FR 2637895 A1 19900420 FR 8813585 A 19881014 La présente invention concerne de nouveaux ligands cycliques azotés et des complexes métalliques formés par ces ligands, les applications de. ces com- plexes en imagerie par résonance magnétique, en ra- diologie par rayons X et comme agents de déplacement chimique in vivo. L'invention concerne également un-procédé de préparation de ces ligands. L'invention a ainsi pour objet des ligands de formule o R R C -CH CH- C 12 N- R - N 13 R3 R1 I R R 0 N- R -N 0 I 2 1 2 C- CH CH- C RX/ R5 R5 1 dans laquelle R1 représente un radical de formule -(CH -CH - CH - 2 I l R6 RT R étant choisi parmi un groupe alkyle en C -C un R 1 1e8sneunrdcld groupe hydroxyalkyle en C 1-C6 et un groupe polyhy- droxyalkyle en C -C !! m = 0 ou 1. R6 étant choisi parmi un atome d'hydrogène. un groupe alkyle en C1-C14 uh groupe hydroxyalkyle en Cl-C6 et un groupe polyhydroxyalkyle en C1-C6, R2, R3. R4 identiques ou différents représentent un radical de formule -CH-CH- R8 R 8 9 R8. R9 identiques ou différents étant choisis parmi un atome d'hydrogène, un groupe alkyle en C1-C14, une groupe hydroxalkyle en C I-C6 et un groupe polyhydro--- xyalkyle en C -C6, R5 est choisi parmi un atome d'hydrogène, un groupe alkyle en C1-C, un groupe hydroxyalkyle en C -C et 1 14' 1 6 un groupe polyhydroxyalkyle en C -C6, R10, R, R12 R13 sont choisis indépendamment l'un de ' il, 12' 13 l'autre parmi les groupes hydroxy et les groupes de formule -N-R1 R15 R14 et R15 identiques ou différents étant choisis parmi un atome d'hydrogène, un groupe alkyle en C1-C 4, une groupe hydroxalkyle en C -C et un groupe polyhydroxyalkyle en C -C6 1 6' au moins l'un des groupes R10, Rl, R12 et R13 étant un groupe de formule -N-R1 R15 ainsi que leurs sels. Les ligands de formule I peuvent être prépa- rés par réaction des composés de formule R R,5 c HOOC-CH CH -COU I R3 1 N--- R --N HOOC -CH CH - COOi R IR5 R5 R dans laquelle R1, R2, R3, R4, R5 ont la signification donnée précédemment, avec une amine de formule H-N- R I 14 R15 III R14 et R15 ayant la signification donnée précédemment. La r-éaction peut être effectuée notamment en milieu aqueux en présence d'un réactif de couplage tel 10. que ceux utilisé pour la synthèse de peptides, et éventuellement en présence de catalyseurs tels que des dérivés de pyridine. Les composés de formule II peuvent être pré- parés par réaction d'un composé de formule X -CH - COOH III R dans laquelle R à la signification donnée ci-dessus et X représente un groupe labile tel qu'un atome de chlore, de brome ou d'iode ou un groupe tosyloxy ou mésyloxy, avec une amine cyclique dr fc.-mule H H I! 1 N_ R N R4 -N - N -- _U ,R2 I Iv R3 p1 Ad dans laquelle R, R3, R4, ont la signification donnée précédemment. Les ligands de formule II peuvent être éga- lement préparés selon une réaction de Strecker. par réaction sur une amine cyclique de formule IV d'un aldéhyde de formule. R5- CH0 V dans laquelle- R5 a la signification donnée précédem- ment, en présence d'acide cyanhydrique ou plus géné- ralement d'ions cyanure (KCN, NaCN). Les composés de formule IV peuvent être préparés a) par réaction d'une polyamine de formule R' R'HN R4 N - R- NHR' VI dans laquelle n, R1 et R4 ont la signification donnée précédemment et R' représente un groupe tosyle, mésyle ou benzene sulfonyle avec un composé de formule X - R2 - N -R - X VII R dans laquelle R2, R3 et R' ont la signification donnée précédemment et X représente un groupe labile tel qu'un groupe tosyloxy, mésyloxy ou un atome de chlore, de brome ou d'iode, ou b) par réaction d'une diamine de formule R'HN - R - NH - R' VIII dans laquelle R et R' ont la signification donnée précédemment. avec un composé de formule R' R' I t X- R4 - N --R3 - N R2 X IX Cette réaction de cyclisation est réalisée avantageusement en présence d'un catalyseur de trans- fert de phase. Les polyamines de formule VI peuvent être obtenues à partir de dihydroxylamines selon le schéma suivant: H HO- R - R - OH X v R'C1/pyridine R' R'O R4 -N - R1 - OR' xi 4 1 1 NaN3/CH3CN/H20 R' N3 - R4 -N - R1 - N3 XII I Réduction H2 Pd/C R' H 2N R4 N -R -NH XIII I R'Cl/pyridine R' R'HN - R4 N - R1 - NHR' VI En variante on peut faire réagir sur les composés de formule XI le phtalimide et effectuer une hydrazinolyse pour passer des composés de formule XI aux composés de formule XIII. La présente invention a en outre pour objet des complexes formés par les ligands de formule I avec des ions métalliques choisis parmi les ions des lan- thanides (numéros atomiques 57 à 71). les ions des métaux de transition (numéros atomiques 21 à 29) no- 2+ 3+ 3+ tamment Mn, Fe et Cr, et les ions des métaux de numéros atomiques 55. 56, 82 et 83, ainsi que les sels de ces complexes avec des bases minérales ou organi- ques pharmaceutiquement acceptables ou des aminoacides basiques. Dans ces complexes les ions métalliques sont de préférence les ions des lanthanides choisis parmi le gadolinium, l'europium, le dysprosium, et les ions des métaux de transition choisis parmi le fer (Fe 3+, le manganèse (Mn 2+) et le chrome. Comme exemples de sels on peut citer ceux formés avec l'hydroxyde de sodium, la N-methylgluca- mine, la diéthanolamine, la lysine et l'arginine. Les complexes peuvent être obtenus par réac- tion des ligands avec un sel ou un oxyde des métaux dans un solvant aqueux et éventuellement neutralisa- tion pour former un sel. Il va de soi que la présente invention en- globe non seulement les ligands de formule I et les complexes précédemment définis sous forme de mélange racémique mais également les stéréoisomères de ces ligands et complexes. Les complexes selon l'invention peuvent en outre être liés à une macromolécule qui est suscepti- ble de se fixer préférentiellement sur un organe. C'est ainsi que les complexes selon l'invention peu- vent être liés à des protéines et notamment des an- ticorps. Ils peuvent en outre être greffés ou en- capsulés notamment dans des liposomes. Les complexes selon l'invention formés par les ligands de formule I avec des ions paramagnétiques et leurs sels avec des bases pharmaceutiquement accep- tables peuvent être utilisés comme agent de contraste en imagerie par résonance magnétique et notamment avec le dysprosium, comme agent de déplacement chimique in vivo. Les complexes selon l'invention formés par des ligands de formule I avec des ions des lanthanides {numéros atomiques 57 à 71) ou des ions des métaux de numéro atomique 55, 56, 82 et 83 et leurs sels avec des bases pharmaceutiquement acceptables peuvent être utilisés comme produits de contraste en radiographie par rayons X. A cet effet, on préfère en particulier les complexes formés avec les ions des métaux suivants : Gd, Er, Dy, Tb, Ce, La, Ba et Cs. La présente invention a en conséquence éga- lement pour objet une composition de diagnostic admi- nistrable à l'homme caractérisé en ce qu'elle comprend au moins un complexe formé par un ligand de formule I avec des ions métalliques choisis parmi les ions des lanthanides, les ions des métaux de transition et les ions des métaux de numéro atomique 55, 56, 82 et 83, ainsi que les sels de ces complexes avec des bases minérales, ou organiques, pharmaceutiquement accepta- bles ou des aminoacides basiques. Ces compositions peuvent être constituées notamment par des solutions dans un solvant aqueux physiologiquement acceptable d'un complexe selon l'invention. Les compositions de diagnostic selon l'in- vention peuvent être administrées: B - par voie parentérale dont la voie intra- veineuse. la voie intra-artérielle, la voie intra- lymphatique, la voie sous cutanée - par voie orale - par voie sousarachnoïdienne - par voie intrabronchique sous forme d'aé-- rosol - par voie intraarticulaire - - localement pour la visualisation des cavi- tés (par exemple utérus). En imagerie par résonance magnétique, les doses sont très variables selon les voies d'adminis- tration. Pour la voie intraveineuse ou intra-arté- rielle, la dose est d'environ 0,01 à 2 mM/kg. Pour la voie orale cette dose peut aller jusqu'à 10 mM/kg. Pour les autres voies d'administration, les doses utiles sont généralement inférieures à 1 mM/kg et même généralement pour la voie sousarachno dienne inférieure à 0,05 mM/kg. Dans l'utilisation comme agents de dépla- cement chimique in vivo et comme agent de contraste en radiologie par rayons X les doses sont les mêmes, sauf par la voie intraveineuse ou intra-artérielle o les doses peuvent être inférieures ou égales à 5 mM/kg. En outre, les complexes selon l'invention formés par les ligands de formule I avec des ions radioactifs ainsi que leurs sels avec des bases phar- maceutiquement acceptables peuvent être utilisés comme agents de diagnostic ou de thérapie en médecine nu- cléaire. Des exemples d'ions radioactifs sunt des ra- dioisotopes d'éléments tels que le cuivre, le-cobalt, le gallium, le germanium, l'indium et surtout le tech- nétium (Tc 99 m). Les exemples suivants illustrent la prépa- ration des composés selon la présente demande. Dans ces exemples: - Les spectres RMN ont été réalisés sur un appareil Varian EH 360 à 60 MHz avec le TMs comme référence interne. Le solvant est CDCl3 sauf indi- cation contraire. - Les spectres IR ont été réalisés sur un appareil Perkin-Elmer.1320, Les spectres des solides 10. sont enregistrés sous forme de pastilles de KBr. Dans le cas des liquides (huiles) ils sont enregistrés sans solvant. - Le terme "tampon" utilisé lors de la chro- matographie sur couche mince désigne-un mélange NH4 OH 1,5 M et (NH4)2CO3 1,5 H. Les poihts de fusion ont été enregistrés sur banc Kofler. - Les termes utilisés lors des dosages en cours de complexation:"absence de Gd3 libre et de ligand libre" s'entendent dans les limites de détec- tion des méthodes utilisées c'est-à-dire ppm pour Gd et ligand respectivement. Exemple 1 - Préparation du monopropionamide de l'acide méthvl-1.4.7,10-tétraazacvclododécane-N.N'.N".N"'- tétraacétique.. A - Préparation de l'acide 2-méthvl-1.4.7,1O-tétraaza- cvclododécane-N.N'N",N"'-tétraacétiaue a) Préparation du N,N'-ditosyl-1,2-diamino- propane. Dans un ballon tricol de I 1 équipé d'une agitation magnétique, d'un thermomètre et d'une garde à chlorure, 14,8 g du 1,2-diaminopropane sont solubi- lisés dans 500 ml de CH2Cl2 et 58 cm de Et3N. En une heure, 80 9 de chlorure de tosyle sont introduit par portions. Il est nécessaire de refroidir à l'aide d'un bain de glace pour maintenir une température de 2O'C. Le mélange réactionnel est ensuite agité uneÀ nuit à température ambiante. Le mélange réactionnel est transferré dans une ampoule à décanter de 1 1 puis lavé avec 2 x 250 cm d'eau. La fraction organique est séchée sur Na2SO4, évaporée à sec, puis cristallisée dans l'éther isopro- pylique. Masse obtenue = 66 g Rdt = 86 Z Point de fusion = 98/100'C RMN 1 ppm doublet (3H) 3.1 ppm massif (1 H) 2,4 ppm singulet (6H) 5,5 ppm singulet échangeable (2H) 2,9 ppm doublet (2H) 7,1 à 7,8 ppm aromatique (8H) CCM SiO2 éluant CH2Cl2 90 Rf = 0,75 MeOH 10 b) Préparation du NN'-ditosyl-bis (2-tosy- loxyethyl) éthylène diamine. Dans un ballon tricol de 500 cm équipé d'un thermomètre, d'une garde à chlorure et d'une agitation magnétique, une solution de 162g de chlorure de tosyle dans 300 ml de pyridine est refroidie à O'C, à l'aide 3D d'un bain de glace et sel. A cette température, en 2 h. 29,6g de bis (2-hydroxyéthyl) éthylènediamine sont ajoutés par por- tions. La température ne do-t à aucun moment, excéder 'C. Le mélange réactionnel est agité 4 h à cette tem- pérature, laissé 48 h à 6/8 C au réfrigérateur puis 4h à température ambiante. Le mélange réactionnel est jeté sur 1 1 de glace + eau et 300 ml d'HCl concentré. Le produit est extrait avec 500 ml de CH2Ci2. Cette phase organique est séchée sur Na2SO4 puis évaporée à sec. Le résidu est repris à chaud dans 250 cm d'éthanol. Le produit cristallise. Il est essoré sur verre fritté, séché à -C 48 h. Masse obtenue = 107,5 g Rdt = 701Z Point de fusion = 138/140-C RMN 2,4 ppm singulet (12 H) 3,3 ppm singulet + triplet (8 HI 4,2 ppm triplet (4 H) 7,2 à 7,8 ppm massif (16 H) CCM Plaque SiO éluant toluène 80 Rf = 0,6 acétone 20 c) Préparation du N,N',N",N"'-tétratosyl-- 2-méthyl-1, 4,7,10-tétraazacyclododécane. Dans un ballon tricol de 1 1, une solution de 17.5 g de N,N' ditosyldiamino 1,2-propane dans 500 ml de DMF sec, est agitée 1/4 d'heure à température ambiante. 33 g de Cs2CO3 préalablement pulvérisés sont ajoutés en suspension à cette solution. Cette suspen- sion est portée à 55-C à l'aide d'un bain d'huile -sous atmosphère inerte. A cette température, et en 2 h. une solution de 35 g de N,N'-ditosyl-bis (2-tosyloxyethyl) éthylène diamine dans 200 cm3 de DMF est ajoutée goutte à gout- te. Après la fin de l'addition, le chauffage est pour- suivi pendant 48 h. Le DMF est ensuite éliminé par distillation sous vide. Le résidu est repris dans un mélange eau/CH2Cl2. La phase organique est séchée sur Na2SO 4. Le solvant est éliminé par distillation à l'évaporateur rotatif. Le résidu est agité à chaud, dans 200 ml d'acétate d'éthyle. Le produit attendu cristallise. Il est essoré, puis séché à 60'C, sous vide 24 h. Masse obtenue. = 22,5 g Rendement = 61 ' Point de fusion = 274/275'C RMN I ppm doublet (2 H) 2,2 ppm singulet (12 H) 3 à 3,8 ppm massif (15 H) 7,2 à 7.9 ppm massif (16 H) aromatique CCM SiO éluant toluène = 80 Rf = 0,56 acétone = 20 d) Préparation du 2-méthyl-1,4,7,10-tetra- azacyclododecane. Dans un tricol de I 1 équipé d'un thermomé-- tre, d'un ballon d'argon et d'une agitation magnéti- que, une solution de 72,5 g du composé obtenu en c) dans 300 ml d'H2SO4 à 98Z est chauffée à 100'C pendant 48 h à l'aide d'un bain d'huile sous atmosphère iner- te. Le mélange réactionnel est refroidi à tempé- rature ambiante et additionné en 1 h à 800 ml d'Et20 refroidi à O@C, à l'aide d'un bain d'éthylène glycol et de carboglace. Le sulfate très hygroscopique précipite. Il est essoré soigneusement sous azote sur un verre frit- té, puis solubilisé rapidement dans 200 ml d'eau. Cet- 13 - te solution est alcalinisée (NaOH en pastilles) puis extraite avec 5 x 100 ml'de CH2Cl2. Les phases organiques réunies sont séchées sur Na2S04 puis évaporées à sec pour conduire à 15 g de produit brut très visqueux qui cristallise dans le temps. Rendement = 90X RMN CDCI3 1,1 ppm doublet (2 H) Spectre dans + D20 2,7 ppm 2 singulets en massif (19 H dont 4 échangeables) CCM Plaque Al 203 éluant BuOH 50 Rf = 0,8 HO20 25 ACOH 11 e) Préparation du complexe de l'acide 2-mé- thyl-1,4,7,tO-tétraazacyclododécane-N,N'-,N",N"'-tétra- acétique avec 2 KCl. Dans un ballon tricol de 250 ml, une solu- tion de 34 g d'acide chloroacétique, dans 150 Cm d'eau, est refroidie à 10*C, dans un bain de glace. A cette température, on ajoute de 20 g de potasse pour salifier l'acide. Le composé obtenu en d est ensuite solubi- lisé dans cette solution. Le mélange réactionnel est alors porté à 65*C à l'aide d'un bain d'huile-. A cette température, en 6 h. en maintenant le pH entre 8 et 10, une solution de 20 g de KOH dans 50 cm3 d'eau est additionnée précautionneusement. Le chauffage est ensuite poursuivi 72 heu- res, puis le milieu réactionnel est acidifié à pH = 2,5 à l'aide.d'HCl concentre. * Le complexe précipite. Il est essoré sur verre fritté, rincé avec 50 cm3 d'eau, puis séché à 'C 18 h à l'étuve. Masse obtenue = 30 g Rendement = 66 X Point de fusion > 300'C f) Purification de l'acide 2-méthyl-1,4,7,- -tétraazacyclododécane-1,4,7,10-tétraacétique. g de complexe obtenu en e sont mis en suspension en présence de 150 cm3 de résine IRA 958 préalablement régénérée. Après dissolution du complexe, cette sus- pension est placée en tête d'une colonne contenant 150 cm de résine IRA 958. L'élution est effectuée par une solution d'acide acétique à 5 Z dans l'eau. Les fractions contenant le produit attendu pur sont évaporées à sec afin d'éliminer entièrement l'acide acétique. Masse obtenue = 18,4 g Rendement = 89 Z Acidité = 100,3 Z (4 équivalents) dosage avec NaOH 0,1 M. CCM SiO2 éluant ACOET 12 Rf = 0,36 Isopropanol 35 NH3, H20 30 Spectre de masse FAB pic de mass.e à M + 1 = 419. B - Préparation du monopropionamide de l'acide 2-mé- thvl-1.4.7,10-tétraazacvclododécane-N.N'.N".N"'- tétraacétiaue L'acide 2-méthyl-1,4.7,10-tétraazacyclo- dodécane-N,N. , N"N"'-tétraacétique (59; 0,0119 mole) est solubilisé dans 50ml d'eau; à cette solution sont ajoutés 1,49 de diméthylaminopyridine (0,0119 mole) et 0,7g de propylamine (0,0118 mole). Quand le milieu réactionnel est homogène, 3,5g de chlorhydrate de 1-éthyl-3(3-diméthy-lamino- propylicarbodiimide ou EDCI (0,0178 mole) sont ajoutés par portions; le pH est maintenu constant entre 4,5 et ,0 pendant la première heure de réaction. La solution est laissée sous agitation à température ambiante pendant 24 heures. Puis celle-ci est placée en tête d'une colonne contenant 80 cm de résine IRA958 préalablement régénérée. L'élution est effectuée par une solution d'acide acétique à 5X dans l'eau. Les fractions contenant le produit attendu et le produit de départ n'ayant pas réagi sont éva- porées à sec afin d'éliminer entièrement l'acide acé- tique. Après redissolution du mélange dans l'eau. celui-ci est placé en tête d'une colonne contenant 100 cm de régime DOWEX lx8-400 préalablement régénéré. L'élution est effectuée par l'eau. Les fractions contenant le produit attendu sont évaporées à sec. Acidité: milieu hydroalcoolique 3 fonctions dosées 1 acidité forte: 97X 2 acidités faibles: 1911 CCM sur support SiO2 éluant: Acétate d'éthyle 12 Isopropanol 35 NH4OH 30 Rf = 0,5 RMN (Br cker AC 200 E>; TMS comme référence interne) dans DMSO 0, 83 ppm (t) CH3; 0,96-1,08 ppm (m) 5H CH2; 1,38-1;48 ppm (m) 2H CH2; 2,5 ppm (s) 2H CH2; 2,61- 3,48 ppm (m) 21H CH2. Exemple 2: Préparation d'une solution du complexe de gadolinium du monopropionamide de l'acide 2-méthyl- 1.4,7.10-tétraazacvclododecane - N N'.N".N"'-tétra- acétique On dissout 50 mmoles du composé obtenu à l'exemple 1 et 25 mmoles d'oxyde de gadolinium dans 250 ml d'eau bidistillée et dégazée à 70C. Au bout d'une journée, la complexation est terminée. On filtre sur une membrane millipore 0,22 rm et on évapore jus- qu'à la concentration maximale. REVENDICATIONS 1. Ligands de formule: o R R C H C /C-CH CH - C I -I 12 / N R4 N 13 R R C- CH CH - C R P R5 R5 dans laquelle R1 représente un radical de formule -(CH2)m - CH - CH - R R 8 7 R étant choisi parmi un groupe alkyle en C1-C18, un groupe hydroxyalkyle en C1-C et un groupe polyhy- droxyalkyle en C1-C m = 0 ou 1, R étant choisi parmi un atome d'hydrogène, un groupe alkyle en C1-C, un groupe hydroxyalkyle en C1-C et i 14' 1 B un groupe polyhydroxyalkyle en C1-C6, R2, R3, R4 identiques ou différents représentent un radical de formule -CH-CH- [ 1 R8 R R8. R9 identiques ou différents étant choisis parmi un atome d'hydrogéne, un groupe alkyle en C1-C14, une groupe hydroxalkyle en C1-C6 et un groupe polyhydro- xyalkyle en Cl-C6, R5 est choisi parmi un atome d'hydrogéne, un groupe alkyle en C -C4, un groupe hydroxyalkyle en C -C et 1 14' 1 6 un groupe polyhydroxyalkyle en C1-C6, R10, Ril, R12, R13 sont choisis indépendamment l'un de l'autre parmi les groupes hydroxy et les groupes de formule - N- R R14 et R15 identiques ou différents étant choisis parmi un atome d'hydrogène, un groupe alkyle en C1-C14, une groupe hydroxalkyle en C -C et un groupe polyhydroxyalkyle en C1-C6, au moins l'un des groupes R1l, Rl, R12 et R13 étant un groupe de formule -N--R R15 ainsi que leurs sels. 2. Composé selon la revendication 1 qui est le monopropionamide de l'acide 2-méthyl-1,4,7,10-té- traazacyclododécane-N,N',N",N"'-tétraacétique. 3. Procédé de préparation d'un composé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fait réagir un composé de formule R R HOOC-CH CH --COOtI N R4 II R1 R N N- R2 HOOC -CH CH -COOII I I R R5 dans laquelle R, R R3, R4, R ont la signification 1 2' 3- 4- donnée précédemment, avec une amine de formule H-N-R j 14 S R15 III R14 et R15 ayant la signification donnée précédemment. 4. Complexes formés par des ligands de for- mule I selon la revendication 1, avec des ions métal- liques choisis parmi les ions des lanthanides (numéros atomiques 57 à 71), les ions des métaux de transition (numéros atomiques 21 à 29) et les ions des métaux de numéro atomique 55, 56, 82 et 83, ainsi que les sels de ces complexes avec des bases minérales ou organi- ques pharmaceutiquement acceptables ou des aminoacides basiques. 5. Complexes selon la revendication 4, dans lesquels l'ion métallique est choisi parmi le gadoli- nium, l'europium, le dysprosium, le fer (Fe) et le manganèse (Mn 2) et le chrome. 6. Composition de diagnostic administrable à l'homme, caractérisée en ce q'elle comprend au moins un complexe selon l'une quelconque des revendications 4 et 5. 7. Composition selon la revendication 6, constituée par une solution dans un solvant aqueux du complexe.