adiosynthèse des acides aminés marqués au [18F]

Summary
6-[18F]fluoro-L-dopa (FDOPA) and 2-[18F]fluoro-L-tyrosine (FTYR) are useful
radiopharmaceuticals for evaluation by positron emission tomography (PET) of the dopaminergic
function and oncological studies, respectively. In comparison to electrophilic synthesis, the no-carrieradded (nca) nucleophilic preparation of these 2 radiopharmaceuticals, described in 2004 by Lemaire et
al, has several advantages such a high batch yield and high specific activity. However, this nca
enantioselective synthesis using a chiral phase-transfer catalyst requires some chemicals (i.e. corrosive
HBr gas) arduous to handle and store and reactions at low and high temperature (0°C, 200°C) difficult
to implement into a commercially available synthesizer. Important chemical improvements, realized
during this PhD thesis, having resulted in straightforward automation of FDOPA and FTYR synthesis,
in a commercially available FASTLab module (GE healthcare) are presented.
The first significant improvement to the synthesis has consisted in the development of a fast
and reliable method suitable for the preparation of (substituted) [ 18F]fluorobenzyl halides from several
[18F]fluorobenzaldehydes. Aromatic nucleophilic substitution of trimethylammonium benzaldehyde
triflate and nitro precursors were realized with nca [18F]fluoride. After labeling,
[18F]fluorobenzaldehydes were trapped on a Solid Phase Extraction (SPE) cartridge and the subsequent
conversion (reduction and halogenation) into benzyl halides was directly realized, on-line, on the
support. Reduction of the aldehydes and the following halogenation step were performed with an
aqueous solution of NaBH4 and aqueous solutions of concentrated acid (HI, HBr, HCl), respectively.
These two near-quantitative reactions proceed at room temperature within 2 minutes at high yields.
The second improvement of the nca synthesis of FDOPA and FTYR has consisted in the
enantioselective formation of a new carbon-carbon bond by phase-transfer catalysis in presence of a
chiral phase-transfer catalyst (PTC) at RT rather than at 0°C. Seven chiral phase-transfer catalysts with
a potential high enantioselectivity, at room temperature, for the asymmetric alkylation of a N(diphenylmethylene)glycine tert-butyl ester have been prepared. Two of these catalysts affords high
enantiomeric excess in FDOPA and FTYR (e.e. ≥ 95%) at room temperature and even at 75°C (e.e. ≥
90%). One is readily available from a cinchona alkaloid and the other one from a biphenyl substrate.
The third improvement concerned the hydrolysis step (200°C, 20 min). Different starting
precursors with more labile protective groups than the methoxy were synthesized and evaluated.
Among these compounds, the isopropyl ether protective group seems the more advantageous.
By exploiting the advantages of the improvements to the chemistry described in this work
and the potential of the nca approach, the synthesis of FDOPA and FTYR was automated in a FASTlab
module with GMP single use cassettes. After 100 min of bombardment (167 GBq) and 63 min of
synthesis, more than 50 GBq (1,35 Ci) of 6-[18F]fluoro-L-dopa (e.e. ≥ 96,3%) with a specific activity in
excess of 0.75 TBq/µmol are routinely produced. For FTYR, slightly higher yield was obtained. With
such reliable production, 6-[18F]fluoro-L-dopa and 2-[18F]fluoro-L-tyrosine are now available for
clinical investigation.
Résumé
La 6-[18F]fluoro-L-dopa (FDOPA) et la 2-[18F]fluoro-L-tyrosine (FTYR) sont deux composés
radiopharmaceutiques d’intérêt pour l'évaluation par tomographie par émission de positons (TEP) du
système dopaminergique et la réalisation d’études oncologiques. Par rapport à l’approche électrophile,
la synthèse nucléophile de ces 2 composés radiopharmaceutiques, réalisée à l’échelle du nca, décrite en
2004 par Lemaire et al, présente plusieurs avantages en termes de rendement et d'activité spécifique.
Toutefois, cette synthèse énantiosélective par catalyse par de transfert de phase chirale nécessite
l’utilisation de certains produits chimiques difficiles à manipuler et à stocker (par exemple, HBr(g), gaz
corrosif) et met en oeuvre des réactions à basse (0°C) et haute températures (200 °C) difficilement
automatisables dans un module de synthèse. Les améliorations chimiques importantes réalisées au
cours de cette thèse ont grandement facilité l’automatisation des synthèses de FDOPA et de FTYR au
moyen d’un module de type FASTlab disponible dans le commerce (GE Healthcare).
La première amélioration significative apportée à cette synthèse fut la mise au point d’une
méthode de préparation rapide et fiable d’halogénures de [18F]fluorobenzyles substitués au départ de
[18F]fluorobenzaldéhydes. Le fluor-18 a été introduit sur le noyau aromatique par substitution
nucléophile à partir de substrats substitués par un ammonium quaternaire ou un groupement nitro.
Après marquage, les [18F]fluorobenzaldéhydes ont été piégés sur un support solide (SPE) et leurs
conversions subséquentes (réduction et halogénation) en halogénures de benzyle réalisées directement
sur le support. La réduction des aldéhydes et l'étape d'halogénation ont été respectivement réalisées
avec une solution aqueuse de NaBH4 et une solution aqueuse d’acides concentrés (HI, HBr, HCl). Ces
deux réactions sont quasi-quantitatives à température ambiante et procèdent avec des rendements
élevés endéans les deux minutes.
La deuxième amélioration de la synthèse de FDOPA et de FTYR a nécessité la formation
énantiosélective d'une nouvelle liaison carbone-carbone par catalyse de transfert de phase en présence
d'un catalyseur de transfert de phase (PTC) chirale à la température ambiante au lieu de 0°C. Sept
catalyseurs chiraux potentiellement utilisables à température ambiante ont été préparés et utilisés pour
réaliser l'alkylation énantiosélective de l’ester tert-butylique de la N-(diphénylméthylène)glycine au
moyen d’halogénures de [18F]fluorobenzyles. Deux de ces catalyseurs fournissent un excès
énantiomérique élevé en FDOPA et FTYR (ee ≥ 95%) à température ambiante et ce même à 75 °C (e.e.
≥ 90%). Le premier est facilement disponible à partir de la cinchonidine et l'autre à partir d'un substrat
diphényle.
La troisième amélioration concerne l'étape d'hydrolyse (200 °C, 20 min). Différents
précurseurs avec des groupements protecteurs plus labiles que les fonctions éthers méthyliques ont été
synthétisés et évalués. Parmi ces composés, celui possédant un groupement protecteur éther
isopropylique semble le plus avantageux.
En exploitant les améliorations de la chimie décrite dans ce travail et les avantages de
l'approche nucléophile, la synthèse de FDOPA et de FTYR a été automatisée sur un module FASTlab
utilisant des cassettes GMP à usage unique. Après 100 minutes d’irradiation (167 GBq) et 63 min de
synthèse, plus de 50 GBq (1,35 Ci) de 6-[18F]fluoro-L-dopa (e.e. ≥ 96,3%) d’activité spécifique > 0,75
TBq / µmol sont produits. Pour la FTYR, un rendement légèrement supérieur a été obtenu. De ce fait,
la 6-[18F]fluoro-L-dopa et la 2-[18F]fluoro-L-tyrosine sont maintenant disponibles, en routine, pour la
recherche clinique.