CN104130225B - 一种季酮酸的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种季酮酸的合成方法,即以价廉易得的天然异维生素C为起始原料,经过过氧化氢的氧化和盐酸酸化制备关键合成中间体赤酮酸内酯;然后赤酮酸内酯再与磺酰氯反应生成季酮酸粗品,最后将所得的季酮酸粗品通过简单的重结晶得到季酮酸纯品。该合成方法具有合成步骤短,工艺过程操作简便,合成成本低,便于实现大规模工业化生产等特点,最终所得的季酮酸纯品产品收率高、纯度高,其收率可达到87%以上,纯度可达到99%以上。

Description

一种季酮酸的合成方法
技术领域
本发明属于药物化学技术领域,涉及一种季酮酸的合成方法,特别涉及一种以天然手性起始原料异维生素C(又名:D-异抗坏血酸)为手性源合成季酮酸的合成方法。
背景技术
季酮酸又名特窗酸(tetronicacid),广泛存在于天然产物中,具有多种医药生物活性,其母体结构为4-羟基-5H-呋喃-2-酮,分子式为C4H4O3,相对分子量为100.02,CAS号为541-57-1,结构式如下:
基于季酮酸独特的化学结构,它可以作为合成一系列手性药物(医药或者农药)的起始原料或者关键合成中间体,例如:季酮酸可以作为合成水溶性含硫B族维生素:(+)-生物素的起始原料(McGarrityJ,TenudL.Processforthepreparationof(+)-biotin.Eur.Pat.Appl.EP273270A1Jul.61988;Chem.Abstr.1989;110:75168)。此外,季酮酸的衍生物还具有抗农用真菌、抗农用病毒、杀虫杀螨、除草、植物生长调节等农用生物活性,在农药化学领域广为使用。
目前季酮酸的合成方法大多采用通过卤素原子进行环合得到相应的季酮酸的方法,HansZimmer研究小组以乙酰乙酸乙酯为起始原料,经过溴代、高温分解、贵金属催化脱溴反应制得季酮酸[SyntheticCommunications,11(5),385-390(1981)]。然而,该合成方法具有合成步骤较长,工艺操作危险复杂,合成过程中需要使用价昂的贵金属催化剂所造成的合成成本高等技术问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述的合成步骤较长,工艺操作危险复杂,合成过程中需要使用价昂的贵金属催化剂所造成的合成成本高等技术问题而提供一种以天然异维生素C(又名:D-异抗坏血酸)为起始原料制备季酮酸的合成方法,该合成方法具有合成工艺简单,操作简便,且合成过程所用起始原料价廉易得、合成过程不需要使用价昂的贵金属催化剂,因此还具有合成成本低等优点。
本发明的技术方案
一种季酮酸的合成方法,即以天然异维生素C(又名:D-异抗坏血酸)为起始原料,经过过氧化氢的氧化和盐酸酸化制备关键中间体赤酮酸内酯;所得的赤酮酸内酯再与磺酰氯反应形成季酮酸粗品,最后将所得的季酮酸粗品通过简单的重结晶得到季酮酸纯品,其化学合成的工艺流程如下所示:
上述的季酮酸的合成方法,具体包括如下步骤:
(1)、赤酮酸内酯的制备
将异维生素C溶解于溶剂中,冷却至0℃后加入碳酸钠,再加入体积百分比浓度为30%的过氧化氢水溶液,加热升温至42℃后搅拌进行氧化反应30min,再冷却至-10℃后加入二氧化锰除去未参与反应的过氧化氢,然后升温至60℃,搅拌状态下进行氧化反应,直至淀粉碘化钾试纸检验无过氧化氢残留为止,反应结束,得到反应液;
所述的溶剂为水或蒸馏水,其用量按异维生素C:溶剂为1mol:2.5L的比例计算;
上述反应所用的异维生素C、碳酸钠、体积百分比浓度为30%的过氧化氢水溶液和二氧化锰的量,按摩尔比计算,即异维生素C:碳酸钠:体积百分比浓度为30%的过氧化氢水溶液:二氧化锰为1:2:0.001-0.005:3.3,优选为1:2:0.0045:3.3;
将所得的反应液过滤,所得的滤液用质量百分比浓度为36%的盐酸水溶液调pH为1,然后控制压力为2×104Pa进行减压浓缩,浓缩过程中回收溶剂水或蒸馏水;
上述浓缩后的残留物用温度为65℃的乙酸乙酯洗涤,然后过滤,所得滤液控制压力为2×104Pa进行减压浓缩,浓缩后的残留物即为赤酮酸内酯,浓缩过程中回收乙酸乙酯;
(2)、季酮酸的制备
将三乙胺和步骤(1)所得的赤酮酸内酯加入到二氯甲烷中,溶解后得到含赤酮酸内酯、三乙胺的二氯甲烷溶液;
在上述所得的含赤酮酸内酯、三乙胺的二氯甲烷溶液中,控制温度为0℃、搅拌条件下加入磺酰氯进行反应2h,然后升温至25℃,继续搅拌反应6h,得到反应液;
上述的所用的含赤酮酸内酯、三乙胺和磺酰氯的量,按摩尔比计算,即赤酮酸内酯:三乙胺:磺酰氯为1:1-3:1-3,优选为1:2.4:2.4;
所述的磺酰氯为甲基磺酰氯或对甲苯磺酰氯;
在上述所得的反应液中加入冰水,进行分液,所得的有机层依次用质量百分比浓度为的10%盐酸水溶液、饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤后,用无水硫酸镁干燥,过滤,将所收集的滤液控制压力为2×104Pa进行减压浓缩,浓缩后的残留物即为季酮酸粗产品;
(3)、季酮酸粗产品的纯化
用乙酸乙酯重结晶步骤(2)中所得季酮酸粗产品,冷却后,过滤,所得的滤饼经自然干燥后即得季酮酸纯品,其化学纯度≥99%。
本发明的有益效果
本发明的一种季酮酸的合成方法,由于采用价廉易得的天然异维生素C(又名:D-异抗坏血酸)为起始原料,经过过氧化氢的氧化和盐酸酸化制备关键中间体赤酮酸内酯;所得的赤酮酸内酯再与磺酰氯反应形成季酮酸粗品,最后将所得的季酮酸粗品通过简单的重结晶得到季酮酸纯品。因此该合成方法具有合成步骤短,工艺过程操作简便等特点。
进一步,本发明的一种季酮酸的合成方法,由于采用价廉易得的天然异维生素C(又名:D-异抗坏血酸)为起始原料,以赤酮酸内酯为关键合成中间体,通过两步化学反应合成季酮酸,即所使用的原料和试剂价格低廉、易于得到最终产品,因此,该合成方法相对的降低了季酮酸合成成本,即具有合成成本低,便于实现大规模工业化生产。
进一步,本发明的一种季酮酸的合成方法,最终所得的产品收率高、纯度高,其收率可达到87%以上,纯度可达到99%以上。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进一步阐述,但并不限制本发明。
本发明的各实施例中所用的各原料如无特别说明,均为市售。
实施例1
一种季酮酸的合成方法,具体包括如下步骤:
(1)、赤酮酸内酯的制备
将异维生素C(17.6g,0.1mol)溶解于溶剂(250mL)中,冷却至0℃后加入碳酸钠(21.2g,0.2mol),再加入体积百分比浓度为30%的过氧化氢水溶液(46mL,0.45mmol),加热升温至42℃后搅拌反应30min,再冷却至-10℃后加入二氧化锰(28.7g,0.33mol),然后升温至60℃,搅拌状态下进行反应,直至淀粉碘化钾试纸检验无过氧化氢残留为止,反应结束,得到反应液;
所述的溶剂为蒸馏水,其用量按异维生素C:溶剂为1mol:2.5L的比例计算;
上述反应所用的异维生素C、碳酸钠、体积百分比浓度为30%的过氧化氢水溶液和二氧化锰的量,按摩尔比计算,即异维生素C:碳酸钠:体积百分比浓度为30%的过氧化氢水溶液:二氧化锰为1:2:0.0045:3.3;
将所得的反应液过滤,所得的滤液用质量百分比浓度为36%的盐酸水溶液调pH为1,然后控制压力为2×104Pa进行减压浓缩,浓缩过程中回收溶剂水;
上述浓缩后的残留物用温度为65℃的乙酸乙酯洗涤,然后过滤,所得滤液控制压力为2×104Pa进行减压浓缩,浓缩后得到10.4g残留物,浓缩过程中回收乙酸乙酯;
采用WRS-1B数字熔点仪对上述浓缩后的残留物进行检测,其m.p.:98.1-99.8℃;
采用JASCOFT/IR-4200红外光谱仪对上述浓缩后的残留物进行检测,其IR(cm-1,KBr):3480-3200(OH),1770(C=O);
上述的检测数据结果表明,浓缩后的残留物即为赤酮酸内酯;
(2)、季酮酸的制备
将赤酮酸内酯(10.4g,0.088mol)、三乙胺(21.3g,0.211mol)溶解到二氯甲烷(500mL)中,得到含赤酮酸内酯、三乙胺的二氯甲烷溶液;
在上述所得的含赤酮酸内酯、三乙胺的二氯甲烷溶液中,控制温度为0℃搅拌条件下加入甲基磺酰氯(24.2g,0.211mol)进行反应2h,然后升温至25℃,继续搅拌反应6h,得到反应液;
上述的所用的含赤酮酸内酯、三乙胺和磺酰氯的量,按摩尔比计算,即赤酮酸内酯:三乙胺:磺酰氯为1:2.4:2.4;
所述的磺酰氯为甲基磺酰氯;
在上述所得的反应液中加入冰水,进行分液,所得的有机层依次用质量百分比浓度为的10%盐酸水溶液、饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤后,用无水硫酸镁干燥,过滤,将所收集的滤液控制压力为2×104Pa进行减压浓缩,浓缩后的残留物即为季酮酸粗品;
(3)、季酮酸粗产品的纯化
用乙酸乙酯重结晶步骤(2)中所得季酮酸粗品,冷却后,过滤,所得的滤饼经自然干燥后,即得9.0g产品,其相对于异维生素C的总收率为90%,其纯度为99%。
采用WRS-1B数字熔点仪对上述所得产品的检测,其m.p.:141.2-142.0℃(Lit.m.p.:141℃;F.Micheel;W.Schulte.JustusLiebigsAnn.Chem.,1935,519,70),
采用BrukerAV400核磁共振波谱仪对上述所得产品的检测,其1HNMR(DMSO):δ4.65(s,2H),4.97(s,1H)(Lit.A.SvendsenandP.M.Boll,Tetrahedron,1973,29,4251.);
上述的数据结果表明,步骤(3)所得的产品即为季酮酸。
实施例2
一种季酮酸的合成方法,具体包括如下步骤:
(1)、赤酮酸内酯的制备
将异维生素C(17.6g,0.1mol)溶解于溶剂(250mL)中,冷却至0℃后加入碳酸钠(21.2g,0.2mol),再加入体积百分比浓度为30%的过氧化氢水溶液(46mL,0.45mmol),加热升温至42℃后搅拌反应30min,再冷却至-10℃后加入二氧化锰(28.7g,3.3mol),然后升温至60℃,搅拌状态下进行反应,直至淀粉碘化钾试纸检验无过氧化氢残留为止,反应结束,得到反应液;
所述的溶剂为水,其用量按异维生素C:溶剂为1mol:2.5L的比例计算;
上述反应所用的异维生素C、碳酸钠、体积百分比浓度为30%的过氧化氢水溶液和二氧化锰的量,按摩尔比计算,即异维生素C:碳酸钠:体积百分比浓度为30%的过氧化氢水溶液:二氧化锰为1:2:0.045:3.3;
将所得的反应液过滤,所得的滤液用质量百分比浓度为36%的盐酸水溶液调pH为1,然后控制压力为2×104Pa进行减压浓缩,浓缩过程中回收溶剂水;
上述浓缩后的残留物用温度为65℃的乙酸乙酯洗涤,然后过滤,所得滤液控制压力为2×104Pa进行减压浓缩,浓缩后得到10.4g残留物,浓缩过程中回收乙酸乙酯;
采用WRS-1B数字熔点仪对上述浓缩后的残留物进行检测,其m.p.:98.1-99.8℃;
采用JASCOFT/IR-4200红外光谱仪对上述浓缩后的残留物进行检测,其IR(cm-1,KBr):3480-3200(OH),1770(C=O);
上述的检测数据结果表明,浓缩后的残留物即为赤酮酸内酯;
(2)、季酮酸的制备
将赤酮酸内酯(10.4g,0.088mol)、三乙胺(21.3g,0.211mol)溶解到二氯甲烷(500mL)中,得到含赤酮酸内酯、三乙胺的二氯甲烷溶液;
在上述所得的含赤酮酸内酯、三乙胺的二氯甲烷溶液中,控制温度为0℃搅拌条件下加入甲基磺酰氯(24.2g,0.211mol)进行反应2h,然后升温至25℃,继续搅拌反应6h,得到反应液;
上述的所用的含赤酮酸内酯、三乙胺和磺酰氯的量,按摩尔比计算,即赤酮酸内酯:三乙胺:磺酰氯为1:2.4:2.4;
所述的磺酰氯为甲基磺酰氯;
在上述所得的反应液中加入冰水,进行分液,所得的有机层依次用质量百分比浓度为的10%盐酸水溶液、饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤后,用无水硫酸镁干燥,过滤,将所收集的滤液控制压力为2×104Pa进行减压浓缩,浓缩后的残留物即为季酮酸粗品;
(3)、季酮酸粗产品的纯化
用乙酸乙酯重结晶步骤(2)中所得季酮酸粗品,冷却后,过滤,所得的滤饼经自然干燥后,即得8.8g产品,其相对于异维生素C的总收率为88%,其纯度为99%。
采用WRS-1B数字熔点仪对上述所得产品的检测,其m.p.:141.3-142.1℃(Lit.m.p.:141℃;F.Micheel;W.Schulte.JustusLiebigsAnn.Chem.,1935,519,70);
采用BrukerAV400核磁共振波谱仪对上述所得产品的检测,其1HNMR(DMSO):δ4.65(s,2H),4.97(s,1H)(Lit.A.SvendsenandP.M.Boll,Tetrahedron,1973,29,4251.);
上述的数据结果表明,步骤(3)所得的产品即为季酮酸。
实施例3
一种季酮酸的合成方法,具体包括如下步骤:
(1)、赤酮酸内酯的制备
将异维生素C(17.6g,0.1mol)溶解于溶剂(250mL)中,冷却至0℃后加入碳酸钠(21.2g,0.2mol),再加入体积百分比浓度为30%的过氧化氢水溶液(46mL,0.45mmol),加热升温至42℃后搅拌反应30min,再冷却至-10℃后加入二氧化锰(28.7g,3.3mol),然后升温至60℃,搅拌状态下进行反应,直至淀粉碘化钾试纸检验无过氧化氢残留为止,反应结束,得到反应液;
所述的溶剂为蒸馏水,其用量按异维生素C:溶剂为1mol:2.5L的比例计算;
上述反应所用的异维生素C、碳酸钠、体积百分比浓度为30%的过氧化氢水溶液和二氧化锰的量,按摩尔比计算,即异维生素C:碳酸钠:体积百分比浓度为30%的过氧化氢水溶液:二氧化锰为1:2:0.0045:3.3;
将所得的反应液过滤,所得的滤液用质量百分比浓度为36%的盐酸水溶液调pH为1,然后控制压力为2×104Pa进行减压浓缩,浓缩过程中回收溶剂水;
上述浓缩后的残留物用温度为65℃的乙酸乙酯洗涤,然后过滤,所得滤液控制压力为2×104Pa进行减压浓缩,浓缩后得到10.4g残留物,浓缩过程中回收乙酸乙酯;
采用WRS-1B数字熔点仪对上述浓缩后的残留物进行检测,其m.p.:98.1-99.8℃;
采用JASCOFT/IR-4200红外光谱仪对上述浓缩后的残留物进行检测,其IR(cm-1,KBr):3480-3200(OH),1770(C=O);
上述的检测数据结果表明,浓缩后的残留物即为赤酮酸内酯;
(2)、季酮酸的制备
将赤酮酸内酯(10.4g,0.088mol)、三乙胺(21.3g,0.211mol)溶解到二氯甲烷(500mL)中,得到含赤酮酸内酯、三乙胺的二氯甲烷溶液;
在上述所得的含赤酮酸内酯、三乙胺的二氯甲烷溶液中,控制温度为0℃、搅拌条件下加入对甲基苯磺酰氯(40.2g,0.211mol)进行反应2h,然后升温至25℃,继续搅拌反应6h,得到反应液;
上述的所用的含赤酮酸内酯、三乙胺和磺酰氯的量,按摩尔比计算,即赤酮酸内酯:三乙胺:磺酰氯为1:2.4:2.4;
所述的磺酰氯为对甲基苯磺酰氯;
在上述所得的反应液中加入冰水,进行分液,所得的有机层依次用质量百分比浓度为的10%盐酸水溶液、饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤后,用无水硫酸镁干燥,过滤,将所收集的滤液控制压力为2×104Pa进行减压浓缩,浓缩后的残留物即为季酮酸粗品;
(3)、季酮酸粗产品的纯化
用乙酸乙酯重结晶步骤(2)中所得季酮酸粗品,冷却后,过滤,所得的滤饼经自然干燥后,即得8.9g产品,其相对于异维生素C的总收率为89%,其纯度为99%;
采用WRS-1B数字熔点仪对上述所得产品的检测,其m.p.:141.1-141.0℃(Lit.m.p.:141oC;F.Micheel;W.Schulte.JustusLiebigsAnn.Chem.,1935,519,70);
采用BrukerAV400核磁共振波谱仪对上述所得产品的检测,其1HNMR(DMSO):δ4.65(s,2H),4.97(s,1H)(Lit.A.SvendsenandP.M.Boll,Tetrahedron,1973,29,4251.);
上述的数据结果表明,步骤(3)所得的产品即为季酮酸。
实施例4
一种季酮酸的合成方法,具体包括如下步骤:
(1)、赤酮酸内酯的制备
将异维生素C(17.6g,0.1mol)溶解于溶剂(250mL)中,冷却至0℃后加入碳酸钠(21.2g,0.2mol),再加入体积百分比浓度为30%的过氧化氢水溶液(46mL,0.45mmol),加热升温至42℃后搅拌反应30min,再冷却至-10℃后加入二氧化锰(28.7g,3.3mol),然后升温至60℃,搅拌状态下进行反应,直至淀粉碘化钾试纸检验无过氧化氢残留为止,反应结束,得到反应液;
所述的溶剂为水,其用量按异维生素C:溶剂为1mol:2.5L的比例计算;
上述反应所用的异维生素C、碳酸钠、体积百分比浓度为30%的过氧化氢水溶液和二氧化锰的量,按摩尔比计算,即异维生素C:碳酸钠:体积百分比浓度为30%的过氧化氢水溶液:二氧化锰为1:2:0.0045:3.3;
将所得的反应液过滤,所得的滤液用质量百分比浓度为36%的盐酸水溶液调pH为1,然后控制压力为2×104Pa进行减压浓缩,浓缩过程中回收溶剂水;
上述浓缩后的残留物用温度为65℃的乙酸乙酯洗涤,然后过滤,所得滤液控制压力为2×104Pa进行减压浓缩,浓缩后得到10.4g残留物,浓缩过程中回收乙酸乙酯;
采用WRS-1B数字熔点仪对上述浓缩后的残留物进行检测,其m.p.:98.1-99.8℃;
采用JASCOFT/IR-4200红外光谱仪对上述浓缩后的残留物进行检测,其IR(cm-1,KBr):3480-3200(OH),1770(C=O);
上述的检测数据结果表明,浓缩后的残留物即为赤酮酸内酯;
(2)、季酮酸的制备
将赤酮酸内酯(10.4g,0.088mol)、三乙胺(21.3g,0.211mol)溶解到二氯甲烷(500mL)中,得到含赤酮酸内酯、三乙胺的二氯甲烷溶液;
在上述所得的含赤酮酸内酯、三乙胺的二氯甲烷溶液中,控制温度为0℃、搅拌条件下加入对甲基苯磺酰氯(40.2g,0.211mol)进行反应2h,然后升温至25℃,继续搅拌反应6h,得到反应液;
上述的所用的含赤酮酸内酯、三乙胺和磺酰氯的量,按摩尔比计算,即赤酮酸内酯:三乙胺:磺酰氯为1:2.4:2.4;
所述的磺酰氯为对甲基苯磺酰氯;
在上述所得的反应液中加入冰水,进行分液,所得的有机层依次用质量百分比浓度为的10%盐酸水溶液、饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤后,用无水硫酸镁干燥,过滤,将所收集的滤液控制压力为2×104Pa进行减压浓缩,浓缩后的残留物即为季酮酸粗产品;
(3)、季酮酸粗产品的纯化
用乙酸乙酯重结晶步骤(2)中所得季酮酸粗产品,冷却后,过滤,所得的滤饼经自然干燥后,即得8.7g产品,其相对于异维生素C的总收率为87%,其纯度为99%。
采用WRS-1B数字熔点仪对上述所得产品的检测,其m.p.:141.4-142.1℃(Lit.m.p.:141oC;F.Micheel;W.Schulte.JustusLiebigsAnn.Chem.,1935,519,70);
采用BrukerAV400核磁共振波谱仪对上述所得产品的检测,其1HNMR(DMSO):δ4.65(s,2H),4.97(s,1H)(Lit.A.SvendsenandP.M.Boll,Tetrahedron,1973,29,4251.);
上述的数据结果表明,步骤(3)所得的产品即为季酮酸。
以上所述仅是本发明的实施方式的举例,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种季酮酸的合成方法,其特征在于具体包括如下步骤:
(1)赤酮酸内酯的制备
将异维生素C溶解于溶剂中,冷却至0℃后加入碳酸钠,再加入体积百分比浓度为30%的过氧化氢水溶液,加热升温至42℃后搅拌反应30min,再冷却至-10℃后加入二氧化锰,然后升温至60℃,搅拌状态下进行反应,直至淀粉碘化钾试纸检验无过氧化氢残留为止,反应结束,得到反应液;
所述的溶剂为水,其用量按异维生素C:溶剂为1mol:2.5L的比例计算;
上述反应所用的异维生素C、碳酸钠、体积百分比浓度为30%的过氧化氢水溶液和二氧化锰的量,按摩尔比计算,即异维生素C:碳酸钠:体积百分比浓度为30%的过氧化氢水溶液:二氧化锰为1:2:0.001-0.005:3.3;
将所得的反应液过滤,所得的滤液用质量百分比浓度为36%的盐酸水溶液调pH为1,然后控制压力为2×104Pa进行减压浓缩,所得的浓缩物为赤酮酸内酯粗品,然后将所得的赤酮酸内酯粗品用温度为65℃的乙酸乙酯洗涤,然后过滤,所得滤液控制压力为2×104Pa进行减压浓缩,浓缩后的残留物即为赤酮酸内酯;
(2)季酮酸的制备
将10.4g,0.088mol的赤酮酸内酯、21.3g,0.211mol的三乙胺溶解到500mL的二氯甲烷中,得到含赤酮酸内酯、三乙胺的二氯甲烷溶液;
在上述所得的含赤酮酸内酯、三乙胺的二氯甲烷溶液中,控制温度为0℃、搅拌条件下加入磺酰氯进行反应2h,然后升温至25℃,继续搅拌反应6h,得到反应液;
上述的所用的赤酮酸内酯、三乙胺和磺酰氯的量,按摩尔比计算,即赤酮酸内酯:三乙胺:磺酰氯为1:2.4:2.4;
所述的磺酰氯为甲基磺酰氯或对甲苯磺酰氯;
在上述所得的反应液中加入冰水,进行分液,所得的有机层依次用质量百分比浓度为10%的盐酸水溶液、饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤后,用无水硫酸镁干燥,过滤,收集的滤液控制压力为2×104Pa进行减压浓缩,浓缩后所得的残留物即为季酮酸粗品;
(3)季酮酸粗产品的纯化
用乙酸乙酯重结晶步骤(2)中所得季酮酸粗品,冷却后,过滤,所得的滤饼经自然干燥后即得季酮酸纯品。
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