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Verfahren zur Herstellung von neuen kondensierten
Dihydropyrazinonen- (2) oder von deren Salzen bzw. quaternären Ammoniumsalzen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von neuen kondensierten Dihydropyrazinonen- (2), die in l-Stellung durch einen basischen Rest substituiert sind und in 3-Stellung einen Benzylrest tragen, welcher seinerseits am aliphatischen C-Atom Substituenten der nachstehend angegebenen Art tragen kann.
Der an den Pyrazinring kondensierte Ring kann ein unsubstituierter oder substituierter, gegebenenfalls vollständig oder teilweise aushydrierter Benzolring, ein, gegebenenfalls substituierter, Naphthalinring oder ein, gegebenenfalls substituierter, Pyridinring sein. Die neuen kondensierten Dihydropyrazinone- (2) haben die allgemeine Formel I :
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worin R-R die oben angegebene Bedeutung haben und R Wasserstoff, die für R4 angegebene Bedeutung hat oder eine in R4 überführbare Gruppe, wie Hydroxyalkyl, bedeutet, mit gegebenenfalls entsprechend substituierten Zimtsäuren der allgemeinen Formel III :
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worin Rs - R7 die oben angegebene Bedeutung haben und Y =-SH,-NH oder-NH-Acyl bedeutet, oder deren reaktiven Derivaten, wie Estern, zu Dihydropyrazinonen bzw. Tetrahydropyrazinonen umsetzt, anschliessend in die erhaltenen, teilweise hydrierten Pyrazinone, falls R Wasserstoff bzw. eine in R4 überführbare Gruppe bedeutet, am Stickstoffatom 1 stufenweise oder unmittelbar den Rest eines entsprechenden Aminoalkohols (R4) einführt, und gegebenenfalls die erhaltenen Pyrazinone- (Z) in deren Salze bzw. quaternäre Ammoniumsalze überführt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens führt man die Aminoalkylierung am Stickstoffatom 1 in Gegenwart von Kondensationsmitteln, insbesondere in Gegenwart von Alkalicarbonaten, aber auch Pyridinen, Alkalihydroxyd, Alkalialkoholat oder Alkaliamid, durch.
Werden beim erfindungsgemässen Verfahren als Verbindungen der allgemeinen Formel II unsubstituierte o-Phenylendiamine oder o-Phenylendiamine, deren Substituenten R, und R, gleichartig sind und symmetrisch am Benzolkern sitzen, eingesetzt, so erhält man eindeutige Derivate. Bei Einsatz von o-Phenylendiaminen aber, welche entweder nur einen Substituenten R oder aber mehrere ungleiche oder unsymmetrisch sitzende Substituenten tragen, bei Einsatz gewisser Naphthylendiamine oder bei den o-Diaminopyridinen werden auf diese Weise zwei verschieden isomere Verbindungen erhalten, welche in manchen Fällen nachträglich getrennt werden können.
Die nachstehenden Formelbilder sollen diese Verhältnisse näher erläutern ; n, n' und n" bedeuten in den folgenden Formelbildern positive ganze Zahlen, Rl - R7 haben die oben angegebene Bedeutung :
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X = gegebenenfalls hydrierter Benzolring.
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X = gegebenenfalls hydrierter Benzol-oder Pyridinring ; aber auch
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Die Einführung des Dialkylaminoalkylrestes im Stickstoffatom 1 wird besonders vorteilhaft in inerten Lösungsmitteln, wie Benzol, Toluol, Xylol od. ähnl. mit Hilfe von Alkalicarbonaten ausgeführt.
Es werden auf diese Weise bessere Ausbeuten als bei der Verwendung von Natriumalkoholat oder Natriumamid, aber auch von Kaliumhydroxyd erhalten, was wahrscheinlich darauf zurückzuführen ist, dass die zweitgenannten Kondensationsmittel mit der Enol-Form der Oxogruppe zu Enolaten reagieren, die ihrerseits nachher veräthern. Da in den inerten Lösungsmitteln und bei Verwendung von Alkalicarbonaten keine Enolisierungstendenz besteht, reagiert das Derivat des Aminoalkohols direkt mit dem aciden Wasserstoff des Stickstoffs und das Alkalicarbonat dient lediglich zur Neutralisation der freiwerdenden Säure.
Bei der Umsetzung von o-Diaminen der allgemeinen Formel II, worin R die für R4 angegebene Bedeutung hat oder eine in R4 überführbare Gruppe, wie z. B. einen Hydroxylrest bedeutet, mit (x-Mercap- tozimtsäuren oder deren reaktiven Derivaten, erhält man sowohl bei Einsatz von im Benzolkern substituierten o-Phenylendiaminen als auch bei Naphthylendiaminen Verbindungen, deren Substituenten im gegebenenfalls teilweise oder vollständig hydrierten Benzol- oder Pyridinring eine eindeutig bestimmte Position haben.
Die nachstehenden Formelbilder veranschaulichen diese Verhältnisse :
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Wird von entsprechenden o-Diaminen der allgemeinen Formel II ausgegangen, welche an einem Stickstoffatom einen h-Hydroxyäthylrest tragen, so können diese mit, gegebenenfalls entsprechend substituierten, Zimtsäuren der allgemeinen Formel III oder deren Derivaten zu den kondensierten, teilweise hydrierten Pyrazinonen ringgeschlossen werden, worauf man in die auf diese Weise gewonnenen 1-hydro- xyäthyl-3-benzylsubstituierten, teilweise hydrierten Pyrazinone in 1-Stellung durch Halogenierung und darauffolgende Aminierung den Dialkylaminoalkylrest einführt.
Zur Aminoalkylierung von kondensierten 3-Benzyl-pyrazinonen- (2), welche am Stickstoffatom 1 unsubstituiert sind, kann in der Weise vorgegangen werden, dass man zuerst einen Hydroxyäthylrest am Stickstoffatom 1 einführt und diesen anschliessend durch Halogenierung und Aminierung in einen Rest R4 umwandelt.
Die Verwendung von a-Mercaptozimtsäuren und von deren Derivaten für die gewünschte Ringschlussreaktion hat sich aus folgenden Gründen als besonders günstig erwiesen :
Die Mercaptozimtsäuren sind nach einem von Ch. Gränacher, M. Gerö, A. Ofner, A. Klopfensteiner und E. Schlatter (Helv. Chim. Acta VI [1923], S. 458, über die "Verwendung des Rhodanins zu organischen Synthesen II") angegebenen Verfahren sehr gut zugänglich. Sie werden durch Kondensation der entspre- chenden Aldehyde oder Ketone mit Rhodanin und darauffolgende Spaltung synthetisiert.
Es können auf diese Weise < x-Mercaptozimtsäuren mit den unter Rs bzw. R, und R1 angegebenen Substituenten in guten Ausbeuten erhalten werden. Diese Säuren unterscheiden sich von den ebenfalls für die entsprechende Synthese verwendbaren Phenylbrenztraubensäuren durch wesentlich bessere Beständigkeit. Während manche der Brenztraubensäuren, besonders in nicht vollständig gereinigten Zustand, zu spontanen Zersetzungen neigen und ein Aufbewahren dieser Verbindungen meist unmöglich ist, sind die < x-Mercaptozimt- säuren weitgehend beständig. Die Umsetzung mit den o-Diaminen verläuft glatt und es genügt meist gemeinsames Erhitzen der beidenKomponenten.
Da infolge der Schwefelwasserstoffentwicklung bei der Umsetzung ständig ein reduzierendes Milieu vorhanden ist und die Luftoxydation ausgeschaltet wird, werden ohne weitere Reinigung wesentlich weniger gefärbte und reinere kondensierte Pyrazine erhalten als bei den Synthesen mit Brenztraubensäure. Die Reinigung der Substanzen ist durch den erwähnten reduzierenden Einfluss während der Reaktion erheblich vereinfacht, da keine dunklen, verharzten Produkte entstehen.
Die Umsetzung der cyclischen o-Diamine der allgemeinen Formel II mit den Zimtsäuren der allgemeinen Formel III bzw. deren Derivaten und die anschliessende Aminoalkylierung am Stickstoffatom 1 kann mit besonderem Vorteil ohne Isolierung der als Zwischenprodukt aufgetretenen teilweise hydrierten Pyrazinone durchgeführt werden.
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Geht man von den entsprechenden Phenylendiaminen der allgemeinen Formel II aus, die an einem Stickstoffatom durch einen Substituenten R substituiert sind und setzt diese Diamine mit, gegebenenfalls entsprechend substituierten, Zimtsäuren der allgemeinen Formel III oder deren Derivaten um, so erhält man Chinoxalone- (2).
Wird von den entsprechenden o-Diaminocyclohexanen der allgemeinen Formel II ausgegangen, die an einem Stickstoffatom durch einen Substituenten R substituiert sind, und werden diese Diamine mit, gegebenenfalls entsprechend substituierten, Zimtsäuren der allgemeinen Formel III oder deren Derivaten umgesetzt, so erhält man Hexahydro- (benz)-chinoxalone.
Die entsprechenden o-Diaminonaphthaline der allgemeinen Formel II, die an einem Stickstoffatom durch einen Substituenten R substituiert sind, ergeben bei der Umsetzung mit, gegebenenfalls entsprechend substituierten, Zimtsäuren der allgemeinen Formel III oder deren Derivaten Benzochinoxalone. In analoger Weise gelangt man, ausgehend von entsprechenden o-Diaminopyridinen der allgemeinen Formel II, die an einem Stickstoffatom durch einen Substituenten R substituiert sind, mit, gegebenenfalls entsprechend substituierten. Zimtsäuren der allgemeinen Formel III oder deren Derivaten zu Pyridochinoxalonen.
Eine ähnliche Reaktionsweise wie die Mercaptozimtsäuren zeigen auch die verwandten a-Amino- bzw. a-Acylaminozimtsäuren und deren Derivate, insbesondere Ester, und sind dadurch für die gewünschten Umsetzungen von o-Diaminen der allgemeinen Formel II zu annellierten Pyrazinen sehr geeignet. Die Einführung des Substituenten am Stickstoffatom 1 kann mit einem reaktionsfähigen Derivat eines entsprechenden Aminoalkohols erfolgen ; die N-substituierten Pyrazine können aber auch durch Umsetzung der dialkylaminoalkylierten o-Diamine erhalten werden. Die für die Synthese zweckmässigerweise verwendeten Acylaminozimtsäuren kann man nach der von R. M. Herbst und D. Shennin (Org. Syntheses, Coll. Vol.
II [1958], John Wiley & Sons) angegebenen Ausführungsvorschrift, die auf Angaben von Erlenmeyer jr. und Frühstück (An ! 1. 48 [1895], S. 284) zurückgeht, mit Hilfe einer Azlactonsynthese in sehr guten Ausbeuten gewinnen.
Da die Verseifung der Acylaminozimtsäuren sowohl in saurem wie auch in alkalischem Medium möglich ist (Plöchl, Ber. 16 [1883], S. 2817, und Erlenmeyer jr., Ann. 271 [1892], S. 165,173), kann dementsprechend die Umsetzung mit den o-Diaminen sowohl mit deren Salzen in saurem Milieu als auch mit den freien Basen erfolgen. Die Arbeitsweise richtet sich dabei nach den Löslichkeitsverhältnissen und der Beständigkeit besonders der dialkylaminoalkylierten o-Diamine der allgemeinen Formel II. Der Umsetzung mit Aminozimtsäuren wird dann der Vorzug zu geben sein, wenn diese leichter oder in besseren Ausbeuten erhalten werden als die entsprechenden Mercaptozimtsäuren.
Prinzipiell sind beide Wege sowohl hinsichtlich der Synthese der Ausgangsma. terialien - Mercaptozimtsäuren oder Acylaminozimtsäuren bzw. deren Derivate - als auch der Umsetzungsverhältnisse weitgehend ähnlich.
Die nachstehenden Formelbilder veranschaulichen den Reaktionsablauf :
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Durchmischung zu erzielen.) Das Reaktionsgemisch erwärmt sich. Anschliessend wird der Alkohol abdestilliert und der Rückstand 1 h in einem Ölbad bei etwa 2000C Badtemperatur erhitzt, wobei nach etwa 1/2 h Vakuum angelegt wird, um den Schwefelwasserstoff rascher zu entfernen. Nach dem Abkühlen kristallisiert das Reaktionsgemisch vollkommen durch. Nach Umkristallisation aus Alkohol werden gelbliche Plättchen vom Schmelzpunkt 198 - 1990C erhalten, welche das 3-p-Methoxybenzyl-chinoxalon- (2) darstellen. Die Ausbeute ist quantitativ.
Das Chinoxalon wird nunmehr fein gepulvert und mit 500 ml Xylol übergossen. Es werden 280 g feinst gepulvertes Kaliumcarbonat und 270 g frisch destilliertes Diäthylaminoäthylchlorid zugesetzt. Das Gemisch wird 16 h unter Rückfluss gekocht. Nach Abkühlen wird das Kaliumchlorid und Kaliumcarbonat abgesaugt (nach Waschen und Trocknen lässt sich in diesem Salzgemisch die Vollständigkeit der Umsetzung durch Titration des überschüssigen Kaliumcarbonats verfolgen). Die Xylollösung wird vom Lösungsmittel befreit und der Rückstand im Vakuum destilliert. Das l-Diäthylaminoäthyl-3-p-methoxybenzyl- - chinoxalon- (Z) wird als rotes, vollkommen klares Öl vom Siedepunkt 2100C (gemessen im Luftbad) bei 0, 1 Torr erhalten. Die Ausbeute beträgt 94, 5% d. Th.
Beispiel2 :1-(Diäthylaminoäthyl)-3-p-methoxybenzyl-chinoxalon-(2).
20, 7 g N-(Diäthylaminoäthyl)-o-phenylendiamin werden mit 21 g p-Methoxy-α-mercaptozimtsäu- re in einem Destillationskolben im Ölbad erhitzt. Nach Erreichen von einer Badtemperatur von etwa 1300C wird mit der Wasserstrahlpumpe evakuiert. Die Badtemperatur wird allmählich innerhalb 1 h auf 2000C gesteigert und bis zur Beendigung der Gasentwicklung auf dieser Temperatur gehalten. Der Rückstand wird anschliessend sofort destilliert. Bei langsamer Destillation wird nach einem ganz geringen Vorlauf das 1-(Diäthylaminoäthyl)-3-p-methoxybenzylchinoxalon-(2) in über zeer Ausbeute als klares rotes Öl vom Kp 2100C (gemessen im Luftbad) bei 0, 1 Torr analysenrein erhalten.
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die Gasentwicklung nachlässt, wird Vakuum angelegt und die Badtemperatur auf 200 C gesteigert.
Nach 2stündigem Erhitzen auf diese Temperatur ist die Gasentwicklung beendet. Beim Abkühlen kristallisiert der Kolbeninhalt vollständig durch.
Die Ausbeute an rohem 3-p-Methoxybenzyl-6- (7)-chlorchinoxalon- (2) ist quantitativ. Durch wiederholtes Umkristallisieren aus Alkohol, darauffolgend aus Dioxan und anschliessend aus Eisessig, können die beiden isomeren Chinoxalone getrennt werden ; eines davon zeigt einen Schmelzpunkt von 228 bis 229 C.
150 g 3- (p-Methoxybenzyl) -6-chlorchinoxalon- (2) vom F = 228-2290C werden mit 135g Diäthylamino- äthylchlorid und 138 g trockener Pottasche in 500 ml Xylol 16 h am Rückflusskühler gekocht. Nach Abkühlen wird vom Gemisch von Kaliumchlorid und Kaliumcarbonat abgesaugt. Das Xylol wird abdestilliert. Der Rückstand wird in Salzsäure 1 : 1 aufgenommen, von ganz geringen ungelösten Anteilen filtriert, die Lösung alkalisch gestellt und die aufschwimmende Base in Dichlormethan aufgenommen. Nach Trocknen und Entfernen des Lösungsmittels wird im Vakuum destilliert. Das 1-Diäthylaminoäthyl- - 3- (p-methoxybenzyl)-6-chlorchinoxalon- (2) destilliert als rotes Öl vom Kp = 2280C bei 0, 3 Torr. Das Öl kristallisiert rasch vollkommen durch. Die Ausbeute beträgt 89% d.
Th.
Nach Umkristallisieren aus Isopropanol hat die Substanz einen F von 78 bis 790C.
Beisp iel 4 : l-Diäthylaminoäthyl-3- (3, 4-dimethoxybenzyl)-pyridino- (2, 3)-chinoxalon- (2).
109g 2, 3-Diaminopyridin werden in 250 ml Alkohol gelöst. Dazu wird eine Lösung von 240 g 3, 4-Di- methoxy- < x-mercaptozimtsäure in 750 ml Alkohol gegeben. Das Gemisch erwärmt sich. Die Lösung wird nunmehr 1 h unter Rückfluss gekocht und anschliessend der Alkohol abdestilliert. Der Rückstand wird 3 h (bis zur Beendigung derSchwefelwasserstoffentwicklung) in einem Ölbad auf 130 C Badtemperatur erhitzt.
Der vollständig kristallin erstarrte Rückstand wird nunmehr wiederholt aus Alkohol unter Wasserzusatz umkristallisiert. Die beiden isomeren Chinoxalone lassen sich auf Grund ihres unterschiedlichen Lösungsver-
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von 208 bzw. 2580C.
Die Ausbeute an ungetrenntem Rohprodukt liegt bei 90% d. Th. ; nach der Trennung beträgt die Ausbeute der beiden Isomeren zusammen 420/0 d. Th.
34 g des Pyridinochinoxalons vom Schmelzpunkt 2080C werden mit einer Lösung von 2, 93 g Natrium in 500 ml Alkohol übergossen. Nach Zugabe von 17 g Diäthylaminoäthylchlorid wird das Gemisch 6 h unter Rückfluss gekocht. Nach Abkühlen wird vom Kochsalz abgesaugt, anschliessend der Alkohol abgedampft. Der Rückstand wird in Toluol aufgenommen, mit Salzsäure 1 : 1 ausgeschüttelt und die Salzsäurelösung mit Ammoniak alkalisch gestellt. Nach Ausschütteln mit Dichlormethan und Abdampfen des
Lösungsmittels wird der Rückstand im Vakuum destilliert. Kp = 135-143 C/0, 5 mm Hg. Nach wiederholtem Destillieren wird die Substanz als hellrotes, ausserordentlich zähes Öl gewonnen. Ausbeute 28 g = 62% d. Th.
Die isomere Verbindung wird nach der gleichen Methode hergestellt. Nach Destillieren im Vakuum bei 0,05 mm Hg und einer Siedetemperatur von 255 bis 2600C (im Luftbad gemessen) wird ein zähes Öl erhalten, welches nach einiger Zeit kristallin erstarrt. Nach Umkristallisieren aus Alkohol fallen hellorange feine Nadeln vom F = 199 - 2010C an.
Beispiel5 :1-Diäthylaminoäthyl-3-p-methoxybenzylbenzo-(6,7)-chioxalon-(2).
158 g Naphthylendiamin- (2, 3) werden in 2, 5 l Alkohol (96% ig) gelöst. Es werden 210 g p-Methoxy- benzyl-fx-mercaptozimtsäure zugegeben. Das Gemisch wird am Rückflusskühler zum Sieden erhitzt.
Nach kurzem Kochen beginnen sich Kristalle auszuscheiden und es wird aus der Lösung lebhaft Schwefelwasserstoff entwickelt. Nach 5 h Kochen wird etwa 11 Alkohol abdestilliert. Nach dem Abkühlen werden die Kristalle abgesaugt und mit Alkohol gewaschen. Nach Umkristallisation aus Dioxan fallen hellgelbe Nadeln mit dem F = 2450C (geringe Zersetzung) an. Ausbeute = 302 g = 91% d. Th.
56 g des auf diese Weise erhaltenen 3-p-Methoxybenzyl-(6,7)-benzochinoxalons-(2) werden in 11 abs. Alkohol gelöst und mit 70 g fein gepulverter Pottasche versetzt. Es werden 26,5 g Diäthylaminochlorid zugegeben. Das Reaktionsgemisch wird 8 h unter Rückfluss gekocht. Nach Abkühlen wird von dpr Pottasche und vom gebildeten Kochsalz abgesaugt. Der Alkohol wird abgedampft, der dunkle Rückstand in Toluol aufgenommen, mit Salzsäure l : l ausgeschüttelt und nach Alkalisieren der Salzsäurelösung neuerlich in Toluol aufgenommen. Der nach dem Abdestillieren des Toluols verbleibende Rückstand wird im Vakuum destilliert. Zwischen 210 - 2200C bei 0, 1 Torr wird ein rotes Öl erhalten. Dieses wird zur weiteren Reinigung in Aceton gelöst.
Dabei scheidet sich aus der Acetonlösung eine geringe Menge unumgesetztes Benzochinoxalon aus. Nach Abdestillieren des Acetons wird der Rückstand wiederholt destilliert. Rotes, beim Abkühlen auf Zimmertemperatur erstarrendes Öl, Kp =212-214 C, bei 0, 1 Torr (gemessen im Luftbad). Ausbeute = 82% d. Th.
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rein weissen Nadeln haben einen Schmelzpunktvonl98bis 199 C. Die erhaltenen 22, 5 g 3-Benzylchinoxalon- (2) werden mit 20g Diäthylaminoäthylchlorid und 21g fein gepulverter Pottasche in 250ml Xylol 8 h am Rückflusskühler gekocht. Nach Abkühlen wird die Xylollösung zur Entfernung der anorganischen Salze filtriert. Der nach dem Abdestillieren des Alkohols verbleibende Rückstand wird im Vakuum im Luftbad destilliert.
Das rote Öl siedet zwischen 190 - 1950C bei 0,01 Torr. Die Ausbeute beträgt nach zweimaliger Destillation 80% d. Th. Durch Umkristallisation des erstarrten Öls aus Isopropanol werden Kristalle vom Schmelzpunkt 310C erhalten.
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100 g Cyclohexylendiamin- (I, 2) -sulfat werden mit einer Lösung von 21, 9 g Natrium in 11 Alkohol versetzt. Durch Zugabe von 750 ml heissem Wasser wird alles in Lösung gebracht. Nach Abkühlen wird vom ausgeschiedenen Natriumsulfat filtriert. Die Lösung des freien Diamins wird mit 205 g p-Methoxyacetamidozimtsäure versetzt und 6 hunter Rückfluss gekocht. Beim Abkühlen scheidet sich eine erste Kristallfraktion aus. Die alkoholische Lösung wird nunmehr auf 750 ml eingeengt. Es scheidet sich eine weitere Kristallfraktion aus.
Diese beiden Kristallfraktionen werden gemeinsam wiederholt aus Alkohol umkristallisiert und zeigen dann einen Schmelzpunkt von 1620C. Durch Eindampfen der Restmutterlaugen, Aufnahme des Rückstandes in Toluol, Ausschütteln mit konz. Salzsäure, Alkalisieren des salzsauren Auszuges und Aufnahme der Base in Toluol wird das angereicherte zweite Isomere erhalten. Durch Destillation im Vakuum bei 200 - 220 C, 0,1 Torr und Versetzen des Destillates mit Aceton, kann auch das zweite Isomere zur Kristallisation gebracht werden. Nach wiederholtem Umkristallisieren aus Alkohol werden gelbliche Kristalle erhalten. Die Ausbeute an beiden Isomeren zusammen beträgt nach vollständiger Trennung 55% d. Th. Die Dialkylaminoalkylierung erfolgt nach üblichen Methoden.
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