用作雙螯合劑的多氮雜環烷烴的制作方法

專利名稱：用作雙螯合劑的多氮雜環烷烴的制作方法
技術領域：
本發明涉及雙螯合劑，即能夠同時螯合兩個金屬離子的螯合劑，也涉及其螯合物和鹽以及它們在診斷和治療組合物中的應用，尤其在診斷醫學成像中作為造影增強劑的應用。
目前螯合劑在醫學上已被廣泛應用，例如，作為醫藥制劑的穩定劑、作為重金屬類中毒的解毒劑、作為診斷或治療上用的金屬離子的載體用在如磁共振、X-射線或超聲波成像或閃爍掃描技術的造影介質中。
通常，對于這樣的診斷劑來說，重要的問題在于，該螯合物的配合物在動力學上和熱力學上應該是穩定的，并基于這一原因，對基于大環多胺的螯合物，尤其在DOTA和它的衍生物及類似物方面有著極大的興趣，因為它們與鑭系金屬離子，例如釓和鏑離子形成很穩定的配合物，由于這些鑭系金屬對于周圍環境的水質子的松馳時間(例如，T1和T2*)具有相當大的影響，所以作為診斷用金屬離子是有利的。
用作MR成像造影劑的順磁鑭系金屬離子是相當有毒的，所以對于臨床上的應用必須以隨后的生物攝取和保留所允許的少量或不釋放金屬的形式給藥。為了這個原因，從MR造形劑的早期開始，就已提出使用穩定的螯合物。因此第一種以市售鑭系金屬為基礎的MR成像造形劑MagneVist，它含有GdDTPA，是一種具有高穩定常數的跟蹤非腸胃給藥的配合物，它通過腎小球過濾被相當迅速地排泄而釓仍然在該螯合物的配合物中。
GdDOTA具有更高的PKML，因此它也是考慮用作MR成像造影劑的主要選用對象。DOTA(1，4，7，10-四氮雜環十二烷-N，N′，N″，N-四乙酸)和HPDO3A(1-(2-羥基丙基)-4，7，10-四氮雜環十二烷-N，N′，N″-三乙酸)實際上已被推薦用作MR成像造影劑的螯合劑，并且GdDOTA和GdHPDO3A已在工業上被活躍在該領域的一些公司開發了。
通常鑭系金屬具有+3氧化態和DOTA具有它的四個羧酸基，結果導致一種帶電荷的配合物，即GdDOTA-，需要抗衡離子。類似的不帶電荷的配合物可以按下法制備通過取消一個DOTA的氮連接的羧甲基或通過由非離子化的基團置換它，即通過使用螯合劑，如DO3A(1，4，7，10-四氮雜環十二烷-N，N′，N″-三乙酸)或HPDO3A。
基于該非離子的、或總電荷中性的造影劑配合物對于給定的金屬離子濃度具有較低的滲透性并且還能展示出其它的改進性質，這是相對于類似的帶電荷的配合物而言的。而且，由于從DOTA向DO3A轉變中除去羧甲基而“游離了”的環上氮，當然可以被能夠對提高親水性或親油性或其它影響螯合物性質的生物分配性起作用的基團所取代。
近來，在作為用于MR或α-射線成像造影劑的順磁金屬或重金屬離子載體的每個螯合劑分子能夠螯合一個以上金屬離子的螯合劑的應用方面增長了興趣。這些多螯合劑與單螯合劑，例如DTPA、DO3A或DOTA比較有若干優點。因此比如其滲透性在給定金屬濃度的條件下能夠被進一步降低，可以促進許多金屬離子同時向靶位點傳遞，從而可以制備出更有效的造影劑。
多螯合劑是從雙螯合劑經過低螯合劑變為每個分子可能具有數百個螯合部分的真正的多螯合劑。現已介紹過許多這類化合物，但是所需要的仍然是多螯合劑，尤其是低螯合劑和特別優選雙螯合劑，因為這些螯合劑具有下列各項改進性質，例如，松馳性、穩定性、生物分配性、生物耐藥性、粘度、溶解度和滲透度。
文獻中所述具體的大環雙螯合劑包括DO3A二聚體，其結構式為I、II、III、IV，其制備方法已由Nycomed Salutar在WO-A-91/05762中和由Schering AG在EP-A-255471(US-A-5277895)及其它文獻中敘述過了。 (由Nycomed Salutar在WO-A-91/05762和USSN07/855028中描述過) (其中n＝2，3，5或6)(由Schering AG在EP-A-255471中和在1990年5月斯特拉斯堡的醫學和生物學方面NMR的歐洲會議上介紹過) (式中Y是[-N(CH2COOH)CH2CH2N(CH2COOH)CH2CH2N(CH2COOH)]a和a＝0或1)(由Schering AG在EP-A-255471中描述過) (式中n＝2或4和m＝0或1)(由Schering AG在EP-A-485045(US-A-5277895)中描述過)所有這些大環螯合劑二聚物具有通式DO3A′-L-DO3A′，式中DO3A′是環上氮脫質子化的DO3A殘基，并且L是連接基。
這些大環二聚物與鑭系金屬例如釓將產生非離子的雙螯合物并且已發現這些化合物具有高的松馳性。比如結構式II化合物的雙釓螯合物的T1松弛性幾乎是GdDO3A的T1松馳性的兩倍。
我們現已發現，如果連接基引進酯或酰胺官能度，能夠制備出具有改進性質的雙螯合劑化合物，特別是其中所說連接基包括連接羰基的亞烷基，該亞烷基是其中的兩個或多個亞甲基被氮或氧原子所取代。
因此本發明的一個目的在于提供結構式V的多螯合劑及其鹽和金屬螯合物 (式中每個X相同或不同，是NZ、O或S，至少兩個X是NZ；每個Z是R1基團或CR12Y基團，至少一個Z，優選二或三個Z，在每個大環的環上是基團CR12Y；每個Y是基團CO2H、PO3H、SO3H、CONR12、CON(OR1)R1、CNS或CONR1NR12，優選COOH；m是0或1或2，優選1；每個n是2或3，優選2；q是1或2，優選1；每個R1可以是相同或不同的，是氫原子或可以被一個或多個羥基和/或烷氧基所取代的烷基；以及D是橋接基，未取代的羰基氨基乙基氨基羰基除外，其分子量小于1000，優選小于500，并通過至少一個酰胺或酯鍵連接兩個大環。
本發明進一步的目的在于提供一種診斷劑或治療劑，該診斷劑或治療劑包括螯合本體為本發明化合物殘基的金屬螯合物，與至少一種醫藥或獸藥載體或賦形劑一起，或者適用于以此配制制劑或包含在藥物制劑中為人或獸所用。
本發明的另一個目的在于提供一種解毒劑，該解毒劑包括以弱配合物形式或具有生理上可接受的抗衡離子的鹽形式的本發明的螯合劑和至少一種醫藥或獸藥載體或賦形劑一起，或者適用于以此配制制劑或包含在藥物制劑中為人或獸所用。
本發明的再一個目的是提供一種對人體或人以外的動物體產生強化圖像的方法，該方法包括向人體或動物體施用有效量的診斷劑，該診斷劑含有結構式V化合物的金屬螯合物，或其鹽，和所說的螯合物分布到所說的身體上使該身體的至少一部分產生圖像，其中所說的金屬是順磁的、放射性的或X-射線不透過的。
本發明的目的還在于提供一種在人體或人以外的動物體上實施的放射治療的方法，該方法包括向所說的身體上施用有效量的放射性金屬與結構式V螯合劑或其鹽的螯合物。
本發明的目的還在于提供一種在人體上或人以外的動物體上實施的重金屬解毒的方法，該方法包括向所說的身體上施用有效量的、結構式V的螯合劑或其生理上可接受的鹽或其弱的配合物。
本發明還有進一步的目的是提供一種制備本發明的金屬螯合物的方法，該方法包括在溶劑中摻合結構式V的化合物或其鹽(例如鈉鹽)或其螯合物和至少一種微溶的所說金屬的化合物，例如，氯化物、氧化物、乙酸鹽或碳酸鹽。
在本發明的化合物中，大環狀的N(CR12)n(X(CR12)n)m+2環優選具有9～14個成環的原子，該環的雜原子特別優選的是或全部是氮或是一個氧三個氮。亞烷基環片段(CR12)n優選全部是(CR12)2基或在N4大環情況下，該亞烷基片段可以是交錯替換著的(CR12)3和(CR12)2基。因此優選的大環骨架是結構式VI 橋基D通常是下列結構式的基團-CO-X2-L1-(X2-CO-)p式中P為0或1，X2為0或NR2R2是氫原子或羥基、OR1或NR12基或可以被氧、硫或氮原子或被羰基或芳基間隔開和可以被羥基、胺或芳基取代的烷基，或者R2含有連接到生物分子或大分子上的官能基，或者兩個R2基團一起形成一個橋連接基，例如，L1基并且L1提供一個至少兩個原子連接兩個X2基或至少一個原子連接一個X2基的鏈，以及(CR12)q部分(其中R1和q如前面所定義的)是直鏈、支鏈或環狀的亞烷基或這些基團的結合物，可以被氧、硫或氮原子或被芳基或羰基取代或間隔。
連接基L1優選的是線型的、支化的或環狀的亞烷基或其結合物或者是亞芳基和亞烷基的結合物，例如，提供1-50個優選2-25個原子鏈長的連接骨架，尤其優選整個骨架內任何一個非支化片段為2-10個原子的鏈長。在該連接基中碳骨架可以由雜原子如氮、氧和硫間隔開，并且可以帶有橋基，由此在連接基中形成碳環或雜環。這里發現，所形成的環優選的是3～12，特別是5～8，尤其是6節環。但是該環和該連接基的線型片段可以是不飽和的也可以帶有一個或多個取代基，該取代基選自烷基、羥基、烷氧基、胺、芳基和取代的芳基以及非氫的R1基或其它的螯合基，例如Y基特別是羰基和SO3H基，和比如長鏈(如C10-20)烷基、芳基或多芳基等各種基，它們適合于結構式V化合物和基團例如異硫氰酸鹽基的脂質體引入，以便結構式V的化合物結合到生物分子、聚合物、樹枝狀物或其它大分子上，例如產生雙官能的螯合劑。
在本發明化合物中的橋基D，如上指出的，可以用于將兩個螯合劑部分連接在一起，以此將雙螯合結構結合到一起。另外還起著連接或間隔螯合位的作用，該橋基可以這樣進行選擇，即以能產生具有其它所需特性的產物為準。例如通過在橋基中連接或引入親水的、親油的或靶組織(tissue targeting)基團使之可能提高最終產物的親水性、親油性、或者提高最終產物的組織特異性能。用這種方法能控制螯合物結構的總電荷，或總親油性，或靶組織。在結構式V的化合物中，烷基部分優選具有1-6，特別是1-4個碳原子(除非另有說明)，并且芳基部分優選的是苯基。
特別優選的結構式V的化合物包括結構式VII表示的那一些M-CH2CO)2-D′(VII)式中M是通式VI氮連接的三氮雜、四氮雜、三氮雜 或三氮雜噻-環烷烴，該環烷烴至少具有一個，優選具有兩個環氮由CH2COOH基所取代，而剩下的任何一個環氮則被R3基取代，優選的M是具有兩個或多個，更優選三個環雜原子被CH2COOH基取代的通式VI表示的基；R3(它對于四雜原子環而言，優選的是在離開該環連接的氮的環雜原子上)是氫原子，或可以是一取代或多取代的烷基或羥基或烷氧基(例如，羥基烷基、多羥基烷基、烷氧基烷基、聚烷氧基烷基、羥基烷氧基烷基、羥基聚烷氧基烷基、聚乙二醇等)也可以由亞芳基或取代的亞芳基間隔開；并且CO-D′-CO是如上所述的橋基D。
在本發明的雙螯合劑化合物中優選的橋基D包括下面通式所示的那一些 式中r是其值為1-6，優選1，2或3的整數，S是其值為1-20，尤其1-15的整數。
特別優選的橋基是含有醚氧的那一些，例如，COOCH2CH2OCH2CH2-NHCH2CH2OCH2OCO，因為這一些是與特別低的毒性相關連的。含有酰胺鍵的橋基，例如CONHCH2CH2OCH2CH2OCH2CH2NHCO，也是特別優選的。
如上可見，該D基團可以帶有取代的側鏈并且此處的D是羰基氨基乙基氨基羰基，它將被取代，例如被可以羥基化的、可以羧基化的烷基取代，或者被可以由羰氨基或亞芳官能基間隔開的噁烷基所取代。
按照本發明的優選化合物還包括多羥基化的雙螯合劑，例如此處的D或R1是被羥基化了的，因此它們與其未羥基化的對應物相比具有更好的毒性分布。親油的類似物也是重要的由于能增加肝的攝取；此外長鏈的親油類似物能進入脂質體用作血液郁滯劑和有目的地傳輸到指定的器官或組織。實際上本發明的螯合化合物，尤其親油類似物，作為血液郁滯劑是特別有用的，因為它們延長了血漿半衰期。
本發明的化合物可以采用通常的合成工藝制備，方便的是由相應的N-未取代的或N-羧甲基化的多氮雜環烷烴開始，通常在保護一個或多個環氮或N-羧甲基之后，將它們縮合到二官能的連接基上，隨后去保護和如果需要再于環氮上引入官能基。
此處的雙螯合劑是不對稱的，當然它的構成方法可以是將一個大環共軛到單保護的二官能連接分子上，然后去保護，并且再將第二個大環共軛到大環-連接中間體上。為此目的，當然二官能連接分子自身可以不對稱的，以便使一端直接共軛到大環的環氮上，而另一端共軛到大環的側鏈，例如羧甲基或其反應衍生物上。
因此本發明另外的目的還在于提供為制備本發明化合物的方法，所說的方法至少包括下列各步驟中的一步(a)使通式V化合物(式中至少一個X基是NH基)與通式VIII的化合物反應Lv-R4(VIII)(式中Lv是可置換的離去基，例如鹵素原子或取代的硫酰氧基，如氯、溴、碘、甲烷硫酰氧基、苯硫酰氧基或對-甲苯硫酰氧基，和R4是CR12Y基或是氫以外的R1基)；(b)使通式X和/或XI的化合物 (式中X、R1、n、q、和m的定義同上)或其活化的衍生物，例如鹵化物，與下列通式IXLv(CO-X2-)L1-(X2-CO)tLv(IX)或通式IXaLv-(CR12)q-(CO-X2-)L1-(X2-CO)t-(CR12)q-Lv(IXa)所表示的連接分子進行反應(式中X2、L1、R1和q的定義同上，t是0或1，以及每個Lv是可以置換的離去基，在與通式X或XI第2個化合物進行共軛前1個可以先保護起來；)(c)使通式X表示的化合物轉化成相對應的酰氯并使其與合適的二胺反應；(d)使通式V表示的化合物或其螯合物進行金屬配位或過濾金屬配位；(e)使通式V表示的化合物或其螯合物轉化成其堿或酸加成鹽，或將鹽轉化成游離的酸或堿；以及(f)使用有保護官能基的試劑完成上述(a)-(d)中的至少一步，然后除去保護基。
通式VIII、IX、X和XI的原料化合物或是從文獻中得知，或是用通常的合成工藝制備。在(a)步中使用的通式VIII的原料化合物可以通過步驟(b)的方法制備。
如上面指出那樣，在反應中，可將存在于原料中的官能基(但不涉及具體的方法步驟)保護起來，例如為避免不需要的取代作用或聚合作用。可以使用常規的保護和去保護技術(參見，如T.W.Greene著的“有機合成中的保護基”，Wiley-Interscience，Ny，1981和比如JFW Mcomie著的“有機化學中的保護基”，Plenum，London，1973)。合適的保護基對于羧基包括酯官能基，對于環氮包括烷基、甲硼烷或有機金屬官能基，對于羥基包括酰基官能基。通過標準工藝，比如水解、氫解等可以在完成反應步驟之后除去保護基。
可以采用如上述公開專利中所描述的常用工藝有效地形成鹽和螯合物。
為了提高整個螯合劑的性能，可以使大環螯合劑基或，較優選，連接部分的骨架進行改造衍生，例如，包括親水基或親油基或生物靶體基團或結構。聚合的螯合劑可以按照這類方式與之共軛的大分子、生物分子和大結構的例子包括聚合物(例如多糖素或聚乙二醇)、樹枝狀物(dendrimer)(例如第一到第六代的星形(starburst)樹枝狀物和具體的為PAMAM樹枝狀物)、多糖類、蛋白類、抗體類或其片段(特別是單克隆抗體類或片段如Fab片段)、糖蛋白、粘蛋白(pro-teoglycans)、脂質體、氣凝膠、肽類、激素類、甾類、微生物類、人或非人的細胞或細胞裂殖片段、細胞粘接分子(特別是神經粘接分子如在WO-A-92/04916中已被描述)、其它生物分子等。通常這類改造衍生作用可以很方便地的完成，即通過引進帶烷基或芳烷基的官能基(大分子、生物分子等可以直接地或借助于連接分子與這些官能基鍵連)，例如，二-或多官能的酸、活化的酸或環氧乙烷。
在與樹枝狀物共軛的情況下，該樹枝狀物可以采用標準的工藝技術制備，如Tomalia和Nycomed Salutar in Angew Chem Iht EdEng 29138(1990)、WO-A-88/01178、WO-A-90/12050和WO-A-93/06868中介紹的技術，這些文獻在此引用。
通式V化合物的這類大分子衍生物和其金屬螯合物和鹽構成了本發明的另一個方面。
通式V的化合物向大分子或骨架聚合物上的連接可按下列方法進行是有效的，即按Nycomed Salutar法(WO-A-90/12050)或按任何一種常規的方法例如碳化二亞胺法，Krejcarek等人的混合酐技術(參見Biochemical and Biophysical Research Communicati-ohs 77581(1997))、Hnatowich等人的環酐法(參見Science 220613(1983)及其它)、Meares等人的骨架共軛技術(參見Anal.Bio-chem.14268(1984)及其它)和Schering(參見EP-A-331616實施例)并且可以通過使用如Nycomed Imaging在WO-A-89/06979(US-A-5208324)中描述的連接分子法。
鹽和螯合物的形成可以按常規的方法實現。通式V的螯合劑可以用于解毒或用于形成金屬螯合物，形成用于或用作造影劑的螯合物用于體內或體外磁共振(MR)、X-射線或超聲波診斷(例如MR成像和MR譜圖)、或閃爍掃描技術中，或者用于或用作例如放射治療的治療劑的螯合物，這些金屬螯合物的這些用途又構成了本發明的另外的方面。
含有重金屬原子或離子的本發明化合物的鹽或螯合物在成像診斷或治療中是特別有用的。特別優選的是與原子序數為20-32、42-44、49和57-83的金屬，尤其是Gd、Dy和Yb的配合物或鹽。對于用作MR診斷造影劑而言，特別合適的螯合金屬種類是順磁金屬類，該金屬一般是過渡金屬或鑭系金屬，優選具有原子序數為21-29、42、44或57-71的金屬是較適宜的金屬。其中金屬為Eu、Gd、Dy、Ho、Cr、Mn或Fr的金屬螯合物是特別優選的，而Ga3+、MN2+和Dy3+是更特別優選的。
特別是上面所列出的這些金屬離子與通式V螯合劑的螯合物，或它們的鹽與生理上允許的抗衡離子的螯合物對于其中所述的診斷成像程度是特別有用的并且認為它們和它們的用途是落在本發明的范圍中，因此其中提到的通式V化合物的螯合物應包括此類螯合物。
通式V化合物的這類雙鑭系金屬配合物是特別優選的。
對于診斷成像目的而言，其重要之點在于該金屬螯合物應是盡可能穩定的以防止該配合物在體內分解。
在磁共振成像(MRI)中常常要求能夠靶擊某器官或組織。尤其需要改進肝膽管成像的MR造影劑。順磁金屬與通式V化合物螯合物帶有一個或多個親油基所以特別適于用作肝膽管的MR造影劑，這是由于親油基的存在將促進肝細胞的攝取。借助于易水解的連接基如酯基將該親油基連接到分子上從而可以防止排泄到腸之后再吸收。
通式I化合物的順磁金屬螯合物，特別是高自旋金屬離子例如Gd3+和更特別的Dy3+是特別適合于在MR成像和其它MR試驗中用作磁敏感性(MS)造影劑(T2或T*2造影劑)。順磁金屬單一螯合物的使用已由Villringer等人在Mag.Reson.Med.6164-174(1988)中討論過，和由Rucharczyk等人在US-A-5190744和WO-A-91/1418中討論過。使用本發明的二聚螯合物，可以施用較小體積的造影媒體達到同樣的MS效果，因此允許使用較有效的大劑量。另外，對于單螯合物在MS試驗研究中通常只能用高敏感性順磁中心，例如Dy(III)，但是通過使用本發明的二聚螯合物，就能用寬范圍的順磁金屬中心，尤其包括Gd(III)。
對于某些肝膽管照像目的，需要將親油性造影劑沉淀成顆粒可被肝中的枯否氐細胞(Kupffer cells)吸收。在這種情況下，優選使用Dy3+與通式V的親油化合物的螯合物同利用該造影劑的磁敏感性的成像體系一道使用；由于肝中的枯否氐細胞是不足的，所以使用常規的MR成像(即作為T1松馳劑)中通常使用的釓螯合物一般來說不能達到充分的造影，所以該磁性敏感劑又構成了本發明的重要實施方案。
為了用作MRI中的造影劑，適宜的順磁性金屬類是非放射性的，因為放射性對于MR-診斷造影劑而言是既不要求也不理想的一種特性。為了用作X-射線或超聲波造影劑，螯合的金屬優選的是一類重金屬，例如，原子序數為大于37，優選大于50的非放射性金屬如Dy3+。
為了用于閃爍錄像術和放射性治療中，螯合的金屬當然必須是一類放射性的和任何一種通常可配合的放射性金屬同位素，例如可以用99mTc、67Ga或111In。對于放射性治療而言，該螯合劑可以采用與例如153Sm、67Cu或90Y的金屬螯合物形式。
對用于重金屬解毒，該螯合劑應當采用具有生理上可接受的抗衡離子的鹽，例如鈉、鈣、銨、鋅或葡胺的鹽形式，例如，帶有鋅或鈣的通式V化合物的螯合物的鈉鹽。
該金屬螯合物攜帶全部電荷時，如同現有技術Gd DTPA情況，一般是使用其具有生理上可接受的抗衡離子的鹽，例如銨、取代銨、堿金屬或堿土金屬(例如鈣)陽離子或由無機或有機酸得到的陰離子的鹽形式。從這方面考慮，葡胺鹽是特別優選的。
本發明的診斷和治療劑可以用常規的醫藥或獸藥配制助劑，例如穩定劑、抗氧劑、滲透調節劑、緩沖劑、PH調節劑等進行配制，和可以采用適于腸外或腸內給藥形式，例如注射或輸液或直接給藥到具有向外排泄管道的身體器官中、如胃腸道、膀胱或子宮。因此，本發明的試劑可以采用通常的給藥形式，如片劑、膠囊、粉劑、溶液、懸浮液、分散液、糖漿、栓劑等；但是，在生理上可接受的載體媒體(例如注射水)中的溶液、懸浮液、分散液通常是優選的。
因此，可以使用生理上可接受的載體或賦形劑完全按照現有技術中熟知的給藥方式來調制本發明的化合物。例如，該化合物，可以添加醫藥上可接受的賦形劑，可以懸浮或溶解在水介質中，然后使所得的溶液或懸浮液消毒滅菌。合適的添加劑包括，例如，生理上生物相容的緩沖劑(比如，鹽酸三甲醇氨基甲烷)、添加(例如，0.01～10摩爾％)的螯合劑(例如，DTPA、DTPA-雙酰胺、或通式I的非配合的螯合劑)或鈣螯合物配合物(比如，通式VII的螯合劑的螯合物或鈣鹽、CaNaDTPA-雙酰胺、鈣DTPA)，或者，任選添加(如1～50摩爾％)的鈣或鈉鹽(例如，與式I螯合劑的金屬螯合物的配合物結合的氯化鈣、抗壞血酸鈣、葡糖酸鈣或乳酸鈣以及其它類似物)。
如果該化合物配制成懸浮液形式，例如，在水或生理食鹽水中配制成適于口服給藥的，可使少量的可溶性螯合物與傳統上存在于口服液中的一種或多種非活性配合劑和/或表面活性劑和/或調味用香料進行混合。
對于身體某些部位的MRI和X-射線成像來說，金屬螯合物作為造影劑的最優選給藥模式是腸道外給藥，例如，靜脈注射。可腸道外給藥的，例如，靜脈注射液，應當是消毒滅菌的和沒有生理上不能接受的試劑，并應當具有低滲透壓(Osmdality)以便使給藥時的刺激性或其它不利影響減至最小，因此造影媒體應優選等滲的或微高滲的。適用的載體包括通常用于腸道外給藥溶液的含水載體例如Sodium Chloride Injection、Ringer′s Injection、DextroseInjection、Dextrose和Sodium Cheloride Injection、LactatedRinger′s Injection以及其它溶液，如在以下文獻中所介紹的Remington′s Pharmaceutical Sciences，15th ed.，EostonMack publishing Co.，pp.1405-1412和1461-1487(1975)以及The National Formulary XIV，14th ed.，WashingtonAmeric-an pharmaceatical Association(1975)。這些溶液可以含有通常用于腸道外溶液中的防腐劑、抗菌劑、緩沖劑和抗氧劑、賦形劑以及可與該螯合劑相溶的并且將不防礙產品的制造、貯存和應用的其它添加劑。
這里的診斷劑或治療劑含有毒性金屬類(例如重金屬離子)的螯合物或鹽，在其配方中可要求包括微過量的該螯合試劑，如在DE-A-3640708(US-A-5098692)中由Schering討論過的，或較優選的是微過量的該螯合試劑的鈣鹽。
對于MR-診斷檢查而言，本發明的診斷劑，如果是溶液、懸浮液、分散液形式時，通常應含有金屬螯合劑的濃度在1微摩爾-1.5摩爾/升，優選0.1～700mM。但是對于給藥前稀釋的情況而言，該診斷劑可以以較濃縮的形式提供。本發明的診斷劑合適的給藥量是每1千克體重為10-3至3毫摩爾金屬的存在量，例如大約為1毫摩爾鑭系金屬(如Dy或Gd)/kg體重。
對于X-射線檢查來說，造影劑的劑量通常應當是較高的，而對于閃爍掃描技術檢查來說該劑量通常應低于MR檢查所用的劑量，而對于放射性治療和解毒時，可以使用常規的劑量。
其中提到的文獻公開的全部內容均引入作為參考。
現在通過下面非限定性的實施例來進一步說明本發明。其中給出的比例和百分數均按重量計，并且所有的溫度均是攝氏度(除非另有說明)。
實施例1N，N′-雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環-十二烷-1-甲基羰基]-哌嗪及其釓配合物的合成(a)1，4，7，10-四氮雜環十二烷(cyclen)通過氣體分配管對氯仿(2升)中的四氮雜-12-冠(醚)-4四鹽酸化物(66.6克，0.209摩爾，parish，Inc.)吹NH3(g)鼓泡1小時。再使該溶液在攪拌下過夜，然后過濾出白色固體物并用CHCl3(4×100ml)洗滌。總的濾液在真空下被濃縮成白色固體，該白色固體用二乙基醚(4×50ml)洗滌，然后在環境溫度和真空下干燥。從該醚洗滌液中分離出第二茬產物，從而得到總產率為35.1克(97.5％)。1H NMR(CDCl3)δ2.32(S，4H)，2.70(S，16H)。
(b)1，4，7-三-(叔-丁氧基-羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-氫溴酸化物將cyclen(35.0克，0.203摩爾)[實施例1(a)]在氮氣保護下溶于N，N-二甲基乙酰胺(DMA，600ml)中。加入乙酸鈉(50.0克，0.61摩爾)并立刻對該混合物進行攪拌0.5小時。再從加料漏斗經7小時將溴代乙酸叔-丁酯(118.9克，0.61摩爾)在DMA(150ml)中的溶液滴加進去。將該反應混合物在環境溫度和氮氣保護下攪拌19天，在此期間內有白色固體從溶液中沉淀出來。然后過濾出白色固體，用冷凍的DMA(75ml)和乙酸乙酯(100ml)洗滌，再于50℃真空下干燥。濾液被濃縮到大約500ml并以相同的方法收集白色固體的第二茬產物。總固體物(80.2克+38.4克)被收集在CHCl3(600ml)中并用去離子H2O(4×100ml)洗滌。有機層被干燥(用Na2SO4)、過濾、和濃縮成一種淺黃色的油狀物。向該油狀物中加入乙酸乙酯得到了白色固體。過濾收集固體、并用二乙基醚(2×75ml)洗滌，和在45℃真空下干燥，從而得到67.4克(55.7％)標題的單氫溴酸鹽。如果需要也可以從濾液中回收付產物。1H NMR(CDCl3)δ1.42(S，27H)，1.71(S，2H)，2.86(m，12H)，3.06(brs，4H)，3.25(S，2H)，3.34(S，4H)。對C26H51N4O6Br進行分析計算(實測)C，52.43(52.47)；H，8.63(8.48)；N，9.40(9.50)；Br，13.42(12.92)。
(c)雙(溴代乙酰胺)哌嗪將在CHCl3(170ml)中的溴代乙酰溴(82.8克，0.41摩爾)加到裝配有磁力攪拌棒、回流冷凝器、和加料漏斗的1升三口燒瓶中。該加料漏斗裝入哌嗪(0.2摩爾，17.2克)和三乙胺(70ml)在CHCl3(180ml)中的溶液。用CH3CN/液N2浴裝置使燒瓶冷凍到-15℃，并將該胺慢慢地加到該酰基溴中。完成該加料之后將該混合物溫熱到環境溫度并攪拌1小時。然后再將燒瓶冷至0℃和緩慢地加入100mlH2O。該混合物再用CHCl3(500ml)稀釋并分層。有機層用H2O(5×50ml)、0.05N的NaOH(5×50ml)和H2O(200ml)萃取，并干燥(Na2SO4)。深橙色的有機溶液被過濾并濃縮成米黃色的固體。該物質通過硅膠床過濾提純。再用2-5％的甲醇/CH2Cl2洗提該產物。需要的餾分合并和濃縮之后得到15.0克(49.2％)的白色固體。從溫熱的2-丙醇(400ml)中重結晶出標題產物為9.95克。1H NMR(CDCl3)δ3.61(dt，6H)，3.85(S，4H)。
(d)N，N′-雙[1，4，7-三-(叔-丁氧基羰基-甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基-羰基]-哌嗪向實施例1(b)的氫溴酸鹽(10.0克，16.8毫摩爾)在CHCl3(20ml)和THF(80ml)中的溶液中添加1，1，3，3-四甲基胍(TMG，1.93克，16.8毫摩爾)。產生白色固體并將其過濾出來，用20％的CHCl3/THF(100ml)洗滌并標識為TMG·HBr。該濾液被濃縮成澄清的油狀物，將該油狀物溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF，200ml)中，并用實施例1(C)的雙溴乙酰胺(2.62克，8.0毫摩爾)和TMG(1.93克)處理。將該淺黃色的溶液溫熱到60℃并在氮氣下攪拌16小時。該反應混合物被冷卻到環境溫度并在真空下除去DMF。將該殘留物收集在CH2Cl2(300ml)中并用1M的Na2CO3(3×60ml)洗滌。用CH2Cl2(50ml)反萃取合并起來的水層。合并的CH2Cl2層用1M HCl(2×80ml)接著用脫離子H2O(2×50ml)萃取。合并的HCl和H2O層用CH2Cl2(50ml)洗滌。該水層與CH2Cl2(250ml)于錐形燒瓶中混合，并用無水Na2CO3將PH調至9～10。中和的混合物被轉移到分液漏斗中使用分層。用CH2Cl2(2×100ml)萃取水層，合并所有的堿性的CH2Cl2層并用H2O(2×70ml)洗滌。該有機層被干燥(Na2SO4)、過濾、和濃縮，從而得到12.3克白色固體。用乙酸乙酯(50ml)研制該固體、過濾收集、用乙酸乙酯(2×20ml)、二乙基醚(30ml)洗滌并在真空下干燥，從而產生8.40克(76％)的白色固體。該物質按標題二聚物分析含有兩個NaX分子(其中X＝Cl或Br)。1H NMR(CD3OD)δ1.39(S，54H)，1.9-3.5(br m，56H)。13C NMR(CD3OD)δ174.5，174.4，172.2，82.8，82.6，79.5，56.7，56.3，54.0(br)，49.0(br)，45.2，44.9，42.9，42.6，28.5，28.4。MS(FAB)m/e 1218(MNa+)。對于C60H110N10O14Na2Cl2·4H2O進行分析，計算(實測)的結果C，52.04(52.14)；H，8.59(8.68)；N，10.12(10.07)；Na，3.32(3.44)；Cl，5.12(5.16)。
(e)N，N′-雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]-哌嗪將實施例1(d)的二聚物(10.0克，7.2摩爾)在CH2Cl2(120ml)和三氟乙酸(TFA，80ml)中的溶液在環境溫度下攪拌1小時。通過旋轉蒸發除去揮發物得到深棕色油狀物。將殘留物再溶于CH2Cl和三氟乙酸中如上面那樣進行1小時。該過程要重復七次以便完全除去全部的叔-丁基。最后用TFA處理之后將粗產物濃縮、溶解于水(100ml)和通過旋轉蒸發再次濃縮。該水沖洗(Chase)重復幾次。通過將粗制混合物溶解在水(20ml)中、并使該溶液溫熱到50℃然后緩慢地加入2-丙醇(150ml)從而使該產物以白色固體沉淀出來。通過過濾收集該固體并且2-丙醇(2×50ml)洗滌和用丙酮(2×30ml)洗滌。從濾液中收集第二茬產物并用相似的方式進行離析。在真空下干燥合并的固體從而得到含痕跡量鈉和TFA的物質7.48克。將一部分固體(5.24克)溶于水(10ml)中并用2N的NaOH將其PH調至10.9。將該溶液裝入含有BiO-Rad AG1-X8(乙酸鹽形式)的柱子中并用水(2升)洗滌該柱子。然后用0.1N乙酸洗脫該產物。合并所需要的餾分并濃縮之后，通過在水中(50～60℃)溶解和緩慢地加入2∶1的丙酮/乙醇(60ml)而使產物沉淀。收集該固體，再用2∶1的丙酮/乙醇(60ml)洗滌和在真空下干燥從而得到3.31克(50％)的標題產物。1H NMR(NaOD，D2O)δ2.20(br S，16H)，2.46(br S，16H)，2.88(S，12H)，3.26(d，4H)，3.40(S，8H)。13C NMR(NaOD，D2O)δ180.7，180.6，172.4，59.3，59.2，54.9，54.6，51.2(br)，44.6，44.5，41.9，41.8。MS(FAB)m/e 859.5(MH+)。分析計算(實測)C36H62N10O14·4H2O的結果C，46.00(46.00)；H.7.61(7.45)；N，14.90(15.01)。
(f)N，N′-雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]-哌嗪的雙釓配合物將乙酸釓(4.73克)加到實施例1(e)的二聚物螯合劑(5.65克，6.0毫摩爾)在脫離子H2O(120ml)中的懸浮液中。在幾分鐘內形成透明微黃色溶液。在環境溫度下對該混合物攪拌3小時。然后通過旋轉蒸發(50℃)進行濃縮除去乙酸。該殘留物再溶于H2O(150ml)中和將該溶液溫熱至40℃。兩小時以后用二甲酚橙試驗沒有測出釓。以12.2mg(0.5摩爾％)的增量加入乙酸釓一直到觀察到游離釓檢驗為陽性。然后用配位體處理該溶液修正該滴定度到過量配位體≤0.1摩爾％。通過在H2O(40℃)中溶解和加入2∶1的丙酮/乙醇溶液使該配合物沉淀。過濾收集該固體、用2∶1的丙酮/乙醇(2×25ml)洗滌，在35℃真空下進行干燥，從而得到6.4克(80％)的標題產物。MS(FAB)；m/e 1168(MH+。對C35H56N10O14Gd2·8.75H2O進行分析，計算(實測)結果C，32.64(32.48)；H，5.58(5.16)；N，10.57(10.42)；Gd 23.73(23.31)。
實施例2N，N′-雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]-N，N′-二甲基乙二胺及其釓配合物的合成
(a)N，N′-二甲基乙二胺雙(溴代乙酰胺)將溴代乙酰溴(46.95克，232.6毫摩爾)和CHCl3(100ml)加到裝配有磁力攪拌棒、回流冷凝器和加料漏斗的1升三頸燒瓶中。該加料漏斗裝入N，N′-二甲基乙二胺(10.0克，113.4毫摩爾)和三乙胺(39.5ml)在CHCl3(100ml)中的溶液。用乙二醇/CO2浴將該燒瓶冷凍至-15℃并將該胺緩慢地加到該酰基溴中。添加終了以后將該混合物溫熱至環境溫度并攪拌1小時。然后將燒瓶冷至0℃并緩慢地加入H2O(50ml)。用CHCl3(250ml)稀釋該混合物并使其分層。用H2O(3×50ml)、0.05N的NaOH(3×50ml)和H2O(2×50ml)萃取有機層，并用Na2SO4對其進行干燥。對該溶液進行過濾和濃縮。通過硅膠床過濾提純該物料。用2-5％甲醇/CH2Cl2洗脫該產物。合并和濃縮所需要的餾分以后，得到14.95克(39.9％)的米黃色固體。該標題產物從溫熱的2-丙醇中重結晶得到11.94克產物。1H NMR(CDCl3)δ[2.99(S)，3.11(S)，3.13(S)，6H]，[3.53(S)，3.57(S)；4H]，[3.81(S)，3.84(S)，3.91(S)；4H]。
(b)N，N′-雙[1，4，7-三-(叔-丁氧基羰基甲基)1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]-N，N′-二甲基乙二胺向實施例1(b)的氫溴酸鹽(8.0克，13.4毫摩爾)在CHCl3(20ml)和THF(80ml)的溶液中加入1，1，3，3-四甲基胍(TMG，1.547克，13.4毫摩爾)。產生一種白色固體并將其過濾出，并用20％的CHCl3/THF(100ml)洗滌并標識為TMG·HBr。濃縮濾液成為透明的油狀物并將其溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF，200ml)中，然后用例2(a)的雙(溴代乙酰胺)(2.21克，6.7毫摩爾)和TMG(1.54克)處理。將該淺黃色溶液溫度至60℃和在氮氣保護下攪拌16小時。反應混合物冷至環境溫度和在真空下除去DMF。將殘留物收集在CHCl3(200ml)中再用1M的Na2CO3(3×40ml)洗滌。用CHCl3(50ml)反萃取合并的水層。先用0.8M的HCl(2×50ml)接著用脫離子H2O(2×50ml)萃取合并的CHCl3層。用CHCl3(50ml)洗滌該合并的HCl和H2O層。在錐形燒瓶中使該水層與CHCl3(200ml)混合，和用Na2CO3調節PH至9.5之間。將中和的混合物轉移分液漏斗中使其分層。用CHCl3(2×100ml)萃取水層，將堿性CHCl3層合并和用H2O(2×50ml)洗滌。通過無水Na2SO4干燥有機層，并進行過濾和濃縮得到7.50克(93％)黃色油狀的標題產物。1H NMR(CDCl3δ1.24(S，54H)，1.90～3.39(br m 67H)。13C NMR(CDCl3)δ27.7，27.8，34.9，45.7，48.3(br)，52.0(br)，554.，55.6，56.3，81.4，81.6，81.6，81.7，81.8，171.5，172.6，172.7。
(c)N，N′-雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]-N，N-二甲基乙二胺使實施例2(b)的二聚物(7.50克)在CH2Cl2(100ml)和三氟乙酸(TFA，60ml)中的溶液在環境溫度下攪拌1小時。通過旋轉蒸發除去揮發物產生一種深棕色的油狀物。將殘留物再溶于CH2Cl2(20ml)和三氟乙酸(15ml)(如前所述經1小時)。該過程重復七次以便完全除去全部的叔-丁基。結束用TFA處理之后，粗產物被濃縮、溶解于H2O(100 ml)和通過旋轉蒸發被再濃縮。該H2O沖洗重復若干次。用0.1N乙酸洗脫產物的離子交換層析法(BiO Rad AG1-X8，乙酸鹽形式)提純該產物。合并和濃縮所需要的餾分產生2.36克(37％)的標題產物(即，當冷凍蒸干之后出現的白色固體)。1NMR(NaOD，D2O)δ2.0-3.7(br，m)。13C NMR(NaOD，D2O)δ34.5，35.4(br)，43.7，45.6，47.2，47.2，48.9，49.6，50.0，51.6(br)，52.5，55.1，56.0，57.3，59.1，63.3，173.4(br)，179.2，180.5，181.4。MS(FAB)；m/e 861(MH+，883(MNa+，917(M+NaCl-H)+，973[M+2 NaCl-2H)+]。
(d)N，N′-雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]-N，N-二甲基-乙二胺的雙釓配合物將乙酸釓(1.53克)加入到實施例2(c)的二聚體螯合劑(1.88克，2.0毫摩爾)在脫離子水(40ml)的溶液中。在40℃下對該淺黃色的溶液攪拌1小時然后通過旋轉蒸發(50℃)進行濃縮排除乙酸。殘留物再溶于H2O(100ml)中，將該溶液溫熱到40℃。在環境溫度和攪拌下使反應過夜。以0.01毫摩爾的增量加入乙酸釓直到觀察到游離釓檢驗為陽性，然后用配位體處理該溶液以調節滴定度到0.1摩爾％過量配位體。該溶液被濃縮至干，并用2∶1的二乙基醚/CHCl3研制，從而得到米黃色固體狀的標題產物(2.57克，98％)。
實施例3N，N′-雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]四氫喹喔啉及其釓配合物的合成(a)四氫喹喔啉雙(氯乙酰胺)將氯乙酰氯(9.6ml，0.120摩爾)和CHCl3(100ml)加到帶有磁力攪拌棒、回流冷凝管和加料漏斗的1升三頸圓底瓶中。該加料漏斗裝入四氫喹喔啉(8.0克，0.0596摩爾)和三乙胺(20.8ml)在CHCl3(100ml)中的溶液。該燒瓶冷凍至0℃，并將胺緩慢地加到酰基氯中。結束加料之后，使該混合物溫熱到環境溫度并攪拌1小時。然后將燒瓶冷至0℃并緩慢地加入H2O(50ml)。用CHCl3(250ml)稀釋該混合物并使其分層。用H2O(50ml)、0.05N的NaOH(2×50ml)、H2O(50ml)、1N的HCl(3×50ml)和H2O(2×50ml)洗滌有機層，并通過無水Na2SO4干燥。過濾和濃縮該溶液成為棕色固體。該固體通過過濾收集、用2-丙醇(2×30ml)和二乙基醚(2×40ml)進行洗滌然后干燥從而產生該標題產物(4.41克，51.5％)。1H NMR(DMSO-db)δ3.89(S，4H)，4.01(S，4H)，7.25(S，2H)，7.65(br S，2H)。
(b)N，N′-雙[1，4，7-三-(叔-丁氧基羰基-甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基-羰基]四氫喹喔啉將1，1，3，3-四甲基胍(TMG，1.547克，13.4毫摩爾)加到實施例1(b)的氫溴酸鹽(8.0克，13.4毫摩爾)在CHCl3(20ml)和THF(80ml)中的溶液中。產生白色的固體并將其濾出，用20％的CHCl3/THF(100ml)洗滌并標識為TMG·HBr。濃縮該濾液成為透明的油狀物，將該油狀物溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF，250ml)和用實施例3(a)的雙(氯乙酰胺)(1.928克，6.72毫摩爾)和TMG(1.547克)處理。將該淺黃色溶液溫熱到60℃并在氮氣保護下對其攪拌大約16小時。將該反應混合物冷至環境溫度并在真空下除去DMF。殘留物收集在CHCl3(200ml)中再用1M的Na2CO3(3×40ml)洗滌。用CHCl3(50ml)反萃取合并的水層。用1M的HCl(2×50ml)接著用脫離子水(2×50ml)萃取該合并的CHCl3層。合并的HCl和H2O層用CHCl3(2×50ml)洗滌。在錐形燒瓶中使水層與CHCl3(250ml)混合，然后將PH調至9.5(Na2CO3)。將中和的混合物轉移到分液漏斗中并使其分層。用CHCl3(2×50ml)萃取水層，和合并全部的CHCl3層并用鹽水(2×40ml)洗滌。有機層被干燥(Na2SO4)、過濾、和濃縮，從而得到10.60克黃色油狀物。該標題產物通過硅膠床被進-步凈化和用10％的甲醇/CHCl3洗脫，產物為7.06克(84.6％)。1H NMR(CDCl3)δ1.30(S)，1.38(S)，1.41(S)，2.0～3.7(br m)，7.28(S)。
(c)N，N′-雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜十二烷-10-基-甲基羰基]四氫喹喔啉使例3(b)的二聚物(7.06克)在CH2Cl2(70ml)和三氟乙酸(TFA，60ml)中的溶液在環境溫度下攪拌1小時。采用旋轉蒸發除去揮發物產生一種深棕色的油狀物。殘留物被再溶于CH2Cl2(70ml)和三氟乙酸(60ml)中(如前所述經1小時)。該過程重復九次以便完全除去全部的叔-丁基。用TFA處理結束以后，濃縮該粗產物，溶于H2O(100ml)中，和再次采用旋轉蒸發進行濃縮。該H2O沖洗重復若干次。通過使用0.1N的乙酸洗脫產物的離子交換色譜柱子(Bio RadAG1-X8，2酸鹽形式)對產物進行提純。需要的餾分被合并和濃縮，在冷凍蒸干之后給出3.26克白色固體。該固體用乙醇(50ml)研制、通過過濾收集、用二乙基醚洗滌和干燥，從而產生3.18克(48％)的標題產物。1H NMR(NaOD，D2O)δ[2.88(br S)，3.19(br S)，3.43(S)，3.53-3.68(m)；56H]，7.07(m，3H)，7.59(br S，1H)。
(d)N，N′-雙[1，4，7-三(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]-四氫喹喔啉的雙釓配合物將乙酸釓(1.9827克，96％理論值)加到例3(c)的二聚螯合劑(2.50克，2.53毫摩爾)在100ml脫離子H2O(100ml)中的溶液中。該透明溶液在40℃下攪拌1小時，然后采用旋轉蒸發(50℃)濃縮除去乙酸。殘留物再溶于H2O(100ml)中和該溶液被溫熱到40℃并使該反應在環境溫度和攪拌下過夜。以0.5％(摩爾)的增量加入乙酸釓直至觀察到對釓檢驗為陽性。然后用配位體處理該溶液調節滴定度到0.5摩爾％的過量配位體。該溶液被冷凍蒸干從而產生3.28克白色固體的標題產物。質譜分析結果(FAB)m/e 1217(MH+)。
實施例4N，N′-雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]乙二胺及其釓配合物的合成(a)乙二胺雙(氯乙酰胺)將在CHCl3(40ml)中的氯乙酰基氯(7.96ml，0.10摩爾)滴加到乙二胺(3.0克，0.05摩爾)在冷至-15℃的CHCl3(50ml)中的溶液中。形成白色沉淀和該反應混合物在環境溫度下攪拌過夜。16小時以后過濾反應混合物和用CHCl3(30ml)接著用水(100ml)洗滌該白色固體。CHCl3層用水(2×25ml)洗、用Na2SO4干燥后過濾。在真空下被干燥以后，從乙醇中重結晶該白色固體并進行熱過濾，從而得到透明的濾液(靜置以后從其中結晶出產物)。通過過濾收集固體物和用異丙醇(20ml)洗滌。將得自重結晶的母液與CHCl3層合并和濃縮得到一種白色的固體，該固體由乙醇重結晶然后用異丙醇洗。制得標題產物是白色固體。1H NMR(CDCl3)δ7.05(br 2H)，4.04(S，4H)，3.49(S，4H)。13C NMR(DMSO-d6)δ166.2，42.7，38.5。
(b)N，N′-雙[1，4，7-三-(叔-丁氧基羰基-甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基-乙二胺將例1(b)的氫溴酸鹽(4.7克，7.9毫摩爾)溶于20％CHCl3/THF(50ml)中。并向該溶液中添加TMG(0.99ml，7.9毫摩爾)并由于TMG·HBr沉淀而使該溶液迅速地變為混濁。攪拌15分鐘以后，該溶液被過濾和濾液被濃縮成黃色油狀物。該油狀物收集在THF(80ml)中然后轉移到三頸圓底燒瓶中。然后將NaI(590ml，3.9毫摩爾)、TMG(0.99ml，7.9毫摩爾)、和最后例4(a)的雙氯乙酰胺(837ml，3.93毫摩爾)裝入該燒瓶中。該反應混合物在N2保護下加熱到68℃。16小時以后，過濾該反應混合物并將濾液濃縮到膠質的固體。將殘留物收集在CH2Cl2中，用1.0N的NaCO3(3×50ml)洗滌。水相用CH3Cl2反萃取。合并有機部分和用1M的HCl(1×80ml)萃取。然后用CH2Cl2洗滌水相并將水相的PH值調至9(用Na2CO3)。然后用CH2Cl2(1×200ml、2×100ml)萃取水層和用水(2×75ml)洗滌CH2Cl2層，進行干燥(MgSO4)、和進行過濾。在真空下濃縮和干燥后產生3.6克(79％)淡黃色固體的標題化合物。1H NMR(CDCl3)δ3.34-2.00(br)譜帶，57H)，1.44(br S，54M)。
(c)N，N′-雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基-乙二胺將例4(b)的乙二胺二聚物(6.7克，5.7毫摩爾)溶于CH2Cl2(40ml)中和加入1∶1的TFA/CH2Cl2(20ml)溶液。將得到的混合物攪拌1小時然后進行濃縮。該程序重復8次以便完全去保護。最后去保護之后，濃縮該溶液和用水(3×25ml)沖洗后產生6.2克棕色固體。該固體溶于水(15ml)中，用3N的LioH將PH調至10.9，并將該溶液裝到AG1-X8離子交換樹脂(乙酸鹽形式)柱子中。該柱床用水(1升)洗滌，和用0.1N的乙酸從柱中洗脫二聚物同時合并所需要的餾分并對其進行濃縮，從而產生2.5克(51％)的淡黃色固體標題產物。1H NMR(D2O)δ3.62-2.98(br譜帶)。
(d)N，N′-雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]乙二胺的雙釓配合物將例4(c)的二聚螯合劑(2.12克，2.32毫摩爾)溶于水(50ml)中并加入乙酸釓(1.81克，2.25毫摩爾)。在環境溫度下對該混合物攪拌1.5小時，濃縮該溶液，和將殘留物收集在水(50ml)中。經另外1.5小時后，該溶液給出陽性二甲酚橙試驗結果。因此該溶液被濃縮和用水(1×20ml)沖洗。殘留物被收集在水(50ml)中并使其在環境溫度下攪拌過夜。攪拌16小時以后，用水沖洗該溶液以便除去所形成的乙酸。按下列方式另加配位體，即，按21mg(0.07毫摩爾)一份分批添加直至二甲酚橙試驗給出陽性(紫紅)顏色，加入最后一份21mg的配位體和在40℃下攪拌2小時該溶液，進行二甲酚橙試驗給出陰性結果。然后濃縮該溶液產生淡黃色固體。將該固體溶于溫水(15ml)中再向其中加入2∶1的丙酮/乙醇溶液(85ml)從中沉淀出白色固體。過濾收集該固體并用2∶1的丙酮/乙醇溶液(200ml)洗滌接著用丙酮(30ml)洗滌，然后在真空箱內(35℃)干燥3.5小時，產生出2.4克白色固體的標題產物。MS(FAB)m/e 1143.2(MH+)，對C34H54Gd2N10O14·3.4H2O進行分析，計算的結果為C，29.53；H，5.89；Gd，22.74；N，10.13。實測值為C，29.47；H，5.59；Gd，22.54；N，9.81。
實施例5
N，N′-雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]高哌嗪及其釓配合物的合成(a)高哌嗪雙(氯乙酰胺)高哌嗪(10克；100毫摩爾)溶于氯仿(150ml)中和向該混合物中加入三乙胺(28ml；200毫摩爾)。將該溶液冷至-30℃在氮氣保護下經1小時加入氯乙酰氯(17ml，213毫摩爾)。在-30℃下對該溶液攪拌1小時，在0℃2小時和在環境溫度下過夜。該溶液用水(4×50ml)洗，經無水MgSO4干燥、過濾和濃縮。油狀殘留物用硅膠色譜柱(5％甲醇在氯仿中)提純，從而產生一種延長放置時間固化的油狀標題產物(10.3克；41％)。1H NMR(CDCl3)4.04(m，4H)，3.62(m，8H)，和1.94(m，2H)。
(b)N，N′-雙[1，4，7-三-(叔-丁氧基羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]高哌嗪將例5(a)的雙(氯乙酰胺)(1.7克，6.72毫摩爾)、DO3A-三-叔-丁基酯(8克，13.43毫摩爾)和四甲基胍(2.6ml，20.75毫摩爾)在乙腈(300ml)中的溶液在氮氣保護中60℃下加熱25小時。在減壓下除去溶劑和殘留物溶于氯仿(60ml)中。該溶液用1M的碳酸鈉(2×50ml)和水(2×50ml)洗滌，和用1M的HCl(4×50ml)接著用水(2×50ml)萃取。合并該水萃取物和用固體碳酸鈉堿化。分離出的油狀粗產品用氯仿(3×100ml)萃取、經無水硫酸鎂干燥、過濾和濃縮，從而得到黃色固體狀的粗標題產物(9.77克)。1H NMR(CDCl3)3.44-2.45(m，56H)，1.84(S，2H)，1.42(S，18H)，1.40(S，36H)。
(c)N，N′-雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]高哌嗪用三氟乙酸(30ml)處理例5(b)粗的叔-丁基酯(9.77克)在CH2Cl2(30ml)中的溶液，和在環境溫度下對該混合物攪拌1小時。濃縮該溶液并將該過程重復七次。在最后解除保護之后，將得到的油狀殘留物(10.5克)溶解在丙酮(30ml)中再用氯仿進行沉淀。過濾和在真空下進行干燥從而制備出黃色固體(8.33克)。將該固體溶解于水(20ml)中和用3.0N的LiOH調節該溶液的PH到11.0。將該溶液裝入到AG1-X8離子交換柱(乙酸鹽形式)和用水(1升)洗該柱床，用0.1N的乙酸洗脫所需要的二聚物同時合并所需要的餾分并進行濃縮。產物冷凍干燥制得3.8克(54％)的黃色固體標題產物。1HNMR(D2O)δ3.63-2.74(br譜帶，56H)，1.6(br，S，2H)。
(d)N，N′-雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]高哌嗪的雙釓配合物將乙酸釓(2.52克，6.30毫摩爾)加到溶于水(60ml)中的例5(c)的二聚螯合劑(3.11克，3.26毫摩爾)中。該溶液溫熱到40℃1小時，然后進行濃縮除去所形成的乙酸。再加入水(60ml)，對溶液攪拌1小時，重復除乙酸的過程。然后將固體收集在水(60ml)中并在環境溫度下攪拌過夜。該溶液給出弱的陽性二甲酚橙試驗結果，因此加入配位體(31mg，0.07毫摩爾)。在40℃下反應1.5小時后，反應混合物給出一個陰性的二甲酚橙試驗結果。濃縮該溶液然后將其溶于乙醇中。加入丙酮和通過過濾收集沉淀的配合物。該固體被收集在丙酮中并攪拌1小時，然后通過過濾進行收集。該固體在真空箱(35℃)內干燥兩小時制得3.2克(76％)白色細粉末狀的標題產物。MS(FAB)m/e 1183.3(MH+)。對C37H58Gd2N10O14·12.3H2O·0.72丙酮進行分析，計算值為C，32.55；H，6.06；Gd，21.77；N，9.69。實測值C，32.92；H，5.69；Gd，21.47；N，9.91。
實施例6N，N′-雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]-2，2′-(亞乙二氧基)二乙基胺及其釓配合物的合成(a)2，2′-(亞乙二氧基)二乙基胺雙(氯乙酰胺)將Na2CO3(14.2克，0.135摩爾)加到2，2′(亞乙二氧基)二乙基胺(10.0克，0.0675摩爾)在CH2Cl2(190ml)中的溶液中。得到的混合物于冰浴中冷卻并在N2氣流保護下經25分鐘向其中滴加溶于CH2Cl2中的氯乙酰氯(10.7ml，0.135摩爾)。在完成滴加時移去冰浴并在環境溫度下對該混合物攪拌2小時。然后過濾該反應混合物和用水(150ml)、飽和NaHCO3(150ml)、和最后的水(150ml)洗滌該濾液。有機相被干燥(通過MgSO4)、過濾和濃縮從而產生一種當在真空下放置時固化的黃色油狀物。該固體用1∶1的乙酸乙酯/己烷的混合物(150ml)進行研制。過濾收集白色固體和在真空箱(50℃)中干燥6小時制備出6.9克(34％)的標題產物。1H NMR(CDCl3)δ6.97(brS，2H)，4.03(S，4H)，3.60(S，4H)，3.56(變形t，4H)，3.50(t，4H)；13C NMR(CDCl)δ165.9，70.1，69.1，42.4，39.3。
(b)N，N′-雙[1，4，7-三-(叔-丁氧基羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]-2，2′-(亞乙二氧基)二乙基胺將例1(b)的氫溴酸鹽(19.8克，33.2毫摩爾)溶于20％的CHCl3/THF(250ml)中。將TMG(4.16ml，33.2毫摩爾)加到該溶液中，該溶液因TMG·HBr沉淀而迅速地變為混濁。攪拌20分鐘后，過濾該溶液并濃縮該濾液成為深黃色油狀物。將殘留物收集在THF(100ml)中并轉移到1升燒瓶中然后向燒瓶中投入NaI(2.48克，16.6毫摩爾)、TMG(4.16ml，33.2毫摩爾)、和例6(a)的最后的雙(氯乙酰胺)(5.0克，16.6毫摩爾)。另外再加入THF(150ml)，該系統放置在N2氣流下，并將該反應混合物加熱到65℃。四天之后，過濾反應混合物，和濃縮濾液成為微紅色的固體。將該固體收集在CH2Cl2(110ml)和用水(3×100ml)洗。有機部分被干燥(MgSO4)并對其進行過濾和濃縮制得22.14克(114％)的標題產物，該產物是粘性的黃色固體并對其鹽不作分析。1H NMR(CDCl3)δ3.39-2.06(br譜帶，62H)，1.25(br S，54H)。
(c)N，N′-雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]-2，2′-(亞乙二氧基)二乙基胺將例6(b)的粗產二聚物(22.0克，18.7毫摩爾)溶于CH2Cl2(25ml)。將TFA(25ml)和CH2Cl2(10ml)的混合物加到該溶液中。在環境溫度下攪拌2小時之后，濃縮該溶液。該程序重復七次以便完全解除保護。結束保護之后，濃縮該溶液并用水(3×40ml)沖洗。將該微紅的半固體物然后溶于水(30ml)和用3.0N的NH4OH將其PH調至2.3。將該溶液裝入到AG50-X8離子交換樹脂(H+形式)柱子中并用水(1.8升)洗該柱床。用0.5N的NH4OH從柱子中洗脫該二聚物，同時合并所需要的餾份并進行濃縮，制得9.8克(57％)的黃色固體狀標題產物，1H NMR(D2O)δ3.61-2.92(br譜帶)。MS(FAB)m/e921.4(MH+)。
(d)N，N′-雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]-2，2′-(亞乙二氧基)二乙基胺的雙釓配合物向例6(c)的DO3A二聚物(5.90克，5.94毫摩爾)在水(50ml)中的溶液中加入乙酸釓(3.61克，8.91毫摩爾)，和將該反應混合物溫熱到40℃歷時1.5小時，在此時間內二甲酚橙試驗呈陰性。將乙酸釓(240mg，0.594毫摩爾)按增量法加入直至達到二甲酚橙試驗呈陽性(紫色)。然后加入配位體以達到二甲酚橙試驗呈陰性。減少該溶液的體積并冷凍干燥得到7.58克的粗制配合物。通過使用反相C18柱子(采用2％的甲醇/水作為流動相)的HPLC提純該粗制的配合物。MS(FAB)m/e 1231.0(MH+)分析對C38H62Gd2N10O16·7.65H2O計算值為C，33.38；H，5.70；Gd，23.00；N，10.24。實測值C，33.48；H，5.79；Gd，22.75；N，10.50。
實施例7N，N′-雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]-N，N′-雙(2，3-二羥丙基)-乙二胺及其釓配合物的合成(a)1，2，5，6-Di-異亞丙基-D-甘露糖醇將D-甘露糖醇(250克，1.37摩爾)加到在1.5升冷至0℃的丙酮中的ZnCl2(411克，3.01摩爾)的溶液中，和在環境溫度下對該混合物攪拌5小時。過濾出固體并將濾液傾注到二乙基醚(1.8升)和激烈起泡的碳酸鉀(470克，3.4摩爾)的溶液中。對該溶液攪拌一小時。過濾出白色沉淀和干燥(K2CO3)該濾液，和濃縮剩下的白色固體，該固體從n-丁基醚中重結晶產生160克(50％)的白色針狀標題產物。1H NMR(CDCl3)δ4.2(m，4H)，4.0(t，2H)，3.7(d，2H)，2.7(S，2H)，1.4(d，12H)。
(b)異亞丙基-甘油醛將例7(a)的甘露糖醇衍生物(81克，0.311摩爾)懸浮在CH2Cl2(1.1升)和飽和NaHCO3中，和在環境溫度下進行攪拌。將高碘酸鈉(100克，0.47摩爾)分四份經20分鐘加入，和在0℃下對該溶液激烈攪拌3小時。潷析出溶劑和在CH2Cl2中攪拌剩下的固體然后過濾除去過剩的固體。合并兩部分有機部分并在真空下濃縮。得到的油在減壓下蒸餾從而產生一種透明的粘稠的油狀標題產物。其產率為59克(75％)。1H NMR(CDCl3)δ4.3(t，1H)，3.9(m，2H)，1.4(d，6H)。
(c)N，N′-雙(2，3-二羥丙基)乙二胺雙丙酮化合物將乙二胺(13.2克，0.22摩爾)溶于甲醇(150ml)中和用1∶1的HCl/甲醇混合物調該溶液的PH至7。用冰浴冷凍該溶液，將例7(b)的異亞丙基-甘油醛(59克，0.45摩爾)加入，接著滴加NaCNBH3(28.3克，0.45摩爾)。該反應混合物在25℃和N2氣下攪拌72小時。然后用HCl/甲醇調低溶液的PH至3和在真空下汽提除去溶劑。固體物被收集在水中并用二乙基醚(3×200ml)進行萃取。將水相的PH提高到11再用二乙基醚4×200ml萃取。將該醚洗物合并、干燥(MgSO4和濃縮成黃色油狀物。通過快速色譜分離標題產物。(5％甲醇/CHCl3)。得到37克(58％)的產物。1H NMR(CDCl3)δ4.1(m，4H)，3.3(m，2H)，2.6(m，8H)，1.4(d，12H)。
(d)N，N′-雙(2，3-二羥丙基)乙二胺雙丙酮化合物雙氯乙酰胺將例7(c)的化合物(37克，0.13摩爾)與三乙基胺(25.96克，0.25摩爾)在CH2Cl2(300ml)中混合。在N2保護下和0℃溫度下滴加氯乙酰基氯(28.9克，0.25摩爾)。當反應混合物回復到環境溫度時觀察白色沉淀的顏色變化。24小時以后，加入H2O(150ml)，分離有機層，用水(3×100ml)洗滌、用MgSO4干燥和進行濃縮成暗色的粘性油狀物。用快速色譜分離(10％甲醇/CHCl3)得到標題產物23克(41％)。MS(FAB)m/e 442(MH+)。
(e)N，N′-雙[1，4，7-三-(叔-丁氧基羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]N，N′-雙(2，3-二羥丙基)-乙二胺雙丙酮化合物將例1(b)的氫溴酸鹽(12克，0.02摩爾)和例7(d)的化合物(4.5克，0.01摩爾)溶于CH3CN(300ml)和四甲基胍(7.6ml，0.61摩爾)中。反應混合物被加熱到60℃和在N2氣下攪拌6天。汽提除去溶劑將得到的暗色油狀物收集在CHCl3中和用水(3×100ml)萃取、用MgSO4干燥和濃縮，得到12克(80％)的標題產物。MS(FAB)m/e1398(MH+。
(f)N，N′-雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]N，N′-雙(2，3-二羥丙基)乙二胺將例7(e)的二聚物溶于CHCl3(175ml)中和滴加三氟乙酸(175ml)。在N2氣保護和環境溫度下對反應混合物攪拌1小時，然后在真空下濃縮到暗色油狀物。重復進行十次酸處理除去全部叔丁基和丙酮化合物。汽提除去溶劑和借助于制備的HPLC(Supelco活化C18反相柱，3％甲醇流動相)純化標題產物。產率為9克(85％)；MS(FAB)m/e 982(MH+)。
(g)N，N′-雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]-N，N′-雙(2，3-二羥丙基)-乙二胺的釓配合物將例7(f)的二聚螯合劑(10克，10.2毫摩爾)溶于水(175ml)中。加入三乙酸釓(5.45克，0.016摩爾，理論的化學計量的80％)和用NH4OH調節PH至7。在50℃下對反應混合物攪拌2小時。按5摩爾％增量加入另外的三乙酸釓直至對釓的二甲酚橙試驗是陽性的。對該反應物再攪拌24小時并重復二甲酚橙試驗，給出陽性結果。用制備的HPLC(Supelco活化C18反相柱，100％H2O流動相)達到對標題產物的提純，產率為(500mg，5％)MS(FAB)m/e 1290(MH+)對C40H66Gd2N10O18ω3H2O分析計算值c，35.76；H，5.4；Gd，23.36；N，10.43；實測值C，35.3；H，5.59；Gd，23.17；N，10.9。
實施例8N，N′-雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]-N，N′-雙(2，3-羥乙基)乙二胺及其釓配合物的合成(a)雙(BOC)-雙(q-羥乙基)乙二胺將N，N′-雙(羥乙基)乙二胺(2克，13.5毫摩爾)溶于甲醇中和用重碳酸2-叔-丁酯(6.0克，27.5毫摩爾)處理該溶液。在N2氣和環境溫度下對該溶液攪拌9小時并進行濃縮。用石油醚洗該殘留物并 真空干燥得到無色的固體狀標題產物(4.48克，95.3％)。1HNMR(CDCl3)δ1.42(S，18H)，3.44-3.35(m，8H)，3.44(S)，3.7(m，4H)，4.89(br，S，2H)。
(b)雙(BOC)-雙(2-芐氧乙基)乙二胺在氮氣層下用四氫呋喃洗滌氫化鈉(0.75克，25毫摩爾)的80％礦物油懸浮液，再懸浮于四氫呋喃(25ml)中。將芐基溴(20ml，169毫摩爾)和例8(a)的二胺(4.37克，12.54毫摩爾)連續加入。接著激烈地引發反應，在環境溫度和N2氣下對該懸浮液攪拌過夜、在真空下濃縮該溶液并在40℃真空下蒸餾除去過剩的芐基溴，含有大約10％芐基溴的殘留物在真空下被干燥，產生黃色固體狀的標題產物(7.18克，108％)。1H NMR(CDCl3)δ1.39(S，9H)，1.42(S，9H)，3.38-3.66(m，10H)，4.49(S，4H)，7.29(m，10H)。
(c)雙(2-芐氧基乙基)乙二胺將例8(b)的二胺(7.18克)溶于CH2Cl2(40ml)中和冷至0℃。加入三氟乙酸(35ml)然后在環境溫度下對溶液攪拌2小時。濃縮以后，標題產物用石油醚洗滌和在真空下干燥，產物為7.2克(9 3％)。1HNMR(CDCl3)δ7.27(m，10H)，4.46(S，4H)，3.65(t，4H)，3.44(s，4H)，3.11(t，4H)。
(d)雙(氯乙酰基)-雙(2-芐氧基乙基)-乙二胺將例8(c)的化合物(6.8克，20.75毫摩爾)和三乙基胺(5.0ml，41.5毫摩爾)在CH2Cl2(250ml)中的溶液在氮氣下冷至0℃并在攪拌的同時滴加入氯乙酰基氯(3.3ml，41.5毫摩爾)。在環境溫度下對該溶液攪拌24小時再用水(7×20ml)洗、用MgSO4干燥和濃縮。通過用硅膠(乙醚洗脫)的柱上色譜法提純該粗制的標題產物得到2.9克(29％)。1H NMR(CDCl3)δ7.28(m，10H)，44.4(m，4H)，4.21(d，4H)，3.65-3.35(S)；3.35(m，12H)。
(e)N，N′-雙[1，4，7-三-(叔-丁氧基羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]雙-(2-芐氧基乙基)-乙二胺將例8(d)的二胺(2.94克，6.1毫摩爾)、例1(b)的氫溴酸鹽(7.27克，12.2毫摩爾)、碘化鈉(0.9克，6.1毫摩爾)和四甲基胍(2.3ml，18.3毫摩爾)在乙腈(130ml)中的溶液在氮氣和60℃下加熱19小時。在真空下除去溶劑，殘留物再溶于CH2Cl2(150ml)中，用水(100ml)、1M的Na2CO3(2×100ml)和水(100ml)洗滌。有機層用1M的HCl(4×100ml)和水(100ml)萃取。合并的水層用固體NaCO3堿化并用CH2Cl2(4×100ml)萃取。用Na2SO4干燥有機層并進行濃縮，得到棕色固體狀粗的標題產物(1l克，62％)。1H NMR(CDCl3δ7.28(m，10H)，4.45(m，8H)，3.89-2.58(m，60H)，1.45(S，18H)，1.32(S，32H)。
(f)N，N′-雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]雙(芐氧基乙基)乙二胺將例8(e)的粗制二聚物(11克)溶于CH2Cl2(50ml)中用三氟乙酸(40ml)處理。該混合物在環境溫度下攪拌1小時并進行濃縮。該過程重復七次。在最后解除保護以后該產物用CH2Cl2(3×15ml)和水(3×15ml)沖洗，并通過用BiORad AG1 X-8樹脂(100-200目，乙酸鹽形式)和用0.1M乙酸洗脫的離子交換色譜法進行提純。進一步純化的有效方法是通過加入丙酮使產物從甲醇中沉淀的方法，當標題產物被分離出時是一種黃色固體物(4.08g；47％)。1H NMR(D2O)δ7.15(S，10H)，4.30(m，4H)，3.60(S)，3.60-2.87(m，60H)。
(g)N，N′-雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]雙(2-羥乙基)乙二胺將例8(f)的二聚物(4.05克，3.68毫摩爾)溶于水(25ml)和冰醋酸(15ml)的混合物中并用Pearlman′s催化劑(2克)處理，并在52psi壓力下用帕爾(parr)裝置對該混合物進行氫化直到對氫的攝取終止。然后該溶液被過濾和濃縮。殘留物溶于甲醇(50ml)中并通過加入丙酮(100ml)使其沉淀。再次重復該過程和在真空下干燥淡黃色固體狀的標題產物。產率為3.07克(88.6％)。1H NMR(D2O)δ3.59-2.93(m)。13C NMR(D2O)δ177.05；171.74；171.4；169.87；169.52；58.52；58.35；56.14；55.45；55.28；55.04；52.26；52.26；50.97；50.38；49.81；48.85；48.59；47.84；44.33；43.68；42.97；38.68；37.96；29.85。
(h)N，N′-雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]雙(2-羥乙基)乙二胺的雙釓配合物將例8(g)的二聚螯合劑(3.0克，3.26毫摩爾)溶于水(30ml)中和加入乙酸釓(2.38克，5.86毫摩爾)。該溶液在環境溫度下被攪拌2小時，在40℃下3小時。然后將其濃縮，用水沖洗和再溶于水。該溶液給出陽性的二甲酚橙試驗結果。添加配位體(以1重量％的增量)接著在40℃下加熱1小時，該過程連續進行直至該溶液給出陰性的二甲酚橙試驗結果。然后該溶液被濃縮并用水(2×20ml)沖洗。進一步的凈化是通過從甲醇/丙酮溶劑體系(X6)中沉淀和通過BiORadAG1-X8樹脂(乙酸鹽形)產生的標題產物為黃色固體(3.13克，78％)MS(FAB)m/e1230(MH+)。為了毒性試驗研究目的的最后提純是在通過半制備的HPLC，在C18柱子上進行。對于C38H62Gd2N10O16·13.1H2O的元素分析，計算值為C 31.15％，H 6.07％，Gd21.46％，N 9.56％；實測值C 31.27％，H 5.61％，Gd 21.0％，N 9.56％。
實施例9N，N′-雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]-1-(N-甲基葡糖胺羰基)-乙二胺及其雙釓配合物的合成(a)N-BOC-N-甲基葡糖胺將N-甲基葡糖胺(4.0克，20.49毫摩爾)和重碳酸2-叔-丁酯(4.48克，20.51毫摩爾)溶于甲醇(40ml)中，在氮氣下對該溶液攪拌24小時。濃縮和用石油醚洗滌，產生的標題產物是無色的固體(6.48克，100％)。1H NMR(D2O)δ3.59-3.38(m，6H)，3.1(S，2H)，2.67(br，3H)，1.21(S，9H)。
(b)N-BOC-N-甲基-五-(O-芐基)葡糖胺用四氫呋喃(20ml)在氮氣下洗滌氫化鈉(1.5克，50毫摩爾)的80％懸浮液。加入芐基溴(17.8ml，150毫摩爾)和四氫呋喃(30ml)接著加入例9(a)的N-BOC-N-甲基葡糖胺(2.95克，10毫摩爾)。該混合物在環境溫度和氮氣下攪拌過夜。該反應在攪拌下通過逐漸加水(30ml)被急冷。分出有機層并用CH2Cl2(2×30ml)萃取水層。合開的有機萃取物用水洗，用MgSO4干燥和被濃縮得到黃色油狀物，在浴溫100℃和真空條件下蒸餾從其中除去過剩的芐基溴。制得粗的標題產物是粘性的黃色固體(7克，94％)。1H NMR(CDCl3)δ7.38(m，25H)，4.79-4.44(m，10H)，4.04-3.76(m，6H)，3.49(m，2H)，2.96(S)，2.78(d，3H)，1.48-1.44(d，9H)。13C NMR(CDCl3)155.72；138.53(m)；127.68(m)；79.0-76.49(m)；73.93-69.60(m)；49.96；35.94；28.41。
(c)N-甲基-五-(O-芐基)葡糖胺將例9(b)的葡糖胺粗產品(7.02克，9.43毫摩爾)溶于CH2Cl2(25ml)中并于冰浴中冷凍該溶液。加入三氟乙酸(40ml)，將該混合物在環境溫度不攪拌2小時。將該溶液濃縮，再重復去保護過程。該溶液用CH2Cl2(2×15ml)沖洗，用飽和NaHCO3(30ml)洗滌、水(30ml)洗滌、用Na2SO4干燥，并進行濃縮，得到的標題產物是棕色的油狀物。該棕色油狀產物通過硅膠色譜法被提純，使用含5％甲醇的氯仿作為洗脫劑。產物為5.55克(91％)。1H NMR(CDCl3δ7.33(m，25H)，4.8-4.41(m，10H)，4.06-3.61(m，6H)3.03-2.71(m，2H)，2.41(S，3H)。13C NMR(CDCl3δ137.97(m)；128.25；78.85-69.55(m)；50.41；39.94。
(d)N，N-雙(BOC)-2，3-二氨基丙酸用三乙基胺(10.2ml，73毫摩爾)、二異丙基乙基胺(5ml)和重碳酸2-叔-丁酯(16.72克，67.6毫摩爾)處理二氨基丙酸鹽酸化物(5.13克，36.5毫摩爾)在乙醇(70ml)和甲醇(20ml)的混合物中的懸浮液。該混合物在環境溫度下攪拌過夜和在氮氣下回流7小時。將該溶液過濾和濃縮。殘留物用石油醚(3×20ml)洗滌、用氯仿(150ml)處理，并將混合物冷卻到0℃。加入1M的H2SO4(150ml)，混合物于0℃下攪拌15分鐘。除去水層，用氯仿(2×30ml)萃取。合并的有機層用水洗、用Na2SO4干燥和濃縮從而得到標題產物為無色固體(9.57g；86.3％)。1H NMR(CDCl3)δ7.34(br，1H)，6.25-5.19(br，2H)，4.3(br，1H)，3.52(m，2H)，1.42(S，18H)。13C NMR(CDCl3δ173.32；54.69；42.22；28.29。
(e)N，N′-雙(BOC)-(N-甲基-五-O-芐基-葡糖胺羰基)乙二胺將例9(d)的丙酸(2.24克，7.37毫摩爾)、二環己基碳化二亞胺(1.52克，7.37毫摩爾)、例9(c)的葡糖胺(4.76毫克，7.37毫摩爾)和二甲基氨基吡啶(0.09毫克，0.74毫摩爾)在CH2Cl2(50ml)中的混合物在環境溫度和氮氣下攪拌過夜。將該溶液過濾、用水洗、用Na2SO4干燥和濃縮，得到棕色油。通過硅膠柱色譜(氯仿洗脫劑)進行提純，得到標題產物為6.19克(90％)。1H NMR(CDCl3)δ7.32(m，25H)，4.81-4.65(m，10H)，4.04-3.75(m，4H)，1.45(d，18H)。13C NMR(CDCl3)δ170.17，169.92，155.8，155.2，138.21，127.76，79.46-76.49(m)，74.30-69.21(m)，50.78-48.65(m)，42.59，36.31，28.15，28.1，25.46，24.81。
(f)N-甲基-五-(O-芐基)葡糖胺-羰基乙二胺將例9(e)的乙二胺(5克)溶于CH2Cl2(60ml)中并將該溶液冷至0℃。加入三氟乙酸(60ml)，該溶液在環境溫度下攪拌2小時。將溶液濃縮并再重復該過程。濃縮以后，殘留物用CH2Cl2(3×15ml)沖洗、溶于CHCl3中，用飽和NaHCO3(2×30ml)和水洗然后用MgSO4干燥。濃縮以后得到棕色油狀的標題產物(4.72克)。1H NMR(CDCl3)δ7.3(m，25H)，4.76-4.25(M，11H)，3.96-3.41(m，10H)，2.94-2.52(m，3H)。13C NMR(CDCl3δ138.62，127.7，78.89-76.5(m)，74.63-69.55(m)，53.62-46.0(m)，39.62-24.90。MS(FAB)m/e732.6(MH+)。
(g)N-甲基-五(O-芐基)葡糖胺羰基-乙二胺-雙氯乙酰胺將例9(f)的乙二胺(3.9克，5.33毫摩爾)和三乙基胺(1.5ml，10.7毫摩爾)溶于氯仿(50ml)中并將溶液在氮氣下冷至0℃。緩慢地加入氯乙酰氯(1.2克，10.6毫摩爾)。添加完后將溶液溫熱到室溫并攪拌過夜。該溶液用水(3×20ml)洗、用MgSO4干燥和濃縮。殘留物硅膠色譜提純，用甲醇/氯仿溶劑混合物(0-5％)洗脫，得到標題產物3.82克(81％)。1H NMR(CDCl3)δ7.30(m，25H)，4.78-4.40(m，10H)，4.30(m，1H)，4.01-3.19(m，14H)，2.94-2.51(m，3H)。13C NMR(CDCl3)δ168.85-165.55(m)，137.98-137.5(m)，127.86-126.74(m)，78.29-75.55(m)，74.09-71.38(m)，68.94-68.72(m)，49.08-48.64(m)，42.14-40.99(m)，36.5；35.8，33.76-33.1，25.07，24.41。MS(FAB)m/e 884.4(MH+)。
(h)N，N′-雙[1，4，7-三-(叔-丁氧基羰基-甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]-N-甲基-五-(O-芐基)葡糖胺-羰基-乙二胺將實施例1(b)的氫溴酸鹽(5.12克，8.6毫摩爾)和雙(氯乙酰胺)(例9(g)的)(3.8克，4.3毫摩爾)溶于CH3CN(100ml)中然后加入四甲基胍(1.62ml，12.9毫摩爾)。該溶液在60℃和氮氣下加熱25小時。濃縮以后殘留物收集在氯仿中再用水洗和用MgSO4干燥。隨著濃縮得到粗制的標題產物是粘稠的黃色物料(9.08克)。1H NMR(CDCl3δ7.22(m，25H)，4.70-4.32(m，11H)，4.00-3.67(m，6H)，3.38-2.49(m，55H)，1.39-1.35(m，54H)。13C NMR(CDCl3)δ174.27-169.56(m)，138.5-136.6(m)，132.49-127.11(m)，81.06-80.16(m)，78.62-76.49(m)，73.62-69.37(m)，57.62-47.28(m)，36.9；27.97。MS(FAB)m/e1842.1(MH+。
(i)N，N′-雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]-N-甲基-五-(O-芐基)葡糖胺-羰基乙二胺將例9(h)的二聚物(7.9克，4.29毫摩爾)溶于二氯甲烷(80ml)中并冷至0℃。加入三氟乙酸(80ml)和在室溫下對該溶液攪拌1小時。溶縮該溶液并重復該過程9次。最后解除保護后，溶液被濃縮和用CH2Cl2(4×20ml)和水(4×20ml)沖洗。在真空下干燥得到粗制的標題產物(10.9克)。1H NMR(D2O)δ6.53(br，25H)，4.08-2.37(m，72H)。13C NMR(D2O)δ126.33，52.33，51.05，50.13，47.27，45.68，40.27。MS(FAB)m/e 1504.5(MH+。
(i)N，N′-雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]-1-(N-甲基-葡糖胺羰基)-乙二胺用冰醋酸(5ml)和Pearlman′s催化劑(0.5克)處理在水(20ml)中的例9(i)的二聚物(0.86克，0.75摩爾)的溶液。該混合物在帕爾氫化裝置中用氫氣在53psi的壓力下被氫化直到再也觀察不到氫的攝取。該溶液被過濾、濃縮和用水沖洗。殘留物通過使用BiORadAG1-X8樹脂(100～200目，乙酸鹽形)，使用乙酸作為洗脫劑(0.05-0.2M)的離子交換色譜提純，制得0.42克(70％)的標題產物是淡黃色固體1H NMR(D2O)δ3.8-2.66(m)。13C NMR(D2O)δ175.17，179.46，172.17-170.77，72.22-70.61，63.31， 56.87-48.77，40.59-35.18。MS(FAB)m/e 1054.6(MH+)。
(k)N，N′-雙[1，4，7-三-(羧基-甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-甲基羰基]-1-(N-甲基葡糖胺羰基)乙二胺的雙釓配合物的合成向例9(j)的二聚螯合劑(0.94克，0.89毫摩爾)在水(25ml)中的溶液添加乙酸釓(0.47克)并在40℃下對該溶液攪拌過夜。將其濃縮和用水反復沖洗該溶液直到PH為5.2。對游離釓的二甲酚橙試驗呈陰性。以1重量％的增量再加入乙酸釓，該溶液在40℃下加熱1小時直到反應混合物對釓的二甲酚橙試驗呈陽性。該溶液被過濾、濃縮和用水沖洗。該粗制的標題產物用C18柱半 制備的HPLC提純，2％甲醇水洗脫，接著用丙酮從甲醇溶液中沉淀。從而制得0.78克(52％)產物。MS(FAB)m/e 1364.3(MH+)。
實施例10雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基]-2-氧代-3-氮雜-戊烷及其釓和鏑配合物的合成(a)3-氮雜-4-氧代-1，5-二溴戊烷將氫溴酸溴乙基胺(6.15克，30毫摩爾)懸浮在氯仿(40ml)中并用二異丙基乙基胺(5.2ml，60毫摩爾)處理，該溶液于干冰丙酮浴中冷凍并在氮氣下將溴乙酰溴化物(2.6ml，30毫摩爾)在氯仿(10ml)中的溶液滴加進去。添加完成以后該溶液被溫熱到環境溫度并攪拌過夜。該溶液連續地用水(2×30ml)、1M的乙酸(2×30ml)、水(30ml)、1M的NaOH(2×30ml)和水(2×30ml)洗滌。在無水Na2SO4上干燥接著通過縮得到無色固體的粗產品(4.94克，66％)。從氯仿中重結晶得到純的標題產物(1.33克，18.1％)1H NMR(CDCl3)δ6.84(br，1H)，3.91(S，2H)，3.72(q，2H)，3.5(t，2H)。13C NMR(CDCl3)δ166.08，41.54，31.11，28.67。
(b)雙[1，4，7-三-(叔-丁氧基羰基甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基-2-氧化-3-氮雜-戊烷將例10(a)的3-氮雜-4-氧代-1，5-二溴丙烷(1.28克，5.22毫摩爾)、氫溴酸鹽(例1(b)，6.22克，10.44毫摩爾)和四甲基胍(2ml，15.66毫摩爾)溶于乙腈(125ml)中，在氮氣和60℃下該溶液被加熱48小時。濃縮該溶液，殘留物溶于氯仿和用水洗。它在無水Na2SO4上干燥然后被濃縮產生一種棕色油狀物。用石油醚萃取接著濃縮萃取物制備出粗的標題產物(6.26克)。1H NMR(CDCl3)8.8(br，1H)，3.46-2.38(m，50H)，1.28(S，54H)。13C NMR(CDCl3)δ172.2-169.84，80.47，61.83-47.37，27.94，27.9。MS(FAB)m/e 1112.9(MH+)。
(c)雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基]-2-氧代-3-氮雜-戊烷向例10(b)的二聚物(6.25克)在冰浴冷凍的CH2Cl2(60ml)中的溶液中添加三氟乙酸(60ml)和將該混合物在環境溫度下攪拌1小時。溶液被濃縮并將該過程重復9次。最后去保護以后，將溶液濃縮和用CH2Cl2(3×20ml)水(3×20ml)沖洗。殘留物通過BiORad AGl X-8離子交換樹脂(100-200目，乙酸鹽形)和產物用含水乙酸(0.05～0.1M乙酸)洗脫。
(d)雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基]-2-氧化-3-氮雜-戊烷的雙釓配合物將例10(c)的二聚螯合劑溶于水，加入乙酸釓。該溶液在40℃下攪拌2小時。通過加入0.1M的氫氧化銨將溶液的PH從3提高到5接著用水沖洗。以1重量％的增量和在40℃加熱下連續添加乙酸釓直至觀察到的二甲酚橙試驗呈陽性。然后該溶液被過濾和濃縮。殘留物用水沖洗和在真空下干燥從而得到標題產物。
(e)雙[1，4，7-三-(羧甲基)-1，4，7，10-四氮雜環十二烷-10-基]-2-氧代-3-氮雜-戊烷的雙鏑配合物按實施例10(a)的相似方法制備該鏑配合物，使用例10(c)的二聚螯合劑和可溶性鏑(III)鹽。
實施例11-試驗結果二聚物取代的四氮雜環十二烷大環化合物(表1所示)的一系列釓配合物已被合成。并且也研究了它們的物理化學性質以便評價它們作為細胞外液MRI造影劑的效用。其結果已列出。
試驗表1所示的DO3A雙(酰胺)二聚物配位體1-11是這樣制備的先進行DO3A-叔-丁基酯與相應二胺的雙(氯乙酰胺)的偶合反應，接著解除叔-丁酯基的保護。通過該配位體與Gd(OAc)3的反應制備釓配合物。在40℃和20MHz的條件下測定在水中和在血清中(在選用情況下)的松馳性。在表2所列濃度下測定粘度和滲透性。討論這里給出的二聚釓螯合物的優良物理化學性能，包括松馳性、粘度和滲透性，提供了它們作為新的細胞外液MRI造影劑的潛在用途。 化合物No. D*1N(CH3)CH2CH2N(CH3)2N(CH2CH2OH)CH2CH2N(CH2CH2OH)3N(CH2CHOHCH2OH)CH2CH2N(CH2CHOHCH2OH)4NHCH(CON(CH3)CH2(CHOH)4CH2OH)CH2NH5 6 7NHCH2CH2OCH2CH2NH8NHCH2CH2OCH2CH2OCH2CH2NH9N(CH3)CH2CH2OCH2CH2OCH2CH2N(CH3)10 NH(CH2CH2O)3CH2CH2NH11
表2-配合物的物理化學性質
a在40℃和20MHz下的水中b括弧中為濃度c與滲透性中的濃度相同，除非另有說明d沒有測量
權利要求
1.通式V的雙螯合劑或其鹽或其金屬螯合物 式中每個相同或不同的X是NZ、O或S，至少兩個X是NZ；每個Z是R1基或CR12Y基，至少一個Z，在每個大環的環上是CR12Y基；每個Y是基團CO2H、PO3H、SO3H、CONR12、CON(OR1)R1、CNS或者CONR1NR12；m是0或1或2；每個n是2或3；q是1或2；每個可以是相同或不同的R1是氫原子或是可以被1個或多個羥基和/或烷氧基取代的烷基；以及D是未取代的羰基氨基乙基氨基羰基基團除外的橋基，其分子量小于1000和借助于至少1個酰胺或酯鍵連接2個大環狀環。
2.按權利要求1要求的化合物，其中大環狀的 環具有9～14個環原子。
3.按權利要求1和2的任何一項要求的化合物，其中每個所說的大環狀環的每個n是2。
4.按權利要求1～3任何一項要求的化合物，其中橋基D的分子量小于500。
5.按權利要求1～4的任何一項要求的化合物，其中每個q是1。
6.按權利要求1～5的任何一項要求的化合物，其中每個m是1。
7.按權利要求1～6的任何一項要求的化合物，其中每個y是基團COOH或COOθ。
8.按權利要求1～7的任何一項要求的化合物，其中橋基D是結構式-CO-X2-L1-(X2-CO-)p其中P是0或1，X2是O或NR2，R2是氫原子或羥基、OR1或NR12基團或是一種可被氧、硫或氮原子或被羰基或芳基間隔開的和可以被羥基、胺或芳基取代的烷基，或者R2含有與生物分子或大分子連接的官能基，或者兩個R2基團在一起形成橋連接基，以及L1是提供至少兩個原子的一個鏈連接兩個X2基團或者至少一個原子連接X2基和(CR12)q部分，其中R1和q的定義與權利要求1相同，該L1是直鏈的、支化的或環狀的亞烷基或者這些基團的結合，可以被氧、硫或氮原子或被芳基或羰基基團取代和間隔。
9.按權利要求1-8的任何一項要求的化合物，其中D是選自下面這組通式中的一個通式 式中r是其值為1-6的整數，和S是其值為1-20的整數。
10.按權利要求1-8的任何一項要求的化合物其中D的通式是COOCH2CH2OCH2CH2NHCH2CH2OCH2CH2OCO。
11.按權利要求1-8的任何一項要求的化合物其中D的通式是CONHCH2CH2OCH2CH2OCH2CH2NHCO。
12.按權利要求1要求的化合物，它是通式VII的螯合劑和其鹽和其金屬螯合物，M-CH2CO)2-D′(VII)式中M是氮連接的三氮雜、四氮雜、三氮雜或三氮雜噻-環烷烴，該環烷烴具有至少一個，優選兩個環氮被CH2COOH基取代而其余任何一個環氮則是被R3基取代；R3是氫原子、或是烷基，該烷基可以被羥基或烷氧基一取代或多取代，也可以被亞芳基或取代的亞芳基間隔；和CO-D′-CO是如在權利要求1中對于D所定義的橋基。
13.制備權利要求1要求的化合物的方法，該方法包括至少下列步驟中的一步(a)使通式V中至少1個X基是NH基的該通式化合物與通式VIII的化合物反應Lv-R4(VIII)式中Lv是可置換的離去基，R4是CR12Y基或R1基，氫除外；(b)使通式X和/或XI表示的化合物或其活性衍生物 式中X、R1、n、q和m的定義同權利要求1中所定義的，與通式IXLv(CO-X2-)L1-(X2-CO)tLv (IX)或通式IXa表示的連接分子進行反應Lv-(CR12)q-(CO-X2-)L1-(X2-CO)t-(CR12)q-Lv (IXa)式中R1和q的定義同權利要求1中所定義的，X2和L1的定義同權利要求8中所定義的，t為0或1，每個Lv是可置換的離去基，在與通式X或XI的第2個化合物進行共軛之前，一個可以先保護起來；(c)將通式X表示的化合物轉化成相應的酰氯并與合適的二胺反應；(d)使通式V表示的化合物或其螯合物進行金屬配位或過渡金屬配位；(e)轉化通式V表示的化合物或其螯合物成為其堿或酸加成鹽，或將鹽轉化為游離酸或堿；以及(f)使用保護官能基的試劑完成上述步驟(a)～(d)中的一步，接著除去保護基。
14.產生人或非人動物體放大圖像的方法，該方法包括向所說的身體投施有效量的診斷劑，該診斷劑包括權利要求1中定義的通式V化合物的金屬螯合物或其鹽，并且在所說的螯合物分布到的所說身體的至少一部分產生圖像，其中所說的金屬是順磁性的、放射性的或X-射線不透的。
15.在人或非人動物體上實施的放射治療方法，該方法包括向所說身體投施有效量的螯合物，該螯合物是放射性金屬類與按權利要求1定義的通式V的螯合劑或其鹽的螯合物。
16.在人或非人動物體上實施的重金屬解毒方法，該方法包括將有效量的按權利要求1定義的通式V螯合劑或其生理上允許的鹽或弱的配合物投施于所說的身體。
17.本發明的金屬螯合物的制備方法，該方法包括在溶劑中使按權利要求1定義的通式V化合物或其鹽或螯合物與至少一種微溶的所說金屬的化合物進行混合。
全文摘要
本發明涉及雙螯合劑，尤其是具有由含酯或酰胺鍵的橋連接的兩個大環的螯合劑基的化合物，特別是通式(V)表示的化合物和其鹽和金屬螯合物(式中每個可以相同或不同的X是NZ、O或S，至少兩個X是NZ；每個Z是基團R
文檔編號G01R33/28GK1136313SQ94194300
公開日1996年11月20日 申請日期1994年9月29日 優先權日1993年10月1日
發明者瓊·卡瓦爾霍, 杰雷·D·費爾曼, 艾倫·D·沃森, 邁克爾·庫 申請人:耐克麥德瑟魯塔公司