1、1第十五章、标记化合物的制备第十五章、标记化合物的制备15.1 示踪原子示踪原子自 1912 年 G. Hevesy 和 F. Paneth 将放射性核素作为示踪剂以来，示踪实验已成为目前科学研究的重要手段之一。特别是生物学、医学和农业科学等领域中，已得到了广泛的应用。随着示踪实验方法在各学科中被广泛采用，对带有示踪原子的标记化合物的需求量也愈来愈大。标记化合物的制备就成为示踪实验能否进行的前题。因此，几十年来，曾对标记化合物的制备作了大量研究。四十年代后期，人工放射性核素开始大规模生产，为制备放射性标记化合物提供了条件。采用放射性标记化合物进行示踪，具有方法简便、易于追踪、准确性和灵敏度高等
2、特点，因而，在示踪实验中，至今它仍占有主导地位。近年来，快速制备方法与快速分离技术的发展，使制备短半衰期放射性标记化合物也成为可能。例如，为满足医学研究和临床上的需要，短半衰期的11C、 13N、 18F、 15O、 67Ga、 77Br、 111In 及 123I 等核素所制备的标记化合物的品种和数量已愈来愈多。六十年代末期，生产稳定核素的方法不断改进，有效测定稳定核素的质谱仪和核磁共振谱仪技术的发展，以及某些元素缺少合适的放射性核素进行示踪等原因，使早在本世纪初就用在示踪实验中的稳定同位素标记化合物又重新引起人们的重视。目前常用的稳定同位素标记化合物是由 2H、 13C、 17,18O、
3、15N、 33,44S 等示踪原子所标记的。15.2 标记化合物的命名标记化合物的命名标记化合物是指原化合物分子中的一个或多个原子、化学基团，被易辨认的原子或基团取代后所得到的取代产物。标记化合物中一些易被辨认的原子或基团称为示踪原子（或基团） 。根据示踪原子（或基团）的特点，可将标记化合物分成以下几类：（1）用放射性核素作为示踪剂的标记化合物称为放射性标记化合物。例如：NH2CHTCOOH、Na 18F、 14CH3COOOH 等。（2）如果人为地改变化合物中某一元素的稳定同位素丰度到可以观测的程度，那么这类化合物就称为稳定核素标记化合物。例如，NH 213CH2COOH、 15NH3、 等
4、。NNH18ONH22（3）在特定条件下，还可用非同位素关系的示踪原子，取代化合物分子中的某些原子而构成非同位素标记化合物。例如用 75Se 取代半胱氨酸分子中的硫原子，制成硒标记的半胱氨酸，即（4）当在化合物分子中引入两种或多种示踪原子时，则称之类标记化合物为多标记化合物。例如： 、 、)COH(NT2314 )COHNT(215314等。C)H(NT32314标记化合物的命名法，目前尚无统一规定。下面仅介绍一些通常使用的符号与术语。定位标记（Specific labeling） ，以符号“S”表示，在这类化合物中的标记原于是处在分子中的特定位置上，而且标记原子的数目也是一定的。定位标记化合
5、物命名时，除了在化合物名称后（或前） ，要注明示踪原子的名称外，还需注明标记的位置与数目。例如用 14C 标记丙氨酸时，若在甲基上得到标记，即 ，命名为丙)COH(NT2314氨酸3 14C（S ） ；若在羧基上得到标记，即 命名为丙氨酸)CH(231 14C（S）当甲基与羧基上得到标记时，则命名为丙氨酸1,3 14C（S ）,即。其他定位标记化合物的命名法，可依此类推。例如腺嘌呤OH)(NTH14238T （S） ，表示氚标记化合物的命名法，可依此类推。例如腺嘌呤8T(S)，表示氚标记的位置仅局限于腺嘌呤分子中与第八位碳原子相联。通常已注明示踪原子的具体标记位置后，符号（S ）亦可省略。在
6、14C 标记分子中，用符号（U）来表示“均匀标记 ”（uniform labeling） 。它是指14C 或 13C 原子在被标记分子中，呈均匀分布，对于分子中的所有碳原子来讲，具有统计学的均一性，例如用 14CO2 通过植物的光合作用制得带标记的葡萄糖分子，其中 14C被统计性地均匀分布在葡萄糖分子的六个碳原上，这种标记分子可命名为葡萄糖14C（U ） 。在放射性药品广告中，常用符号（UL）表示。对氚标记化合物，还有用符号（n）或（N）及（G）来表示“准定位标记”或“近似标记” （nominal labeling）与“全标记” （general labeling） 。准定位标记是指根据标记化
7、合物的制备方法，理应获得定位标记分子。但实际测定结果表明，氚原子在指75SeHH2CCHNH2COH3定位置上的分布低于化合物中总氚含量的 95%。对这类化合物在其名称后可用符号(n)或(N)标明。例如尿嘧啶5T(n) ，表示氚原子主要标记在分子的第五位上，但仍有 5%以上的氚分布在尿嘧啶 分子的其他位置上。全标记是指在分子中所有氢原子都有可能被氚取代，但由于氢原子在分子中的位置不同，而被氚取代的程度，也可能不同。例如用气体曝射法制备的氚标记胆固醇分子，在分子的环上、角甲基及侧链上的氢或多或少地被氚所标记，但各位置上氚标记的程度并不相同。在命名这类标记化合物时，应在其名称后注上符号（G ） ，
8、例如胆固醇T（ G） 。15.3 标记化合物的特性标记化合物的特性目前，作为商品供应的标记化合物已有 种，其中绝大多数是放射性标记化合物。本节主要介绍有关放射性标记化合物的某些特性。15.3.1 对标记化合物的选择对标记化合物的选择进行标记时，采用那种形式化合物；示踪原子标记在分子的那个位置上；用稳定示踪原子，还是用放射性碘的标记化合物诊断甲状腺、肝脏、肾上腺等病症。由于甲状腺有吸收体内碘离子，而不积聚有机碘化物的特性。因此进行甲状腺诊治时，只能选择在体内形成碘离子的标记化合物如 Na131I。而碘标记的有机化合物如 131I玫瑰红对甲状腺诊治的疗效较差。但它却能在肝脏中积聚，故可在肝脏扫描时
9、使用。将示踪原子标记到化合物分子上时，一般应注意下列问题：(1) 示踪原子应标记在化合物分子的稳定位置上，不至于在示踪过程中发生脱落或因同位素交换等因素而失去标记。一般讲，极性基团（如COOH、OH、NH 2 及NH 等）中的氢原子，位于羰基 位置的氢原子，苯环上与羟基处于邻位或对位的氢原子都不稳定。此外，连接在碳上的氧，较为活泼，易与水中的氧相互交换而失去标记。(2)示踪原子应标记在化合物的合适位置上。例如研究氨基酸的脱羧反应，标记必须在羧基的位置上。否则，就不可能观察到氨基酸脱羧而生成 CO2 的生化过程。另一方面，即使是同一化合物，但因需标记的位置不同，而使制备标记化合物的难易程度有很大
10、的差别。例如，乙酸1 14C 的合成仅需一步格氏反应，就可完成。OHCCO143HMgI,243 4而乙酸2 14C 的合成，却要经历以下四步反应后才得到标记产品。 COHNCHIOHO 314或314KN314I143LiAlH144 合成途径的长短、难易程度的不同，使标记化合物的产率和纯度会有很大的差别。因此，在选择标记位置时，既要注意到示踪研究中的需要和该位置上示踪原子的牢固性，又要注意到在这位置上标记时，合成方法的难易程序。在这一些实验中，为了揭示分子中不同基团所起的作用和特性，常选用多标记化合物进行示踪。例如，为了证实体内胆固醇是由简单的乙酸所合成的，并确定乙酸的每个碳原子在胆固醇生
11、物合成中的作用，则需采用 或 双标COH134143记化合物。实验结果表明，乙酸中的两个碳原子都参与胆固醇的生物合成，并进入分子结构中。还表明胆固醇分子的环状结构中，由乙酸中甲基与羧基所提供碳原子的比值为 10:9，而在侧链部分，两者比值为 5:3，如下式所示（有*者为乙酸中的甲基酸）：(3)选择合适的示踪原子进行标记。用放射性示踪原子还是用稳定示踪原子标记，应根据实际情况来定。稳定标记化合物的优点在于无辐射损伤，制备和示踪时不受时间因素的限制，也不存在标记化合物的辐射自分解等弊病。但稳定同位素标记化合物的价格昂贵，观测所需的设备和它的灵敏度不如用放射性标记化合物那样迅速，简便和灵敏。特别是自
12、然界中如 P、Na、I、Co、Au 等 15 种元素，只有一种稳定核素，对它们就只能用放射性核素来示踪。另外，稳定同位素标记化合物虽不存在辐射操作，但亦不是绝对没有毒性而能被生物体所接受。例如重水（D 2O）占体内含水量的1520% 时，则会出现阻碍细胞呼吸及酵解作用，使生物体功能失调。CH3CH3H3CHO*CH3CH3* * *5鉴于上述原因，只是在缺乏合适放射性核素作为示踪剂；对某些禁用放射性示踪的领域或在放射性标记化合物供货不便的情况下，稳定同位素标记化合物才被优先采用。(4)正如上一章所述，选择放射性标记化合物时需考虑到放射性核素来源的难易、释放出射线的类型和能量、半衰期的长短以及它
13、的毒性和可能引起的辐射损伤。还应注意到标记化合物自射的稳定性及示踪时同位素效应的影响。碳和氢是构成有机化合物的基本成分，以 14C 或 3H 作为示踪原子具有许多突出的优点。因此，至今 14C 或 3H 的标记化合物仍是应用得最多的示踪剂。用 14C 或 3H 标记的优点在于它们都只放射能量较低的 粒子，外照射的影响小，但又不难探测。 14C 或 3H 在体内的生物半衰期短，都属于低毒组的放射性核素。它们可由反应堆生产，无论在数量或比活度方面，都能满足标记化合物制备的需要。 14C或 3H 均有较长的半衰其（ 14C: 5715 年, 3H: 12. 32 年） ，使制备和使用时可不受时间因素
14、的限制。用 14C 标记或用 3H 标记化合物各有利弊。化合物分子中的 CH 键比 CC 键弱，故 3H 标记脱落的可能性较大。在蛋白质、生物碱等复杂标记化合物的制备中，用 14C标记往往很困难，而用 3H 标记就较方便。但当分子的稳定位置上不含有氢原子时（如8氮杂鸟嘌呤） ，则不能进行 3H 标记。制备 3H 标记化合物时的放射性产率一般比14C 标记要低得多。且 3H 在分子中的标记位置及其具体分布，在制备时不易控制。在标记分子中，引进一个 3H 标记原子的产品，其理论比活度为 29.2 Ci.mmol-1, 而引进一个 14C 标记原子仅为 62.4 mCi.mmol-1。 3H 标记化
15、合物的比活度一般比 14C 标记化合物要高的多。在比活度相同时， 3H 标记化合物的辐射自分解比 14C 标记化合物要严重。3H 标记化合物在示踪时出现的同位素效应也比 14C 标记化合物显著。再从放射性防护的角度来比较， 14C 标记比 3H 标记安全得多。为满足各领域科学研究和应用上的需要，对非同位素标记化合物的使用也愈来愈多。如 32P、 59Fe、 75Se、 77Br、 87Srm、 99Tcm、 111In、 113Inm、1 23,125,131I、 169Yb、 197Hg及 198Au 等放射性核素常用于制备非同位素标记化合物。这类标记化合物有时也称为“外来”标记化合物（“f
16、orging” labeled compound） 。615.3.2 标记化合物的同位素效应与辐射自分解标记化合物的同位素效应与辐射自分解标记化合物的同位素效应与辐射自分解，对标记化合物的制备、使用和贮存有显著的影响。1、同位素效应不能忽略因同位素效应引起标记化合物与原化合物之间产生性质上的差异。对 3H或 14C 这类轻核所标记的化合物，同位素效应更为明显。在有共价键结构的有机化合物分子中，正常 CC 键的键能为 82.6 kcal. Mol-1, 而测得 14CC 键的键能比正常的要高出 610。质量为氢原子三倍的 3H，它与氧、氮、碳结合所形成的氚键比正常氢键要稳定得多。这些效应使 3H
17、 或 14C 标记化合物，在一些反应中所表现出来的反应速度较原化合物要慢。例如，用 HTO 水解 Grignard 试剂，发生如下反应：2RMgX + 2HTO RH + MgXOH + RT + MgXOT当 R=C6H5、CH 3C6H4 时，制得 RT 标记化合物的比活度仅是理论值的 40%左右。由于 Grignard 试剂优先与键能较低的普通水分子反应，从而造成产品 RT 比活度低于理论值。又如，在生化反应中，甲基氧化酶在氧化 14C 标记的甲基（ 14CH3）和氚标记的甲基（CTH 2）时有明显的选择性，它优先氧化 14CH3 中的氢。另外，在色层分离中，也曾观察到 3H 或 14C
18、 标记化合物的比移值 Rf 比原化合物的 Rf 值扁低，这一差异可认为来自它们的同位素效应。除 3H 或 14C 标记化合物外，春他较重核素的标记化合物，在化学与生物化学过程中的同位素效应并不显著。2、辐射自分解标记化合物的辐射自分解是另一个值得注意的问题。辐射自分解包括：初级内分解、初级外分解和次级分解。（1）初级内分解它是由标记化合物中放射性核素衰变所造成。核衰变结果产生含有子核的放射性或稳定的杂质。（2）初级外分解它是由标记的放射性核素放出的射线与标记化合物分子作用，造成化学键的断裂，产生放射性或稳定的杂质。初级外分解的程度，取决于标记化合物在介质中的分散程7度、它的比活度和发射出射线的
19、类型和能量。(3)次级分解标记化合物周围的介质分子，由于吸收射线的能量而被激发或电离，进而生成一系列自由基、激活的离子或分子。它们再与标记化合物作用，使分子断键而分解。次级分解常常是标记化合物辐射自分解的主要因素。由次级分解所产生的杂质亦是多种多样的。标记化合物除辐射自分解外，还有化学分解。对生物标记化合物还有细菌、微生物所引起的生物分解。因此，标记化合物的分解，在制备、使用和贮存时，均应加以注意。目前常用以下方法来减少标记化合物的分解。（1）降低标记化合物的比活度通过加入稳定载体或稀释剂是控制辐射自分解的有效方法。一般将氚标记化合物稀释剂是控制辐射自分解的有效方法。一般将氚标记化合物稀释到
20、1 mCi. Ml-1，而14C 标记化合物则为 0.1mCi. ml-1。对固态标记化合物常用纤维素粉、玻璃粉、苯骈蒽作稀释剂。液体标记化合物的稀释剂，原则上应选择与标记化合物互溶性好，不易产生自由基的溶剂，如苯等。但有许多重要标记化合物如糖类化合物，氨基酸、核某酸等都不溶于苯，只能用水或甲醇来作稀释剂。表 15.1 某些放射性标记化合物的贮存条件标记化合物 比活度 贮存状态 贮存温度 贮存浓度碳14 标记化合物：氨基酸 低 冷冻干燥固体 0高 含 20%乙醇的灭菌水溶液 20或 0 0.050.1mCi.m1-1碳水化合物与核苷 低 冷冻干燥固体或糖浆 0高 含 2%乙醇的灭菌水溶液 20
21、 0.050.1mCi.m1-1核苷酸 低、高 含 50%乙醇的水溶液，pH7 缓冲液 20 0.050.1mCi.m1-1甾族化合物 低、高 含 510%乙醇的苯溶液 2或20邻苯二酚胺类 低、高 冷冻干燥固体或水溶液 20其他化合物 水、乙醇或含乙醇水溶液 20苯溶液 220氢3 标记化合物：氨基酸 低 冷冻干燥固体 2高 含 2%乙醇的水溶液（灭菌） RCHOC2H5HCNa(NH2)14CS + HN14CNORHSClH2OH22SN14CNOHRHO R=H-214C; Br5-14 =C32 (NH2)14CO +H2(CO2H5)2 HN14CNHOOCH5ONa OH3CNH
22、C2(HO)3CH2OH3CNCH3 NNNN14COOH3CH3C CH2(OH)3C2H(B2-14C)12被金属镁或钡还原得到 ，以 为原料合成标记化合物的唯一314COBa 214CBa214途径是将它水解,生成 。再由标记的乙炔，进行加氢、加卤或环合等反应，H14制得一系列 14C 标记的化合物。例如 用于合成乙醇-1,2- 14C、乙酸纳-1,2- 14C、苯214-14C(U)及 17- 炔睾丸酮 -(炔-1,2) 14C 等标记化合物，它们的合成途径如下：图 12.1 中综合了以 14CO2、K 14CN、BaN 14CN 及 Ba14C2 为原料制备各类 14C 标记化合物的
23、主要途径。关于 14C 标记化合物的合成，已有不少专著和综合报道，可供查阅。2. 3H 标记化合物的化学合成化学合成 3H 标记化合物的原料是由反应堆生产的氚气，其次是由它所制得的氚水。化学合成 3H 标记化合物有两条主要途径：一是用氚气对适当的不饱和碳氢化合物（也称为前身化合物）进行催化还原；另一是氚气对欲标记化合物的卤代物进行催化卤氚置换。化学合成法是获得定位 3H 标记化合物的唯一可靠和实用的方法。且对制备高比活度的产品特别有用。14C2HH214C2H4 Cl14H214C2OHKOH214C14CH2OLiAl414CH314C2OH(-1, 2-14C)OC2H5O H14C14C
24、H14CC2H5O14HOHCl 14C2H5O 14OH17-炔 -睾 丸 酮 (-炔 1,2)-14C BaN14CCO2H2SBa(O) HN14N142S(H)14COBa14CO3K14CN14CO2BaN14CRMgBr LiAlH414C3O14COH2R14HOR14CH2O14CHO143I2HIHClO4Na3KN3MgH14C2H2OH14COR14CNK14CNO2I14H2(H2)143214C2H14614CH314OK14C314+142l142Ol 15. 14C13(1)不饱和化合物的催化还原法将带有双链或三链的不饱和前身化合物，溶于适当的溶剂中，加入催化剂，
25、在室温下搅拌，再通入氚气进行催化还原反应，使分子中引入 3H 原子。其反应通式如下：TRCHRC2T2 2T2上述反应中常用的溶剂是烃类、二氧六环、四氢呋喃、乙酸乙酯和二甲基亚砜等有机溶剂。使用的催化剂是吸附在载体炭、CaCO 3、Al 2O3 或 BaSO4 上的铂或钯。近年来，亦有用三（三苯基膦）氯化铑RhCl(Ph 3)3作为均相催化剂。腈基和酮基的还原，常需加热、加压。为了避免这种操作方式，则用金属氚化物LiAlT4、NaBT 4、Li Et3BT 等进行还原。将酸、酮、醛、酯和腈类化合物还原成相应的氚标记化合物的反应通式如下： RCHTO或RCOHLiAl3 TilH3 LiAl3
26、2TilHRCNNRC3上述合成途径所制得的标记化合物是严格定位的，3H 仅限于标记在与双键或三键相联的碳原子位置。例如去甲肾上腺素7T 的制备：CHOHO H2N2.HClONaBT4 CTHOHO H2N2.HClHO14(甲肾上腺素7T)对某些化合物可用去氢试剂，在适当的反应条下，先制备出不饱和的前身化合物，然后再进行加氚反应制得所需的标记化合物。例如用四氯代苯对醌（DDQ）使雌酚酮分子中 1，2，6，7 位碳原子脱氢，形成双键。再将这不饱和前身化合物与氚气反应，则可得到雌酚酮1,2,6,7-T 标记化合物。其合成过程如下所示。(2)催化卤氚置换在催化剂的存在下，用氚来置换化合物中的卤素
27、原子，而制得氚标记化合物。其反应通式为： TXR2碱 性 溶 液催 化 剂TRX在与催化氚化相似的反应条件下，氚很容易与 Cl、Br、I 等卤素原子发生置换反应。从上述反应式中可看出，有一半的氚生成 TX。它在体系中积累，使得催化剂中毒而使CO 2T, 5%Pd-c (-1,26,7-T)OH3DQ COOH3COOH3 TTTT15反应缓慢。因此，需用氢氧化钾甲醇、三乙胺二氧六环等碱性溶液，将反应所生成的 TX 中和。若反应体系不能有碱存在时，则需用以 CaCO3 或碳粉为载体的铂或钯作催化剂。例如腺嘌呤-8-T 的合成，其反应途径如下：用催化卤氚置换法可制备 2,8 位被 3H 标记的嘌呤
28、化合物和 5,6 位被 3H 标记的嘧啶类化合物。对于尚无理想标记方法的肽和蛋白质而言，催化卤氚法是一种有效的标记途径。如有人以 3碘酪氨酸为原料，用卤氚置换反应得到酪氨酸3T，再用它合成 3H 标记的肽类激素。又如：将后叶催产素和血管紧张素直接碘化，在 5的Pd/CaCO3 催化下，进行卤氚置换，最后得到相应的高比活度、高生物活性的 3H 标记化合物。若用溴代或氯代氨基酸为原料，进行卤氚置换，还可制得具有旋光性的 3H 标记氨基酸，如 L苯丙氨酸2,4T；L谷氨酸 4T 。3. 其他标记化合物的化学合成化学合成法也常用于非同位素标记化合物的制备。近十多年来，对短寿命核素的标记化合物的化学合成
29、法作了大量研究，不少产品已被医学界采用。(1)放射性碘标记化合物的化学合成碘标记化合物的合成，一般采用过氧化氢、一氯化碘或氯胺等氧化剂或电化学方法将 Na131I（或 Na125I）氧化成元素OHNClaSHT22463碘或碘的正离子（如 131ICl,125ICl） 。然后，利用许多有机化合物容易与碘发生碘代反应的特点，制备各种标记化合物，其反应通式为： I或HIRI或R125312532153ClCllH例如 5碘尿嘧啶5 131I 则是用 131ICl 与尿嘧啶按上述碘代反应所制得的。通常把用氯胺 T 作氧化剂，合成碘标记化合物的方法称为氯胺 T 法。氯胺 T 能将溶液中的 131I（或
30、 125I）离子氧化成元素碘，然后取代酪氨酸芒香环上的氢，生成NNNNCBrNH2 T2, Pd/cNNNNCTNH2 (-8T)16二碘酪氨酸3，5- 131I.用这种方法可标记含酪氨酸残基的蛋白质、多肽或甾体类化合物。联接标记法是近年来发展的一种新方法。其特点是预先将放射性碘标在 3(4羟基苯)丙酸琥珀酰亚胺脂上。多肽类化合物和标记的酯混合，经一定时间反应后，多肽便和碘标记的酯联接在一起。这种方法特别适用于无酪氨酸残基末暴露在肽链表面的多肽类化合物的标记。由于在标记化合物的制备过程中未引入氧化剂，故能使标记分子保持原有的生物活性。例如肌红蛋白的碘标记化合物，就采用这种方法制得的，其反应过程
31、如下：(2)短寿命标记化合物的化学合成尽管短寿命标记化合物的制备，要求有快速和高效的反应步骤及分离方法，但化OHCH22 ONCCOOTNa125IOHCH22 ONCCOO125I125IHCH22 HNO125I125I 17学合成法仍是目前制备 11C、 18F、 13N 等短寿命标记化合物的主要途径。(a) 11C 标记化合物的合成11C 核素常用小型 旋加速器，通过 11B(p,n)、 10B(d,n)等核反应产生。生成的 11CO2及 11CO 混合物形式存在。用惰性气体氖等将它从靶室引至反应体系中。因此， 11C 标记化合物制备的初始原料一般是 11CO2 及 11CO。若用 N
32、aCN 或 N2-H2 混合气体作靶，经 14N(p,a)反应，则可得到 Na11CN 或 H11CN。它们是合成 11C 标记化合物的另一种原料。曾报道以 11CO2 为初始原料，制备了 L蛋氨酸（甲基） 11C，其合成途径为：ICHOC31I31LiAlH214 OHNSNS 222当加速器的质子流强为 10A 时，每生成 100mCi 的 11CH3I 约需 10min。生成的11CH3I 收集在 100l 丙酮内，再将它加到含有 H2O 蒸汽，混在气流之中，用生理盐水吸收可得 15O-H 2O 注射液。以上四种 15O 标记药物在临床使用时，有果要采用连续吸入或由静脉连续注入的给药方式
33、，此时生产过程也采用流水线方式，边照射，边纯化，边使用，在照射的同时将纯化后的药物快速而连续地通过管道送到患者身上。18F 目前主要利用 20Ne（d,）18F 和 18O(p,n)18F 两种应用制备。前一种反应须用能量较高的氚束。靶气为混有 0.2%氟气的氖气。照射时产生的 18F 与存在的 F2 作用生成 18FF 2，性质活泼，为 Ne 带出后，可用于亲电子的氟化反应。例如用于苯环上的氟化反应制备 L-6-18F氟多巴。利用另一种反应 18O(p,n)18F 反应制备 18F，在能量较低的小回旋加速器中即可进行，反应的产率高。制备时不必额外加入稳定性的氟，对医用有利，近年来已得到更为广
34、泛的应用。但反应需用价格比较昂贵的 18O 富集的水，即 18OH 2O 为靶。照射时产生的 18F 以氟负离子（F ）形式存在于靶水中，因此适合于给电子的（即亲核的）氟化反应。最主要的用途是合成高纯度的 18F FDG，即氟代脱氧葡萄糖。目前公认较佳的合成 18FFDG 方法是 Hamacher 法。该法的反应过程如下式OHOAc OAcHTfHHOAcCH2OAcH K/-2,+18F-CH3N, 85oC OHOAc OAcHH18FHOAcCH2OAcHOHOH OHHH18FOHCH2OHCl120o Tf =-SO2CF3 AcH-18由于作为另一反应物的 18FKF 为无机物，只
35、能溶于水溶液而不会溶于底物所处的有机溶剂乙腈中。如将它们两者直接混合，则由于两者难以接触，反应速度很慢。Hamacher 等加入了隐烷-2.2.2 商品外 Kryptofix 2.2.2，反应式中简写为 K2.2.2) 作为将 18F KF 从水相转移到有机相的相转移的催化剂，其原理是隐烷-2.2.2 能与K 牢固地配合形成大的亲有机溶剂的阳离子K/K-2.2.2 +，可把 18F-F-阴离子一起带入极性有机溶剂 CH3CN 中。两种反应物处于同一种溶剂中，反应速度就大大加快。300l (2mg) 的高半胱氨酸、70l 10mol/1 NaOH 和 1ml HCl 的水溶液中。在密闭并加热到
36、100条件下，反应 8min 再经过一系列的分离纯化，最后再经硅胶（F1500， LS254）薄层色层技术纯化，最终得到放射化学纯的蛋氨酸（一甲基） 11C 制品。另外，曾报道将 11CO2 在催化剂的作用下，生成 H11CN。由 H11CN 制备了 DL缬氨酸 11C 及肾上腺皮质多肽（ACPP 11C）等标记化合物。整个合成和纯化过程仅用45 分钏，DL缬氨酸 11C 的化学产额为 70。(b) 18F 标记化合物的合成。15.4.2 同位素交换法同位素交换法利用两种不同分子中同一元素的同位素交换过程，把示踪原子引入欲标记的化合物分子上，则是同位素交换法制备标记化合物的基本原理。同位素交换
37、法是目前制备氚标记化合物的重要方法，它亦用于放射性碘、硫、磷标记化合物的合成。同位素交换法的优点是方法简便，对复杂的或难以用化学合成法制备的标记化合物，具有实用的意义。它的缺点是标记位置不易确定，产品的比活度低，副产品的种19类和数量较多，造成对产品分离和纯化的困难。现以氚标记化合物的制备为例，对此法作一概要介绍。利用同位素交换法制备氚标记化合物的主要途径有：1.氚气曝射法（Wilzbach 法）氚气曝射法是将需标记的化合物，置于高比活度的氚气（氚气的丰度为 98）中，密封放置几天或数周。交换后，除去过剩的氚气，再将产品经分离、纯化，即得到所需的氚标记化合物。用此法曾标记了如秋水仙碱3H ；喜
38、树碱3H 等中草药中的有效成分。氚气曝射法进行同位素交换的详细机制尚不清楚。有人认为它是辐射诱导的交换过程，氚氢之间的交换可能由以下反应过程：(1)反冲氚原子和化合物分子间的反应： RTHeT32 (2)被激活的或游离的氚原子和化合物分子间反应： 22R(3)被激活或离子化的化合物分子与氚气反应： HeTR2其中，反冲氚原子直接与化合物作用，而得到标记的可能性较小。上述的(b)和(c)过程，可能是主要的标记过程。一般情况下，氚与化合物分子结合的速度，每天只占体系中总氚量的 1左右，因此需要长时间的曝射。从而也产生了许多辐射分解产物。在曝射过程中，辐射还可引起多种副反应，这些副产品的放射性活性要
39、比产品高 10100 倍。副产品的性质往往又与产品相似，难以从产品中分出。为了提高同位素交换速度，缩短曝射时间，降低产品中由辐射引起的杂质含量，曾对气体曝射法作了改进。例如借助微波、高频放电、超声波、紫外或 X 射线照射等方法，使化合物与氚受到诱导激发和电离，从而提高同位素交换的速度。如用充有氚气的放电管，并将欲标记的化合物置于放电管的阴极上。通过微波放电，使氚气形成203H 等离子体，并得到加速，它与靶物作用生成 3H 标记化合物。用这种微波放电法曾制备了 3H 标记的苯、硬脂酸等一系列标记化合物。改进后的曝射法，目前用于多肽、蛋白质、和一些结构复杂的有机化合物的标记。所得产品的比活度较气体
40、曝射法高，并可保持标记的生物产品有较高的生物活性。例如用高频放电法，对胰液中的核酶进行了成功的标记。制备的时间仅 530min，而产品的比活度可达到 Ci. Mmol-1 的数量级，标记产物还保持原有的生物活性。另外，还用加入 Pt-C、Pd-C 作催化剂；将欲标记的化合物分散在碳粉上，扩大反应接触面积等方法来提高气体曝射法的效率。2.液体内催化交换法将醇、醛和酸等有机化合物溶于氚水中，这些分子中的某些氢原子即与氚水中的3H 发生交换，并很快达到平衡。若化合物不溶于水，用适当溶剂（分子中无不稳定的氢原子）使之溶解，同样可达到交换的目的。曾报道，在 pH7 的氚水中,经水浴加热即可获得氚标记的嘌
41、呤核苷及含嘌呤基的抗菌素等。而在相同的条件下却不能标记嘧啶核苷。在上述无催化剂存在的条件下，获得不易脱落标记的产品，实际上并不多见。为了使氚原子进入化合物分子的稳定位置上，必须通过催化交换反应。常用的催化剂是铂或钯。溶液内催化交换法是将需标记的化合物，溶于含有催化剂铂（或钯） 。的氚水（或 70的氚化醋酸）中，将整个反应体系调至中性或碱性。在 20200的温度范围内，搅拌一定时间（一般为 124h） ，使同位素交换反应得以进行。溶液内催化交换法常用于制备芒香族、甾类、杂环类及生物碱的 3H 标记化合物。近来，对上述方法作了改进。用氚气取代氚水，以 Pt-C 作催化剂，溶液 Ph 控制在 710
42、 范围内，在室温下即可获得 3H 标记的产品。改进后的方法常用于制备氨基酸、含嘌呤基的核苷和核苷酸及糖类标记化合物。例如曾用改进后方法制备 26 Ci.mmol-1 的环化腺嘌呤-5-磷酸（Camp ）的 3H 标记化合物。对单糖或多糖类化合物、含苄基化合物，催化交换法还可制得定位的标记化合物。凡属还原糖类化合物，3H 都标记在醛基位置；含苄基的化合物 3H 则标记在亚甲基上。溶液内催化交换法的优点是简便、快速；氚气欲标记化合物的用量少，适用于标记稀有或昂贵的复杂化合物；产品的比活度高。但此法亦因以下原因而受到限制：欲标记化合物必须能溶解在溶剂中；反应必须在中性或碱性条件下进行；在欲标记的21
43、分子中，不能含有碘或硝基，否则就会阻碍同位素交换反应的进行。15.4.3 生物合成法生物合成法生物合成法是利用动植物、藻类、微生物或菌类的生理代谢过程，将示踪原子引入需标记的化合物分子中。整个生物合成过程大体上分成四步。(1)把示踪原子或简单的标记化合物引入活的生物体内；（2）控制适宜生物体代谢的条件，在生理代谢过程中，示踪原子经一系列复杂的生物化学过程后，标记到所需的分子上；(3)将上述生物体转化成某种需要的化学形式，以便进行分离、纯化，或用其它标记化合物制备的方法作进一步合成；(4)进行分离和纯化，将所需的标记化合物同生物体分开。生物合成法能标记一些结构复杂，具有生物活性，难以用其它标记方
44、法制备的化合物。但因生物活体对放射性有一定耐受量，在生理代谢过程中，放射性示踪原子以各种途径的代谢和排泄，生成不需要的副产品。因而使这一方法的产量及产率较低，产品的分离、纯化亦较复杂。生物合成法的另一缺点是，标记的位置难于确定，生产的重复性较差。用生物合成法可制备某些核苷酸、蛋白质、糖类及激素等 C、P、S 、 3H 及 I 的标记化合物。例如：用海绿藻合成 14C 均匀标记的多种氨基酸。先将足够量的海绿藻避光 24h，引起它的“光饥饿” ，然后通入 14CO2，温度控制在 2528、光照 36h，使14CO2 随光合作用进入藻体细胞。从上述处理过的海绿藻中提取蛋白质，并将它水解。蛋白质的水解
45、产物用阳离子交换柱或薄层色层。将制得的 14C 标记的氨基酸进行分离及纯化。最终得到了 14C 标记的丙、精、天门冬、谷、甘、组、亮、赖、蛋、脯、丝、酪、缬和苯丙氨酸。还报道了利用美人焦叶，烟叶的光合作用合成右旋葡萄糖-1，6 14C 标记化合物。利用毛地黄的叶，将娠烯醇酮7 3H 转化成地高辛 3H 和毛地黄毒苷 3H 等。利用酶的催化作用，曾将胸腺嘧啶 14C 标记化合物与从大白鼠肝中分出的脱氧核糖酸转移酶混合在一起，则可制得胸腺嘧啶核苷糖核酸转移酶混合在一起，则可制得胸腺嘧啶核苷 14C。从啤酒酵母中提出的酶液，能使氚标记尿嘧啶核苷单磷酸 3H（UMP 3H） ，转化成尿嘧啶核苷三磷酸
46、3H（UTP 3H） 。还用生物合成法和化学合成法结合在一起，制备了碘标记化合物。如常用的乳过氧化物酶法就是其中之一。乳过氧化物酶法的基本原理是将牛乳中提取的乳过氧化物22酶与 H2O2 形成配合物，然后使碘氧化，再加入蛋白质，生成碘标记的蛋白质分子。乳化氧化酶催化蛋白质碘化的反应式如下： 22或I2NaOHIa1515I125125蛋 白 质 蛋 白 质以促甲状腺激素标记为例：将促甲状腺激素（HTSH）2.5g，0.4mol/1 醋酸缓冲液（pH5.6）25l,乳过氧化物酶液 25l(1.0g),Na 125I 50l (1.0m Ci)及 10l H2O2混匀，反应 10min.然后将反应
47、液通过用缓冲液平衡过的 1.07.5cm 凝胶色谱柱（Sephadex G-50） ，即将制得的 HTSH 125I 与游离碘分开。生物合成法也用于制备比活度高的 32P 或 35S 的标记化合物。曾报道了用无载体的与 二磷酸腺苷 混合，经一系列酶促反应后制得比活度高达(5.8-432P5AD56.5)103Ci.mmol-1的 三磷酸腺苷 标记化合物。将制PAT32325得的 在多核苷酸激酶、核酸酶 Pi (Nuclease Pi)、肌激酶和丙酮酸PAT32激酶作用下，还可得到 标记化合物。产品的比活度虽不如PT325高，但仍有(0.2-1)103 Ci.mmol-1。用酶促反应还合成了环化
48、单磷325酸核糖核苷类的 32P 标记化合物。这些标记化合物在分子生物学的研究中起着极其重要的作用。15.4.4 热原子标记法热原子标记法有关热原子标记法的原理和制备标记化合物的实例，在本书的 12.6 章节中已有阐述，这里不再重复。近年来有人在热原子反冲法的基础上，发展成用离子分子束反应的标记化合物制备方法。用这种方法已制备出一些 14C 和 3H 的标记化合物。离子分子束反应法是用一种特殊的化学加速器，产生含有放射性核素的高速离子束，去轰击欲标记的化合物或中间体，发生离子分子反应，制备出所需的标记化合物。例如曾用加速的 14C 离子束，轰击由 500mg 苯制成的靶，经 24h 轰击后，产生比活度为 0.2mCi.mg-1的苯 14C 标记化合物。产物中除 14C 标记的苯外，还有甲苯及其他 14C 标记的副产品存在。2315.5.5 多标记化合物的制备多标记化合物的制备若需观察分子中不同基团或某些部位各自的特性
