adiosynthèse des acides aminés marqués au [18F]

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4.1 Choix d’une méthode de synthèse
Rappelons que le but de ce travail est d’améliorer la radiosynthèse des
acides aminés marqués au fluor-18 (6-[18F]fluoro-L-DOPA 1, 2-[18F]fluoro-L-
tyrosine 2, 4-[18F]fluoro-L-phénylalanine 3 et 2-[18F]fluoro-L-phénylalanine 4) pour
permettre son implémentation dans un automate de synthèse FASTlab présent dans
notre laboratoire suite à une collaboration entre General Electric (GE) et le Centre de
Recherches du Cyclotron. La chimie devant être incorporée dans le FASTlab devra
être compatible avec le module et les rendements devront être aussi élevés que
possible. Le temps de synthèse devra être inférieur à 2 heures (t1/2 18F).
Les principales méthodes de préparation des acides aminés aromatiques
marqués au fluor-18 ont été décrites dans la partie bibliographique de ce travail. Au
départ de fluor électrophile, la synthèse comporte généralement 3 étapes : marquage
d’un précurseur acide aminé protégé ou non, hydrolyse des groupements protecteurs
éventuellement présents et purification sur HPLC semi-préparative. La méthode
proposée par Namavari en 1992 semble la plus intéressante à mettre en œuvre. Elle
permet d’obtenir la FDOPA 1 au départ d’un précurseur organostannique avec un
rendement corrigé de 25 % après 50 minutes de synthèse. De plus, cette synthèse a
été reprise par de nombreux auteurs afin de l’implémenter sur des automates
disponibles ou non dans le commerces (de Vries 1999, Chang 2000, Fuchtner 2008,
Kao 2011). Par la voie nucléophile, le fluor-18 est généralement introduit sur un
précurseur facile à marquer et le squelette de l’acide aminé est élaboré au cours
d’une synthèse multi-étapes ce qui implique une étape énantiosélective pour obtenir
le carbone chiral de l’acide aminé avec la bonne configuration. Parmi les différentes
méthodes de synthèse énantiosélective proposées dans la littérature pour la
préparation de la FDOPA 1, celle impliquant l’alkylation énantiosélective d’un
dérivé de la glycine au moyen d’un dérivé halogéné par PTC a été reprise par de
nombreux auteurs (Lemaire et al., 1999-2001-2004 ; Zhang et al., 2002 ; Yin et al.
2003 ) fournit un rendement en produit final (25 – 30 %) et l’excès énantiomérique
(> 95 %) est remarquable. Cette voie de synthèse a également été automatisée (Shen
et al. 2009).
Les principales caractéristiques de ces deux modes de production de la
FDOPA 1 sont reprises dans le tableau 10.

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Voie
électrophile
Voie
nucléophile
Equation nucléaire
20Ne(d,)18F
18O2(p,n)18F
H218O(p,n)
Nature de la cible
Gaz
Eau
Activité produite
9,25 - 37 GBq
250 - 1000 mCi
37 - 185 GBq
1 - 5 Ci
Agent de fluoration
[18F]F2
[18F-]
Rendement radiochimique
maximal théorique
50 %
100 %
Quantité de fluor-19
50 - 200 µmol
n.c.a.
Activité spécifique
74 MBq/µmol
2 mCi/µmol
> 37 GBq/µmol
> 1 Ci/µmol
Quantité (mg)
2 - 10
n.c.a.
Rendement radiochimique (%)
25
25-30
Excès énantiomérique (%)
97 - 99
97
Temps de synthèse (min)
50
100
Activité théorique disponible
en FDOPA 1 (EOS)
1,6 - 6,5 GBq
45 - 180 mCi
0,74 - 40,7 GBq
20 - 1100 mCi
Tableau 10 : Comparatif des
méthodes électrophiles et nucléophiles
L’utilisation du fluor [18F]F2 pose divers problèmes. Sa production nécessite
l’utilisation d’une cible gazeuse (18O2 ou 20Ne) et la présence de fluor-19 est
indispensable dans la cible lors de l’irradiation ce qui entraine une diminution de
l’activité spécifique (74 MBq (2 mCi)/µmol). Dans ce cas, l’activité maximale en
[18F]F2 pour démarrer une synthèse est de maximum 1 Ci (37 GBq) alors qu’avec la
méthode nucléophile, il est possible d’obtenir jusqu’à 10 Ci (370 GBq) de fluorure
[18F]F-.
La meilleure synthèse électrophile de FDOPA 1 est décrite dans la littérature
par Namavari et al. en 1992 [90]. Son rendement est de 25 % après 50 minutes de
synthèse. Pour la voie nucléophile, la méthode proposée par Lemaire et al. en 2004
[160] procède avec un rendement également de l’ordre de 25 % en FDOPA 1. La
synthèse est cependant plus complexe à mettre en œuvre puisqu’elle nécessite
plusieurs étapes et une durée de 100 minutes. Malgré ce temps de synthèse plus

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long, la voie nucléophile est pour diverses raisons nettement plus avantageuse. En
effet, l’activité disponible en début de synthèse sous formes de [18F]F- peut être
supérieure à 10 Ci (370 GBq). Cette activité élevée est donc compatible avec un
temps de synthèse plus long.
Les excès énantiomériques obtenus par la voie électrophile (97 – 99 %) et
ceux obtenus par la voie nucléophile (97 %) sont forts similaires. Dans la méthode
électrophile, le précurseur de marquage est porteur du carbone chiral avec la bonne
configuration alors que la méthode nucléophile implique une étape énantiosélective
pour introduire le carbone chiral.
Notons que l’activité spécifique obtenue fin de synthèse par la méthode
nucléophile est au minimum 500 fois plus importante que celle obtenue par la
méthode électrophile. Une activité spécifique élevée permet d’étudier des récepteurs
présents en faible quantité sans risquer de saturer les sites de fixation ou d’induire
des perturbations dans le processus métabolique étudié. La faible quantité de produit
fluor-19 dans l’injectable est également un avantage du point de vue toxicologique.
En effet, certains de ceux-ci sont extrêmement toxique et ce même en faible
concentration (quelques g/l). L’utilisation de composés radiopharmaceutiques
produit par voie nucléophile permet d’injecter, si nécessaire, un volume plus
important (3 - 4 mL) sans dépasser la quantité au-delà de laquelle le composé froid
associé est toxique.
Au vu de ces différentes constatations, la voie nucléophile semble la plus
appropriée pour la préparation d’acides aminés marqués au fluor-18. Parmi les
nombreuses voies de synthèse évoquées dans la partie bibliographiques de ce travail,
l’approche proposée par Lemaire et al. en 1999 résumée dans la figure 68 semble la
plus prometteuse. Cette synthèse comporte deux étapes importantes. La première (I)
consiste à préparer le dérivé bromé au départ de l’aldéhyde marqué au fluor-18. La
seconde (II) consiste à introduire le centre d’asymétrie de la molécule. A notre avis,
moyennant certaines modifications, il devrait être possible de la mettre en œuvre
dans un automate de synthèse FASTlab (GE).

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Figure 68 : Radiosynthèse de la
FDOPA 1 par PTC énantiosélective
Cependant avant toute automatisation, les points suivant de la radiosynthèse
devront être améliorés:
 L’acide bromhydrique gazeux est un agent corrosif difficilement stockable
et manipulable qui en cas de fuite peut provoquer des brûlures et des
problèmes respiratoires chez les opérateurs ainsi que des dégâts (corrosion)
au matériel environnant. L’acide bromhydrique gazeux doit
impérativement être remplacé par un réactif plus simple à manipuler
 L’excès énantiomérique final dépend directement de la température durant
l’étape d’alkylation. La synthèse décrite ci-dessus (Figure 68) nécessite le
refroidissement préalable du dérivé halogéné 12 avant son utilisation dans
la réaction d’alkylation qui doit impérativement se dérouler à 0°C. Si cette
condition n’est pas respectée, les excès énantiomériques en produit final
peuvent être relativement faibles (< 80 %). Le temps requis pour refroidir
cette solution d’halogénure de benzyle de la température ambiante à 0°C
rallonge d’autant la durée de synthèse et de ce fait, l’activité totale
disponible pour l’injection chez l’homme en est d’autant réduite.
Idéalement, cette réaction devrait se dérouler à température ambiante. La
synthèse et l’étude de nouveaux catalyseurs chiraux s’avère donc
indispensable.

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 Les groupements méthoxy des précurseurs sont difficilement
hydrolysables et nécessitent des conditions dures (HI, 200°C, 20 minutes).
Des précurseurs possédant des groupements protecteurs plus labiles que les
méthoxy permettraient également de diminuer le temps de la synthèse et
ainsi d’accroitre l’activité disponible en fin de processus.
Au cours de ce travail, nous tenterons d’optimiser ces différents points. Les
solutions apportées à ces différents problèmes sont présentées dans ce chapitre qui
comprend quatre sections. La première décrit les améliorations réalisées pour la
préparation de divers halogénures de benzyle marqués au fluor-18. La deuxième est
consacrée à la synthèse de nouveaux catalyseurs chiraux et à l’évaluation de leur
efficacité dans la réaction d’alkylation. La troisième partie est dédiée à la recherche
de nouveaux groupements protecteurs. La dernière est dédiée à l’automatisation de
la synthèse ainsi modifiée au moyen d’un automate de synthèse du commerce
(FASTlab).
4.2 Préparation des halogénures de benzyle marqués au fluor-18
4.2.1 Généralités
Sur base de l’étude bibliographique réalisée ci-avant, il apparait que la
synthèse des halogénures de benzyle marqués au fluor-18 implique le plus souvent
la mise en œuvre de trois étapes clés :
 Marquage par substitution nucléophile aromatique d’un composé
aromatique nitré ou de son sel d’ammonium quaternaire correspondant
 Réduction de l’aldéhyde en phase liquide ou sur SPE au moyen d’un agent
réducteur
 Halogénation de l’alcool [18F]fluorobenzylique obtenu au moyen d’un
réactif approprié
Exceptionnellement, cette préparation au départ de l’aldéhyde fluoré peut
être réalisée en phase liquide en une seule étape au moyen de diiodosilane. Même si
dans ce cas, la synthèse du dérivé halogéné au départ du benzaldéhyde marqué au
fluor-18 ne nécessite qu’une étape, cette méthode a été abandonnée car elle était
complexe à mettre en œuvre.
D’un point de vue chimique les réactions sur support solide sont
particulièrement intéressantes car dans ce cas, la réduction et l’halogénation peuvent
être réalisées sur le même support. De plus l’utilisation d’un large excès de ces
réactifs est non problématique puisqu’ils sont facilement éliminés.