hotboxthree, Scintomics, Germany) enabled the automated production of 4-[18F]fluoroanisole as well as the clinically relevant PET-tracers, 4-[18F]FPhe and [18F]DAA1106, in radiochemical yields of 41–61% and radiochemical purities of >95% within 30–60 min. These results demonstrated the high efficacy and versatility of the developed method that will open up opportunities for a broad application of Cu-mediated radiofluorination in PET-chemistry

The Efficient Preparation of Radiolabeled Aromatic Amino Acids via Cu-Mediated Radiofluorination using Ni-complexes

Ziel/Aim:The aim of this work was to develop a procedure for the preparation of F-18-labeled aromatic amino acids (AAA) via alcohol-enhanced Cu-mediated radiofluorination using Ni-BPX auxiliaries as easily-removable dual-protecting groups.Methodik/Methods:The Bpin-substituted precursors of radiofluorinated AAA and α-Me-AAA were prepared by alkylation of (S)-Ni-BPB-Gly and (S)-Ni-BPA-(RS)-Ala with the corresponding Bpin-substituted benzyl bromides. Radiolabeling was carried out according to the protocol for alcohol-enhanced1 Cu-mediated radiofluorination as follows: F-18-F- was loaded onto a QMA-cartridge which was subsequently washed with MeOH; F-18-F- was eluted with Et4NHCO3 to a solution of Cu(py)4(OTf)2 and precursor in DMF/nBuOH (2:1), and the reaction mixture was stirred under air at 110 °C for 10 min. Evaporation of the DMA/nBuOH was followed by deprotection using 12 M HCl at 110 °C for 15 min. The acidic solution was evaporated and the tracer was isolated by HPLC.Ergebnisse/Results:Ni complexes containing 2 – 4-F-18-FPhe, 2 – 4-aMe-F-18-FPhe, 6-F-18-FMT, aMe-6-F-18-FMT, 4-F-18-FTrp and 2-Me-F-18-FTyr residues were obtained in RCCs of 50 – 95%. The purified tracers were isolated in n.d.c 15 – 25% RCYs in excellent radiochemical and enantiomeric purity. Radiosyntheses of 4-F-18-FPhe and 4-F-18-FTrp were implemented to an automated module furnishing tracers in n.d.c RCYs of 25% and 17%, respectively, within 75 – 80 min.Schlussfolgerungen/Conclusions:Alcohol-enhanced Cu-mediated radiofluorination of BPin substituted Ni-BPX-AAA complexes is a simple, yet powerful method for the fast production of structurally diverse radiolabeled AAAs and alpha-methyl substituted AAAs. The attractiveness of the procedure is highlighted by the accessibility of radiolabeling precursors, high RCYs and easy implementation to an automated module.Literatur/References:[1] Zichler, J., Niklas, K., Modemann, D., Neumaier, B., Zlatopolskiy, B.; Chemistry – A European Journal, 2017, 23, 3251 – 325

Minimalist approach meets green chemistry: Synthesis of 18F-labeled (hetero)aromatics in pure ethanol

The application of toxic solvents and additives is inevitable for most of the described protocols for 18F‐labeling. Herein, a novel “green” procedure for nucleophilic aromatic radiofluorination of highly activated (hetero)aromatic substrates in pure EtOH is described. Using this method a series of 18F‐labeled (hetero)arenes have been synthesized in radiochemical yields (RCYs) of up to 97%