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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
αAspartylphenylalanin-Derivats (nachfolgend hier vereinfacht
als α-AP-Derivat angeführt), welches durch die allgemeine
Formel II dargestellt ist, aus einem
β-Aspartylphenylalanin-Derivat (nachfolgend hier vereinfacht als β-AP-Derivat
angeführt):
Formel (I) Formel (II)
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worin R&sub1; und R&sub2; Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4
Kohlenstoffatomen bedeuten.
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Zur Herstellung des als Süßstoff verwendbaren α-L-Aspartyl-L-
phenylalaninmethylesters (nachfolgend hier vereinfacht als
α-APM angeführt) ist eine Vielzahl von Methoden bekannt.
Unter diesen Methoden umfassen die meisten das Schützen der
Aminogruppe in der L-Asparaginsäure mit einer der folgenden
Gruppen wie z.B. der Carboxybenzoxygruppe, der Formylgruppe
sowie Halogenwasserstoff usw., überführen der Verbindung in
das entsprechende Anhydrid, Kondensieren des Anhydrids mit
L-Phenylalaninmethylester unter Bildung von
N-geschütztem L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylester und
nachfolgendes Abspalten der schützenden Gruppe unter Gewinnung
von α-APM. Gemäß diesen Methoden ist jedoch das gleichzeitige
Entstehen von β-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylester
(nachfolgend vereinfacht als β-APM angeführt) unvermeidlich.
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Andererseits ist ein Verfahren (bekanntgemachte geprüfte
japanische Patentanmeldung Nr. 277696/1986) zur Herstellung
von α-AP-Derivaten (Formel (II)) und von
α-Aspartylphenylalaninanhydrid-Derivaten (nachfolgend
vereinfacht als DKP-Derivate angeführt) aus β-AP-Derivaten
(Formel (I)) bekannt.
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Die Ausbeute an den erwünschten α-AP-Derivaten ist jedoch
gering, und große Mengen von Nebenprodukten werden gebildet.
Das Verfahren ist weiterhin auch deshalb wenig vorteilhaft,
weil große Mengen von DKP-Derivaten gebildet werden.
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Im Falle einer Überführung der DKP-Derivate in α-AP-Derivate
ist die Ausbeute ebenfalls gering, und auch hier werden große
Mengen von Nebenprodukten gebildet. Aus diesem Grunde ist es
wünschenswert, daß die Ausbildung der DKP-Derivate vermieden
wird. Zur Lösung dieses Problems war es außerordentlich
bedeutsam, eine Technologie zur Verhinderung der Bildung von
DKP-Derivaten zu entwickeln und die Ausbeute an
α-AP-Derivaten wesentlich zu verbessern. Das heißt, wenn es
gelingt, die α-AP-Derivate in einer hohen Ausbeute aus β-AP-
Derivaten herzustellen, dann würde ein solches Verfahren einen
wesentlichen Beitrag für die Industrie bedeuten, zumal die
α-AP-Derivate leicht in α-APM überführt werden können.
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Im Ergebnis ausgedehnter Untersuchungen über ein Verfahren zur
Herstellung von α-AP-Derivaten aus β-AP-Derivaten in hoher
Ausbeute, haben die Erfinder überraschenderweise gefunden, daß
durch Reaktion eines β-AP-Derivats mit einer basischen
Verbindung in einem alkoholischen Lösungsmittel in Gegenwart
einer anorganischen Verbindung von Zink, Kupfer, Nickel,
Magnesium, Aluminium, Eisen, Zinn, Silicium und/oder Titan
oder einer organischen Verbindung dieser Elemente das
α-AP-Derivat (Formel (II)) in einer sehr hohen Ausbeute
hergestellt werden kann.
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Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur
Herstellung eines durch Formel (II) dargestellten
α-Aspartylphenylalanin-Derivats, das die Umsetzung eines
durch die Formel (I) verkörperten
β-Aspartylphenylalanin-Derivats, bei der R&sub1; und R&sub2; Wasserstoff oder eine Alkylgruppe
mit 1 bis 4 C-Atomen bedeuten, mit einer basischen Verbindung
in einem Lösungsmittel in Gegenwart einer anorganischen oder
einer organischen Verbindung von Zink, Kupfer, Nickel,
Magnesium, Aluminium, Eisen, Zinn, Silicium und/oder Titan zum
Gegenstand hat.
Formel (I) Formel (II)
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden unerwünschte
DKP-Derivate nicht gebildet oder wenn überhaupt, dann nur in
äußerst geringen Mengen.
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Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene
α-AP-Derivat kann leicht auf eine konventionelle Weise in das
α-APM-Hydrochlorid (nachfolgend vereinfacht als α-APM HCl
angeführt) überführt werden, beispielsweise wenn sich das
α-AP in einer HCl und Methanol enthaltenden wäßrigen Lösung
befindet (veröffentlichte ungeprüfte japanische
Patentanmeldung Nr. 129258/1984).
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Als das in der Erfindung verwendete Ausgangsmaterial können
die durch Formel (I) dargestellten β-AP-Derivate Verwendung
finden. Unter diesen können
β-Aspartylphenylalanindimethylester (die α-Carboxylgruppe des Asparaginsäurerestes
des β-APM ist methylverestert; nachfolgend vereinfacht als
β-APM&sub2; angeführt) und β-Aspartylphenylalanin-α-methylester (die
α-Carboxylgruppe des Asparaginsäurerestes von
β-Aspartylphenylalanin ist methylverestert; nachfolgend vereinfacht als
β-A(M)P angeführt) besonders vorteilhafterweise verwendet
werden. Einen sich nachteilig auswirkenden Umstand gibt es
hierbei nicht, auch wenn einige α-AP-Derivate zusätzlich zu
dem obigen Ausgangsmaterial vorhanden sind. Selbst wenn das
β-AP-Derivat in der HCl-Form oder in Form schwefelsaurer Salze
vorliegt, kann dieses selbstverständlich unmittelbar als
Ausgangsmaterial eingesetzt werden.
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Als Hinweis: das durch Formel (I) wiedergegebene β-AP-Derivat
kann auf eine herkömmliche Art gewonnen werden. Unter den
durch Formel (I) verkörperten β-AP-Derivaten kann, wenn R&sub1;
Wasserstoff darstellt, das β-AP-Derivat erhalten werden, indem
die α-Carboxylgruppe der Asparaginsäure beispielsweise in den
Benzylester überführt, die endständige N-Gruppe mit einer
üblicherweise hierfür verwendeten Schutzgruppe geschützt, das
Derivat in Gegenwart eines Kondensationsmittels wie z.B.
Dicyclohexylcarbodiimid mit einem Phenylalaninalkylester unter
Überführung in den N-geschützten
Aspartylphenylalaninalkylester umgesetzt und anschließend die
N-Schutzgruppe und die Benzylestergruppe auf eine herkömmliche
Art und Weise entfernt werden. Für den weiteren Fall, daß R&sub2;
des β-AP-Derivats Wasserstoff darstellt, kann das β-AP-Derivat
erhalten werden, indem ein Alkylester der α-Carboxylgruppe der
Asparaginsäure verwendet, die endständige N-Gruppe mit einer
üblicherweise hierfür verwendeten Schutzgruppe geschützt, die
α-Carboxylgruppe in Gegenwart eines Kondensationsmittels wie
oben beschrieben mit benzyliertem Phenylalanin umgesetzt und
anschließend die N-Schutzgruppe und die Benzylestergruppe auf
eine herkömmliche Weise entfernt werden. Für den weiteren
Fall, daß beide R&sub1; und R&sub2; des β-AP-Derivats eine Alkylgruppe
verkörpern, kann das β-AP-Derivat erhalten werden, indem die
N-geschützte, eine alkylveresterte α-Carboxylgruppe
aufweisende Asparaginsäure mit einem Phenylalanin kondensiert
wird, dessen α-Carboxylgruppe in entsprechender Weise
alkylverestert ist, und anschließend die N-Schutzgruppe Gruppe
entfernt wird. Für den weiteren Fall, daß beide R&sub2; und R&sub3; des
β-AP-Derivats Wasserstoff darstellen, kann das β-AP-Derivat
erhalten werden, indem einer der oben beschriebenen drei
Alkylester mit Alkali verseift wird.
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Das mit einer Formylgruppe, einem Halogenwasserstoff usw.
N-geschützte β-AP-Derivat kann als N-geschützter
β-Aspartylphenylalaninalkylester (oder -dialkylester)
eingesetzt werden, ohne daß eine Entfernung der
N-Schutzgruppe erforderlich wäre.
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Als nächstes werden die Bedingungen für die Bildung eines
Derivats nach Formel (II) aus einem Derivat gemäß Formel (I)
beschrieben. Das Lösungsmittel ist seiner Art nach nicht
speziell eingeschränkt, vorzugsweise wird dabei aber ein
Alkohol wie z.B. Methanol, Äthanol, Propanol, Isopropanol,
Butanol usw. verwendet. Selbstverständlich erfüllt auch ein
organisches Lösungsmittel wie z.B. Toluol, Aceton,
Dichlorethan, Methylacetat, Ethylacetat, Butylacetat sowie ein
Lösungsmittelgemisch mit Wasser usw. den Zweck.
Die hinzuzufügenden anorganischen oder organischen
Verbindungen können ionische oder auch nicht-ionische
Verbindungen des Zinks, Kupfers, Nickels, Magnesiums,
Aluminiums, Eisens, Zinns, Siliciums und/oder Titans sein,
oder es können wahlweise die Metalle als solche hinzugegeben
werden. Beispielsweise können die oben angeführten Metalle
usw. auch direkt verwendet werden, in diesem Falle ist jedoch
die Umsetzung mit basischen Verbindungen in Gegenwart von
Schwefelsäure oder Salzsäure effektiver. Beispiele für die
Verbindungen umfassen Hydroxide wie z.B. Zinkhydroxid,
Kupferhydroxid, Nickelhydroxid, Magnesiumhydroxid,
Aluminiumhydroxid, Eisenhydroxid usw.; anorganische Salze wie
z.B. Zinksulfat, Zinkchlorid, Kupferchlorid, Nickelchlorid,
Kupfersulfat, Magnesiumcarbonat, Magnesiumsulfat,
Aluminiumchlorid, Eisen(III)-sulfat, Zinnchlorid, Titanchlorid
usw.; organische Salze wie z.B. Zinkacetat, Kupferacetat,
Nickelacetat, Aluminiumacetat, basisches Aluminiumacetat usw.;
Verbindungen, die durch koordinatives Anlagern der genannten
Metalle an chelatbildende Agentien wie z.B.
Ethylendiamintetraessigsäure usw. erhalten werden sowie
Alkylverbindungen wie z.B. Methyl-, Ethyl-Verbindungen usw.
Die zuvor genannten Verbindungen können auch Kristallwasser
enthalten. Des weiteren können die oben angeführten Metalle
oder deren Ionen an Ionenaustauscherharzen oder
chelatbildenden Harzen festgehalten sein oder an Membranen
immobilisiert sein usw.
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Die Menge der zu verwendenden anorganischen oder organischen
Verbindung kann in Abhängigkeit von der jeweiligen Art dieser
Verbindung variieren, beträgt jedoch mindestens 0,01 Mol oder
mehr, bezogen auf 1 Mol des β-AP-Derivats. Unter dem
Gesichtspunkt wirtschaftlicher Erwägungen erweist sich eine
Menge von 0,01 bis 3,0 Mol je Mol des β-AP-Derivats als
geeignet.
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Die hinzuzufügende basische Verbindung unterliegt keinen
speziellen Einschränkungen, erwähnt werden sollen jedoch
organische Basen wie z.B. Triethylamin, Pyridin usw.;
anorganische Basen wie z.B. Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid,
Calciumhydroxid, Natriumcarbonat, Natriumhydrogencarbonat,
Ammoniak usw.; Hydroxide des Magnesiums, Eisens, Aluminiums
usw.; Natriumacetat, Natriummethylat usw.
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Die Menge der zu verwendenden basischen Verbindung kann in
Abhängigkeit von deren Art variieren, liegt jedoch im
allgemeinen beim 0,1- bis 10-fachen der auf das β-AP-Derivat
bezogenen Molmenge.
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Die Reaktion gemäß der Erfindung wird durch Vermischen des
zuvor genannten β-AP-Derivats, des alkoholischen
Lösungsmittels, der anorganischen und organischen Verbindungen
sowie der basischen Verbindung mit oder ohne Rühren
ausgeführt. Als Reaktionstemperatur wird dann im allgemeinen
eine solche im Bereich von -30 bis 150 ºC gewählt. Liegt diese
Temperatur zu niedrig, vermindert sich die
Reaktionsgeschwindigkeit; ist die Temperatur dagegen zu hoch,
so treten Nebenreaktionen wie z.B. Polymerisationen usw. auf.
Aus diesem Grunde ist ein Bereich von -20 bis 100 ºC
bevorzugt. Die Reaktionszeit kann in Abhängigkeit von der
Reaktionstemperatur und der Art oder der Menge der basischen
Verbindung variieren, liegt jedoch im allgemeinen innerhalb
von zehn Stunden. Die Reaktion ist im allgemeinen in einer
Stunde vollendet, sofern eine stark basische Verbindung wie
z.B. Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Natriummethylat usw.
eingesetzt wird.
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Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das
β-AP-Derivat in einer überaus großen Ausbeute in das
α-AP-Derivat überführt werden. α-APM kann daher mühelos und
mit einer hohen Ausbeute hergestellt werden. Fernerhin
entsteht kein DKP-Derivat in der Reaktionslösung; wenn doch,
dann bildet sich das DKP-Derivat nur in einer äußerst geringen
Menge. Außerdem besteht der überwiegende Teil des
Nebenprodukts aus dem β-AP-Derivat, so daß dieses als
Ausgangsmaterial der Erfindung zurückgeführt werden kann. Die
Reaktion kann in kurzer Zeit bei einer hohen Konzentration des
β-AP-Derivats ohne Erhitzen des β-AP-Derivats auf eine hohe
Temperatur zum Abschluß gebracht werden. Die Kosten der Anlage
können daher um ein beträchtliches reduziert werden. Wie oben
beschrieben, ist die Erfindung für eine großtechnische
Umsetzung, die eine Produktion von α-APM mit einem niedrigen
Kostaufwand gestattet, von äußerster Wichtigkeit.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die
Ausführungsbeispiele näher beschrieben, ohne daß die Erfindung
hierauf beschränkt ist sein soll.
Beispiel 1
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Zu 60 ml einer methanolischen Lösung enthaltend 3,08 g
β-APM2 wurden 1,4 g Zinksulfat-Heptahydrat hinzugefügt. Die
Mischung wurde gerührt. Anschließend wurde die Temperatur auf
20 ºC erhöht, wurden 10 ml einer methanolischen Lösung
enthaltend 1 Mol/l Kaliumhydroxid zu dem System hinzugegeben
und 20 Minuten reagieren gelassen. Der in der Lösung
befindliche α-Aspartylphenylalanindimethylester (die
β-Carboxylgruppe der Asparaginsäure in dem
α-Aspartylphenylalaninmethylester wurde methylverestert; nachfolgend
vereinfacht als α-APM&sub2; angeführt) wurde mittels Hochleistungs-
Flüssigchromatografie quantitativ bestimmt.
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Im Ergebnis waren 66,1 % α-APM&sub2; bezogen auf das β-APM&sub2;
gebildet. Die Bildung des DKP-Derivats erfolgte nur in Spuren.
Beispiel 2
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Die bei einer Umsetzung unter Bedingungen ähnlich denen in
Beispiel 1, mit der Ausnahme, daß anstelle von Zinksulfat-
Heptahydrat die in Tabelle 1 angeführten Zusätze hinzugefügt
worden waren, gebildeten Mengen an α-APM&sub2; und α-APM wurden
quantitativ bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1
gezeigt.
Tabelle 1
Versuch
Zusätze (Mol bezogen (bezogen auf 1 Mol β-APM&sub2;),
Menge des α-APM&sub2; und des α-APM (bezogen auf β-APM&sub2;: %)
Versuch Nr. aufl Mol ß-APM2) ß-APM2: %)
Ionenaustauscherharz*
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* "Diaion CR10" hergestellt von der Mitsubishi Chemical
Industry Co., Ltd.
Beispiel 3
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Zu 29,4 g β-APM wurden 500 ml Methanol und 6,5 ml
Schwefelsäure von 98 Gew.-% hinzugefügt. Die Mischung wurde
unter Rückfluß und unter Rühren während einer Stunde erhitzt.
Anschließend wurde die Reaktion unter Rühren und unter Zugabe
von 200 ml Methanol während 6 Stunden weitergeführt. Zu der
Reaktionslösung wurden 5,0 g Zinkhydroxid hinzugefügt. Die
Mischung wurde auf 20 ºC gehalten und 250 ml methanolische
Lösung, enthaltend 1 Mol/l Kaliumhydroxid, hinzugegeben. Das
Gemisch wurde 2 Minuten reagieren gelassen. Eine kleine Menge
wurde zwecks quantitativer Bestimmung als Probe entnommen. Im
Ergebnis sind 58,3 % α-APM&sub2; und 4,2 % α-APM, insgesamt 68,4 %
bezogen auf das β-APM gebildet worden. Von dem DKP-Derivat
hatten sich Spuren gebildet, und 12,2 % des β-APM&sub2; blieben
zurück.
Beispiel 4
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Die Verfahrensweise war die gleiche wie in Beispiel 3 mit der
Ausnahme, daß anstelle der 1 Mol/l Kaliumhydroxid enthaltenden
methanolischen Lösung 10 g Natriumhydroxid hinzugegeben
wurden. Die Mischung wurde während 30 Minuten reagieren
gelassen.
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Als Ergebnis der quantitativen Bestimmung des α-APM&sub2; und des
α-APM wurde gefunden, daß sich insgesamt 64,8 % gebildet
hatten.
Beispiel 5
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Bei der Verfahrensweise des Beispiels 3 wurden anstelle der 1
Mol/l Kaliumhydroxid enthaltenden methanolischen Lösung 49 g
eines Natriummethylats von
28 Gew.-% hinzugefügt. Das Gemisch wurde in analoger Weise zur
Umsetzung gebracht.
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Bezogen auf das β-APM waren 67,9 % α-APM&sub2; und 2,5 % α-APM,
insgesamt 70,4 % gebildet worden.
Beispiel 6
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Zu 60 ml einer 1,72 g β-APM&sub2; HCl-Salz und 1,72 g α-APM&sub2; HCl-
Salz enthaltenden methanolischen Lösung wurden 0,55 g
Zinkhydroxid hinzugefügt. Die Mischung wurde gerührt.
Nachfolgend wurde die Temperatur auf 10 ºC eingeregelt und
wurden zu dem Gemisch 5,4 ml einer 4 Mol/l Natriumhydroxid
enthaltenden methanolischen Lösung (Verdünnung einer 48 Gew.-
%igen wäßrigen NaOH-Lösung mit Methanol) gegeben mit
anschließendem Reagierenlassen während 10 Minuten. Eine
quantitative Bestimmung des α-APM&sub2; ergab 2,61 g als α-APM&sub2; HCl-
Salz.
Bezugsbeispiel 1
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Die Arbeitsweise war analog der in Beispiel 1 mit der
Ausnahme, daß kein Zinksulfat-Heptahydrat hinzugegeben wurde.
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Der Anteil des gebildeten α-APM2 betrug 25,5 %. Außerdem waren
viele Nebenprodukte entstanden.
Bezugsbeispiel 2
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Die Arbeitsweise war analog der in Beispiel 1, mit der
Ausnahme, daß kein Zinkhydroxid hinzugegeben wurde. Der Anteil
des gebildeten α-APM2 belief sich auf 26,0 %.
Bezugsbeispiel 3
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Das Gesamtvolumen der in Beispiel 3 aus der letzten
Reaktionsphase erhaltenen Lösung wurde konzentriert, bis das
System ölig war. Zu dem Konzentrat wurden 42 ml einer
35 Gew.-%igen Salzsäure und weiterhin Wasser bis zu einem
Gesamtvolumen von etwa 150 ml hinzugefügt. Die Mischung wurde
während 7 Tagen bei 20 ºC und sodann während 2 Tagen bei 5
gerührt. Die abgeschiedenen APM HCl-Kristalle wurden mittels
Filtration abgetrennt und zu den Kristallen 300 ml Wasser
hinzugefügt, gefolgt von einer Neutralisation bei einem
pH-Wert von 4,5 mit einer 10 %igen wäßrigen Sodalösung. Zwecks
Auflösung wurde das System anschließend auf 60 bis 65 ºC
erhitzt. 0,2 g Aktivkohle wurde hinzugegeben, die Mischung
gerührt und nachfolgend filtriert. Das Filtrat wurde während
24 Stunden bei 5 ºC ruhen gelassen. Die abgeschiedenen
Kristalle wurden mittels Filtration isoliert und unter
vermindertem Druck getrocknet, wobei 14,1 g Kristalle
(47,9 % bezogen auf das β-APM) erhalten wurden. Die Kristalle
wurden durch Analyse mittels Hochleistungs-
Flüssigchromatografie als α-APM identifiziert.