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Verfahren zur Herstellung von Doppelsalzen des Streptomycins Die Erfindung
bezieht sich auf die Herstellung neuer therapeutisch wertvoller kristalliner Salze
des Streptomycins, insbesondere komplexer Salze, welche anorganische Salze enthalten.
Die Erfindung betrifft vorzugsweise die Herstellung von kristallinen Komplexen,
welche außer Streptomycin Erdalkalihalogenide enthalten.
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Schatz, Bugie und Waksman (Proc. Soc. of Exp. Biol. & Med. 55,
66 bis 69, 1944) haben gezeigt, daß Streptomycin aus Produkten hergestellt werden
kann, die bei der Züchtung von Mikroorganismen der Gattung A. Griseus in passenden
Kulturmedien anfallen, und zwar durch Adsorption an Aktivkohle und anschließende
Behandlung mit einem sauren Lösungsmittel in einer Weise, die der für die Gewinnung
von Streptomycin gebräuchlichen entspricht (vgl. Proc. Soc. of Exp. Biol. &
-fed. 49, 207 bis 212, i942). Produkte, wie z. B. Streptomycinhydrochlorid, die
auf diese Weise erhalten werden, stellen Rohkonzentrate dar, die im allgemeinen
eine Wirksamkeit von weniger als 5o Einheiten pro Milligramm (E/mg) aufweisen (eine
Aktivitätseinheit ist eine Menge, welche das Wachstum eines Standardstammes von
Esherichia coli in einem Kubikzentimeter eines geeigneten Kulturmediums hemmt).
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Konzentrate von erheblich vergrößerter Wirksamkeit können durch ein
Verfahren der selektiven Adsorption hergestellt werden. Kristallisierte Helianthinsalze
des Streptomycins können durch Einwirkung von sauren Salzen des Streptomycins auf
ein Alkalisalz des Helianthins hergestellt werden. Streptomycinhydrochloridkonzentrate
haben eine Aktivität im Ausmaß von 6oo oder mehr E/mg,
wenn sie
durch Adsorption und Elution oder durch Rückverwandlung des Helianthinsalzes in
das Hydrochlorid entstanden sind; sie besitzen einen Hohen Reinheitsgrad und sind
therapeutisch anwendbar. Diese Produkte sind aber für?inen ausgedehnten Gebrauch
ungeeignet, da sie keine chemisch reinen \-erbindungen darstellen, die durch chemische
1lethodeil standardisiert werden können; sie müssen infolgedessen Charge für Charge
physiologischen Prüfungen unterworfen werden.
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Es wurde nun gefunden, daß gewisse anorganische Salze, insbesondere
Erdalkalihalogenide, sich chemisch mit sauren Salzen des Streptomycins verbinden,
wenn man die Komponenten in einem geeigneten Lösungsmittel zusammenbringt, und daß
hierbei kristalline komplexe Salze erhalten werden, die sowohl das Streptomycinsalz
als auch das anorganische Salz enthalten. Diese komplexen Salze sind hochwirksam.
Durch Umkristallisation kann malt sie in einer verhältnismäßig sehr reinen Form
gewinnen. Das in der Verbindung vorhandene anorganische Salz beeinträchtigt nicht
den therapeutischen Wert des Produktes. Die Erfindung gestattet erstmals die Anwendung
des Streptomycins in einer Form, die nicht nur wertvolle therapeutische Eigenschaften
besitzt, sondern auch in einfacher praktischer Weise hergestellt, verteilt und angewendet
werden kann.
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Erfindungsgemäß können die Streptomycin enthaltenden Doppelsalze in
einfachster Weise dadurch hergestellt werden, daß man ein Streptomycinsäuresalz
mit einem Erdalkal.imetallhalogenid in einem Lösungsmittel, in dem sowohl die Komponenten
als auch die entstehende Komplexverbindung löslich sind, aufeinander wirken läßt
und das gebildete komplexe Salz durch Einengen oder durch Verminderung der Löslichkeit
in dem Lösungsmittel und Auskristallisieren abtrennt. Auf diese Weise erhält man
praktisch reines Streptomycinkomplexsalz. Das Komplexsalz kann aus der Lösung durch
teilweises Verdampfen . des Lösungsmittels oder durch Zufügung eines zweiten, mit
diesem mischbaren Lösungsmittels, indem das Komplexsalz nur wenig löslich ist, gewonnen
werden.
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Bei der Herstellung von Streptomycin'komplexsalzen nach der Erfindung
werden Säuresalze des Streptomycins von mäßig hoher Wirksamkeit vorzugsweise verwendet,
z. B. Salze, welche eine Aktivität im Ausmaß von ioo E/mg oder mehr auf-. weisen.
Säuresalze, deren Aktivität oder Wirksamkeit unter 3oo E/mg liegen, sind im allgemeinen
so unrein, daß es schwierig oder in manchen Fällen unmöglich ist, kristalline Komplexe
zu gewinnen. Unreine Salze dieser Art können aber leicht durch Reinigung in ein
Material übergeführt werden, das eine Aktivität von mehr als 3oo E'Img besitzt,
z. B. durch Behandlung mit Tonerde.
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Die Reaktion zwischen dem Streptomycinsäuresalz und einem Erdalkalimetalllialogenid
kann in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels oder eines wässerig-organischen
Lösungsmittels oder eines 'Gemisches von organischen Lösungsmitteln durchgeführt
werden, indem das Streptomycinsalz, das Erdalkalitnetalllialogeni(l und das entstehende
Komplexsalz löslich sind (als Beispiel sei erwähnt. daß ein Teil der Substanz in
i bi: io Teilen des Lösungsmittels löslich sein kann). Das angewendete Lösungsmittel
soll so beschaffen sein, daß das entstehende Komplexsalz nicht zu leicht löslich
ist. da hierdurch Schwierigkeiten bei der Gewinnung des Komplexsalzes durch aus
der Lösung entstehen könnte.
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Ein gut geeignetes einheitliches Lösungsmittel ist das Methanol: ein
gut geeignetes Lösungsmittelgemisch ist wasserhaltiges Methanol oder auch wasserhaltiges
Äthanol in Mengenverhältnissen von etwa i : 2 bzw. 3 :-4. Andere organische Lösungsmittel,
wie z. B. 1'ropanol. lsol)rolianol u. dgl., können mit z. B. Wasser oder Methanol
kombiniert werden unter Erzielung voll Gemischen, welche das gewünschte Lösevermögen
für die Ausgangsstoffe und das Endprodukt aufweisen.
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Das gebildete Komplexsalz kann, wie bereits erwähnt, durch Einengen
oder Herabsetzung seiner Löslichkeit in dem Lösungsmittel und dadurch bedingtes
Auskristallisieren gewonnen werden. Zu diesem Zweck kann man einen Teil des Lösungsmittels
durch Verdampfung, vorzugsweise unter vermindertem Druck, entfernen oder ein anderes,
mit diesem mischbares Lösungsmittel, in dem das Komplexsalz nur wenig löslich ist,
zufügen. Als Beispiel sei erwähnt, daß die Löslichkeit des Streptomycinhydrochlorid-Calcittmclilorid-Kotnlilexsalzes
in Methanol etwa i Teil auf 3 Teile 'lctlianol beträgt, während die Löslichkeit
des gleichen Komplexsalzes in Äthanol etwa i Teil auf ioo Teile .Äthanol beträgt.
Durch Zufügung von einem oder mehreren Raumteilen voll Äthanol zu einer Methanollösung
des Komplexsalzes, vorzugsweise unter Erhitzung der Methanollösting auf etwas 50
oder 6o°, kann die Löslichkeit des Komplexsalzes in dem resultierenden Lösungsmittelgemisch
wesentlich herabgesetzt werden und hierdurch Ausscheidung oder Kristallisation des
Komplexsalzes ohne Verdampfung des Lösungsmittels bewirkt werden.
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Das nach den vorstehend angegebenen Methoden abgetrennte Komplexsalz
kann leicht gereinigt «erden, z. B. dadurch, daß man es in einem Lösungsmittel oder
einem Lösungsmittelgemisch löst und durch Ulnkristallisieren reinigt. Das zur Umkristallisation
verwendete Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch kann das gleiche sein wie das
bei der Herstellung des Komplexsalzes verwendete; es kann aber auch ein anderes
sein. Als Ausgangsstoffe können verschiedene Salze des Strel>tomycins Verwendung
finden, z. B. Hydrohalogenide (z. B. das Hvdt-(ichlorid. Hydrobromid oder Hydrojodid).
Es können aber auch andere saure Salze Verwendung finden, wie z. B. das lielianthinsalz
des Strel)tomycins. Diese Ausgangsstoffe können mit Erdalkalimetallhalogeniden,
wie Calciumchlorid, Calciumbromid, Strontiumchlorid u. dgl., in Reaktion gebracht
werden. Dies kann durch einfaches Zusammenbringen der Komponenten in einer Lösung
bei Raumtemperatur erfolgen.
`Fenn ein Streptomycinhydrohalogenid
angewendet wird, kann es zusammen mit dem Erdalkalimetallhalogenid in das Lösungmittel
eingerührt werden, um eine gleichmäßige und vollständige Lösung zu erzielen. Alsdann
wird die Lösung derart konzentriert, daß Kristallisation des gebildeten Komplexsalzes
stattfindet. Die Kristallisation beginnt im allgemeinen, wenn die Lösung etwa io
bis 4o % an gelösten Festbestandteilen enthält, je nach dem angewendeten Lösungsmittel.
Die Einengung der Lösung kann in einem teilweise evakuierten Trockner über Chlorcalcium
oder durch kontinuierliche Evakuierung unter vermindertem Druck erfolgen. Vorteilhaft
wird eine langsame Verdampfung bei Drücken zwischen etwa 0,5 bis 0,75 Atm.
durchgeführt; man kann aber auch eine raschere Vakuumverdampfung, z. B. bei Drücken
von etwa 30 mm Quecksilber oder darunter durchführen, ohne die Ausbeute und
die Qualität der Produkte ungünstig zu beeinflussen.
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Nach erfolgter Konzentration wird die Lösung des Komplexsalzes unter
Bedingungen gehalten, die eine maximale Kristallbildung gestatten. Die Kristalle
werden alsdann z. B. durch Filtration abgetrennt, mit geeigneten Lösungsmitteln,
wie Methanol, oder einem l@lethanol-Äthanol-Gemisch mit anschließender Methanolbehandlung
gewaschen und getrocknet. Die Mutterlauge kann konzentriert werden, um zusätzliche
Mengen von Kristallen zu erhalten. Wenn die erhaltenen Kristalle bei Temperaturen
von etwa 25° im Vakuum getrocknet werden, enthalten sie noch etwas Kristallisationsalkohol.
Durch Nachtrocknen im Vakuum bei etwa 10o° bis zum konstanten Gewicht wird dieser
Alkohol ausgetrieben, und man erhält das reine Komplexsalz.
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Die Komplexsalze sind sehr hygroskopisch; sie zeigen infolgedessen
nur schwierig charakteristische Schmelzpunkte. Sie schmelzen bei etwa 200° unter
Zersetzung. Die Komplexsalze sind optisch aktiv; ihre optische Drehung ist einguter
?Maßstab für die Reinheit der Erzeugnisse. Der Streptomycinhydrochlorid-Calciumchlorid-Komplex
zeigt nach Umkristal-lisieren aus Methanol-Äthanol und Trocknen bei ioo° im Vakuum
eine Drehung von (a)-D" = -77° (c = o,882 % in Wasser) und eine Aktivität von etwa
75o E/mg. Die Strukturformel des Streptomycins oder des komplexen Hydrochloridcalciumellloridsalzes
ist bis jetzt nicht bekannt; die empirische Formel des genannten Komplexsalzes dürfte
(C21 H39 N7 012 - 3 HC1)2 - Ca C12 sein.
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l3ei Anwendung des Helianthinsalzes des Streptomycins als Ausgangsmaterial
wird die Menge Calciumchlorid o. dgl. angewendet, die ausreicht, um zunächst mit
dem Streptomycinsalz unter Bildung von unlöslichem Calciumheliantat und Streptomycinhydrochlorid
zu reagieren und dann das Komplexsalz zu bilden. Das unlösliche Calciumheliantat
kann z. B. durch Abfiltern entfernt werden und alsdann das Filtrat auf ein für das
Auskristallisieren des Komplexsalzes geeignetes Volumen konzentriert werden. Die
Entfernung des Helianthins als unlösliches Calciumsalz kann durch Zusatz einer gerinnen
1feilge von Chlorwasserstoffsäure begünstigt werden, z. B. derart, daß das Reaktionsgemisch
auf einen pn-Wert von etwa .4 eingestellt wird.
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Wie früher
* erwähnt, kann das als Ausgangsmaterial dienende
Streptomycinsalz eine Aktivität von etwa 3oo Einheiten pro mg (E/mg) oder höher
haben. Hierzu sei bemerkt, daß Variationen über 3oo E/mg den Reinheitsgrad des kristallinen
Endprodukts nicht in störender `''eise beeinflussen. Beispiele i. Zu etwa 2,o g
Streptomycinhydrochlorid mit einer Aktivität von etwa 315 Elmg werden etwa 1,5 g
Calciumchlorid und etwa io ccm Methanol zugefügt. Die erhaltene 'klare Lösung wird
langsam über Calciumchlorid unter leicht reduziertem Druck (etwa 2/3Atm.) eingedampft,
nachdem sie mit einem kleinen Kristall von Streptomycinhydrochlorid-Calciumchlorid-Komplexsalz
geimpft worden ist. Nach Stehen über Nacht werden die ausgeschiedenen Kristalle
in üblicher Weise abgetrennt und bei 25° im Vakuum getrocknet. Das so erhaltene
Komplexsalz hat eine Drehung von (a)ö = -69o (c =
0,97 °/o in Wasser) und
eine Aktivität in vitro von etwa 2. Zu etwa 1,31 g Streptomycinhyd'rochlorid mit
einer Aktivität von etwa 8oo E/rng werden etwa 4,0 ccm Methanol und etwa 6o9 mg
Calciumchlorid gegeben. Die Lösung wird filtriert und langsam über Calciumchlorid
unter leicht vermindertem Druck (etwa 2/3 Atm) eingedampft. Nach Stehen Tiber Nacht
werden die ausgeschiedenen Kristalle abgetrennt und in üblicher Weise weiter behandelt.
Durch Eindampfen der Mutterlauge und Stehenlassen kann man eine weitere Ausbeute
an Kristallen gewinnen. Das erhaltene Streptomycinhydrochlorid-Calciumchlorid-Komplexsalz
hat die nachstehend verzeichneten Eigenschaften:
| (a)ö ° Aktivität |
| E/mg % N % Ca |
| Ausbeute 1 -73o |
| (c = 1,47 in Wasser) 747 12,56 3,78 |
| Ausbeute 11 -71° |
| (C=0,593 in Wasser) 730 12,52 3,92 |
3. Zu etwa 5,o g Streptomycinheliantat in etwa
150 ccm Methanol werden etwa
1,2 g Calciumchlorid, gelöst in etwa 25 ccm Methanol, zugefügt. Die Lösung wird
erwärmt und durch Aktivkohle filtriert, um das gebildete Calciumheliantat zu entfernen.
Das klare, farblose Filtrat wird unter vermindertem Druck (0,5 bis
0,75 Atm.)
auf ein Volumen von etwa io bis 15 ccm konzentriert. Hierbei scheidet sich ein kristalliner
Niederschlag aus, der abfiltriert, gewaschen und aufeinanderfolgend mit geringen
Mengen von Methanol, i : i Methanol-Äthanol und Äthanol gewaschen und im Vakuum
über Phosphorpentoxyd bei Raumtemperatur getrocknet wird. Das so erhaltene Streptomycinhydrochlorid-Calciumchlorid-Komplexsalz
hat eine Drehung von (a)ö = -76° (c = i,o °% in Wasser) und eine Aktivität in vitro
von etwa 75o E/mg. Bei
Konzentration der Zlutterlauge erfolgt Abscheidung
weiterer Kristalle, die nach Isolierung in der vorstehend beschriebenen Weise eine
Drehung von (a)ö = -74° (c = i,o% in -\'asser) und eine Aktivität in vitro von etwa
73o E/mg aufwz-iseii. Durch Konzentration der hei Gewinnung der zweiten Kristallausbeute
verbleibenden Mutterlauge können noch weitere geringe Mengen des kristallinen Komplexsalzes
gewonnen werden.
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4. Das Verfahren nach Beispiel 3 wird wiederholt und die miteinander
vereinigten Kristalle der ersten und der zweiten Ausbeute in etwa 25 ccm von heißem,
auf 5o bis 6o° erhitztem Methanol gelöst. Die filtrierte Lösung wird auf etwa das
halbe Volumen konzentriert und dann mit io ccrn Äthanol verdünnt. Nach Beimpfung
mit Kristallen von Streptomycinhydrochlorid - Calciumchlorid - Komplexsalz scheiden
sich langsam Kristalle aus. Nach 3tägigem Stehenlassen wird das kristalline Produkt
abfiltriert, mit Äthanol gewaschen und im Vakuum hei ioo° bis zum konstanten Gewicht
getrocknet. Das so erhaltene, im wesentlichen reine Komplexsalz hat eine optische
Drehung von (a)ö = -77`' (c = 0,882 % in Wasser) und eine Aktivität von etwa
750 E; mg. Die Kristalle schmelzen bei etwa 200° unter Zersetzung. Das kristalline
Komplexsalz enthält 33,67%C, 5>79o/oH, 13;13% N, 19,48% C1 und 2,87 % Ca. Dieser
Analysenbefund entspricht weitgehend der empirischen Formel (C21 H39 N7012 - 3 H
C1)2 - Ca Cl, die rechnerisch 33,79 % C, 5,67 % H, 13J40/0 N, i9,oo % Cl und 2,681)/o
Ca enthält.
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Ähnliche Ergebnisse werden erhalten, wenn man das gemäß Beispiel 3
erhaltene Komplexsalz in 1 :9 Wasser-Methanol, 1 :4 Wasser-Äthanol oder anderen
Gemischen von Wasser mit einem niedrigen aliphatischen Alkohol, in dem das Komplexsalz
leicht löslich ist, löst und das Komplexsalz in kristalliner Form in der vorstehend
beschriebenen Weise wiedergewinnt.
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5. Zu etwa 84 mg Streptomycinhydrochlorid mit einer Aktivität von
etwa 75o E/mg werden etwa o,51 ccm Methanol und etwa 33 mg Calciumbromid zugegeben.
Die Mischung wird umgerührt, bis vollständige Lösung stattgefunden hat, und dann
in einem Exsiccator über Calciumchlorid unter leicht vermindertem Druck (etwa
0,5 bis 0,75 Atm.) stehengelassen, um eine schwache Verdampfung des
Lösungsmittels zu bewirken. Die hierbei gebildeten feinen nadelförmigen Kristalle
werden abfiltriert, mit Methanol gewaschen und im Vakuum bei 56° etwa 2 Stunden
lang getrocknet. Das so erhaltene kristalline Streptomycinhydrochlorid - Calciumbromid-Komplexsalz
hat eine Drehung von (a)2 = -72° (c = o,667 in Wasser) und eine Aktivität in vitro
von etwa 69o E/mg.
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6. Etwa 83 mg Streptomycinhydrochlorid mit etwa 750 E/mg werden
etwa o,51 ccm Methanol zugefügt. Nachdem vollständige Lösung erfolgt ist, werden
etwa 31 mg Strontiumchloridhexahydrat unter Umrühren in der Lösung gelöst und die
Lösung alsdann in einem Exsiccator über Calciumchlorid unter leicht vermindertem
Druck (etwa 0,5
1>1s 0,75 Atm.) stehengelassen, um eine langsame -'erdampftin#,
cles zii bewirken. Eine geringe Spur vi»i -#trelitoiiivciiiliN-droclilorid-Strontiumchlorid-Komplexsalz
wird zugefügt, um die Kristallisation anzuregen. -Mit fortschreitender Konzentration
scheiden sich Rosetten von feinen Kristallen des Strel>tomy-cinlivdrochlorid-Strotitiumchlorid-Koniplexsalzes
aus der Lösung ab. Diese Kristalle werden durch Filtration abgetrennt, mit Methanol
und Äthanol gewaschen und etwa 2 Stunden lang bei 56° im Vakuum getrocknet. Das
erhaltene Produkt hat eine Drehung von (a)ö _ -73° (c = 0,53 % in -Wasser) und eine
Aktivität in vitro von etwa 628 E/mg.
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7. Etwa
30 g Streptomycinheliantat werden in etwa goo ccm Methanol,
das auf etwa 5o bis 6o° ,erhitzt ist, gelöst. Zu der warmen Lösung wird eine Lösung
von 7,2 g Calciumchlorid in 5o ccm Methanol zugefügt. Alsdann werden drei Tropfen
konzentrierte Chlorwasserstoffsäure zugefügt, um den pH-Wert auf etwa 4 einzustellen,
und die -Mischung durch Aktivkohle filtriert. Das Filtrat wird in einem Vakuumkonzentrator
bei einem Druck von etwa 3o mm Quecksilber auf ein Volumen von etwa 75 ccm eingeengt
und bei Raumtemperatur stehen gelassen. Innerhalb kurzer Zeit beginnt die Abscheidung
von Nadelkristallen. Nach Stehen über Nacht werden die gebildeten Kristalle von
Streptomycinhydrochlorid-Caiciumclilorid allfiltriert und getrocknet. Die Ausbeute
beträgt 9,2 g. Das Filtrat wird weiter konzentriert bis auf ein Volumen von etwa
30 ccm. Beim Stehenlassen erhält man eine zweite Ausbeute an Kristallen von
etwa 2,3 g. Eine weitere Ausbeute vop Kristallen von etwa i,1 g kann man durch nochmaliges
Einengen des zweiten Filtrats erhalten. Die leiden ersten Ausbeuten an Kristallen
zeigen nach Trocknen im Vakuum bei ioo° die folgenden Werte:
| Aus- Ge- @Aktivi- |
| (a) in Analysen |
| betäte wicht tät |
| Wasser |
| g EImä f. H N |
| in |
| 1 9,2 753 -76° 3375 5,78 @ 13,18 |
| 11 |
| 2,3 |
| 756 |
| -76° |
| 33,761 5,77 1294 |
B. Etwa 395 nig von Streptomycinacetat, (a)ö _ -42° (c = 164 % in Wasser), Aktivität
etwa 6oo E/mg, und etwa 194 mg Calciumchlorid werden in etwa io ccm Methanol gelöst,
filtriert und langsam unter schwach vermindertem Druck auf etwa 3 ccm eingeengt.
Während der Eindampfung scheiden sich Klümpchen von nadelförmigen Kristallen ab,
die abgetrennt, mit -letlianol gewaschen und im Vakuum bei 25° getrocknet werden.
Das kristalline Streptomycinacetat - Calciumchlorid - Komplexsalz (etwa 168 mg)
hat eine Drehung von (a)` = 43,7 (c = 149 % in Wasser) und eine Aktivität von etwa
5oo E/mg. Die Kristalle enthalten Calcium; die vorhandene Essigsäure wurde durch
Analyse mit 19,7% ermittelt. Berechnet für (C21 H39012 3 C H3 C O O H)2 - Ca Cl"
; Essigsäure = 22,0 %.
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9. Etwa 489 mg Streptomy-cinhvdrobromid (a)ö _ -70° (c = 1,72 % 111
-Wasser), Aktivität etwa
600 E/mg, und etwa 243 mg Calciumchlorid
werden in etwa io ccm Methanol gelöst. Hierauf wird filtriert und die Lösung langsam
unter schwach vermindertem Druck auf etwa 3 ccm eingeengt. Während der Einengung
scheiden sich Klümpchen von nadelförmigen Kristallen ab, die abgetrennt, mit trockenem
--Methanol gewaschen und im Vakuum bei 25'= getrocknet «-erden. Das erhaltene kristallitie
StreptomNIcinhydrollromid-Calciumclilorid-Komplexsalz (etwa 128 mg) hat eine
Drehung von (a)ö= -63.5° (c = 1.47% in Wasser) und ein: .lktivität von etwa
5.30 Eimg.
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Die Kristalle enthalten Calcium; die Elementaranalyse ergab folgende
Werte: Gefunden: C = 28,94 %; H = 5,29 0/0; berechnet für (C21 H39 012N7-3 1-TBr)2-CaC12:
C = 28,6%; H = 4,8o010.
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Unter der Bezeichnung Komplexsalze sind Verbindungen verstanden, welche
Kristalle bilden und welche gemäß den vorstehend beschriebenen Verfahren wiederholt
isoliert werden können, welche eine konstante chemische Zusammensetzung besitzen
und aus denen die Komponenten nicht durch physikalische Prozesse, wie Kristallisation
u. dgl., abgetrennt werden können.