CN107602361A - 一种α,β‑不饱和炔酮化合物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于CO的转化及相关化学技术领域，提供了一种α,β‑不饱和炔酮化合物的制备方法，特别是一种基于碘代芳烃和端炔合成α,β‑不饱和炔酮的方法。使用一氧化碳作为C1源，在Pd催化下实现了碘代芳烃和端炔的羰化反应。本发明主要是提供一种新的简单的无外加配体的纳米催化体系，利用CO作为C1源合成α,β‑不饱和炔酮化合物，该催化体系具有反应原料绿色易得、反应条件温和、实验操作简单、官能团兼容性好等优点。由于一氧化碳是廉价易得的可再生C1源，因此，本发明具有较大的应用价值和社会经济效益。
Description
技术领域
本发明属于CO的转化及相关化学技术领域，涉及到一种CO作为C1源的α,β-不饱和炔酮化合物的制备方法。
背景技术
通过钯催化卤苯、端炔与一氧化碳的三组分插羰Sonogashira偶联反应，合成一系列具有药用价值的α,β-不饱和炔酮化合物已有较多报道[参见：(a) Kobayashi T.；TanakaM.,J.C.S.Chem.Comm.,1981,(7):333.(b)Rahman M.T.；Fukuyama T.；Kamata N.et al.,Chem.Commun.,2006,(21):2236.(c)Hao W.；Sha J.；Sheng S.et al.,J.Mol.Catal.A:Chem.,2009,298(1-2):94.(d)Zhao H.；Cheng M.；Zhang J.et al.,Green Chem.,2014,16(5):2515.(e)Bai C.；Jian S.；Yao X.et al., Catal.Sci.Technol.,2014,4(9):3261.(f)Yang S.；Cao C.；Wei F.et al., ChemCatChem,2014,6(7):1868.(g)Hao Y.；JiangJ.；Wang Y.et al.,Appl. Organomet.Chem.,2015,29(9):608.]。但报道的文献中，需要使用膦配体或者需要预先制备复杂的负载催化剂来催化反应。2008年，Xia等报道了使用负载的 Pd/Fe3O4催化体系催化碘苯、CO与苯乙炔插羰Sonogashira偶联反应，该反应与均相的钯催化体系相比避免了膦配体的使用且催化剂可重复使用多次，但该反应需要较高的反应温度和CO压力[参见：(a)Liu J.,Peng X.,Sun W.et al.,Org. Lett.,2008,10(18):3933.]。因此，开发一种条件温和、无外加配体的纳米催化体系催化碘代芳烃、CO与端炔插羰Sonogashira偶联反应，进而高效的合成α,β- 不饱和炔酮化合物具有重要意义。
发明内容
本发明提供了一种利用CO作为C1源合成α,β-不饱和炔酮化合物的方法，该方法使用Pd(Ⅱ)作为催化剂前体，实现了原位生成的纳米催化剂催化转化一氧化碳。该方法具有反应原料绿色易得、反应条件温和、实验操作简单、底物兼容性好、易实现工业化等优点，因而本发明具有较大的应用价值和社会经济效益。
本发明的技术方案：
一种α,β-不饱和炔酮化合物的制备防范，以碘代芳烃、CO和端炔为原料，通过合适的催化体系催化转化CO，同时得到α,β-不饱和炔酮化合物，反应方程式如下：
将钯催化剂、添加剂、碱、碘代芳烃化合物、端炔、溶剂依次加入到反应釜后，充入一氧化碳，然后将反应釜置于油浴中反应。
碘代芳烃化合物芳环上R1可以是吸电子取代基，如氟、氯、溴、碘、硝基、酯基、氰基、甲酰基等，也可以是供电子取代基，如甲基、甲氧基等；R1在芳环上的邻位、间位或对位；芳环是苯环、萘环或杂芳环；杂芳环是噻吩环、苯并呋喃环、呋喃环、苯并呋喃环、吡咯环或苯并吡咯环。
所述的端炔的R2选自丙基、丁基、戊基、己基、环丙基或芳基等；
所述的碱选自碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂、碳酸铯、叔丁醇钾、叔丁醇钠、三乙胺、三丙胺、三丁胺；
溶剂选自甲苯、正己烷、四氢呋喃、1,4-二氧六环、N,N-二甲基甲酰胺、N,N- 二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、乙腈，是单一溶剂或混合溶剂，是单一溶剂或混合溶剂，优选甲苯、四氢呋喃、1,4-二氧六环、乙腈。
反应温度范围为20～120℃，优选25～100℃。
反应时间范围为4～40h，优选6～36h。
反应压力范围为0.1MPa～5.0MPa，优选0.5MPa～4.0MPa。
钯催化剂选自三(二亚苄基丙酮)二钯、氯化钯、醋酸钯、乙酰丙酮钯、二乙腈二氯化钯等，优选氯化钯、醋酸钯、乙酰丙酮钯。
添加剂选自四甲基氟化铵、四甲基氯化铵、四甲基溴化铵、四甲基碘化铵、四丁基氟化铵、四丁基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基碘化铵、四丁基醋酸铵、四正辛基溴化铵等，优选四丁基氟化铵、四丁基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基醋酸铵。
碘代芳烃化合物与端炔的摩尔比为1:0.5～1:10.0。
碘代芳烃化合物与添加剂的摩尔比为1:0.2～1:10.0。
碘代芳烃化合物与钯催化剂的摩尔比为1:0.001～1:0.5。
碘代芳烃化合物与碱的摩尔比为1:0.2～1:20.0。
碘代芳烃化合物在溶剂中的摩尔浓度为0.01mmol/mL～2mmol/mL。
本发明的有益效果：本发明主要是提供一种新的简单的无外加配体的纳米催化体系，利用CO作为C1源合成α,β-不饱和炔酮化合物，该催化体系具有反应原料绿色易得、反应条件温和、实验操作简单、官能团兼容性好等优点。由于一氧化碳是廉价易得的可再生C1源，因此，本发明具有较大的应用价值和社会经济效益。
附图说明
图1为化合物3a的1H-NMR。
图2为化合物3a的13C-NMR。
图3为化合物3b的1H-NMR。
图4为化合物3b的13C-NMR。
图5为化合物3c的1H-NMR。
图6为化合物3c的13C-NMR。
图7为化合物3d的1H-NMR。
图8为化合物3d的13C-NMR。
图9为化合物3e的1H-NMR。
图10为化合物3e的13C-NMR。
图11为化合物3f的1H-NMR。
图12为化合物3f的13C-NMR。
图13为化合物3g的1H-NMR。
图14为化合物3g的13C-NMR。
图15为化合物3h的1H-NMR。
图16为化合物3h的13C-NMR。
图17为化合物3i的1H-NMR。
图18为化合物3i的13C-NMR。
图19为化合物3j的1H-NMR。
图20为化合物3j的13C-NMR。
具体实施方式
本发明所述的催化CO转化生成α,β-不饱和炔酮的方法，具有反应原料绿色易得、反应条件温和、实验操作简单、底物兼容性好等优点，展现出良好的应用前景。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在本领域内的技术人员对本发明所做的简单替换或改进均属于本发明所保护的技术方案之内。
实施例1：1-(4-methoxyphenyl)-3-phenylprop-2-yn-1-one(3a)的合成
将三(二亚苄基丙酮)二钯(11.4mg,0.0125mmol)和四丁基溴化铵(225.7 mg，0.7mmol)依次加入25mL高压反应釜中，在氮气保护下依次加入对甲氧基碘苯(118.1mg,0.5mmol)、苯乙炔(61.3mg,0.6mmol)、三乙胺(101.2mg, 2.0eq.)和二氧六环(2mL)，最后充入1.0MPa CO，封闭高压反应釜并在70℃油浴中搅拌24小时。反应结束后，待高压反应釜恢复室温后，释放未反应的CO。最后减压除去溶剂，使用石油醚/乙酸乙酯作为洗脱剂，硅胶柱分离，1-(4-甲氧基苯基)-3-苯基-2-丙炔酮，收率为83％。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ8.09(d,J ＝8.8Hz,2H),7.56(d,J＝7.6Hz,2H),7.38–7.29(m,3H),6.88(d,J＝8.8Hz,2H), 3.79(s,3H)；13C NMR(100MHz,CDCl3):δ176.7,164.5,133.0,132.0,130.6,130.3, 128.7,120.4,113.9,92.3,86.9,55.6.
实施例2：3-phenyl-1-(p-tolyl)prop-2-yn-1-one(3b)的合成
将三(二亚苄基丙酮)二钯(11.4mg,0.0125mmol)和四丁基溴化铵(225.7 mg，0.7mmol)依次加入25mL高压反应釜中，在氮气保护下依次加入对甲基碘苯(109.1mg,0.5mmol)、苯乙炔(61.3mg,0.6mmol)、三乙胺(202.4mg,4.0 eq.)和二氧六环(2mL)，最后充入1.0MPa CO，封闭高压反应釜并在50℃油浴中搅拌14小时。反应结束后，待高压反应釜恢复室温后，释放未反应的CO。最后减压除去溶剂，使用石油醚/乙酸乙酯作为洗脱剂，硅胶柱分离，1-(4-甲基苯基)-3-苯基-2-丙炔酮，收率为81％。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ8.10(d,J＝ 8.4Hz,2H),7.66(d,J＝7.2Hz,2H),7.51–7.36(m,3H),7.29(d,J＝8.0Hz,2H), 2.43(s,3H)；13C NMR(100MHz,CDCl3):δ177.7,145.3,134.6,133.0,130.7, 129.7,129.4,128.7,120.3,92.6,87.0,21.9.
实施例3：1-(4-aminophenyl)-3-phenylprop-2-yn-1-one(3c)的合成
将氯化钯(4.4mg,0.025mmol)、四丁基溴化铵(225.7mg,0.7mmol)依次加入25mL高压反应釜中，在氮气保护下依次加入4-碘苯胺(109.5mg,0.5mmol)、苯乙炔(61.3mg,0.6mmol)、三乙胺(101.2mg,2.0eq.)和四氢呋喃(2mL)，最后充入0.5MPa CO，封闭高压反应釜并在60℃油浴中搅拌18小时。反应结束后，待高压反应釜恢复室温后，释放未反应的CO。最后减压除去溶剂，使用石油醚/乙酸乙酯作为洗脱剂，硅胶柱分离，1-(4-氨基苯基)-3-苯基-2-丙炔酮，收率为45％。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ8.04(d,J＝8.8Hz,2H),7.62(d,J＝6.8Hz,2H),7.47–7.31(m,3H),6.68(d,J＝8.4Hz,2H),4.48(s,2H).13C NMR(100 MHz,CDCl3):δ176.4,152.8,132.9,132.4,130.4,128.6,127.6,120.6,113.8,91.7, 87.2.
实施例4：1-(4-bromophenyl)-3-phenylprop-2-yn-1-one(3d)的合成
将醋酸钯(5.6mg,0.025mmol)、四丁基氟化铵(183.0mg,0.7mmol)依次加入25mL高压反应釜中，在氮气保护下依次加入4-溴碘苯(142.5mg,0.5mmol)、苯乙炔(61.3mg,0.6mmol)、三乙胺(75.9mg,1.5eq.)和乙腈(2mL)，最后充入0.8MPa CO，封闭高压反应釜并在80℃油浴中搅拌28小时。反应结束后，待高压反应釜恢复室温后，释放未反应的CO。最后减压除去溶剂，使用石油醚/乙酸乙酯作为洗脱剂，硅胶柱分离，1-(4-溴苯基)-3-苯基-2-丙炔酮，收率为75％。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ8.07(d,J＝8.8Hz,2H),7.74–7.61(m, 2H),7.56–7.38(m,2H)；13C NMR(100MHz,CDCl3):δ176.9,135.7,133.1,132.0, 131.0,130.9,129.6,128.8,119.9,93.7,86.6.
实施例5：3-phenyl-1-(4-(trifluoromethyl)phenyl)prop-2-yn-1-one(3e)的合成
将二乙腈二氯化钯(5.5mg,0.025mmol)、四丁基氯化铵(194.5mg,0.7mmol) 依次加入25mL高压反应釜中，在氮气保护下依次加入4-三氟甲基碘苯(136.0 mg,0.5mmol)、苯乙炔(61.3mg,0.6mmol)、三乙胺(101.2mg,2.0eq.)和甲苯(2mL)，最后充入0.9MPa CO，封闭高压反应釜并在90℃油浴中搅拌 21小时。反应结束后，待高压反应釜恢复室温后，释放未反应的CO。最后减压除去溶剂，使用石油醚/乙酸乙酯作为洗脱剂，硅胶柱分离，1-(4-三氟甲基苯基)-3- 苯基-2-丙炔酮，收率为65％。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.31(d,J＝8.4Hz,2H),7.77(d,J＝8.0Hz,2H),7.72–7.65(m,2H),7.54–7.47(m,1H),7.45–7.39(m, 2H)；13CNMR(100MHz,CDCl3)δ176.7,139.4,135.1(q,2JC-F＝33.0Hz),133.2, 131.2,129.8,128.8,125.7(q,3JC-F＝3.7Hz),123.6(q,1JC-F＝271.1Hz),119.7,94.5, 86.6.
实施例6：1-(naphthalen-1-yl)-3-phenylprop-2-yn-1-one(3f)的合成
将乙酰丙酮钯(7.6mg,0.025mmol)、四丁基氯化铵(194.5mg,0.7mmol)依次加入25mL高压反应釜中，在氮气保护下依次加入1-碘代萘(127.0mg,0.5 mmol)、苯乙炔(61.3mg,0.6mmol)、三乙胺(202.4mg,4.0eq.)和正己烷(2 mL)，最后充入2.0MPa CO，封闭高压反应釜并在100℃油浴中搅拌24小时。反应结束后，待高压反应釜恢复室温后，释放未反应的CO。最后减压除去溶剂，使用石油醚/乙酸乙酯作为洗脱剂，硅胶柱分离，1-萘-3-苯基-2-丙炔酮，收率为 73％。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ9.24(d,J＝8.8,1H),8.61(dd,J＝7.2,1.2Hz, 1H),8.03(d,J＝8.4,1H),7.86(d,J＝8.0,1H),7.70–7.61(m,3H),7.59–7.49(m, 2H),7.47–7.33(m,3H)；13C NMR(100MHz,CDCl3):δ179.8,135.2,134.6,133.9, 133.0,132.9,130.8,130.7,129.0,128.7,128.6,126.8,126.0,124.5,120.4,91.8, 88.6.
实施例7：3-phenyl-1-(thiophen-2-yl)prop-2-yn-1-one(3g)的合成
将乙酰丙酮钯(7.6mg,0.025mmol)、四丁基溴化铵(225.7mg,0.7mmol)依次加入25mL高压反应釜中，在氮气保护下依次加入2-碘代噻吩(104.9mg,0.5 mmol)、苯乙炔(61.3mg,0.6mmol)、三乙胺(50.1mg,1.0eq.)和N,N-二甲基甲酰胺(2mL)，最后充入2.0MPaCO，封闭高压反应釜并在30℃油浴中搅拌26小时。反应结束后，待高压反应釜恢复室温后，释放未反应的CO。最后减压除去溶剂，使用石油醚/乙酸乙酯作为洗脱剂，硅胶柱分离，1-噻吩-3-苯基-2-丙炔酮，收率为53％。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.00(d,J＝3.6Hz,1H), 7.72(d,J＝4.4Hz,1H),7.65(d,J＝7.2Hz,2H),7.52–7.35(m,3H),7.18(t,J＝4.4 Hz,1H)；13CNMR(100MHz,CDCl3):δ169.8,145.0,135.3,135.1,133.1,130.9, 128.7,128.4,120.0,91.8,86.5.
实施例8：1-(4-methoxyphenyl)-3-(p-tolyl)prop-2-yn-1-one(3h)的合成
将氯化钯(4.4mg,0.025mmol)、四丁基溴化铵(225.7mg,0.7mmol)依次加入25mL高压反应釜中，在氮气保护下依次加入4-碘苯甲醚(117.1mg,0.5 mmol)、4-甲基苯乙炔(69.7mg,0.6mmol)、三乙胺(101.2mg,2.0eq.)和二甲基亚砜(2mL)，最后充入1.0MPa CO，封闭高压反应釜并在80℃油浴中搅拌16小时。反应结束后，待高压反应釜恢复室温后，释放未反应的CO。最后减压除去溶剂，使用石油醚/乙酸乙酯作为洗脱剂，硅胶柱分离，1-(4-甲氧基苯基)-3-(4-甲基苯基)-2-丙炔酮，收率为73％。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ 8.17(d,J＝8.4Hz,2H),7.55(d,J＝8.0Hz,2H),7.19(d,J＝8.0Hz,2H),6.96(d,J ＝8.4Hz,2H),3.87(s,3H),2.38(s,3H)；13C NMR(100MHz,CDCl3):δ176.7, 164.4,141.3,133.0,131.9,130.4,129.5,117.2,113.9,93.0,86.8,55.6,21.7.
实施例9：3-(4-fluorophenyl)-1-(4-methoxyphenyl)prop-2-yn-1-one(3i)的合成
将氯化钯(4.4mg,0.025mmol)、四丁基氟化铵(183.0mg,0.7mmol)依次加入25mL高压反应釜中，在氮气保护下依次加入4-碘苯甲醚(117.1mg,0.5 mmol)、4-氟苯乙炔(72.1mg,0.6mmol)、碳酸钠(106.2mg,2.0eq.)和二氧六环(2mL)，最后充入1.0MPa CO，封闭高压反应釜并在80℃油浴中搅拌16 小时。反应结束后，待高压反应釜恢复室温后，释放未反应的CO。最后减压除去溶剂，使用石油醚/乙酸乙酯作为洗脱剂，硅胶柱分离，1-(4-甲氧基苯基)-3-(4- 氟苯基)-2-丙炔酮，收率为71％。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ8.16(d,J＝8.8Hz, 2H),7.66(dd,J＝8.0,5.6Hz,2H),7.10(dd,J＝8.8,8.4Hz,2H),6.97(d,J＝8.8Hz，2H),3.88(s,3H)；13C NMR(100MHz,CDCl3):δ176.5,164.5,163.9(d,1JC-F＝ 251.9Hz),135.2(d,3JC-F＝8.8Hz),131.9,130.2,116.4(d,4JC-F＝3.4Hz),116.2(d, 2JC-F＝22.1Hz),113.9,91.2,86.8,55.6.
实施例10：1-(4-methoxyphenyl)non-2-yn-1-one(3j)的合成
将氯化钯(4.4mg,0.025mmol)、四丁基氟化铵(183.0mg,0.7mmol)依次加入25mL高压反应釜中，在氮气保护下依次加入4-碘苯甲醚(117.1mg,0.5 mmol)、1-辛炔(66.1mg,0.6mmol)、碳酸钠(106.2mg,2.0eq.)和二氧六环 (2mL)，最后充入1.0MPa CO，封闭高压反应釜并在90℃油浴中搅拌20小时。反应结束后，待高压反应釜恢复室温后，释放未反应的CO。最后减压除去溶剂，使用石油醚/乙酸乙酯作为洗脱剂，硅胶柱分离，1-(4-甲氧基苯基)-2-壬炔酮，收率为61％。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ8.11(d,J＝8.4Hz,2H),6.94(d,J＝8.4 Hz,2H),3.88(s,3H),2.48(t,J＝7.2Hz,2H),1.71–1.60(m,2H),1.52–1.30(m,6H),0.91(t,J＝6.8Hz,2H)；13C NMR(100MHz,CDCl3):δ177.0,164.3,131.9,130.4, 113.7,96.0,79.7,55.6,31.2,28.7,27.9,22.5,19.2,14.0。
Claims (8)
1.一种合成α,β–不饱和炔酮化合物的方法，其特征在于：
以碘代芳烃化合物、一氧化碳和端炔为原料，通过添加剂和钯催化剂合成一系列α,β–不饱和炔酮化合物，合成路线如下：
将钯催化剂和添加剂依次加入到高压反应釜中，真空氮气置换后，再依次加入碘代芳烃化合物、端炔、碱和溶剂，最后充入压力为0.1MPa～5.0MPa的CO，封闭高压反应釜并在20～120℃油浴中搅拌4h～40h；反应结束后冷却至室温，释放未反应的CO，剩余反应液经柱色谱分离得到相应的α,β-不饱和炔酮化合物；
R1选自氟、氯、溴、碘、硝基、氰基、酯基、甲酰基、甲基、甲氧基、乙氧基或苯基；R1在芳环的邻位、间位或对位；芳环是苯环、萘环或杂芳环；杂芳环是噻吩环、苯并呋喃环、呋喃环、苯并呋喃环、吡咯环或苯并吡咯环；
R2选自丙基、丁基、戊基、己基、环丙基或芳基；
碘代芳烃与端炔的摩尔比为1:0.5～1:10。
2.根据权利要求书1所述的方法，其特征在于，所述的钯催化剂选自三(二亚苄基丙酮)二钯、氯化钯、醋酸钯、乙酰丙酮钯、二乙腈二氯化钯；碘代芳烃化合物与钯催化剂的摩尔比为1:0.001～1:0.5。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的添加剂选自四甲基氯化铵、四丁基氟化铵、四甲基溴化铵、四甲基碘化铵、四丁基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基碘化铵、四丁基醋酸铵、四正辛基溴化铵；碘代芳烃化合物与添加剂的摩尔比为1:0.2～1:10。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的碱选自碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂、碳酸铯、叔丁醇钾、叔丁醇钠、三乙胺、三丙胺、三丁胺；碘代芳烃化合物与碱的摩尔比为1:0.2～1:20。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的碱选自碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂、碳酸铯、叔丁醇钾、叔丁醇钠、三乙胺、三丙胺、三丁胺；碘代芳烃化合物与碱的摩尔比为1:0.2～1:20。
6.根据权利要求1、2或5所述的方法，其特征在于，溶剂选自甲苯、正己烷、四氢呋喃、1,4-二氧六环、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、乙腈，是单一溶剂或混合溶剂；碘代芳烃化合物在溶剂中的摩尔浓度为0.01mmol/mL～2mmol/mL。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，溶剂选自甲苯、正己烷、四氢呋喃、1,4-二氧六环、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、乙腈，是单一溶剂或混合溶剂；碘代芳烃化合物在溶剂中的摩尔浓度为0.01mmol/mL～2mmol/mL。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，溶剂选自甲苯、正己烷、四氢呋喃、1,4-二氧六环、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、乙腈，是单一溶剂或混合溶剂；碘代芳烃化合物在溶剂中的摩尔浓度为0.01mmol/mL～2mmol/mL。
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| CN110746278A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-02-04 | 四川轻化工大学 | 一种非金属催化的基于炔酮制备1,3-二酮类化合物的方法 |
| CN113563164A (zh) * | 2021-09-02 | 2021-10-29 | 南华大学 | 一种炔酮类化合物的制备方法 |
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2017
- 2017-09-11 CN CN201710809203.9A patent/CN107602361A/zh active Pending
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