CN111777582B - 一种2-氟烷基-3-炔基取代萘并呋喃化合物及其制备方法 - Google Patents
一种2-氟烷基-3-炔基取代萘并呋喃化合物及其制备方法 Download PDFInfo
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Classifications
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Landscapes
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Abstract
本发明公开了一种2‑氟烷基‑3‑炔基取代萘并呋喃化合物及其制备方法。本发明通过往由α‑全氟烷基四氢萘酮化合物与炔烃化合物混合而成的反应原料中加入钯催化剂、碱促进剂以及溶剂，在氩气氛围、25～70℃温度条件下搅拌反应12～24小时，TLC检测确定反应进程，反应结束后得到反应产物；再将反应产物洗涤、萃取和干燥，再通过柱层析分离得到2‑氟烷基‑3‑炔基取代萘并呋喃化合物。本发明是现有脱氟炔基化反应的有益补充，该方法所需原料简单易得、成本低廉，反应条件温和，产率高，所得一系列新型2‑氟烷基‑3‑炔基取代萘并呋喃化合物为医药、材料等领域提供新的研究对象。
Description
技术领域
本发明属于有机化学及药物化学领域，尤其涉及一种2-氟烷基-3-炔基取代萘并呋喃化合物及其制备方法。
背景技术
C-F单键的键能远高于碳与其他原子形成的单键键能。因为存在多个性质相近的C-F键，且有空间位阻、活化数目和区域选择性难以控制等问题，其中又以全氟烷基类化合物的选择性C(sp3)-F键活化最具难度。尽管C-F键官能化领域取得了重大的进展，但是目前的研究大多以三氟甲基取代的共轭结构化合物为研究对象，通常只涉及单个或两个C(sp3)-F键的活化，且受限于使用昂贵的金属催化剂、复杂的操作、多步的转化和苛刻的反应条件等。迄今为止，在反应过程中针对性的活化底物中多个(多于3个)C(sp3)-F键实现连续脱氟同时能保留部分含氟基团的研究基本很少。
此外，炔烃是天然产品、药物和功能材料的重要结构单元。端炔参与的偶联反应能快速引入炔基骨架，是理想的构键内炔烃的方法之一。而通过过渡金属催化C-F键断裂，完成炔基结构单元引入的方法还不多。传统上，芳基氟化合物与末端炔烃的Sonogashira型反应是在苛刻的反应条件下进行的，同时受到有机金属试剂的使用和底物范围的限制。再者，现有的脱氟炔基化反应只能完成单个C-F键的断裂炔基化，且研究报道的例子极少(Org.Lett.2020,22,1414；Angew.Chem.Int.Ed.2020,59,11293)。在脱氟炔基化的过程中同时构建具有重要生物、药物活性价值的萘并呋喃化合物，进一步增强了脱氟炔基化反应的实用价值及合成意义。尤其是在医药领域，已有文献报道炔基取代萘并呋喃类化合物还显现出抗菌、抗虫和植物抗毒术等优秀的生物以及医药活性。
因此，在过渡金属钯催化剂存在条件下，使用α-全氟烷基酮与简单炔烃完成脱氟串联炔基化反应，以方便地将炔基、萘并呋喃骨架和全氟烷基结合在一个杂环分子中，高区域选择性和高化学选择性的构建2-氟烷基-3-炔基取代萘并呋喃化合物就十分有研究意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种2-氟烷基-3-炔基取代萘并呋喃化合物及其制备方法，为新型炔基取代萘并呋喃分子在医药、材料邻域的研究提供新的研究对象。
本发明是这样实现的，一种2-氟烷基-3-炔基取代萘并呋喃化合物，该化合物的化学结构式如下式(Ⅰ)所示：
式(Ⅰ)中，R1选自C1～C5烷基、苄基、苯基、甲氧基、卤素、氰基、乙氧羰基、硝基、羟基或乙酰基；
R2选自甲基、苄基、苯基、甲基取代的苯基、甲氧基取代的苯基、卤素取代的苯基、氰基取代的苯基、硝基取代的苯基、乙氧羰基取代的苯基、1-萘基、2-萘基、呋喃基、2-吡啶基或4-吡啶基；
R3选自甲基、苄基或苯基；
R4选自苯基、甲基取代的苯基、甲氧基取代的苯基、卤素取代的苯基、氰基取代的苯基、硝基取代的苯基、乙氧羰基取代的苯基、1-萘基、2-萘基、2-吡啶基、4-吡啶基、2-呋喃基、甲基或环己基；
n为不小于1的自然数。
优选地，R1中，所述C1～C5烷基选自甲基、乙基、丙基、异丙基、叔丁基或戊基。
优选地，所述卤素选自氟、氯、溴或碘；所述卤素取代的苯基选自4-氟苯基、4-氯苯基、4-溴苯基或4-碘苯基。
优选地，所述n为1～8的自然数。
本发明进一步公开了上述2-氟烷基-3-炔基取代萘并呋喃化合物的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)往由α-全氟烷基四氢萘酮化合物与炔烃化合物混合而成的反应原料中加入钯催化剂、碱促进剂以及溶剂，在氩气氛围、25～90℃温度条件下搅拌反应1～24小时，TLC检测确定反应进程，反应结束后得到反应产物；其中，所述α-全氟烷基四氢萘酮、炔烃化合物、钯催化剂、碱促进剂、溶剂的摩尔体积比为1mmol：(1～2)mmol：(0.1～0.3)mmol：(2～4)mmol：(3～5)mL；
(2)将反应产物洗涤、萃取和干燥，再通过柱层析分离得到2-氟烷基-3-炔基取代萘并呋喃化合物。
优选地，在步骤(1)中，所述α-全氟烷基四氢萘酮化合物选自α-全氟癸基四氢萘酮、α-全氟壬基四氢萘酮、α-全氟辛基四氢萘酮、α-全氟庚基四氢萘酮、α-全氟己基四氢萘酮、α-全氟戊基四氢萘酮、α-全氟丁基四氢萘酮、2-全氟丙基四氢萘酮、α-全氟丁基-7-甲基四氢萘酮、α-全氟丁基-7-乙基四氢萘酮、α-全氟丁基-7-异丙基四氢萘酮、α-全氟丁基-7-叔丁基四氢萘酮、α-全氟丁基-7-戊基四氢萘酮、α-全氟丁基-7-苄基四氢萘酮、α-全氟丁基-7-苯基四氢萘酮、α-全氟丁基-7-甲氧基四氢萘酮、α-全氟丁基-6-甲氧基四氢萘酮、α-全氟丁基-5-甲氧基四氢萘酮、α-全氟丁基-7-碘四氢萘酮、α-全氟丁基-7-溴四氢萘酮、α-全氟丁基-7-氯四氢萘酮、α-全氟丁基-7-氟四氢萘酮、α-全氟丁基-7-氰基四氢萘酮、α-全氟丁基-7-乙氧羰基四氢萘酮、α-全氟丁基-7-硝基四氢萘酮、α-全氟丁基-7-羟基四氢萘酮、α-全氟丁基-7-乙酰基四氢萘酮、α-全氟丁基-4-甲基四氢萘酮、α-全氟丁基-4-苄基四氢萘酮、α-全氟丁基-4-(4-甲氧基苯基)四氢萘酮、α-全氟丁基-4-(4-溴苯基)四氢萘酮、α-全氟丁基-4-(4-氯苯基)四氢萘酮、α-全氟丁基-4-(4-氟苯基)四氢萘酮、α-全氟丁基-4-(4-氰基苯基)四氢萘酮、α-全氟丁基-4-(4-硝基苯基)四氢萘酮、α-全氟丁基-4-(4-乙氧羰基苯基)四氢萘酮、α-全氟丁基-4-(1-萘基)四氢萘酮、α-全氟丁基-4-(2-萘基)四氢萘酮、α-全氟丁基-4-(2-呋喃基)四氢萘酮、α-全氟丁基-4-(2-吡啶基)四氢萘酮、α-全氟丁基-4-(4-吡啶基)四氢萘酮、α-全氟丁基-3-甲基四氢萘酮、α-全氟丁基-3-苄基四氢萘酮或α-全氟丁基-3-苯基四氢萘酮。
优选地，在步骤(1)中，所述炔烃化合物选自苯乙炔、4-甲基苯乙炔、4-甲氧基苯乙炔、3-甲氧基苯乙炔、2-甲氧基苯乙炔、4-氯苯乙炔、4-氟苯乙炔、4-氰基苯乙炔、4-硝基苯乙炔、4-乙氧羰基苯乙炔、1-乙炔基萘、2-乙炔基萘、2-乙炔基呋喃、2-乙炔基吡啶、4-乙炔基吡啶、丙炔或乙炔基环己烷。
优选地，在步骤(1)中，所述钯催化剂选自四(三苯基膦)钯、醋酸钯、二氯化钯、二(三苯基膦)二氯化钯、二(乙腈)二氯化钯或醋酸钯；
所述碱促进剂为吡啶、三乙烯二胺、二异丙胺、三乙胺、二氮杂二环、二氮杂二环二异丙胺基钠、氢化钠、碳酸铯、碳酸钾、碳酸铵、磷酸钾、醋酸钠、氢氧化钠以及氢氧化锂中的至少一种。
优选地，所述钯催化剂为二(三苯基膦)二氯化钯，所述碱促进剂为碳酸铯。
优选地，在步骤(1)中，所述α-全氟烷基四氢萘酮、炔烃化合物、催化剂和碱促进剂的摩尔比为1：1.5：0.1：3；所述温度为70℃，反应时间为12小时。
本发明克服现有技术的不足，提供一种2-氟烷基-3-炔基取代萘并呋喃化合物及其制备方法。本发明提供了一种新型α-全氟烷基四氢萘酮化合物与炔烃化合物的分子间脱氟串联炔基化方法，即在过渡金属钯催化参与条件下，采用一锅法，通过简单将α-全氟烷基四氢萘酮化合物与炔烃化合物混合、搅拌，切断全氟烷基取代四氢萘酮化合物中多个烷基C-F键，以高区域选择性、高选择性在2位引入氟烷基的同时在3位实现分子间串联脱氟炔基化，在炔基化、芳构化、环化串联过程中构建了一类新型2-氟烷基-3-炔基取代萘并呋喃化合物。该类化合物的合成反应过程如下所示：
本发明制备方法中，通过调控反应物的比例、所选钯催化剂的种类、碱的种类、反应进行的溶剂和反应温度等一系列条件，可高效合成一系列2-氟烷基-3-炔基取代萘并呋喃化合物。
本发明制备方法的条件筛选过程中，对不同的钯催化剂，如：四(三苯基膦)钯、醋酸钯、二氯化钯、二(三苯基膦)二氯化钯、二(乙腈)二氯化钯、醋酸钯均能得到预期结果，但二(三苯基膦)二氯化钯效果最优；对不同的碱促进剂，如：吡啶、三乙烯二胺、二异丙胺、三乙胺、二氮杂二环、二氮杂二环二异丙胺基钠、氢化钠、碳酸铯、碳酸钾、碳酸铵、磷酸钾、醋酸钠、氢氧化钠、氢氧化锂均能得到预期结果，但碳酸铯效果最优；α-全氟烷基四氢萘酮化合物与炔烃化合物之间不同的比例1：(1～2)之间，以1：1.5最优；对不同的溶剂，如：二甲亚砜、乙腈、叔丁醇、硝基甲烷、乙醇、甲苯、四氢呋喃、环己烷、乙酸乙酯均能得到预期产物，但二甲亚砜效果最优；25～90℃范围内的不同温度下均能得到目标产物，70℃最优；1h～24h范围内的不同反应时间下均能得到目标产物，12小时最优。
相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供了一种α-全氟烷基四氢萘酮化合物与炔烃化合物原料出发合成2-氟烷基-3-炔基取代萘并呋喃化合物的新方法，该方法所需原料简单易得、成本低廉，反应条件温和，产率、纯度高；
(2)本发明制备方法中，切除四根碳氟键，实现炔基化-芳构化-环化串联，是现有脱氟炔基化反应的有益补充；
(3)本发明提供的一系列新型2-氟烷基-3-炔基取代萘并呋喃化合物为医药、材料等领域提供新的研究对象。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
2-(全氟乙基)-3-(苯乙炔基)萘[1,2-b]呋喃的合成反应方程式如下所示：
2-(全氟乙基)-3-(苯乙炔基)萘[1,2-b]呋喃的具体合成过程包括以下步骤：
(1)将1mmol的α-全氟烷基四氢萘酮(0.364克)、1.5mmol的炔烃化合物(0.154克)、0.1mmol的钯催化剂(0.070克)，3.0mmol的碱促进剂(0.977克)加入到规格为10mL的试管反应管中，再往反应管中加入5mL二甲亚砜作溶剂，在氮气氛围下封口密闭，70℃下搅拌反应12小时，得到2-氟烷基-3-炔基取代萘并呋喃化合物；其中，α-全氟烷基四氢萘酮为α-全氟丁基四氢萘酮，炔烃化合物为苯乙炔；钯催化剂为二(三苯基膦)二氯化钯；碱促进剂为碳酸铯；
(2)在步骤(1)反应结束后，将反应液依次经过水、乙酸乙酯、无水硫酸钠干燥和柱层析分离(柱层析分离条件：固定相为300～400目硅胶粉，流动相为乙酸乙酯(A)和石油醚(B)，流动相变化程序(A：B)为1：500→1：200，得到0.267克反应产物1。
对上述反应产物进行表征，结果为：白色固体；IR(KBr):ν＝3015,2224,1582,808,740cm-1.1H NMR(400MHz,CDCl3):δ＝8.33–8.27(m,1H),7.97–7.90(m,1H),7.76(s,2H),7.65–7.54(m,4H),7.40–7.35(m,3H)ppm.19F NMR(376MHz,CDCl3):δ＝-83.57(t,J＝3.4Hz,3F),-114.34(q,J＝3.4Hz,2F)ppm.13CNMR(100MHz,CDCl3):δ＝151.0,141.6(t,JC-F＝30.1Hz),132.9,132.5,131.8,129.1,128.4,127.1,126.9,125.3,123.4,122.3,120.8,120.3,118.3,109.4(m),98.1,76.3ppm；carbons corresponding to the C2F5 groupcannot be identified due to C-F coupling.根据表征数据可知，制得的反应产物1为2-(全氟乙基)-3-(苯乙炔基)萘[1,2-b]呋喃(纯度＞98％)；对产品产率进行计算，结果为69％。
实施例2
8-甲基-2-(全氟乙基)-3-(4-甲氧基苯乙炔基)萘[1,2-b]呋喃的合成反应方程式如下所示：
8-甲基-2-(全氟乙基)-3-(4-甲氧基苯乙炔基)萘[1,2-b]呋喃的具体合成过程包括以下步骤：
(1)将1mmol的α-全氟烷基四氢萘酮(0.378克)、1.5mmol的炔烃化合物(0.198克)、0.1mmol的钯催化剂(0.070克)，3.0mmol的碱促进剂(0.977克)加入到规格为10mL的试管反应管中，再往反应管中加入5mL二甲亚砜作溶剂，在氮气氛围下封口密闭，70℃下搅拌反应12小时，得到2-氟烷基-3-炔基取代萘并呋喃化合物；其中，α-全氟烷基四氢萘酮为α-全氟丁基-7-甲基四氢萘酮，炔烃化合物为4-甲氧基苯乙炔；钯催化剂为二(三苯基膦)二氯化钯；碱促进剂为碳酸铯；
(2)在步骤(1)反应结束后，将反应液依次经过水、乙酸乙酯、无水硫酸钠干燥和柱层析分离(柱层析分离条件：固定相为300～400目硅胶粉，流动相为乙酸乙酯(A)和石油醚(B)，流动相变化程序(A：B)为1：500→1：200，得到0.284克反应产物2。
对上述反应产物进行表征，结果为：白色固体；IR(KBr):ν＝3005,2217,1603,1206,810,729cm-1.1H NMR(400MHz,CDCl3):δ＝8.09(s,1H),7.85(d,J＝8.4Hz,1H),7.78–7.67(m,2H),7.54(d,J＝8.8Hz,2H),7.45–7.38(m,1H),6.91(d,J＝8.8Hz,2H),3.84(s,3H),2.59(s,3H)ppm.19F NMR(376MHz,CDCl3):δ＝-83.57(t,J＝3.4Hz,3F),-114.29(q,J＝3.4Hz,2F)ppm.13C NMR(100MHz,CDCl3):δ＝160.2,150.7(d,JC-F＝1.3Hz),141.1(t,JC-F＝30.5Hz),137.3,133.4,131.2,129.0,128.3,125.0,123.6,121.0,119.5,117.4,114.4,114.1,109.6(m),98.1(t,JC-F＝1.3Hz),75.2(t,JC-F＝0.8Hz),55.3,21.8ppm；carbonscorresponding to the C2F5 group cannot be identified due to C-F coupling.根据表征数据可知，制得的反应产物2为8-甲基-2-(全氟乙基)-3-(4-甲氧基苯乙炔基)萘[1,2-b]呋喃(纯度＞98％)；对产品产率进行计算，结果为66％。
实施例3～60
实施例3～60与上述实施例1～2基本相同，差别之处在于步骤(1)中，α-全氟烷基四氢萘酮和炔烃化合物不同，具体如下表1所示：
表1实施例3～60
实施例61
(1)将1mmol的α-全氟烷基四氢萘酮、1mmol的炔烃化合物、0.3mmol的钯催化剂，2.0mmol的碱促进剂加入到规格为10mL的试管反应管中，再往反应管中加入3mL乙酸乙酯作溶剂，在氮气氛围下封口密闭，90℃下搅拌反应1小时，得到2-氟烷基-3-炔基取代萘并呋喃化合物；其中，α-全氟烷基四氢萘酮为α-全氟丁基四氢萘酮，炔烃化合物为苯乙炔；钯催化剂为醋酸钯；碱促进剂为二氮杂二环二异丙胺基钠；
(2)在步骤(1)反应结束后，将反应液依次经过水、乙酸乙酯、无水硫酸钠干燥和柱层析分离(柱层析分离条件：固定相为300～400目硅胶粉，流动相为乙酸乙酯(A)和石油醚(B)，流动相变化程序(A:B)为1：500→1：200，得到2-(全氟乙基)-3-(苯乙炔基)萘[1,2-b]呋喃。
实施例62
(1)将1mmol的α-全氟烷基四氢萘酮、2mmol的炔烃化合物、0.2mmol的钯催化剂，4mmol的碱促进剂加入到规格为10mL的试管反应管中，再往反应管中加入4mL乙腈作溶剂，在氮气氛围下封口密闭，25℃下搅拌反应24小时，得到2-氟烷基-3-炔基取代萘并呋喃化合物；其中，α-全氟烷基四氢萘酮为α-全氟丁基四氢萘酮，炔烃化合物为苯乙炔；钯催化剂为二(三苯基膦)二氯化钯；碱促进剂为氢氧化锂；
(2)在步骤(1)反应结束后，将反应液依次经过水、乙酸乙酯、无水硫酸钠干燥和柱层析分离(柱层析分离条件：固定相为300～400目硅胶粉，流动相为乙酸乙酯(A)和石油醚(B)，流动相变化程序(A:B)为1：500→1：200，得到2-(全氟乙基)-3-(苯乙炔基)萘[1,2-b]呋喃。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种2-氟烷基-3-炔基取代萘并呋喃化合物的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)往由α-全氟烷基四氢萘酮化合物与炔烃化合物混合而成的反应原料中加入钯催化剂、碱促进剂以及溶剂，在氩气氛围、25～90℃温度条件下搅拌反应1～24小时，TLC检测确定反应进程，反应结束后得到反应产物；其中，所述α-全氟烷基四氢萘酮、炔烃化合物、钯催化剂、碱促进剂、溶剂的摩尔体积比为1mmol：(1～2)mmol：(0.1～0.3)mmol：(2～4)mmol：(3～5)mL；
在步骤(1)中，所述α-全氟烷基四氢萘酮化合物选自α-全氟癸基四氢萘酮、α-全氟壬基四氢萘酮、α-全氟辛基四氢萘酮、α-全氟庚基四氢萘酮、α-全氟己基四氢萘酮、α-全氟戊基四氢萘酮、α-全氟丁基四氢萘酮、2-全氟丙基四氢萘酮、α-全氟丁基-7-甲基四氢萘酮、α-全氟丁基-7-乙基四氢萘酮、α-全氟丁基-7-异丙基四氢萘酮、α-全氟丁基-7-叔丁基四氢萘酮、α-全氟丁基-7-戊基四氢萘酮、α-全氟丁基-7-苄基四氢萘酮、α-全氟丁基-7-苯基四氢萘酮、α-全氟丁基-7-甲氧基四氢萘酮、α-全氟丁基-6-甲氧基四氢萘酮、α-全氟丁基-5-甲氧基四氢萘酮、α-全氟丁基-7-碘四氢萘酮、α-全氟丁基-7-溴四氢萘酮、α-全氟丁基-7-氯四氢萘酮、α-全氟丁基-7-氟四氢萘酮、α-全氟丁基-7-氰基四氢萘酮、α-全氟丁基-7-乙氧羰基四氢萘酮、α-全氟丁基-7-硝基四氢萘酮、α-全氟丁基-7-羟基四氢萘酮、α-全氟丁基-7-乙酰基四氢萘酮、α-全氟丁基-4-甲基四氢萘酮、α-全氟丁基-4-苄基四氢萘酮、α-全氟丁基-4-(4-甲氧基苯基)四氢萘酮、α-全氟丁基-4-(4-溴苯基)四氢萘酮、α-全氟丁基-4-(4-氯苯基)四氢萘酮、α-全氟丁基-4-(4-氟苯基)四氢萘酮、α-全氟丁基-4-(4-氰基苯基)四氢萘酮、α-全氟丁基-4-(4-硝基苯基)四氢萘酮、α-全氟丁基-4-(4-乙氧羰基苯基)四氢萘酮、α-全氟丁基-4-(1-萘基)四氢萘酮、α-全氟丁基-4-(2-萘基)四氢萘酮、α-全氟丁基-4-(2-呋喃基)四氢萘酮、α-全氟丁基-4-(2-吡啶基)四氢萘酮、α-全氟丁基-4-(4-吡啶基)四氢萘酮、α-全氟丁基-3-甲基四氢萘酮、α-全氟丁基-3-苄基四氢萘酮或α-全氟丁基-3-苯基四氢萘酮；
在步骤(1)中，所述炔烃化合物选自苯乙炔、4-甲基苯乙炔、4-甲氧基苯乙炔、3-甲氧基苯乙炔、2-甲氧基苯乙炔、4-氯苯乙炔、4-氟苯乙炔、4-氰基苯乙炔、4-硝基苯乙炔、4-乙氧羰基苯乙炔、1-乙炔基萘、2-乙炔基萘、2-乙炔基呋喃、2-乙炔基吡啶、4-乙炔基吡啶、丙炔或乙炔基环己烷；
在步骤(1)中，所述钯催化剂选自四(三苯基膦)钯、二氯化钯、二(三苯基膦)二氯化钯、二(乙腈)二氯化钯或醋酸钯；
所述碱促进剂为吡啶、三乙烯二胺、二异丙胺、三乙胺、二氮杂二环、二氮杂二环二异丙胺基钠、氢化钠、碳酸铯、碳酸钾、碳酸铵、磷酸钾、醋酸钠、氢氧化钠以及氢氧化锂中的至少一种；
(2)将反应产物洗涤、萃取和干燥，再通过柱层析分离得到2-氟烷基-3-炔基取代萘并呋喃化合物。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钯催化剂为二(三苯基膦)二氯化钯，所述碱促进剂为碳酸铯。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述α-全氟烷基四氢萘酮、炔烃化合物、催化剂和碱促进剂的摩尔比为1：1.5：0.1：3；所述温度为70℃，反应时间为12小时。
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