-
Verfahren zur Herstellung eines gegen Wurminfektionen wirksamen Piperazinderivates
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines zur Behandlung
von Wurminfektionen besonders wertvollen Piperazinderivates, das bei der Umsetzung
von Piperazin mit einem Schwefeldihalogenid entsteht.
-
Wurminfektionen gehören zu den üblichsten Krankheiten. Bei ihnen
erfolgt ein Befall des menschlichen und tierischen Körpers mit verschiedenen Typen
parasitärer Würmer, die als Helminthen bezeichnet werden. Die Schädlichkeit dieser
Organismen und die durch Befall von Haustieren durch sie verursachten wirtschaftlichen
Verluste haben zu einer ausgiebigen Forschung nach neuen und wirksameren Wurmmitteln
geführt.
-
Für die Behandlung dieser Krankheiten wurden bisher verschiedene
Mittel verwendet, z. B. Kräuterpräparate, wie Arecolin, Aspidium und Chenopodium,
oder Schwermetallverbindungen, wie verschiedene -Antimon-und Arsenverbindungen,
oder Phenole einschließlich Thymol und Hexylresorcinol oder andere synthetische
Stoffe. Viele sind wegen ihrer Toxizität, geringen Wirksamkeit oder ihres begrenzten
wurmtreibenden Spektrums ungeeignet. Tatsächlich gibt es Krankheiten hervorrufende
Würmer, die gegen alle bisher bekannten Mittel und therapeutischen Verfahren resistent
sind. Die Auffindung neuer, billiger und gut verträglicher wurmtreibender Mittel,
die gegen diese Organismen wirksam sind, ist daher wünschenswert.
-
In neuerer Zeit hat Piperazin in Form der Base oder seines Zitrats
als wurmtreibendes Mittel an Beliebtheit gewonnen. Seine Wirksamkeit ist jedoch
in erster Linie auf die Oxyuriasis und die Ascariasis beschränkt. Zu den unerwünschten
Nebenwirkungen des Piperazins gehört, daß es gelegentlich Diarrhoe, Urticaria, Brechreiz,
Sehstörungen und allgemeine Muskelschwäche hervorruft. Weiter liegen einige Anzeichen
dafür vor, daß Piperazin rasch aus dem Verdauungstrakt absorbiert wird. Dies ist
ein Nachteil, da Wurminfektionen häufig ihren Sitz im Darmtrakt haben und es wichtig
ist, daß therapeutische Konzentrationen der Droge in diesen Organen erhalten bleiben.
-
Ein weiteres Piperazinderivat, das verwendet wurde, ist das Piperazin-1-carbodithio-betain,
jedoch auch dieses Mittel hat den Nachteil, daß es eine ziemlich begrenzte Wirksamkeit
besitzt.
-
Bei der ständigen Suche nach einer Substanz mit weitgehender wurmtreibender
Wirksamkeit wurden zahlreiche Derivate des Piperazins untersucht, die sich jedoch
der Ausgangsverbindung unterlegen erwiesen.
-
Man nimmt an, daß die Wirksamkeit in dieser Gruppe sich auf Piperazin,
seine Salze und ein oder zwei verwandte Substanzen beschränkt. So berichtet Brown
im American Journal of Tropical Medicin and Hygiene, Bd. 3, S. 504 (1954), über
die Ergebnisse der Untersuchung von 32 Piperazinderivaten auf ihre Wirksamkeit gegen
Oxyuriasis, wobei Piperazin sich als am wirksamsten erwies und der einzig brauchbare
Vertreter der Reihe war. Die untersuchten Piperazinderivate enthielten bis zu vier
Substituenten, und zwar unterschiedlich einfache Alkylgruppen, substituierte Alkylgruppen
mit Hydroxyl-, Keto-, Estergruppen, verschiedenen stickstoffhaltigen Funktionen
oder komplizierten Substituenten, wie aromatische oder heterocyclische Ringe.
-
Es wurde nun gefunden, daß die bei der Umsetzung von Piperazin in
einem inerten organischen Lösungsmittel, wie Benzol, bei 0 bis 50° C mit einem Schwefel
dihalogenid erhaltene Verbindung der Formel
mit einem Gehalt von chemisch gebundenem Schwefel
von 26 bis 30°/o
eine erhöhte wurmtreibende Wirksamkeit gegenüber bekannten Piperazinabkömmlingen
sowie gegenüber Piperazin selbst besitzt.
-
Der bei der Umsetzung entstehende Halogenwasserstoff wird durch Anwendung
eines Uberschusses an Piperazin Das so hergestellte Poly-N, N'-thio-bis- (piperazin)
ist gegen verdünntes wäßriges Alkali beständig, scheint sich jedoch in Gegenwart
von 0, 1n-Salzsäure bei Raumtemperatur zu zersetzen. Es ist nur in geringem Maße
löslich in Äthanol, Isopropanol, Dimethylformamid und Dimethylsulfoxyd.
-
Es ist nicht wesentlich, daß man völlig wasserfreies Piperazin verwendet,
jedoch erhält man bei Anwendung von Piperazinhexahvdrat etwas weniger gute Ergebnisse.
-
Zur Beurteilung der wurmtreibenden Wirksamkeit des Verfahrensproduktes
wurden Versuche an auf natürliche Weise mit Syphacia obvelata infizierten Mäusen
durchgeführt. Die Versuchsmäuse wurden dadurch infiziert, daB man sie mit natürlich
infizierten Mäusen zusammentat, wobei die Versuchsmäuse nach einigen Tagen infiziert
wurden und daher Würmer in verschiedenen Entwicklungsstadien beherbergten. In diesem
Stadium wurden die infizierten Mäuse mit dem Verfahrensprodukt und anderen wurmwirksamen
Piperazinderivaten behandelt. Die Durchführung derartiger Versuche ist von Kam-Fai
Chan im American Journal of Hygiene, Bd. 56, S. 22 bis 30 (1952), beschrieben worden.
Die Testmäuse wurden 8 Tage mit den Infektionsträgern zusammengetan und infizierten
sich während dieser Zeit mit dem Wurm, dessen Verhältnis zu seinem Wirt dem Verhältnis
von medizinisch und veterinärmedizinisch bedeutsamen Nematoden zu deren Wirt ähnlich
ist. Im allgemeinen wurden Mäuse ähnlichen Gewichts durch die Parasiten in ähnlichen
Entwicklungsstadien infiziert. Am achten oder neunten Tag nach dem Zusammenkommen
mit den Infektionsträgern wurden den zu behandelnden Mäusen die Versuchsverbindungen
oral verabreicht.
-
An jedem der Tage wurde eine Gabe verabreicht.
-
Die behandelten Mäuse wurden dann am elften Tage, etwa 48 Stunden
nach dem letzten Verabreichen der Droge getötet und sämtliche Stadien des Wurmes
S. obvelata im Cäcum gezählt. Die Unterschiede im Wurmbefall zwischen den behandelten
und unbehandelten Gruppen ergaben einen numerischen Wert, die sogenannte prozentuale
Herabsetzung des Wurmbefalls, durch die die relative Antiwurmwirksamkeit der Verbindungen
ausgedrückt wird. Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in der Tabelle aufgeführt.
Für Vergleichszwecke sind die für die bekannten Wurmbekämpfungsmittel Piperazincitrat
und Piperazincarbodithiosäurebetain erzielten Werte angegeben.
-
Diese Tabelle erläutert die hochgradige Wirksamkeit von Poly-N, N'-thio-bis-
(piperazin), insbesondere bei relativ schwachen Dosierungen.
-
Poly-N, N'-thio-bis-(piperazin) wurde weiter bei Schweinen auf seine
Wirksamkeit gegen Ascaris lumbricoides und gegen Trichuris suis untersucht. Als
Versuchstiere wurden Schweine gewählt, die sich auf natürliche Weise mit den vorstehenden
Organismen infiziert hatten. Das Vorliegen einer Infektion wurde durch Fäkaluntersuchungen
an drei aufeinanderfolgenden Tagen vor der Verabreichung der zu prüfenden Verbindung
verifiziert. In allen Fällen wurden Eier im Kot gefunden. Die behandelten Schweine
wurden 72 Stunden nach der Verabreichung beobachtet und während dieser Zeitspanne
periodische Fäkaluntersuchungen durchgeführt. Nach Ablauf
dieser Zeitspanne wurden
die Tiere getötet und ihre Eingeweide auf das Vorhandensein von Ascariden und Trichuriden
untersucht. Kontrollversuche wurden zu Vergleichszwecken durchgeführt. Dabei wurden
infizierten Schweinen Natriumfluorid, Piperazinyldihydrochloridmonohydrat und Piperazin-carbodithiobetain
individuell verabreicht.
-
Die Autopsie ergab, daß Natriumfluorid, Piperazindihydrochloridmonohydrat
und Piperazin-carbodithiobetain gegen Trichuris suis in Dosierungen von 580 mg/kg,
200 mg/kg bzw. 250 mg/kg unwirksam waren. Andererseits erwies sich Poly-N, N'-thio-bis-(piperazin)
gegen Trichuris suis bei einer einzigen Verabreichung von 250 mg/kg als wirksam.
Bei weiteren mit einzelnen Verabreichungen durchgeführten Experimenten erwies sich
Poly-N, N'-thiobis- (piperazin) bei Schweinen, die mit Ascariden befallen waren,
in Dosierungen von 75 mg/kg bei oraler Verabreichung in Kapseln als wirksam. Die
genannten im Handel erhältlichen wurmtreibenden Mittel sind zwar gegen Ascariden
ebenfalls wirksam, jedoch nur in höheren Dosierungen. Die erhöhte Wirksamkeit von
Poly-N, N'-thio-bis-(piperazin) war besonders bei Versuchen überraschend, bei denen
mehrere Verabreichungen erfolgten. Bei diesen Versuchen wurde der Wirkstoff in zwei
oder drei aufeinanderfolgenden täglichen Dosierungen verabreicht. Poly-N, N'-thio-bis-(piperazin)
erwies sich als wirksam bei Schweinen in einer Menge von 25 mg/kg, und zwar sowohl
gegen Trichuriden als auch Ascariden, wenn es an drei aufeinanderfolgenden Tagen
verabreicht wurde.
-
Piperazin-carbodithiosäure-betain war gegen diese Würmer vollständig
unwirksam, wenn es nach dieser Vorschrift verabreicht wurde. Es erwies sich jedoch
bei mehreren Verabeichungen von jeweils 100 mg/kg als wirksam. Die Wirksamkeit von
Poly-N, N'-thio-bis-(piperazin) bei der genannten niedrigen Konzentration ist vom
physiologischen und wirtschaftlichen Standpunkt ein groBer Vorteil und legt seine
prophylaktische Verwendung nahe. Dieser Stoff erwies sich auch in Dosierungen von
125 mg/kg bei Schweinen als wirksam gegen Nodularwürmer.
-
Bei den Versuchen mit Poly-N, N'-thio-bis-(piperazin) wurden keine
toxischen Wirkungen festgestellt.
-
Tatsächlich wurden bei der Bestimmung der akuten Toxizität bei Mäusen
gefunden, daß die LD, der intraperitonealen Verabreichungsweise bei über 2000 mg/kg
liegt. Dies ist insofern eine bemerkenswert niedrige Toxizität, als das Piperazin
eine intraperitoneale Giftigkeit (LD50) von 360 mg/kg und Piperazin-carbodithio-betain
eine solche von 30 mg/kg aufweist. Selbstverständlich werden diese Stoffe für therapeutische
Zwecke gewöhnlich nicht auf diesem Wege verabreicht, jedoch spricht die'Tatsache
einer derartig geringen Toxität der Poly-N, N-thio-bis-(piperazine) selbst bei Verabreichung
auf diesem Wege für die Sicherheit, mit der sie als Therapeutikum verwendet werden
können. Die orale Toxizität (LD50) von Poly-N, N'-thio-bi. s-(piperazin) liegt ebenfalls
über 2000 mg/kg.
-
Bei der Verwendung des Verfahrensproduktes zur Bekämpfung des Wurmbefalls
bei Mensch und Tier erfolgt ein Kontakt des parasitären Wurms mit dem Wirkstoff
im Darm. Die Verabreichung erfolgt vorzugsweise auf oralem Wege, da der Hauptinfektionsherd
gewöhnlich der Verdauungstrakt ist. Selbstverständlich ist es möglich, diese Wirkstoffe
rektal zu verabreichen. Diese Art der Applikation ist jedoch nicht so günstig wie
die orale Verabreichung. Eine der Eigenschaften des neuen Wirkstoffes liegt gerade
darin,
daß er oral hochwirksam ist. Die täglich erforderliche Dosierung ist abhängig von
der Art des zu behandelnden Tieres.
-
Für die Behandlung von Haustieren mit N, N'-Thiobis- (piperazin)
ist im allgemeinen eine einzige Verabreichung von 75 bis 250 mg/kg ausreichend,
um das Tier vom Wurmbefall zu befreien. Dosierungen von nur 10 bis 25 mg/kg können
zur Anwendung kommen, falls die Verabreichung an drei oder mehr aufeinanderfolgenden
Tagen wiederholt wird.
-
Beim Menschen wie beim Tier ist die Dosierung von der Große des Patienten
abhängig. Für die Behandlung von Oxyuriasis sind beispielsweise zwei Perioden mit
der Verabreichung des Wirkstoffes zu empfehlen, die jeweils etwa eine Woche dauern
und zwischen denen eine Ruhepause von einer Woche liegt.
-
Man kann auch eine einzige Behandlung durchführen, insbesondere beim
Befall durch andere Würmer. Für Kleinkinder mit einem Gewicht unter 6,8 kg ist eine
einzige Verabreichung von 75 mg zu empfehlen. Für
Kinder mit einem Gewicht unter
13, 6 kg wird das Doppelte dieser Menge angewandt. Bei Erwachsenen und größeren
Kindern (mehr als 27 kg) werden zwei bis vier Verabreichungen von jeweils 150 bis
500 mg je Tag während jeder Behandlungsperiode bevorzugt.
-
Der Dosierungsbereich beim Menschen liegt also zwischen etwa 75 mg
und etwa 2 g je Tag oder zwischen etwa 10 und 75 mg/kg/Tag.
-
Da das Verfahrensprodukt im wesentlichen wasserunlöslich ist, kann
es in Form von wäßrigen Suspensionen verabreicht werden. Diese Suspensionen besitzen,
vielleicht wegen der Unlöslichkeit des aktiven Bestandteils, gute biologische Beständigkeit
und können längere Zeit gelagert werden, ohne daß eine Zersetzung oder ein Verlust
der Wirksamkeit eintritt.
-
Es können natürlich auch andere Träger, wie Glycerin und Propylenglykol,
verwendet werden. Werden wäßrige Träger verwendet, so ist der pEWert neutral oder
leicht alkalisch einzustellen, um die Beständigkeit des Produkts zu sichern.
-
Wurmtreibende Wirksamkeit, festgestellt für Syphacia obvelata bei
Mäusen
| Prozentuale Herabsetzung des Wurmbefalls bei untersdhiedlichen |
| Verbindung Dosierungen (Dosierungskonzentrationen in mg/kg) |
| 31 1 62 1 125 1 250 1 500 |
| 1. Piperazidin 40 60 95 l 99 |
| 2. Piperazidin-carbodithio-betain 0 79 85 91 100 |
| 3. Poly-N, N'-thio-bis- (piperazidin).............. 51 86 95
99 |
Bei einer Dosierung des Poly-N, N'-thio-bis- (piperazins) von 15,6,7,8 und 3,9 mg/kg
wurden die Herabsetzungswerte 57°/o, 45°/o und 28 °/a erhalten. Im Fall von Piperazin
wurde bei diesen Konzentrationen keine Wirksamkeit festgestellt.
-
Beispiel Poly-N, N'-thio-bis- (piperazin) 10,5 g (0,1 Mol) Schwefeldichlorid
wurden unter Kühlen in 15 ccm Benzol gelöst. Dann wurde eine Lösung von 38 g wasserfreiem
Piperazin in 300 ccm Benzol hergestellt. Beide Lösungen wurden bei 5° C vermischt,
wobei man die Temperatur allmählich auf 25° C ansteigen ließ. Während dieser Zeit
bildete sich eine Fällung, die aus Piperazinhydrochlorid und Poly-N, N'-thio-bis-
(piperazin) bestand. Zur Neutralisation des Piperazinhydrochlorids wurde eineLösung
von 8 g Natriumhydroxyd in 50 ccm Wasser zugegeben. Das dann verbleibende Produkt
wurde abfiltriert, gründlich mit Wasser gewaschen und luftgetrocknet. Es war ein
blaßgelber fester Stoff, der bei 214° C schmilzt.
-
Analyse für C4 Ha N2 S : Berechnet.............. C=41, 37"/o, H ;
=6, 8"/., N=24, 3111/e, S=27,6e/o ; gefunden.............. C=39, 840/o, H=7,640/o,
N=23, 36°/o, S=28, 6811/o.
-
Das durchschnittliche Molekulargewicht des vorstehenden Präparates
wurde dadurch bestimmt, daß man eine Probe von 20 g mit 100 g Schwefelkohlen-
stoff
24 Stunden bei Raumtemperatur rührte, um so eine vollständige Umsetzung des Poly-N,
N'-thio-bis-(piperazins) mit dem Schwefelkohlenstoff zu erzielen.
-
Der überschüssige Schwefelkohlenstoff wurde dann im Vakuum bei Raumtemperatur
abdestilliert und der bei 142° C unter Zersetzung schmelzende Rückstand gewogen.
Die Gewichtserhöhung entsprach einer Anlagerung von 9 g C S2 an 20 g der Verbindung,
so daß 20 g Poly-N, N'-thio-bis- (piperazin) 9 g C S2 oder 0,118 Mol äquivalent
sind. 20 g entsprachen also 0, 059 Mol, und das durchschnittliche Molekulargewicht
beträgt 339. Dies entspricht einem linearen Produkt aus 3 Molekülen Piperazin und
2 Atomen Schwefel, die miteinander über Stickstoff-Schwefel-Bindungen verbunden
sind (Molekulargewicht 318).
-
Analyse für C. 4 H2C, N6 SO : Berechnet............. N=17, 87"/o.
; gefunden.............. N=17, 33"/o.