[发明专利]用于络合金属离子的多氮大环化合物

说明书

本申请是1989年5月25日向美国申请的序号为07/357193和1988年12月28日申请的序号为07/291053的专利申请的部分续申请，这两个申请在此结合作为参考。而07/291053申请是1987年1月27日申请的007729号申请的部分续申请，而后者又是1984年10月18日申请的序号为662076号申请(已批准，专利号为4639365)的部分续申请。

本发明涉及一系列新的含磷大环螯合物，它们结合一定的生物离子而具有相对的特性。当金属离子占据螯合物的空位时，这些螯合物的³¹P共振在核磁共振谱(NMR)中漂移到一个新位置，并且这种结合螯合物的NMR化学漂移对每个金属离子都不一样。这种性质对于利用³¹P NMR来监视某些生物阳离子的胞间浓度应是有用的，该阳离子包括如Mg²⁺、Ca²⁺和Zn²⁺。还有几种商业可用的、可测量胞间阳离子浓度的萤光螯合物和可用于NMR目的的含1或2个氟的螯合物。萤光螯合物不可能用于人体研究，而¹⁹F螯合物也不可能象本发明的³¹P螯合物那样用于临床。此外，某些螯合剂结合Gd³⁺后具有的性质使其成为安全有效的磁共振图的对比剂。

很多的生物体系需要抗磁阳离子，如Ca²⁺、Mg²⁺和Zn²⁺来调节各种反应。Ca²⁺作为一种胞间信息离子在很多类型细胞中的作用已被很好地确认[1]。实际上对所有包括ATP的生物反应而言Mg²⁺是一种所需的辅因子，并在较多的各种生物反应的缓冲过程中广泛地起作用[2]。Zn²⁺被相当紧密地结合在几种酶的活性位置上，它的作用看来似乎包括化学键的极化，以助于键的水解、氧化还原或基团转移反应。然而，在某些细胞如脑细胞中，游离的Zn²⁺可以起更广泛的作用，并认为游离的Zn²⁺象存贮颗粒一样被存于神经元中，并在电生理活化期间可以移动[3]。

利用现有测量细胞和充盈器官中游离阳离子浓度的直接方法来评价两价阳离子在细胞功能中的作用是受限制的。目前可用的测量两价阳离子的方法包括基于平衡反应的间接计算[4]，离子选择的微电极[5，6]，和用金属显色染料的零点测量，该染料既可显微注入细胞[7]又可置于胞外随后溶解在细胞的空间内[8，9]。实际上所有这些方法实质上是侵入型的，且在分析前需损坏样品。与此相反，NMR作为一种非侵入型的工具有显著优点，尤其是测量充盈器官和完整无损的细胞中胞间游离的两价阳离子浓度。

最近，氟化的螯合物已被有效地以¹⁹FNMR用来测量细胞和充盈器官中胞间游离的Ca²⁺[10，11]和Mg²⁺[12，13]。这些螯合物在分离的细胞体系中可适当良好地工作，而用在充盈器官时则遇到意外的界限(line)变宽[13，14]。这些体系的另一缺点是合成这些化合物的路线限制了可能的螯合结构，因此也限制了可设计螯合物的金属离子的选择性。本发明的目的包括合成和开展一系列的三氮和四氮大环膦酸单酯和烷基亚膦酸酯作为³¹P NMR指示剂来检测生物体系中胞间游离阳离子。

本发明还涉及活体的NMR图，有时称作MRI(磁共振图)。特别涉及一种试剂，它可用来增强这些物体中NMR的对比度。

核磁共振(NMR)作为一种化学分析手段已应用多年了。NMR是种射频谱的类型，它的基础是带电原子核的自旋平行或逆平行于所加磁场而产生的小能量差别。当射频能量施加到样品时，这些自旋原子核改变了自旋状态，正因如此则吸收一些射频能量。在同样的分子内化学环境稍有差别的原子核以稍有不同的能量改变了自旋状态，这就产生了有助于鉴别分子结构的特征吸收或共振。

NMR用于人体检查的时间要更近一些。如计算机轴向断层照象(CAT扫描)的其他方法过去是现在仍然是用来检查人体。然而，由于NMR不使用电离辐射，可以认为它在安全性方面的优点超过CAT。因此在制备人体横截面图象方面NMR是种优越的方法。