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Die Erfindung betrifft Fluordideuteromethyl-1, 1,1,3,3,3-hexafluor-2-propylether und sein
Hexafluor-2-deutero-2-propylether-Analogon und deren Verwendung in der Narkose.
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Halogenierte Isopropyl-Derivate von Ether haben sich vielversprechend gezeigt für die
Verwendung im medizinischen Bereich aufgrund ihrer Narkose-herbeiführenden Eigenschaften.
Von diesen waren die bis heute erfolgreichsten Verbindungen fluorierte Isopropylether wie
Sevofluran (Fluormethyl-1, 1,1,3,3,3-hexafluor-2-propylether). Sevofluran zeigte eine rasche
Herbeiführung der Narkose und Erholung davon bei Verabreichung durch Inhalation, was es
für die Verwendung als Narkosemittel attraktiv machte. Weiter ist Sevofluran eine flüchtige
Flüssigkeit, nicht entzündlich in Luft bei Raumtemperaturen und es weist eine untere
Zündgrenze in Sauerstoff von etwa 11,8 Vol.% auf, was auch eine sichere Verwendung
gewährleistet. In der US-PS 3,683,092, erteilt an Regan et al., ist die Verwendung von Sevofluran als
Narkosemittel offenbart.
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Während es viele vorteilhafte Narkoseeigenschaften zeigt, wie die Fähigkeit zur schnellen
Veränderung der Narkosetiefe, wurde die Verwendung von Sevofluran als ein allgemeines
Inhalationsnarkosemittel behindert durch seine potentielle Nephrotoxizität, wenn es bei
ausreichend hohen Konzentrationen metabolisiert wird. Es wird jedoch häufig in Japan
verwendet.
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Versuche, andere halogenierte Isopropyl-Derivate mit vorteilhaften Narkoseeigenschaften zu
finden, führten Wissenschaftler dazu, Sevofluran mit anderen ähnlichen Resten zu
substituieren. Diese Versuche waren nicht erfolgreich insofern, als verschiedene verwandte
Verbindungen entweder keinerlei Narkoseeigenschaften besitzen, nur geringe Narkoseeigenschaften
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erzeugen oder toxisch sind. Zum Beispiel offenbart die US-PS 3,683,092, daß die Verbindung
CH&sub3;OCF(CF&sub3;)&sub2; bis zu 8 Vol.% in Sauerstoff nicht narkotisch wirkt, was bedeutet, daß es bei
seiner narkotischen Konzentration brennen würde, da seine untere Zündgrenze bei etwa 7-8%
liegt. Bei einem anderen Isomer, Trifluormethyl-2,2,3,3-tetrafluorpropylether von Aldrich und
Shepard, J. Org. Chem., Band 29, Seiten 11-15 (1964) wurde gezeigt, daß es in Mäusen bei so
niedrigen Konzentrationen wie 0,5% heftige Konvulsionen und Tod verursacht. Noch ein
anderes Isomer, CHF&sub2;OCH&sub2;CF&sub2;CF&sub3;, ist nicht narkotisch bis zu dessen letaler Konzentration
und erzeugt Konvulsionen in Mäusen. Noch als ein anderer Vergleich wurde gefunden, daß
das Isomer (CHF&sub2;)&sub2;CF-O-CHF&sub2; ein schwaches Narkosemittel ist, mit dem eine tiefe Narkose
nicht erreicht wird und bei dem abnorme elektroenzephalographische und konvulsivische
Aktivität beobachtet wird. Folglich ist erkennbar, daß bis heute nur ein geringer Erfolg eintrat,
und ein Bedarf vorliegt für ein Narkosemittel zur Verwendung in Säugern, das die
vorteilhaften Kennzeichen von Sevofluran aufweist, während die begleitende Fluoridionenfreisetzung
minimiert wird.
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Ein weiteres Problem, das mit Sevofluran besteht, betrifft Zersetzungsprodukte, bei
Verwendung in einem typischen Narkosekreislauf beinhaltend CO&sub2;-Absorbenzien; vgl. Morio et al.,
"Reaction of Sevofluorane and its Degradation Products with Soda Lime: Toxicity of the By-
Products", Anesthesiology 77, 1155-1164, 1992 und Frink et al., "Quantification of the
Degradation Products of Sevoflurane in two CO&sub2; Absorbants During Low-flow Anesthesia in
Surgical Patients", Anesthesiology 77, 1064-1069, 1992. Obwohl diese Zersetzungsprodukte
bis zu fünf verschiedene Verbindungen enthalten können, führt die anfängliche Reaktion zu
der am meisten vorherrschenden und potentiell schädlichsten Verbindung, die als
"Verbindung A" bekannt ist. Es handelt sich um eine ungesättigte Verbindung mit der Formel
Fluormethyl-2,2-difluor-1-trifluormethylvinylether der Formel:
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Ein typischer Narkosekreislauf beinhaltet natürlich das Narkosegerät, das ein
Inhalationsnarkosemittel an den Patienten verabreicht, das Atmungssystem des Patienten zur Einatmung
eines Gemisches von Sauerstoff und Narkosemittel und Ausatmung des narkotischen
Gemisches, das nun einen hohen Kohlendioxidgehalt aufweist, ein Gaswäschesystem zur
Entfernung von Kohlendioxid aus dem ausgeatmeten Gasgemisch, dann natürlich ein
Rezyklie
rungssystem unter Verwendung von Einwegventilen zurück zum Narkosekreislauf. In diesem
halb geschlossenen Kreisprozeß ist der typische Kohlendioxidgaswäscher oder -absorber ein
Filtereinsatz eines Gemisches, bekannt im allgemeinen als Natronkalk. Es gibt etwa fünf
kommerzielle Hersteller von Natronkalk zur Verwendung in der Anästhesie. Im allgemeinen
beinhalten diese Gemische ein Gemisch von Natrium-, Calcium- und Kaliumhydroxid. Einige
Beispiele von kommerziell erhältlichem und häufig in der Chirurgie für CO&sub2;-Absorption oder
-Gaswäsche verwendetem Natronkalk sind SodasorbTM von W. R. Grace, Lexington,
Massachusetts, Barolyme von Chemtron Medical Division, Allied Health Care Produkts, St.
Louis, Missouri, und Wakolime (Wako Pure Chemical, Osaka, Japan). Natronkalk umfaßt
etwa 5% Natriumhydroxid und etwa 95% Calciumhydroxid. Abhängig vom Hersteller
beinhalten andere Komponenten anwesend in Kohlendioxid-Gaswäscherfiltereinsätzen
Kaliumhydroxid, Bariumhydroxid, Natriumsilikat und natürlich Wasser. Alle sind sehr starke Basen.
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Alle diese Produkten arbeiten im allgemeinen auf die gleiche Weise, d.h. das
Natriumhydroxid reagiert in erster Linie mit Kohlendioxid unter Bildung von Bicarbonat, das in der
Folge mit dem Calciumhydroxid unter Bildung von unlöslichen gefällten Carbonaten reagiert:
Die Reaktion ist exotherm, und obwohl der Filtereinsatz zu Beginn bei
Umgebungsbedingungen arbeitet, erwärmt er sich und erreicht häufig eine stabile Temperatur innerhalb des
Bereichs von 45ºC bis 50ºC während der Operation. Die genaue erreichte stationäre
Temperatur hängt von dem durch den Patienten erzeugten CO&sub2;-Volumen und dem gesamten Fluß aller
Gase in der Luft ab.
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Wie in den vorstehend erwähnten Artikeln von Morio et al. und Frink et al. berichtet,
beobachtet man gewöhnlich bei erhöhten Temperaturen in Natronkalk zersetzte Produkte von
Sevofluran, die potentiell toxisch sind. Insbesondere treten Probleme auf mit zwei
verschiedenen Teilen des Sevofluranmoleküls. Der Fluormethoxykohlenstoffteil des Molekül zersetzt
sich während des Metabolismus in der Leber des Patienten unter Freisetzung von
Fluoridionen, die potentiell die Niere schädigen können. Der Hexafluorisopropylteil der Verbindung
wird sich in der Anwesenheit von Natronkalk unter normalen Betriebsbedingungen unter
Bildung der "Verbindung A", einer ungesättigten Vinylverbindung, zersetzen, von der in der
Literatur gezeigt wurde, daß sie bei Inhalation in Bereichen von 100 ppm bis 1000 ppm bei
Inhalationsexperimenten mit. Ratten toxisch ist. Obwohl Sevofluran signifikante Vorteile als
Inhalationsnarkosemittel aufweist, müssen jedoch die Organtoxizitätsprobleme verbunden mit
der Verwendung von Sevofluran als erstes gelöst werden.
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Wir haben gefunden, daß deuteriertes Sevofluran mit einer viel geringeren Geschwindigkeit
als Sevofluran selbst metabolisiert und anschließend defluoriert wird, wodurch die
Fluoridionenfreisetzung vermindert wird, während alle der narkotischen Eigenschaften von
Sevofluran aufrecht erhalten werden. Dieser Befund löst ein sehr wichtiges Problem mit diesem
Molekül, nämlich Lebermetabolismus mit der Freisetzung von Fluoridionen. Die vorliegende
Erfindung stellt eine Verbesserung für Sevofluran durch die Verwendung von deuteriertem
Sevofluran dar.
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Die vorliegende Erfindung zielt auf die Bereitstellung einer deuterierten
Sevofluranverbindung mit den vorteilhaften Eigenschaften von Sevofluran zur Verwendung als
Inhalationsnarkosemittel, das die metabolische anorganische Fluoridfreisetzung vermindern wird, sowie ein
Verfahren zur Herbeiführung von Narkose in Patienten, die diese Verbindung inhalieren,
wobei Narkose in einem Patienten erzeugt wird, während es langsam metabolisiert wird.
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Die vorliegende Erfindung zielt auch auf die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung
von Fluordideuteromethyl-1,1,1,3,3,3-hexafluor-2-propylether.
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Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung von deuteriertem Sevofluran (d.h.
D&sub2;-Sevofluran und D&sub3;-Sevofluran - wobei die zwei Verbindungen definiert sind durch die
nachstehenden Formeln) und dessen Verwendung zur Narkose von Tieren. D&sub2;-Sevofluran
wird mit einer viel geringeren Geschwindigkeit metabolisiert und nachfolgend defluoriert,
wobei die Fluoridionenfreisetzung vermindert wird, während alle narkotischen Eigenschaften
von Sevofluran aufrecht erhalten werden.
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Entsprechend der Erfindung wird ein deuteriertes Sevofluran der allgemeinen Formel
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bereitgestellt, worin R Wasserstoff oder Deuterium ist.
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Ein Verfahren zur Herbeiführung von Narkose in Tieren wird offenbart, indem D&sub2;- oder D&sub3;-
Sevofluran den Tieren durch Einatmen verabreicht wird. Weiter wird Fluordideuteromethyl-
1,1,1,3,3,3-hexafluor-2-propylether hergestellt durch Umsetzung von Dimethyl-D&sub6;-sulfat mit
1,1,1,3,3,3-Hexafluor-isopropanol; das dann mit BrF&sub3; umgesetzt wird. Überschüssiges BrF&sub3;
wird dann zerstört, wobei Fluordideuteromethyl-1,1,1,3,3,3-hexafluor-2-propylether
zurückbleibt.
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Die Erfindung wird nun in Beispielen beschrieben, wobei auf die begleitenden Zeichnungen
Bezug genommen wird, wobei:
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Fig. 1 die konzentrationsabhängige Defluorierung von deuteriertem Sevofluran, Sevofluran
und Enfluran in Lebermikrosomen von Isoniazid-behandelten Ratten darstellt;
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Fig. 2 die konzentrationsabhängige Defluorierung von deuteriertem Sevofluran, Sevofluran
und Enfluran in Lebermikrosomen von Phenobarbital-behandelten Ratten darstellt; und
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Fig. 3 Plasmafluoridkonzentrationen in Ratten, narkotisiert für 30 Minuten mit deuteriertem
Sevofluran, Sevofluran und Enfluran, darstellt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Sevofluran oder Fluormethyl-1,1,1,3,3,3-hexafluor-2-propylether hat die Formel:
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Sevofluran wird bei der Verabreichung in der Leber durch Cytochrom P450 metabolisiert,
wobei Fluorid und Hexafluorisopropanol freigesetzt werden. Anorganische Fluoride werden
bei ausreichend hohen Konzentrationen zu renalen Dysfunktionen führen, einschließlich
polyurischem Nierenversagen, das tödlich sein kann.
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Zusätzlich, wie veranschaulicht in den vorstehend erwähnten Artikeln von Morio et al. und
Frink et al., können Doppelbindungsabbauprodukte ausgehend von "Verbindung A", die nach
der Bildung in Natronkalk inhaliert werden, irreversibel an Gewebemakromoleküle binden,
was zu einer größeren Organtoxizität führt. Obwohl die Toxizität dieser
Zersetzungsnebenprodukte sowohl im Morio- als auch im Frink-Artikel erwähnt wurde, wurde nichts
vorgeschlagen, wie oder warum diese Zersetzungsprodukte auftreten. In vitro-Tests haben gezeigt,
daß deuterierte Sevoflurane, insbesondere mit Deuterium-Substitutionen an der
Monofluorsubstituierten Methylgruppe, in Tieren als Inhalationsnarkosemittel verwendet werden
können. Ein solches Deuterium-substituiertes Derivat, das als besonders geeignet befunden
wurde, ist Fluor-dideuteromethyl-1,1,1,3,3,3-hexafluor-2-propylether der Formel:
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Die Verbindung bewahrt alle die vorteilhaften narkotischen Qualitäten von Sevofluran wie
vorstehend diskutiert, während gleichzeitig die Fluorid-Freisetzung deutlich verringert wird.
Dieses Ergebnis ist überraschend aufgrund der Tatsache, daß Isomere von halogenierten
Isopropylethern in hohem Maß unvorhersehbar in bezug auf ihre narkotischen Qualitäten sind.
Weiter wurde gezeigt, daß Deuterium-Substitution von Ethern, verwendet als narkotische
Verbindungen, ebenso unvorhersehbar in ihrer veränderten Stoffwechselkinetik sind.
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US-PS 4,154,971 (Larsen et al.) offenbart monodeuterierte Analoga von
1,1-Difluor-2,2-dihalogenethyldifluormethylethern. Diese sind Analoga der Narkosemittel Enfluran und
Isofluran, nicht aber von Sevofluran. Folglich wurde gefunden, daß
1,1,2-Trifluor-2-chlor-2-deuteroethyl-difluormethylether, 1,1-Difluor-2-deutero-2,2-dichlorethyl-difluormethylether und
1,1,2-Trifluor-2-brom-2-deuteroethyl-difluormethylether alle die Kennzeichen von
langsamerem Metabolismus und folglich langsamere Defluorierung zeigten. 1,1-Difluor-2,2-dichlor-2-
deuteroethylmethylether zeigte jedoch Eigenschaften einer leichteren Metabolisierung zu
anorganischen Fluoriden als die undeuterierte Verbindung. Diese nicht vohersagbare
Fluoridionenfreisetzung bei Deuterierung wurde auch in anderen Patentschriften mitgeteilt.
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So sind in der US-PS 4,153,636 deuterierte Analoga des Narkosemittels MethoXyfluran
beschrieben, wobei 2,2-Dichlor-1,1-difluor-1-methoxy-D3-ethan und 2,2-Dichlor-1,1-difluor-
1-methoxy-D3-ethan einen verringerten Metabolismus aufweisen, während 1,1-Difluor-2,2-
dichlor-2-deuteroethylmethylether die Freisetzung von anorganischem Fluorid erhöht.
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Die Unvorhersehbarkeit der Deuterierung von Narkosemitteln kann auch durch die
Deuterierung von Halothan gezeigt werden. Deuterierung von Halothan hemmt dessen Metabolismus
zu Trifluoressigsäure, aber nicht dessen Metabolismus zur Fluoridfreisetzung (Sipes LG:,
Gandolfi A.J., Pohl L.R., Krishna G., Brown Jr.B.R.: "Comparison of the Biotransformation
and Hepatotoxicity of Halothane and Deuterated Halothane", J. Pharmacol. Exp. Ther. 214,
716-720, 1980).
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Somit ist ersichtlich, daß die Deuterierung des Moleküls kritisch und hoch Spezies-spezifisch
ist. D&sub2;-Sevofluran mit Deuteriumatomen an der Monofluormethylgruppe ergibt ein
unerwartetes und nicht vorhersehbares Ergebnis einer verringerten Metabolismusgeschwindigkeit und
einer verringerten Fluoridionenfreisetzung, wobei alle vorteilhaften narkotischen
Eigenschaften der Verbindung aufrecht erhalten werden.
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Erfindungsgemäß verändert die Substitution der Wasserstoffatome an der Methylgruppe von
Sevofluran mit Deuterium (D), einem schweren Isotop von Wasserstoff, die Kinetik des
Metabolismus der Verbindung. Die Verbindung behält ihre narkotischen Qualitäten, während
sie sehr viel langsamer metabolisiert wird, wobei die Bildung von anorganischem Fluorid
verringert wird. Substitution der Wasserstoffatome an der Methylgruppe des Sevoflurans
eliminiert den konzentrationsabhängigen Peak der Fluoridfreisetzung, der beim Sevofluran-
und Enfluran-Metabolismus in Mikrosomen von Isoniazid-behandelten Ratten auftritt.
Lebermikrosomen von Isoniazid-behandelten Ratten enthalten das selbe Cytochrom P450
Isozym, P4502E1, das in Menschen vorliegt, und das im Menschen durch Ethanol, Isoniazid
und andere Verbindungen induzierbar ist.
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D&sub2;-Sevofluran kann hergestellt werden durch Modifikation des in der US-PS 3,683,092
beschriebenen Verfahrens zur Herstellung von Sevofluran. Auf diese Patentschrift wird hierin
Bezug genommen. Bei diesem Verfahren wird Dimethyl-D&sub6;-sulfat anstelle von
Dimethylsulfat mit 1,1,1,3,3,3-Hexafluorisopropanol umgesetzt unter Bildung von Trideuteromethyl-
1,1,1,3,3,3-hexafluor-2-propylether. Diese Verbindung wird sodann durch Umsetzung mit
Bromtrifluorid monofluoriert.
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D&sub3;-Sevofluran wird durch Umsetzung von D&sub2;-Sevofluran mit NaOD in D&sub2;O hergestellt. Das
D&sub2;-Sevofluran wird in der 2-Propyl-Position deuteriert unter Bildung von
Fluor-dideuteromethyl-1,1,1,3,3,3-hexafluor-2-deutero-2-propylether. Alle Reaktionen werden mit äquimolaren
Mengen von bevorzugten Reaktanten durchgeführt, obwohl Überschüsse eines oder mehrerer
der Reaktanten verwendet werden können. Es existieren keine kritischen Grenzen in Bezug
auf Temperaturen oder Drücke, herkömmlich wird bei Umgebungsbedingungen gearbeitet.
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Das Endprodukt, D&sub2;- oder D&sub3;-Sevofluran kann dann durch Inhalation an warmblütige,
luftatmende Tiere in einer effektiven narkotisierenden Menge verabreicht werden. Im allgemeinen
wird die Verbindung verabreicht in einer Menge von etwa 1 bis etwa 5 Vol.-% mit einer
Beimengung von 99 bis etwa 95 Vol.% Sauerstoff oder einem Gasgemisch aus Sauerstoff
und/oder anderen Narkosemitteln (z.B. Distickstoffoxid).
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Die folgenden Beispiele werden zur weiteren Veranschaulichung gegeben, aber nicht zur
Einschränkung des Verfahrens dieser Erfindung.
Beispiel 1
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Zur Herstellung von Trideuteromethyl-1,1,1,3,3,3-hexafluor-2-propylether wurde
Hexafluorisopropanol (53,3 g) zugesetzt zu 127 ml 10%igem wäßrigen Natriumhydroxid in einem
Pyrexkolben. Dimethyl-D&sub6;-sulfat (40 g) wurde portionsweise unter Rühren bei 5ºC während
eines Zeitraums von 30 Minuten zugesetzt. Das Reaktionsgemisch wurde für 2 Stunden bei
Raumtemperatur gerührt. Destillation des Reaktionsgemisches ergab 45 g Trideuteromethyl-
1,1,1,3,3,3-hexafluor-2-propylether.
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8 ml getrockneter Trideuteromethyl-1,1,1,3,3,3-hexafluor-2-propylether wurden in einem
Pyrexkolben vorgelegt. 3 ml BrF&sub3; wurden langsam unter Rühren während eines Zeitraums
von 2 Stunden zugesetzt. Eine exotherme Reaktion trat auf, wobei die Etherverbindung
monofluoriert wurde. Nach der Umsetzung wurde vorsichtig Wasser zugesetzt, um
überschüssiges BrF&sub3; im Reaktionsgemisch zu zerstören. Das Reaktionsgemisch wurde
nacheinander mit verdünntem Natriumsulfat und Wasser gewaschen. Schließlich wurde das gewaschene
Gemisch über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und ergab 3,1 ml D&sub2;-Sevofluran.
Beispiel 2
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Die Bildung von D&sub2;-Sevofluran und die Bestimmung von dessen Reinheit wurde nach zwei
gaschromatographischen Methoden bestimmt sowie durch GC-MS unter Verwendung der
Elektronenstoß (EI)-Methode und der Methode der chemischen Ionisation (CI).
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Das hergestellte Produkt zeigte eine Retentionszeit identisch mit der von Sevofluran bei der
Gaschromatographie. D&sub2;-Sevofluran-Chromatographie auf einer Carbowax-Säule unter
Verwendung von Flammenionisationsdetektion zeigte, daß das D&sub2;-Sevofluran 99,86% rein war.
Die Verunreinigung bei 7,0 Minuten und 0,032% der Probe bildend, wurde als
Hexafluorisopropanol identifiziert. Chromatographie der hergestellten D&sub2;-Sevofluranprobe auf 10% CO-
880 15% LB-550X zeigt eine Reinheit von 99,9%. Diese Säule trennt
Methylhexafluorisopropylether oder Trideuteromethylhexafluorpropylether (Retentionszeit von 2,2 Minuten) von
Sevofluran oder D&sub2;-Sevofluran (3,3 Minuten) und zeigte, daß die Probe keinen
Trideuteromethyl-1,1,1,3,3,3-hexafluor-2-propylether (oder Methylhexafluorisopropylether) enthielt.
Beispiel 3
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Massenspektrometrische Analyse des hergestellten D&sub2;-Sevoflurans wurde durchgeführt auf
einem Nermag R10-10C-Massenspektrometer mit der Elektronenstoßmethode und der
Methode der chemischen Ionisation. Das Massenspektrometer war ausgestattet mit einer DB
Wax 30 m · 0,2 mm 0,5 um Kapillarsäule für Probeneinführung.
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Die Elektronenstoßmassenspektren von Sevofluran und D&sub2;-Sevofluran wurden aufgenommen.
Das Molekülion einer jeden Verbindung wurde nicht beobachtet; es traten jedoch die
M-F
und M-CF&sub3;-Fragmente auf. Sevofluran-Analyse ergäb ein M-F-Fragment mit m/z von 181,
wogegen D&sub2;-Sevofluran ein Fragment von m/z 183 erzeugte - zwei atomare Masseneinheiten
größer. Auch Sevofluran erzeugte ein m/z-Fragment von 131 (M-CF&sub3;), wogegen
D&sub2;-Sevofluran das entsprechende Fragment bei m/z 133 zeigte - auch zwei atomare Masseneinheiten
größer. Die größere Masse von 2 für diese Fragmente bestätigt, daß die deuterierte
Verbindung Fluordideuteromethyl-1,1,1,3,3,3-hexafluor-2-propylether ist, und die Spektren zeigten,
daß in der D&sub2;-Sevofluranprobe kein Sevofluran nachweisbar war.
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Massenspektren von Sevofluran und D&sub2;-Sevofluran mit der Methode der chemischen
Ionisation zeigten das Molekülion m/z (M+1) von 201 für Sevofluran und 203 für D&sub2;-Sevofluran.
Das Molekülion von D&sub2;-Sevofluran war zwei atomare Masseneinheiten größer als das von
Sevofluran, was erneut das Vorliegen von D&sub2;-Sevofluran bestätigt.
Beispiel 4
Metabolismus von D&sub2;-Sevofluran
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Es wird erwartet, daß der Metabolismus von D&sub2;-Sevofluran ein Fluoridion freisetzt für jedes
durch Cytochrom P450 metabolisierte Molekül, da der Metabolismus von Sevofluran Fluorid
und Hexafluorisopropanol freisetzt. Um den Metabolismus von D&sub2;-Sevofluran relativ zu
Sevofluran und Enfluran zu bestimmen, wurden diese Narkosemittel mit Lebermikrosomen
von unbehandelten männlichen Sprague-Dawley-Ratten (200-230 g) inkubiert, oder mit
Ratten, behandelt mit Isoniazid (80 mg/kg, i. p. für S Tage), oder Phenobarbital (0,2% im
Trinkwasser für 4 Tage). Isoniazid induziert das Cytochrom P450 Isozym P450 2E1, von dem
angenommen wird, daß es die flüchtigen Narkosemittel metabolisiert, und Phenobarbital
induziert verschiedene Formen, die, wie gezeigt wurde, auch eine Rolle im Narkosemittel-
Metabolismus in der Ratte spielen.
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Jedes Inkubationsgefäß (6 ml Kunststoffgefäß) enthielt 3 ml von 5 mg/ml mikrosomalem
Protein in einem 0,1 M Natriumphosphatpuffer, pH 7,4. Ein NADPH erzeugendes System wurde
zu Cytochrom P450-Aktivität zugesetzt, und das NADPH erzeugende System wurde bei
Kontrollinkubationen weggelassen. Narkosemittel wurde in den angegebenen Mengen zugesetzt
und Mikrosomen wurden für 15 Minuten bei 37ºC inkubiert. Umsetzungen wurden beendet
durch Stellen der Gefäße auf Eis. Fluorid wurde in den Mikrosomengemischen bestimmt
unter Verwendung von Fluoridionen-spezifischen Elektroden (Fisher Scientific) und einem
720A Orion pH/ISE-Meter. Nach der Inkubation wurden Mikrosomen gemischt mit einem
gleichen Volumen von TISABII-Puffer für die Fluoridanalyse. Fluorid wurde in jeder Probe
bestimmt aus Standardkurven, konstruiert unter Verwendung von Fluorid-Standards (10&supmin;&sup7; bis
10&supmin;³ M NaF), hergestellt aus einer kommerziell erhältlichen Standardlösung (10&supmin;&sup7; M NaF).
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Der Vergleich der Defluorierung von D&sub2;-Sevofluran und Sevofluran in Mikrosomen, inkubiert
mit einem Überschuß von jedem Narkosemittel (1 ul Narkosemittel pro Inkubation) zeigt, daß
D&sub2;-Sevofluran in allen Mikrosomenpräparationen viel langsamer defluoriert wird als
Sevofluran (Tabelle 1).
Tabelle 1 Vergleichende Defluorierung von Sevofluran und D&sub2;-Sevofluran durch
Rattenlebermikrosomen*
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* Zahlen in Klammern repräsentieren die Abnahme der Sevofluran-Werte in Prozent nach der
Hintergrundkorrektur (0,43). Die Werte repräsentieren den Mittelwert und
Standardabweichungen von Dreifachbestimmungen.
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Die Grade der Metabolismusinhibierung sind 68, 79 und 84% in Mikrosomen von
unbehandelten, Isoniazid- und Phenobarbital-behandelten Ratten. Die konzentrationsabhängige
Defluorierung von D&sub2;-Sevofluran, Sevofluran und Enfluran in Mikrosomen von
Phenobarbital- und Isoniazid-behandelten Ratten zeigt, daß über einen weiten Bereich von
Narkosemittelkonzentrationen D&sub2;-Sevofluran wesentlich langsamer defluoriert wird als Sevofluran (70-
86% weniger) oder Enfluran (Fig. 1 und 2). In Mikrosomen von Isoniazid-behandelten
Ratten, in denen der Metabolismus von allen Narkosemitteln der größte ist, aufgrund der
Induktion von P450 IIE1, trat eine Narkosemittelkonzentrations-abhängige Hemmung des
Metabolismus durch Sevofluran und Enfluran auf, aber nicht durch D&sub2;-Sevofluran (Fig. 1).
Diese Daten deuten auf ein Substrathemmungsphänomen hin. In Mikrosomen von Ratten,
behandelt mit Phenobarbital, trat dieses nicht auf (Fig. 2).
Beispiel 5
In vivo-Metabolismus von D&sub2;-Sevofluran
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Unbehandelte Ratten oder Ratten, behandelt mit Isoniazid oder Phenobarbital wurden D2-
Sevofluran, Sevofluran oder Enfluran ausgesetzt, um die relativen Geschwindigkeiten der
Fluoriderzeugung in vivo zu ermitteln.
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Die Tiere wurden in einer 3,8 l-Kunststoffexpositonskammer einer Atmosphäre von 100%
Sauerstoff exponiert. Männliche Sprague-Dawley-Ratten (200-220 g, 4 pro Gruppe) wurden
in die Kammer gesetzt und die Kammer wurde mit Sauerstoff gespült und verschlossen.
Narkosemittel wurde in die Kammer in flüssiger Form mittels einer Injektionsöffnung eingeführt.
Es wurden Mengen eingeführt, die eine anfängliche Konzentration von 3% Narkosemittel
ergaben (Enfluran, 464 ul; Sevofluran und D&sub2;-Sevofluran, 524 ul). Die Ratten wurden
innerhalb von 4-6 Minuten nach Einführung von jedem Narkosemittel narkotisiert. Sauerstoff und
Kohlendioxid wurden während der Expositionsperiode periodisch mit einem Ohmeda 6000
Multi-Gas-Kontrollgerät überwacht.
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Nach einer 30 Minuten-Expositionsperiode wurde die Kammer mit 100% Sauerstoff für 5
Minuten gespült und die Tiere wachten rasch auf. Die Ratten wurden sofort entfernt und es
wurde ihnen 80 mg/kg Secobarbital i.p. injiziert. Während der Narkose wurden 3-4 ml Blut
durch Herzpunktion entnommen, innerhalb von 15 Minuten nach dem Ende der
Narkosemittelexposition (innerhalb 10 Minuten nach Entfernung aus der Kammer). Plasma wurde
hergestellt und auf Fluorid analysiert, wie vorstehend beschrieben.
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Exposition mit D&sub2;-Sevofluran ergab geringeres Plasmafluorid als Exposition mit entweder
Enfluran oder Sevofluran (Fig. 3). Verglichen mit der Freisetzung von Fluorid aus
Sevofluran setzte D&sub2;-Sevofluran 61% weniger in Isoniazid-behandelten Ratten frei, 66% weniger in
Phenobarbital-behandelten Tieren, und 34% weniger in unbehandelten Ratten. D&sub2;-Sevofluran
setzte auch weniger Fluorid frei als Enfluran in vivo. In unbehandelten und in Isoniazid- und
Phetlobarbital-behandelten Ratten enthielt das Plasma von D&sub2;-Sevofluran-exponierten Ratten
40, 80 und 45% weniger Fluorid als bei Erifluran-narkotisierten Tieren.
Experiment 6
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Ein Narkosekreislauf, enthaltend frischen Natronkalk (1,5 kg), wurde aufgebaut mit einem
Narkosegerät (Foregger F 500). Sevoflurarl mit einer Anfangskonzentration von 2,7% (eine
relativ hohe Narkosemittelkonzentration) wurde dem Kreislauf zugesetzt und 100% Sauerstoff
wurde als das Zusatzgas verwendet. Die Gase wurden im Kreislauf geführt mit einer gesamten
Kreislaufflußgeschwindigkeit von 1,5 l pro Minute (einer relativ geringen klinischen
Gesamtflußgeschwindigkeit) in einem geschlossenen System mit einem Respirator. Kohlendioxid
wurde dem Kreislauf mit einer konstanten Geschwindigkeit von 200 ml pro Minute zugesetzt.
Dieses bildete die Bedingungen für die Aufspaltung von Sevofluran durch Natronkalk im
"schlechtesten Fall" ("worst case").
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Experimente wurden durchgeführt bei exothermer Temperatur gegen den
Natronkalk-Filtereinsatz eingetaucht in ein Eisbad. Wurden die Experimente bei exothermen Temperaturen
durchgeführt, stabilisierte sich die Temperatur im Kern des Natronkalks zwischen 44ºC und
47ºC nach etwa 1 Stunde. Zersetzungsprodukte von der Aufspaltung von Sevofluran wurden
etwa 1,5 Stunden nach dem Start des Kreislaufs detektiert. Produkte wurden kontinuierlich
detektiert für den Rest der Experimente (bis zu 8 Stunden) durch Gaschromatographie. Wurde
der Filtereinsatz jedoch in ein Eisbad eingetaucht, equilibrierte die Kerntemperatur des
Natronkalk-Filtereinsatzes zwischen 22ºC und 27ºC bei Stabilisierung. Die Temperatur
überschritt niemals diesen Bereich. Unter Verwendung der gleichen Chromatographie-Analyse
wurden keine Zersetzungsprodukte in diesem System detektiert, das ebenfalls bis zu 8
Stunden durchgeführt wurde. Kohlendioxidkonzentrationen auf der Respiratorseite des Kreislaufs
wurden vollständig ausgewaschen und unterschieden sich nicht zwischen Natronkalk in Eis
oder bei Umgebungstemperatur.
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Inkubationen von Sevofluran mit Natronkalk in statischen Systemen zeigten den gleichen
Effekt. Bei 22ºC wurden einige Zersetzungsprodukte einschließlich "Verbindung A"
detektiert; es wurden jedoch bei 45ºC wesentliche Zersetzungsprodukte, einschließlich
"Verbin
dung A" gebildet. Ähnliche Experimente wurden durchgeführt mit deuteriertem Sevofluran
und die Ergebnisse waren im wesentlichen die gleichen.
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Aus diesen Experimenten wurde geschlossen, daß die Aufrechterhaltung der Natronkalk-
Temperatur im Bereich von 4ºC bis 27ºC die Bildung von flüchtigen
Zersetzungsnebenprodukten von Sevofluran oder deuteriertem Sevofluran auf nahezu unbedeutende
Konzentrationen verringert.