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[F]二氟卡宾正电子发射断层显像。

[F]Difluorocarbene for positron emission tomography.

机构信息

University of Oxford, Chemistry Research Laboratory, Oxford, UK.

Discovery Chemistry Janssen Research and Development, Toledo, Spain.

出版信息

Nature. 2022 Jun;606(7912):102-108. doi: 10.1038/s41586-022-04669-2. Epub 2022 Mar 28.

DOI:10.1038/s41586-022-04669-2
PMID:35344982
Abstract

The advent of total-body positron emission tomography (PET) has vastly broadened the range of research and clinical applications of this powerful molecular imaging technology. Such possibilities have accelerated progress in fluorine-18 (F) radiochemistry with numerous methods available to F-label (hetero)arenes and alkanes. However, access to F-difluoromethylated molecules in high molar activity is mostly an unsolved problem, despite the indispensability of the difluoromethyl group for pharmaceutical drug discovery. Here we report a general solution by introducing carbene chemistry to the field of nuclear imaging with a [F]difluorocarbene reagent capable of a myriad of F-difluoromethylation processes. In contrast to the tens of known difluorocarbene reagents, this F-reagent is carefully designed for facile accessibility, high molar activity and versatility. The issue of molar activity is solved using an assay examining the likelihood of isotopic dilution on variation of the electronics of the difluorocarbene precursor. Versatility is demonstrated with multiple [F]difluorocarbene-based reactions including O-H, S-H and N-H insertions, and cross-couplings that harness the reactivity of ubiquitous functional groups such as (thio)phenols, N-heteroarenes and aryl boronic acids that are easy to install. The impact is illustrated with the labelling of highly complex and functionalized biologically relevant molecules and radiotracers.

摘要

全身正电子发射断层扫描 (PET) 的出现极大地拓宽了这项强大的分子成像技术的研究和临床应用范围。氟-18 (F) 放射化学的诸多方法使得 (杂)芳环和烷烃的 F 标记成为可能,从而加速了这一可能性的发展。然而,尽管二氟甲基在药物发现中不可或缺,但高摩尔活性的 F-二氟甲基化分子的获得在很大程度上仍是一个未解决的问题。在这里,我们通过将卡宾化学引入核成像领域,报道了一种通用的解决方案,提出了一种能够进行多种 F-二氟甲基化反应的 [F]二氟卡宾试剂。与已知的数十种二氟卡宾试剂不同,这种 F 试剂经过精心设计,具有易于获得、高摩尔活性和多功能性等特点。摩尔活性问题通过考察二氟卡宾前体电子变化导致同位素稀释的可能性的测定来解决。通过多种基于 [F]二氟卡宾的反应,包括 O-H、S-H 和 N-H 插入反应以及交叉偶联反应,展示了其多功能性,这些反应利用了 (硫)酚、N-杂芳环和芳基硼酸等普遍存在的官能团的反应性,这些官能团易于安装。通过对高度复杂和功能化的生物相关分子和放射性示踪剂进行标记,说明了其影响。

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