Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Заявленный на 2022 год план работ полностью выполнен. Проведено детальное изучение литературы, посвященной координационной химии карбонильных комплексов технеция применительно к задачам ядерной медицины. С координационно-химической точки зрения рассмотрены работы по созданию радиофармпрепаратов на основе карбонильного ядра Tc(I). Подробно обсуждено координационное поведение ядра fac-Tc(CO)3: рассмотрены его кислотные свойства с точки зрения жесткости-мягкости по Льюису, кинетика и термодинамика комплексообразования с различными координационными группами, выявлены координационные предпочтения данного ядра, обсуждено взаимное влияние лигандов в координационной сфере fac-Tc(CO)3. Проведен сравнительный анализ возможных стратегий введения технециевой метки в биомолекулы “one-pot, prelabeling, postlabeling ”. Детально рассмотрены подходы “click-to-chelate and chelate-then-click”. Детально рассмотрены лиганды и комбинаций лигандов, используемых для введения фрагмента fac-Tc(CO)3 в различные биомолекулы. Рассмотрены типичные условия комплексообразования fac-Tc(CO)3 с этими лигандами, выходы и основные характеристики стабильности образующихся биоконъюгатов. Разработаны процедуры синтеза эфиров прямых и разветвленных жирных кислот (С11-С15), содержащих изоцианидную группу в ω-положении. Данные соединения выделены и охарактеризованы методами ИК и ЯМР спектроскопии. С использованием комплексов [ReCl(CO)5] и [TcBr(CO)5] в качестве исходных разработана процедура синтеза комплексов [M(CO)3(N^N)(MeOH)]ClO4. Данные соединения были охарактеризованы методами ИК спектроскопии и ВЭЖХ и использовались как прекурсоры для конъюгации с изоцианидами жирных кислот. Изучено комплексообразование трикаронильного фрагмента технеция(I) с комбинацией гетероциклических аминов (N^N = bipy, phen) и 2-этилизоцианоацетатом в качестве модельного соединения эфиров длинноцепочечных ω-изоцианкарбоновых кислот. Определены оптимальные параметры реакции (время, температура, растворитель). Продукты реакции, 2+1 трикарбонильные комплексы [Tc(CO)3(N^N)(2-этилизоцианоацетат)]X (X = Cl, ClO4), выделены в индивидуальном виде и охарактеризованы методами элементного анализа, ИК, УФ, и люминесцентной спектроскопии и ВЭЖХ. Молекулярная и кристаллическая структура комплексов [Тс(CO)3(bipy)(CNCH2COOEt)]ClO4 и [Тс(CO)3(phen)(CNCH2COOEt)]ClO4 определена методом рентгеноструктурного анализа. Установлено, что оба комплекса кристаллизуются в моноклинной сингонии (P21/n) с параметрами a 10.9153(6) Å, b 12.9014(7) Å,c 16.7887(10) Å, β 96790(1) oи a 10.9153(6) Å, b 12.9014(7) Å,c 16.7887(10) Å, β104.149(1) o соответственно. Молекулярная структура комплексов представляет собой почти правильный октаэдр с фациальным расположением карбонильных групп. Кристаллическая структура данных соединений построена из катионов [Тс(CO)3(N^N)(CNCH2COOEt)]+ между которыми находятся перхлоратные противоионы. Октаэдрические катионы упакованы таким образом, что изоцианидные лиганды соседних молекул ориентированы в противоположных направлениях. На основании результатов экспериментов, проведенных с модельным соединением разработана процедура синтеза 2+1 трикаробонильных комплексов технеция и рения [M(CO)3(N^N)(CNR)]ClO4 с изоцианидами жирных кислот. Процедура синтеза состоит из двух стадий. Первая стадия – синтез трикарбонильного комплекса с гетероциклическим бидентатным амином [M(CO)3(N^N)(MeOH)]ClO4 (N^N = bipy, phen). Вторая стадия – замещение лабильного метанольного лиганда на соответствующий изоциананид жирной кислоты. Используя данную процедуру получены 2+1 трикарбонильные комплексы технеция и рения [M(CO)3(N^N)(CNR)]ClO4 (M = Tc, Re; N^N = bipy, phen; CNR = CN(CH2)10COOMe, CN(CH2)4C(COOCH3)S(CH2)9CH3). Поскольку нам не удалось получить монокристаллы полученных 2+1 комплексов, вероятно из-за наличия длинного алифатического фрагмента, их характеризовали с помощью спектроскопических методов. ИК спектр комплексов в области валентных колебаний карбонильных групп имеет типичную трикарбонильную структуру: три интенсивных полосы в интервале от 2040 до 1940 см-1. Полоса изоцианидного фрагмента при 2214.1 см-1 сдвинута относительно полосы свободного лиганда в высокочастотную область примерно на 70 см-1, что однозначно указывает на координацию изоцианидной группы к металлу. Полоса средней интенсивности в области 1700 см-1 относится к валентным колебаниям сложноэфирной группы. Координацию электронодонорной изоцианидной группы подтверждают также данные спектроскопии ЯМР 1H. Смещения сигнала NC–CH2–в сильное поле при переходе от свободного лиганда к его рениевому комплексу однозначно указывает на координацию изоцианидного фрагмента. Мы установили, что технециевые комплексы с [Tc(CO)3(N^N)(CN(CH2)10COOMe)]ClO4 (N^N = bipy, phen) не подвергается трансхелатированию с гистидином, что предполагает их устойчивость в биологической среде.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Заявленный на 2023 год план работ полностью выполнен. В продолжение наших исследований по разработке химических основ применения «2+1» подхода (последовательное замещение лабильных лигандов в координационной сфере трикарбонильных комплексов технеция на бидентантный, а затем на монодентатный лиганд) для введения технециевой метки в молекулы жирных кислот нами был изучено конкурирующее влияние хлоридных ионов. Для этой цели была исследована кинетика реакции замещения этилизоцианацетатом хлоридного и водного/этанольного лигандов в комплексах [M(CO)3(N^N)X]n+ (M = Re, 99Tc; N^N = bipy, phen; X = H2O/EtOH, n = 1; X = Cl–, n = 0). Мы установили, что скорость замещения лабильных лигандов (вода, этанол) в безхлоридных комплексах технеция на изонитрил лишь немного выше, чем скорость замещения хлоридного лиганда. То есть для получения «2+1» трикарбонильных комплексов технеция с лигандами гетероциклического дииминового типа и изонитрилом предварительное удаление хлорид-иона не требуется. В случае рениевых аналогов данная разница становиться существенной и для синтеза [Re(CO)3(N^N)(CNCH2COOEt)]+ за время, определяемое требованиями приготовления радиофармпрепаратов, хлорид-ионы необходимо удалять из реакционной смеси. Из температурных зависимостей констант скоростей реакции первого порядка нами были рассчитаны энергии активации, энтропии и энтальпии активации для взаимодействия [МCl(CO)3(N^N)] и [M(CO)3(H2O,EtOH)]ClO4 с CNCH2COOEt в EtOH. Положительные значения энтропии активации указывают на диссоциативный механизм реакции замещения. Основываясь на результатах, полученных на макроколичествах технециевых и рениевых комплексов в качестве реперных соединений, мы перешли к разработке процедур синтеза следовых количеств аналогичных комплексов технеция-99m. Поскольку, используя элюат экстракционного генератора нам не удалось получить прекурсор [99mTc(OH2)3(CO)3]+ с высокой радиохимической чистотой, нам пришлось модифицировать литературную процедуру его синтеза. Модификация заключалась в существенном увеличении количества боранокарбоната натрия и проведения синтеза в атмосфере моноксида углерода. Радиохимически чистый [99mTc(CO)3(H2O)3]+ (Rf = 6.08 мин) выделяли из реакционной смеси с помощью препаративной ВЭЖХ. Нами также была определена минимальная концентрация изоцианидного лиганда, необходимая для полного связывания [99mTc(CO)3(H2O)3]+ в «2+1» трикарбонильный комплекс [99mTc(CO)3(N^N)CNCH2COOEt]+ в присутствии и отсутствии хлоридных анионов. Мы установили, что концентрация бидентатного лиганда 2,2'-бипиридина на уровне 10–3 М обеспечивает количественное образование [99mTc(CO)3BipyCl]. В присутствии хлорид ионов минимальная концентрация монодентантного лиганда (CNCH2COOEt) необходимая для количественного превращения данного комплекса в целевой «2+1» комплекс [99mTc(CO)3BipyCNCH2COOEt]+ составляет 10-3 М, а при отсутствии хлорид-ионов это значение может быть снижено до 10-4 М. Следующий этап нашей работы заключался в синтезе «2+1» трикарбонильных комплексов технеция-99m с изоцианидами жирных кислот с длинной углеводородной цепи от С11 до С15. В качестве прекурсора для этой работы мы использовали [99mTcI(CO)5]. Для синтеза [99mTc(CO)3(H2O)3]+ раствор [99mTcI(CO)5] нагревали при 99°С в течение 1 часа. Полученный раствор [99mTc(CO)3(H2O)3]+ использовали для синтеза «2+1» трикарбонильных комплексов с изоцианидами жирных кислот. Нами разработана процедура синтеза комплексов [99mTc(CO)3(N^N)(CNR)]+ (где CNR = CN(CH2)10COOMe (C11), CN(CH2)4C(COOMe)S(CH2)9CH3 (CNSR1R2) и CN(CH2)10CH(CH3)COOMe (C15)). Хроматографический анализ показал, что во всех случаях нам удалось получить один основной продукт с радиохимической чистотой от 82 до 94%. Липофильность полученных комплексов была определена путем измерения коэффициента распределения препарата между 1-октанолом и водой. На основании проведенных измерений получены следующие результаты: [99mTc(CO)3Bipy(С11)] log P = 1,02±0,03; [99mTc(CO)3Phen(С11)] log P = 1,24±0,04; [99mTc(CO)3Bipy(SR1R2)] log P = 0,72±0,02; [99mTc(CO)3Phen(SR1R2)] log P = 0,75±0,02; [99mTc(CO)3Bipy(С15)] log P = 1,27±0,04; [99mTc(CO)3Phen(С15)] log P = 1,61±0,05. Изучена устойчивость «2+1» комплексов к трансхелатированию с гистидином как на макроуровне, так и на уровне следовых количеств. Мы установили, что степень деградации комплексов составляет порядка 10-20%. В качестве альтернативной комбинации моно- и бидентатных лигандов для синтеза «2+1» трикарбонильных комплексов технеция мы изучили сочетание β-дикетонатов (ацетилацетон и гесафторацетилацетон) с трифенилфосфином. Фосфин-дикетонатные трикарбоильные комплексы технеция синтезировали в три стадии. На первой стадии мы получили тетракарбонилдикетонатные комплексы в инертном растворителе: [Tc(acac)(CO)4] и [Tc(hfa)(CO)4]. Тетракарбонильные комплексы имеют набор из четырёх полос в карбонильной области характерный для фрагмента Tc(CO)4 (CCl4, см-1: 2113,8 2025,1 1998,1 1951,8; и 2017.4, 2044.4, 1975.0, и 1951.8, соответственно). Полученные соединения обрабатывали метанолом с образованием трикарбонильных комплексов [Tc(дикетонат)(CO)3(MeOH)]. Затем мы изучали замещение лабильного метанольного лиганда на трифенилфосфин. Нам удалось выделить и охарактеризовать [Tc(acac)(CO)3(PPh3)] (МеОН, см-1: 2036.7 1944.1 1909.4). Все попытки кристаллизации данного комплекса приводили к образованию монокристаллов [Tc(acac)(CO)2(PPh3)2], пригодных для рентгеноструктурного анализа. Рентгеноструктурный анализ показал, что карбонильные лиганды находятся в цис-положении, а фосфиновые лиганды в трас-положении друг к другу. Таким образом, при использовании системы acac-PPh3 для введения трикарбонильного фрагмента в биомолекулы высока вероятность образования побочного дикарбонил-дифосфинового комплекса и данная система не подходит для создания радиофармпрепаратов. Для уменьшения вероятности образования дифосфинового комплекса мы взяли фторированный дикетон (гексафторацетилацетон), чей анион обладает существенно меньшей основностью. Действительно, синтезированный нами комплекс [Tc(hfa)(CO)3(PPh3)] оказался довольно устойчивым в растворе и не превращался в дифосфиновый продукт. Данное обстоятельство позволило выделить полученное нами соединение в виде монокристалла. Рентгеноструктурный анализ подтвердил, что синтезированное нами соединение является монофосфинтрикарбонильным комплексом [Tc(hfa)(CO)3(PPh3)]. При двухкратном избытке фосфинового лигада образуется дифосфиновый продукт. ИК спектр раствора полученного продукта в четыреххлористом углероде имеет характерную дикарбонильную структуру (1955,6 и 1878,5 см-1). Молекулярная структура цис-транс-[Tc(hfa)(CO)2(PPh3)2] в виде сольвата с CCl4 была определена методом рентгеноструктурного анализа. Таким образом, результаты наших исследований показали, что комбинация трифенилфосфина с β-дикетонатными анионами проявляющими сильно основные свойства непригодна для введения технецивой метки в виде трикарбонильного фрагмента в биомолекулы. Для этой цели нужно использовать фторированные дикетоны, анионы которых являются слабыми основаниями либо заменять фосфиновый лигнад на монодентатный лиганд с менее выраженными π-акцепторными свойствами.