14-68Ga을(JE)

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병준 육
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1 Journal of Radiation Industry (4) : 5~9 (29) Review Paper Ga 을표지한포피린유도체의합성 이은선,2 박정훈 2 김상욱 2 이흥래 2 허민구 2 김인종 2 최상무 2 양승대 2 유국현, * 동국대학교화학과, 2 한국원자력연구원정읍방사선과학연구소 Synthesis of Ga Labelled Porphyrin Derivatives Eun Sun Lee,2, Jeong Hoon Park 2, Sang Wook Kim 2, Heung ae Lee 2, Min Goo Hur 2, In Jing Kim 2, Sang Mu Choi 2, Seung Dae Yang 2 and Kook Hyun Yu, * Department of Chemistry, Dongguk University, Seoul -75, Korea 2 Advanced Radiation Technology Institute, Korea Atomic Energy Research Institute, Jeongeup 58-85, Korea Abstract - Ga (t /2 = min) is suitable nuclide for imaging tumors using positron emission tomography (PET) due to easy production from Ge/ Ga generator without a cyclotron on site. Porphyrin has planar macrocycles incorporating four pyrrole rings joined by methine bridges. It has reported that Porphyrin can become localized in tumor tissue. Hence Ga labeled to porphyrin as a novel potential PET radiotracer will be promising effectively agent for tumor imaging in cancer. In this study, we synthesized [ Ga]Ga-hematoporphyrin dimethyl ester and [ Ga]Ga-protoporphyrin dimethyl ester. The radiochmical yield of [ Ga]Ga-hematoporphyrin dimethyl ester and [ Ga]Ga-protoporphyrin dimethyl ester were 24% and 8%, respectively. Key words : Ga, Hematoporphyrin dimethyl ester, Proporphyrin dimethyl ester 서 방사성동위원소발생장치 (generator) 는반감기가긴모핵종 (mother nuclide) 이붕괴하여짧은반감기를가진딸핵종 (daughter nuclide) 을얻어내는장치로사이클로트론의가동없이효율적으로진단용방사성동위원소를보급할수있는경제적이점이있다 (Velikyan et al. 25). Ga은 generator를통해얻는방사성동위원소로써반감기가 분으로킬레이트반응을통해합성하고표지 론 * Corresponding authors: Kook Hyun Yu, Tel , Fax , . yukook@dongguk.edu 조작이쉬워반감기로인한시간제약을받는방사성동위원소의약품합성에서큰장점을가지고있다. 또한 Ga을도입한방사성의약품은 [ 8 F]FDG의암진단영상과비교하여우수한암진단영상을얻을수있다고보고되어있다 (Tatu et al. 25). 포피린 (Porphyrin) 유도체는 4개의 pyrrole이 4개의 methine bridge로연결된구조를가진화합물로암세포에선택적으로축적이된다. 특히, 소수성포피린유도체는주로알부민과결합하여체내에분포하게되는데종양이있는부위는정상조직과달리염증반응이있어혈관투과성이증가하고림프액이풍부하여종양조직주위에많이분포하게된다 (Kim et al. 2; Brunner et al. 24; 5

2 6 이은선 박정훈 김상욱 이흥래 허민구 김인종 최상무 양승대 유국현 H H H H rthoformate Methanol, H 2, H 2 S 4 H H H H GaCl /pyridine H H H Ga H 2 H H (a) (b) Fig.. Synthesis of Ga-hematoporphyrin dimethyl ester (structures of hematoporphyrin dimethyl ester (a) and Ga-hematoporphyrin dimethyl ester (b)). Lee et al. 24). 포피린유도체는킬레이트리간드를이용하지않고직접포피린고리안에갈륨과같은금속이온을도입할수있으므로양전자방출핵종 Ga을포피린유도체에도입한복합체는 PET용암영상진단시약으로서응용이가능하다 (Robert et al. 985; Tammilmani et al. 26). 본연구의목적은 PET용암영상방사성의약품을개발하고자포피린유도체중암세포에축적이잘되는헤마토포피린다이메틸에스터 (hematoporphyrin dimethyl ester) (a) 와프로토포피린다이메틸에스터 (protoporphyrin dimethyl ester) 에 Ga을도입한 [ Ga] 갈륨-헤마토포피린다이메틸에스터 (a) 와 [ Ga] 갈륨-프로토포피린다이메틸에스터 (4a) 를합성하였다. 재료및방법. 시료준비본연구에사용된합성시약들은알드리치 (Aldrich) 사와시그마 (Sigma) 사특급시약을정제없이사용하였다. 박층크로마토그래피전개판은머크사 (Merck) 의 silica gel 6 F-254 ( 층두께.25 nm) 를사용하였으며중력컬럼크로마토그래피용실리카젤은머크 (Merck) 사의 Silica Gel 6 ( 입자크기.6~.2 nm, 7~2 mesh AMTM) 을사용하였다. 2. 기기수소핵자기공명스펙트럼은 5 MHz FT-MR JEL ECA-5 Spectrometer를이용하여 TMS (tetramethyl silane) 을기준 ( ppm) 으로하여얻었다. 자외선-가시광선스펙트럼은 Varian사의 Cary 5 UV-Vis spectrophotometer를 이용하였다. 방사성동위원소 Ga은 bninsk사 Ge/ Ga generator를통해염화갈륨 (III) 으로얻었다. 방사성박층크로마토그램은 Bioscan사의 AR-2을사용하여측정하였다. 질량스펙트럼은 JEL사의 JMS 6 을사용하여얻었다.. 비교물질의합성 ) 갈륨-헤마토포피린다이메틸에스터 (b) 의합성 () 헤마토포피린다이메틸에스터 (a) 의합성헤마토포피린 5 mg (~5%,.48 mmol) 을오쏘포메이트 (orthoformate) 25 ml와메탄올 25 ml에녹인다. 진한황산 5ml을천천히가하여실온에서 45분동안교반후박층크로마토그래피로반응이종결됨을확인한후증류수로묽힌후수산화나트륨으로 ph 4.5가되도록맞췄다. 디클로로메탄을혼합하여유기층을분리하여증류수로두번씻어준뒤유기층만을모아서용매를감압증류하여제거하고잔여물을컬럼크로마토그래피로분리하여생성물헤마토포피린다이메틸에스터 (a) 를얻었다. Yield : 4% ( mg,.8 mmol), R f =.4 (methylene chloride : methanol= : ) H MR (5 MHz, d 6 - DMS) : δ.69,.,.7,.5 (s, 4H, =), 6.52 (s, 2H, H), 6.7 (q, 2H, =C), 4. (m, 4H, =C 2),.69 (s, 6H, ),.55 (m, 2H, =C),.26 (m, 4H, 2C 2), 2.4 (d, 6H, ), -4. (s, 2H, H). (2) 갈륨-헤마토포피린다이메틸에스터 (b) 의합성헤마토포피린다이메틸에스터 (a) 2 mg (.2 mmol) 을피리딘 ml를반응플라스크에녹여과량의염화갈륨 (gallium chloride (III)) 을가한후온도를 C 로유지하면서교반하여 시간동안환류를시켰다. 박층크로마토그래피로반응이종결됨을확인한후용매를감압

3 Ga 을표지한포피린유도체의합성 7 H H H Ga H 2 GaCl /pyridine (2a) Fig. 2. Synthesis of Ga-protoporphyrin dimethyl ester. 증류하여제거하고잔류물을증류수로두번씻어준후컬럼크로마토그래피로분리하여생성물갈륨-헤마토포피린다이메틸에스터 (b) 를얻었다. Yield : 2% (4.9 mg,.67 mmol), R f =.56 (methylene chloride : methanol= 8.5 :.5) H MR (5 MHz, d 6 -DMS) : δ.86,.84,.42,.4 (s, 4H, =), 6.59 (s, 2H, H), 6.2 (q, 2H, =C), 4.47 (m, 4H, =C 2),.7 (m, 2H, =C),.5 (s, 6H, ),.28 (m, 4H, 2C 2), 2. (d, 6H, ). 2) 갈륨-프로토포피린다이메틸에스터 (2a) 의합성프로토포피린다이메틸에스터 2 mg (.4 mmol) 을피리딘 ml를반응플라스크에녹여과량의염화갈륨 (gallium chloride (III)) 을가한후온도를 C 로유지하면서교반하여 시간동안환류를시켰다. 박층크로마토그래피로반응이종결됨을확인한후용매를감압증류하여제거하고잔류물을증류수로두번씻어준후컬럼크로마토그래피로분리하여생성물갈륨-프로토포피린다이메틸에스터 (2a) 를얻었다. Yield : 4% (. mg,.48 mmol), R f =.62 (methylene chloride : methanol= 8.5 :.5) H MR (5 MHz, d 6 -DMS) : δ.58,.52,.5,.44 (s, 4H, =), 8.6 (m, 2H, =C), 6.5~ 6.26 (d, 2H, = 2), 4.47 (m, 4H, =C 2),.69~.82 (m, 8H, =C, ),.22 (m, 4H, 2C 2). ) 방사성동위원소 Ga의표지반응 () [ Ga] 갈륨-헤마토포피린다이메틸에스터의합성 [ Ga]GaCl 가 mci가들어있는반응용기에피리딘용매에녹아있는 4 ppm의헤마토포피린다이메틸에스터 (a) ml를넣고온도를 C 로유지하면서교반하여 시간동안가열하였다. 표지화합물의합성을방사성박층크로마토그래피 (Radio TLC) 를통하여확인하였다. 그결과24% 의 [ Ga] 갈륨-헤마토포피린다이메틸에스터를얻었다. TLC (methylene chloride : methanol=8.5 :.5) R f =.58. (2) [ Ga] 갈륨-프로토포피린다이메틸에스터의합성 [ Ga]GaCl 가 mci가들어있는반응용기에피리딘용매에녹아있는 4 ppm의프로토포피린다이메틸에스터 ml를넣고온도를 C 로유지하면서교반하여 시간동안가열하였다. 표지화합물의합성을방사성박층크로마토그래피를통하여확인하였다. 그결과 8% 의 [ Ga] 갈륨-프로토포피린다이메틸에스터를얻었다. TLC (methylene chloride : methanol=8.5 :.5) R f =.64. 결과및논의포피린유도체는대형고리화합물로수소핵자기공명스펙트럼에서특징적인화학적이동 (chemical shift) 을보이는데이것을고리전류효과 (ring current effect) 때문이다. 고리전류효과는파이-전자 (π-electron) 의영향으로자기장이유발되어화학적이동이크게가려진 (shield) 높은장 (up field) 에서나타나거나적게가려진 (deshield) 낮은장 (down field) 에서나타난다. 먼저에스터반응을통해합성한헤마토포피린다이메틸에스터는고리전류효과로인해포피린고리안에위치한아민수소는크게가려져높은장인 -4. ppm의피크에서나타나게된다. 고리안쪽과바깥쪽은정반대의자장선이지나가기때문에고리바깥쪽에위치한수소 4개는적게가져진낮은장인.86,.84,.42,.4 ppm의위치에서피크를보이게된다. 고속원자충돌질량분석기스펙트럼에서합성한헤마토포피린다이메틸에스터를예측한분자량 627의피크에서확인하였고합성수율은 4% 이다. 합성한갈륨-헤마토포피린다이메틸에스터 (b) 는갈륨

4 8 이은선 박정훈 김상욱 이흥래 허민구 김인종 최상무 양승대 유국현 Abs.2.8 (A) λ max=95 λ max=95 λ max=45 HP HP-Me Ga-HP-Me Cnts [ Ga]GaCl H H H Ga H Abs nm (B) λ max=95 λ max=45 PP-Me Ga-PP-Me nm Fig.. UV-Vis specta of hematoporphyrin (HP), hematoporphyrin dimethyl ester (HP-Me) and Ga-hematoporphyrin dimethyl ester (Ga-HP-Me) (A), UV-Vis spectra of protoporphyrin dimethyl ester (PP-Me) and Ga-protoporphyrin dimethyl ester (Ga-PP-Me) (B). 과포피린고리안의아민수소가결합하여형성하는데그결과로고리전류효과로인해크게가려졌던 -4. ppm의아민수소가사라진것을통하여반응을확인하였다. 포피린은좋은파이-전자주개 (π-electron donor) 로갈륨과킬레이트결합을형성하면포피린고리와인접한위치의수소들이적게가려진낮은장으로화학적이동을한다. Fig. (A) 에서나타낸갈륨-헤마토포피린다이메틸에스터의자외선-가시광선분광광도계스펙트럼을보면헤마토포피린및헤마토포피린다이메틸에스터의흡수는포피린고리오비탈의 π에서 π* 로전자의들뜸을수반하여색깔을띤다. 4 nm에서이차들뜸상태 (S S 2) 의강한전이와 5 nm에서일차들뜸상태 (S S 2) 의약한전이는π-π* 전이로최고점유분자궤도함수 (Highest occupied molecular orbital, HM) 와최저점유분자궤도함수 (Lowest occupied molecular orbi-tal, mm Fig. 4. Radio TLC of Ga-hematoporphyrin dimethyl ester. Cnts [ Ga]GaCl H2 Ga H mm Fig. 5. Radio TLC of Ga-protoporphyrin dimethyl ester. LM) 의경계궤도함수 (Frontier orbitals) 로설명될수있다. 갈륨-헤마토포피린다이메틸에스터 (b) 의흡수에서포피린리간드에서갈륨 (III) 으로전하가이동하는리간드 금속전하이동 (Ligand-to-metal charge transfer) 에의해최대흡수파장이 95 nm에서 45 nm로이동함을알수있다. 질량분석시에축에위치한하이드록시기와물분자는떨어져나가기쉽기때문에 69의피크에서하이드록시기와물분자가떨어져나간갈륨-헤마토포피린다이메틸에스터 (b) 의분자량을보였다. 7 의질량피크에서물분자가떨어져나가고하이드록시기만남아있는분자의피크와 728의질량피크에서하이드록시기와물분자가배위된분자량을확인하였고합성수율은 2% 이다. 프로토포피린다이메틸에스터가갈륨과결합하여고리전류효과로인해크게가려졌던 -4. ppm의아민수소가사라진것을통하여반응을확인하였다. Fig. (B) 에서나타낸자외선-가시광선분광광도계에서포피린에포함된금속물질과전하이동착체형성의결과로프로토 2 2

5 Ga 을표지한포피린유도체의합성 9 포피린다이메틸에스터의최대흡수파장 95 nm에서갈륨-프로토포피린다이메틸에스터 (2a) 의최대흡수파장 45 nm로이동한것을통하여킬레이트반응을확인하였다. 합성한갈륨-프로토포피린다이메틸에스터 (2a) 도갈륨-헤마토포피린다이메틸에스터 (b) 와마찬가지로하이드록시기와물분자가떨어져나간분자량 657의질량피크를확인하였다. 물분자가먼저떨어져나가고축에하이드록시기가배위된 674의질량피크를보였고합성수율은 4% 이다. [ Ga] 갈륨-헤마토포피린다이메틸에스터의합성은방사성동위원소발생장치에서. 염산으로용출하여얻은 mci의 [ Ga]GaCl 로반응하였으며나머지실험방법은비교물질과동일하다. Fig. 4에서나타낸방사성박층크로마토그래피를통하여반응의진행을확인하였고.58의머무름값을얻어비교물질과동일하다는것을확인하여 [ Ga] 갈륨-헤마토포피린다이메틸에스터를방사화학적수율은 24% 로합성하였으며반응하지않은 [ Ga]GaCl 의피크는방사성박층크로마토그래피전개판 5 mm 부근에서나타났다. [ Ga] 갈륨-프로토포피린다이메틸에스터의합성도방사성동위원소발생장치에서. 염산으로용출하여얻은 mci의 [ Ga]GaCl 로반응시켰으며비교물질과동일하게실험을진행하였다. Fig. 5에서나타낸방사성박층크로마토그래피를통하여반응의진행을확인하였고.64의머무름값을얻어비교물질과동일하다는것을확인하여 [ Ga] 갈륨-프로토포피린다이메틸에스터를방사화학적수율 8% 로얻었다. 결론 PET용암영상시약을개발하기위해 Ga을도입한 [ Ga] 갈륨-헤마토포피린다이메틸에스터 ([ Ga]Gahematoporphyrin dimethyl ester) (a) 와 [ Ga] 갈륨-프로토포피린다이메틸에스터 ([ Ga]Ga-protoporphyrin dimethyl ester) (4a) 를각각 24%, 8% 의방사화학적수율로합성하였다. 합성한 Ga 표지화합물을이용하여 in vivo 및 in vitro 연구를진행중이며앞으로 PET 진단시약으 로응용되리라사료된다. 사 본연구는 29년정부출연금 ( 기본사업 ) 의지원으로이루어졌으며, 이에고마움을전합니다. 사 참고문헌 Brunner H, Alndt M amd Treittinger B. 24. Porphyrin platium conjugates-new aims. Inorganica Chimi Acta 57: Kim YS, Song R, Kim DH, Jun MJ and Sohn YS. 2. Synthesis, biodistribution and antitumor activity of hematoporphyrin-platinum (II) conjugates. Bioorg. Med. Chem. : Lee YS. 24. Photodynamic therapy in head and neck malignancy. J. Clinical tolaryngol 5: Robert B, Steven B and Sidneyr U Attempts at tumor localization 64 Cu-labelled copper porphyrins. Cancer : Tammilmani V, Yee KKL, Heng PWS, Soo KC and live M. 26. A study comparing endogenous protoporphyrin IX induced by 5-ALA and ALA-methyl ester with exogenous PpIX and PpIX dimethyl ester in photodynamic diagnosis of human nasopharyngeal carcinoma xenografts. Int. J. ncol. 29: Tatu JM, Petteri L, Tiina P, Jari J, Hannu TA and Anne R. 25. Comparison of 8 F-FDG and Ga PET Imaging in the Assessment of Experimental steomylitis due to Staphyococcus aureus. Eur. J. ucl. Med. Mol. Imaging. 2: Velikyan I. 25. Synthesis, characterization and application of Ga-labelled macromolecules. Digital Comprehensive Summaries of Uppsala Dissertations from the Faculty of Science and Technology 7:-72. Manuscript Received: December, 29 Revision Accepted: December 6, 29

36 Chap 20 : Conjugated Systems 20.1 Stability of Conjugated Dienes Diene : 2 개의 C=C 이중결합을가진화합물 C 1,4-Pentadiene 1,3-Pentadiene 1,2-Pentadiene (unconj

36 Chap 20 : Conjugated Systems 20.1 Stability of Conjugated Dienes Diene : 2 개의 C=C 이중결합을가진화합물 C 1,4-Pentadiene 1,3-Pentadiene 1,2-Pentadiene (unconjugated diene) (conjugated diene) (cumulated diene)