(57)【要約】【課題】[11Ｃ]メチル化に適用できるような低濃度[11Ｃ]ＣＨ３Ｉ条件下でのｓｐ３炭素への高速メチル化を行なうことができる方法を提供することを解決すべき課題とする。【解決手段】本発明の高速メチル化法は、ＤＭＦ等の非プロトン性極性溶媒中において、アリル位又はベンジル位の炭素がボロン酸エステル化されたボロン酸エステル化合物とヨウ化メチルとを、一般式がＰｄ[ＰＲ１Ｒ２Ｒ３]２で示されるパラジウム錯体（ただし、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の三置換基のうち、少なくとも一つはアルキル基）及び塩基が存在する条件下でクロスカップリングさせることを特徴とする。非プロトン性極性溶媒には水が含まれていることが好ましい。Ｐｄ[ＰＲ１Ｒ２Ｒ３]２としては、例えばＰｄ[Ｐ（tert-Ｃ４Ｈ９）３]２等が挙げられる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
非プロトン性極性溶媒中において、アリル位又はベンジル位の炭素がボロン酸エステル化されたボロン酸エステル化合物とヨウ化メチルとを、一般式がＰｄ[ＰＲ１Ｒ２Ｒ３]２で示されるパラジウム錯体（ただし、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の三置換基のうち少なくとも一つはアルキル基）及び塩基が存在する条件下でクロスカップリングさせることを特徴とする高速メチル化法。
【請求項２】
前記非プロトン性極性溶媒はアミド系極性溶媒である請求項１に記載の高速メチル化法。
【請求項３】
前記反応溶媒には水が含まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載の高速メチル化法。
【請求項４】
前記塩基はアルカリ金属の炭酸塩及び/又はアルカリ金属のフッ化物である請求項１乃至３のいずれか1項に記載の高速メチル化法。
【請求項５】
前記パラジウム錯体はＰｄ[Ｐ（tert-Ｃ４Ｈ９）３]２であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか1項に記載の高速メチル化法。
【請求項６】
前記ボロン酸エステル化合物はベンジルボロン酸エステル及びその誘導体、並びに、シンナミルボロン酸エステル及びその誘導体、のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか1項に記載の高速メチル化法。
【請求項７】
ボロン酸エステル化合物のモル数はヨウ化メチルのモル数の４０倍以上とされていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか1項に記載の高速メチル化法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アリル位又はベンジル位の炭素がボロン酸エステル化されたボロン酸エステル化合物とヨウ化メチルとを短時間でクロスカップリングさせてメチル化を行なう、アリル位炭素又はベンジル位炭素の高速メチル化法に関する。本発明は、陽電子放射断層画像撮影（以下「ＰＥＴ」という）に使用するトレーサーの製造方法として好適に用いることができる。
【背景技術】
【０００２】
ＰＥＴ法は、ポジトロンを放出する短寿命放射性核種で標識された標識化合物を生体内に投与し、この標識化合物（以下「トレーサー」という）によって生じるガンマ線をＰＥＴカメラ（ガンマ線シンチレーターと光電子増倍管からなる検出器）によって計測して、その体内分布をコンピュータにより画像化する方法である。このＰＥＴ法は、核医学検査法として癌細胞などの腫瘍部位の特定、アルツハイマー病や脳梗塞などの診断、さらには鬱病などの精神疾患の診断や治療の評価や薬物の動態および薬効評価に用いられている。
【０００３】
ＰＥＴ法では、短寿命放射性核種である11Ｃ、18Ｆなどで標識されたトレーサーが用いられる。これらの中でも11Ｃは有機化合物中に存在している炭素原子を利用しているため適用範囲が極めて広く、理想的な放射性核種といえる。しかしながら、11Ｃは半減期が２０分と短く、合成からＰＥＴ法での測定までを極めて短時間で行なわなければならないため、合成に与えられる時間はごくわずかとなってしまう。
さらには、サイクロトロンで製造できる11Ｃ核種は超微量（数十から数百ｎｍｏｌレベル；12Ｃの混入を考慮した値）であり、超希薄な11Ｃ核種の化合物と化学反応させるために、大過剰の被標識基質の存在下という特殊な条件下で行われる。このため、いかに短時間で効率良く生物活性有機化合物や創薬候補化合物をＰＥＴ分子プローブ化できるかということが最重要課題となっている。
【０００４】
こうした状況下、本発明者の鈴木・土居らは、[11Ｃ]ＣＨ３Ｉを用いた炭素母核上への[11Ｃ]メチル化について開発を行ってきた。すなわち、有機スズ化合物を中間原料として、これにStille型カップリング反応を適用することにより、芳香環上への高速Ｃ−[11Ｃ]メチル化のみならず、オレフィンやアルキンやヘテロ芳香環上への高速Ｃ−[11Ｃ]メチル化も可能としてきた（特許文献１、２及び非特許文献１〜３）。そしてさらには、従来の有機スズ化合物への高速Ｃ−[11Ｃ]メチル化と相補的に、新たに有機ホウ素化合物を用いた高速Ｃ−[11Ｃ]メチル化反応も開発している（特許文献３、非特許文献４）。また、Fuらはｓｐ３炭素−ｓｐ３炭素間におけるSuzuki-Miyauraクロスカップリング反応を試みてはいるが、収率が極めて低く、進行し難いことを見出している（非特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】WO/2007/046258
【特許文献２】WO/2010/074272
【特許文献３】WO2008/023780
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Suzuki, M., et al., Chem. Eur. J., 3, 2039-2042 (1997).
【非特許文献２】Hosoya, T., et al., Org. Biomol. Chem., 4, 410-415 (2006).
【非特許文献３】Hosoya, T., et al., Org. Biomol. Chem., 2, 24-27 (2004).
【非特許文献４】H. Doi., et al., Chem. Eur. J., 15,4165-4171(2009).
【非特許文献５】M. R. Netherton, C. Dai, K. Neuschutz, G. C. Fu, J. Am. Chem. Soc.2001, 123, 10099-10100.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
医薬品やその候補化合物のｓｐ３炭素母核への標識化を可能にし、創薬プロセスを刷新する革新的技術を確立するためには、ＣＨ３Ｉによるｓｐ３炭素への高速メチル化反応技術の確立が求められる。しかし、上記従来の[11Ｃ]ＣＨ３Ｉを用いた炭素母核上への[11Ｃ]メチル化では、[11Ｃ]メチル化に適用できるような低濃度[11Ｃ]ＣＨ３Ｉ条件下でのｓｐ３炭素への高速メチル化は見出されていなかった。非特許文献５にはｓｐ３炭素へのメチル化に関する報告例があるが、本発明者らがこの方法を用いてシンナミル誘導体のアリル位炭素への低濃度ＣＨ３Ｉ条件下でのメチル化を行ったところ、極めて収率が悪く、 [11Ｃ]ＣＨ３Ｉによる標識化は困難であることが分かった。
【０００８】
本発明は、上記の実情に鑑みてされたものであり、[11Ｃ]メチル化に適用できるような低濃度[11Ｃ]ＣＨ３Ｉ条件下において、ｓｐ３炭素であるアリル位炭素又はベンジル位炭素への高速メチル化を行なうことができる方法を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を行った。その結果、従来においては安定性に欠けるとして、ほとんど用いられていなかったＰｄ[ＰＲ１Ｒ２Ｒ３]２で示されるパラジウム錯体（ただし、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の三置換基のうち、少なくとも一つはアルキル基）を用いるとともに、非プロトン性極性溶媒中でクロスカップリング反応を行えば、ｓｐ３炭素であるアリル位炭素又はベンジル位炭素に対して、希薄なＣＨ３Ｉ条件下においても高速メチル化を高収率で行なうことができるということを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の高速メチル化法は、非プロトン性極性溶媒中において、アリル位又はベンジル位の炭素がボロン酸エステル化されたボロン酸エステル化合物とヨウ化メチルとを、一般式がＰｄ[ＰＲ１Ｒ２Ｒ３]２で示されるパラジウム錯体（ただし、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の三置換基のうち、少なくとも一つはアルキル基）及び塩基が存在する条件下でクロスカップリングさせることを特徴とする。
ここで、Ｐｄ[ＰＲ１Ｒ２Ｒ３]２で示されるパラジウム錯体を形成する代表的なＰＲ１、Ｒ２、Ｒ３としては、例えばトリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリ（nープロピル）ホスフィン、トリ（イソプロピル）ホスフィン、トリ（nーブチル）ホスフィン、トリ（tert-ブチル）ホスフィン、トリ（シクロヘキシル）ホスフィン、2-(ジーtert-ブチルホスフィノ)ビフェニル、2-(ジーtert-ブチルホスフィノ)-2'-メチルビフェニル、 2-(ジーtert-ブチルホスフィノ)-1,1'-ビナフチル、2-(ジーtert-ブチルホスフィノ)-2′,4′,6′- トリイソプロピル-3,6-ジメトキシ-1,1′-ビフェニル、1,2-ビス((ジーtert-ブチルホスフィノ)メチル)ベンゼン等が挙げられる。
【００１１】
ここで、ボロン酸エステル化合物とはボロン酸のピナコールエステル基も含む概念である。さらに、塩基としては特に限定はされないが、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸セシウム、炭酸リチウム、炭酸カルシウム等のアルカリ炭酸塩や、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化セシウム等のアルカリ金属のフッ化物を用いることができる。これらの中でも反応の迅速化及び高収率化の観点から、アルカリ金属のフッ化物が好ましく、フッ化セシウムが特に好ましい。セシウムイオンはイオン半径が大きいため、フッ素イオンの溶解性及び求核性が高くなるからであると考えられる。
【００１２】
この反応は、次のような機構で進行するものと推定される。  パラジウムに対して立体的に嵩高いホスフイン配位子が不飽和的に配位している、Ｐｄ[ＰＲ１Ｒ２Ｒ３]２が活性な反応場を創出する（Ｐｄは本来４つの配位子が配位可能であるが、Ｒが嵩高いために２つの配位子しか配位できなくなっている）。そして、このＰｄ[ＰＲ１Ｒ２Ｒ３]２とヨウ化メチルとが反応して、ＣＨ３ＰｄＩにホスフイン配位子が配位した２価のパラジウム錯体が形成される。  一方、ボロン酸エステル化合物のホウ素には塩基が配位し、ホウ素一炭素間の極性が高まったホウ素アート錯体が形成される。そして、上記のホスフイン配位子が配位した２価のパラジウム錯体と、ホウ素アート錯体とが金属交換反応を起こし、さらにはＩ−がアニオン脱離して、より安定なホウ素アート錯体が形成される。  最後に、還元的脱離反応が起こって、メチル基がアリル位又はベンジル位の炭素に結合した化合物が得られる。  上記反応はＤＭＦ等の非プロトン性極性溶媒中で行われるため、反応途上で生じるパラジウム錯体のパラジウム原子の空位の軌道に非プロトン性極性溶媒が配位し、それらの不安定さを軽減し、分解等の副反応を最小限とすることができる。  
【００１３】
したがって、本発明の高速メチル化法によれば、[11Ｃ]メチル化に適用できるような低濃度[11Ｃ]ＣＨ３Ｉ条件下において、ｓｐ３炭素であるアリル位又はベンジル位の炭素への高速メチル化を行なうことができる。  
【００１４】
前記非プロトン性極性溶媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミドなどのホルムアミド系溶媒、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミドなどのアセトアミド系溶媒、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−ビニル−２−ピロリドンなどのピロリドン系溶媒、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシドなどのスルホキシド系溶媒、ヘキサメチルホスホルアミド、γ−ブチロラクトン等を用いることができる。これらの中でも、ホルムアミド系溶媒、アセトアミド系溶媒、ピロリドン系極性溶媒が好ましい。
【００１５】
前記反応溶媒には水が含まれていることも好ましい。本発明の高速メチル化では、非プロトン性極性溶媒に水が存在する場合、収率がより高くなる。添加する水の量は０．１重量％以上５０重量％以下が好ましい。水が５０重量％を超えると反応基質が溶解し難くなる。また水が０．１重量％未満では収率を高める効果が小さくなる。さらに好ましいのは1重量％以上２０重量％以下である。
【００１６】
前記パラジウム錯体はＰｄ[Ｐ（tert-Ｃ４Ｈ９）３]２とすることができる。本発明者らは、パラジウム錯体としてＰｄ[Ｐ（tert-Ｃ４Ｈ９）３]２を用いることにより、確実にアリル位又はベンジル位の炭素への高速メチル化を行なうことができることを確認している。ただし、Ｐｄ[Ｐ（tert-Ｃ４Ｈ９）３]２と同様に嵩高いリガンドを有するトリ-o-トリルホスフィンを用いることはできない。このことは、リガンドの嵩高さのみが本発明の効果を奏する要因ではないことを意味している。
【００１７】
前記ボロン酸エステル化合物はベンジルボロン酸エステル及びその誘導体、並びに、シンナミルボロン酸エステル及びその誘導体、のいずれかであることが好ましい。ここで、ベンジルボロン酸エステルの誘導体とは、ベンジルボロン酸エステルのベンゼン環に置換基が結合した化合物をいう。また、シンナミルボロン酸エステルの誘導体とはシンナミルボロン酸エステルのベンゼン環に置換基が結合した化合物をいう。
【００１８】
ボロン酸エステル化合物のモル数はヨウ化メチルのモル数の４０倍以上とすることができる。[11Ｃ]ＣＨ３Ｉを用いたＰＥＴプローブ化においては、[11Ｃ]ＣＨ３Ｉの濃度が希薄とならざるを得ない。ボロン酸エステル化合物のモル数がヨウ化メチルのモル数の４０倍以上であれば、このような希薄な[11Ｃ]ＣＨ３Ｉ条件下でも、対応可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した実施例を詳細に述べる。
（実施例１〜１２）
実施例１〜１２では、下記に示すベンジルピナコールボロン酸エステル（1）を大過剰に用いたヨウ化メチルによる高速メチルを行い、エチルベンゼン(2)を合成した。ベンジルピナコールボロン酸エステル（1）を大過剰としたのは、実際のＰＥＴ用のトレーサーを合成する場合に、シンクロトロンで合成された僅かな量の[11Ｃ]ＣＨ３Ｉをベンジルピナコールボロン酸エステル（1）と反応させることを念頭において設定したものである。
【００２０】
【化１】
2015178456.tif 000002
【００２１】
すなわち、乾燥した10 mLのシュレンク型反応管を反応容器として用い、アルゴン雰囲気下、{Pd[P(tert-C4H9)3]2}を所定量はかりとる。アルゴン雰囲気下、1.5 mLミクロチューブに所定量のベンジルボロン酸エステル１と所定量の塩基とをはかりとり、DMF（又は90:10 DMF/H2O (v/v)）を溶媒として加え、得られた混合溶液を、{Pd[P(tert-C4H9)3]2}を含むシュレンク反応管中にステンレス製カニュラを用いて添加した。続いて、CH3I（DMF溶液，12.5 μL, 10 μmol）を加え、80℃で5分間かくはんした。反応後、素早く氷浴にて冷却して反応を停止させた。この混合溶液をシリカゲル（0.5 g）でろ過し、ジエチルエーテル（約2 mL）を用いて溶出した。この溶出液に、内部標準物質としてn-ノナン（0.1 M DMF溶液，50 μL, 5 μmol）を加え、ガスクロマトグラフィー分析により生成物のメチル化体の定量を行った。
実施例１〜１２における塩基の種類、溶媒の組成、各種薬剤の量及びヨウ化メチルに対する当量、反応温度、その他の反応条件及び収率について表１に示す。
【００２２】
比較例１〜７
比較例１〜７ではパラジウム錯体として用いた。比較例１〜７における塩基の種類、溶媒の組成、各種薬剤の量及びヨウ化メチルに対する当量、反応温度、その他の反応条件及び収率について表１に示す。
【００２３】
【表１】
2015178456.tif 000003
【００２４】
＜結  果＞
表１の結果から、以下のことが分かった。
パラジウム錯体として{Pd[P(tert-C4H9)3]2}を用いた実施例１〜１２では、パラジウム錯体として[Pd2(dba)3]/P(o-CH3C6H4)3を用いた比較例１〜７と比較して、同じ塩基及び同じ溶媒を用いた場合にいずれも収率が高かった。{Pd[P(tert-C4H9)3]2}は、従来においては安定性に欠けるとして、あまり用いられていなかったＰｄ[ＰＲ１Ｒ２Ｒ３]２で示されるパラジウム錯体の一種であり、パラジウムに対して立体的に嵩高いホスフイン配位子が不飽和的に配位している。そのため、{Pd[P(tert-C4H9)3]2}は活性な反応場を創出し、ヨウ化メチルの濃度がベンジルピナコールボロン酸エステル（1）に対してモル比で１/４０（さらに表１中のｆの条件では１/２００）と極めて低いにもかかわらず、よい収率を示したものと推測される。
【００２５】
また、実施例１、２、４、５はアミド系極性溶媒であるＤＭＦ中で反応が行われており、こうした非アミド系極性溶媒中で反応が円滑に進行することが分かった。
一方、実施例３、６、７、９、１１及び１２はＤＭＦ／Ｈ２Ｏ＝９：１（容量％）の混合溶媒で行われており、ＤＭＦ１００％の場合と比べて収率が高くなった。
【００２６】
さらに、塩基については、アルカリ金属の炭酸塩やアルカリ金属のフッ化物で収率が高かった。また、塩基以外の条件が同じである場合、塩基の中でもアルカリ金属のフッ化物であるＣｓＦが最もよい収率となることが分かった。
【００２７】
また、反応温度については最適な温度が７０℃〜１１０℃の範囲にあり、それより高すぎても低すぎても収率が低下する傾向にあった。さらに好ましい反応温度は８０℃〜１００℃であった。
【００２８】
（実施例１３〜２６及び参考例１）
実施例１３〜２４では、基質として様々なベンジルピナコールボロン酸エステルを用いたヨウ化メチルによる高速メチル化反応を行った。
また、実施例２５ではシンナミルボロン酸エステル、実施例２６ではo-メトキシシンナミルボロン酸エステルを基質として用いた。
さらに、参考例１では、基質としてトリメチルボロキシンを用いた。
実施例１３〜２６及び参考例１における基質、塩基の種類、溶媒の組成、各種薬剤の量及びヨウ化メチルに対する当量、反応温度、その他の反応条件及び収率について表２及び表３に示すに示す。
【００２９】
【表２】
2015178456.tif 000004
【００３０】
【表３】
2015178456.tif 000005
【００３１】
＜結  果＞
表２及び表３における実施例１３〜実施例２４の結果から、ベンゼン環に様々な置換基が結合したベンジルピナコールボロン酸エステルを基質として、ベンジル位の炭素にメチル基が導入されることが分かった。また、実施例２５、２６における結果に示されるように、シンナミルピナコールボロン酸エステルを基質としたり（実施例２５）、ベンゼン環に置換基であるメトキシ基が結合したシンナミルピナコールボロン酸エステルを基質としたりすれば（実施例２６）、アリル位の炭素にメチル基が導入されることが分かった。また、基質としてトリメチルボロキシンを用いた参考例１の場合、極めて良い収率でエタンが得られることが分かった。
【００３２】
（比較例８）
Fuらは非特許文献５においてｓｐ３炭素へのメチル化を行っている。この反応が、ＰＥＴに適用できるような高速メチル化が可能であるか否かを確かめるため、β-ベンジル-9-BBNを基質とし、非特許文献５と同様、THF中、[Pd(OAc)2]、P(C6H11)3、K3PO4・H2Oの条件でSuzuki-Miyauraクロスカップリング反応を試みた。各薬剤の仕込み比はCH3I/B-ベンジル-9-BBN/[Pd(OAc)2]/P(C6H11)3/K3PO4
(モル比1:40:1:4:2)とし、5分間の加熱還流を行った。その結果、目的とするエチルベンゼンの収率はわずか10%となり、ＰＥＴトレーサーとしての利用は困難であることが分かった。
9-BBN = B-アルキル-9-ボラビシクロ[3.3.1]ノナン
THF = テトラヒドロフラン
[Pd(OAc)2] = 酢酸パラジウム（II）
P(C6H11)3
=トリシクロヘキシルホスフィン
K3PO4・H2O = リン酸カリウム水和物
これに対し、同様にエチルベンゼンを合成した前述の実施例１７、１８では、表２に示すように、７０℃においてそれぞれ５６％及び７５％という高い収率となり、ＰＥＴトレーサーとしての利用が可能であることが分かった。
【００３３】
＜ＰＥＴトレーサーへの適用＞
本発明の高速メチル化法によれば、アリル位炭素又はベンジル位炭素に[11C]CH3を導入してこれをＰＥＴトレーサーとして用いることができる。その具体的方法について、p-メトキシ-[11C]エチルベンゼンを例に挙げて詳述する。
p-メトキシベンジルピナコールボロン酸エステル（2.5 mg, 10 μmol）をあらかじめ調製した90:10 DMF/H2O (v/v)溶媒に溶解し、秤量した{Pd[P(tert-C4H9)3]2}（1.0 mg, 2 μmol）、CsF（3.0 mg, 20 μmol）に加える。得られた混合液をヘリウムガスで置換、乾燥した標識反応容器に加え自動反応装置に取り付ける。サイクロトロンより供給された[11C]二酸化炭素を0.1 M 水素化リチウムアルミニウム、ヨウ化水素酸を用いて[11C]ヨウ化メチルに変換し、得られた[11C]ヨウ化メチルを標識反応容器に吹込み、80 ℃で5分間静置する。反応後、反応液をHPLC（水：アセトニトリル＝45：55、流速5 mL/min、カラム; cosmosil MS-II,10 x 250 mm）により精製し、目的のp-メトキシ-[11C]エチルベンゼンを得ることができる。
なお、１１Ｃは、例えば、住友重機械工業社製CYPRIS HM-12S Cyclotronを使用し、１４Ｎ（ｐ，α）１１Ｃの核反応により製造することができる。そして、１１Ｃヨウ化メチル自動合成装置を用いて、１１ＣＯ２ガスを出発物質として、１１ＣＯ２→１１ＣＨ３ＯＨ→１１ＣＨ３Ｉの順に変換することができる。  また、11Ｃで標識化された目的のメチル化体はエバポレーターで濃縮した後、規定の臨床用投与溶液とすることができる。  
【００３４】
以上、実施例に基づき本発明を説明したが、本発明は、上記実施例そのものに何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能である。発明の技術的範囲には、これらの改良変形も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の高速メチル化法は、従来困難であったアリル位炭素又はベンジル位炭素への１１Ｃメチル基によるラベル化を可能にするものである。生理活性物質にはアリル位炭素又はベンジル位炭素をもつものも多く、製薬の開発等、ヒトまで含めた生体丸ごとの分子イメ−ジング研究に対して、本発明は極めて有効な手段を提供するものである。