兰化所刘超团队Chem:利用¹⁰BF₃合成高丰度¹⁰B联硼试剂 | Cell Press论文速递
物质科学
Physical science
稳定的同位素已经成为药物开发和利用的重要工具。由于硼-10(10B)具有独特的高中子吸收性能,硼中子俘获疗法(BNCT)被认为是癌症治疗的理想技术。随着加速器中子源的高速发展,高效合成10B富集的分子载体对于BNCT药物开发变得至关重要。然而,目前缺乏用于在各种载体中安装10B的试剂。基于此,来自中国科学院兰州化物所羰基合成与选择氧化国家重点实验室的刘超研究员团队近日在Cell Press细胞出版社期刊Chem上发表了一篇题为“Enriched 10B-diboron reagents synthesis from 10BF3”的最新研究,从硼的主要来源10BF3开发了高丰度¹⁰B联硼试剂的合成方法。这些联硼试剂的合成不仅将在无机10B源与众多有机10B分子之间建立高效的桥梁,还将有益于与硼相关的机制研究。
近年来,癌症逐渐成为了严重威胁人类健康的公敌。尽管全球治疗技术不断改进,包括手术、靶向药物治疗、放射治疗、免疫治疗等,但癌症的发病率和死亡率仍然高居不下。而硼中子俘获疗法(BNCT)是一种基于同位素硼-10(10B)独特高中子吸收性能的肿瘤选择性粒子放射疗法,是实现癌症精确治疗的最有前途的策略之一。这是一种基于肿瘤细胞中选择性富集10B的二元治疗方法。当足够浓度的10B被选择性富集在肿瘤细胞中时,热中子辐射选择性诱导10B(n,α,γ)7Li核反应,产生路径小于10μm的高能量α粒子,可以选择性触发肿瘤细胞死亡,同时防止对健康组织的损害(图1A)。BNCT的成功需要高质量的热中子束和肿瘤细胞中足够的10B浓度。这两者都是实现细胞水平靶向杀死肿瘤不可或缺的。目前,BNCT治疗癌症仍然面临挑战。随着加速器中子源的快速发展,高效合成富含10B的分子载体成为开发BNCT药物的关键挑战。鉴于癌症治疗的理想前景,世界各地正在研究其他含硼分子用于BNCT的可能性。其中一个主要工作是合成具有高10B容量的硼载体。
基于此,本文设计了一种从硼-10的主要来源10BF3开发了高丰度10B联硼试剂的合成方法,实现了高效合成富含10B的分子载体,如图1所示。
图1:高效合成富含10B的分子载体。
作者首先从常见的10B的富集方法开始探讨,简单概述了富集10B的各种化学制备方法以及由10BF3合成10B2pin2以及其他10B的联硼试剂无疑具有重要的研究意义和应用价值(图2)。
图2:同位素硼-10及联硼试剂的应用价值。
随后,作者首先以自然丰度的三氟化硼作为原料进行合成方法的最有条件探索,确定了以三氟化硼和二胺为原料,以氯硅烷作为氯化试剂,通过氟/氯交换、还原B-B成键策略成功实现了用三氟化硼直接合成联硼化合物(图3)。
图3:富含10B的联硼试剂的合成及反应机理。
作者通过调整不同反应条件,探讨了不同条件下制备氯化二氨硼和其他有机硼化合物的新方法的反应效率和适用性。
图4: 对照实验与提出的氯化二氨硼生成的反应途径。
在获得最优合成方法后,首先以商业可购买的高丰度10BF3作为起始原料,以克级规模合成了富含10B的二硼试剂10B2dmeda2和10B2dmbda2。以合成的10B2dmeda2作为原料,通过酯交换或胺交换合成了高丰度的10B2pin2、10B2Epin2、10B2cat2、10B2neop2以及10Bpin-10Bdan。利用10B2pin2在氢气条件下的铱催化氢化反应合成了H10Bpin (图4)
图5: 富含10B的联硼试剂的合成。
除此之外,对于10B-L-BPA的合成,本文所报道的途径相比已报道方法具有明显的合成优势(图5)。作者以高丰度硼-10的联硼试剂为基础,利用丰富多样的硼化技术将为后期10B药物评估提供重要的分子基础。
图6:富含10B的联硼试剂合成路径的对比以及其转化应用。
总结
综上,该工作基于联硼试剂如B2pin2在合成中的广泛应用价值,通过不断尝试,他们利用10BF3合成高丰度10B联硼试剂,实现了高效合成富含10B的分子载体。这些同位素硼-10试剂的相应自然丰度试剂已被广泛应用于合成结构多样的有机硼化物。而相应的硼-10试剂的合成无疑将为合成大量的有机硼-10化合物提供重要的物质基础,协助世界范围内的癌症治疗。
相关论文信息
论文原文刊载于CellPress细胞出版社旗下期刊Chem上,点击“阅读原文”查看论文
▌论文标题:
Enriched 10B-diboron reagents synthesis from 10BF3
▌论文网址:
https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(23)00324-8
▌DOI:
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.06.019
▲长按图片识别二维码阅读原文
CellPress细胞出版社
推荐阅读
杨世和/黄勃龙团队Chem:新型核壳模型催化剂多位点结构对CO₂RR反应机制的影响 | Cell Press论文速递
▲长按识别二维码关注细胞科学