CN116589475B - 一种2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素的制备方法 - Google Patents
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- Y02P20/55—Design of synthesis routes, e.g. reducing the use of auxiliary or protecting groups
Abstract
本发明涉及荧光染料合成技术领域,尤其涉及一种2',4',5',7'‑四氯‑5(6)‑羧基‑4,7‑二氯荧光素的制备方法。制备方法以2,4‑二氯代间苯二酚和二氯代偏三酸为原料,通过直接环合反应制得2',4',5',7'‑四氯‑5(6)‑羧基‑4,7‑二氯荧光素,该异构体混合物先通过重结晶纯化,再利用两种异构体的铵盐在不同溶剂中的溶解度不同从而达到拆分的目的,分别得到高纯度的2',4',5',7'‑四氯‑5‑羧基‑4,7‑二氯荧光素和2',4',5',7'‑四氯‑6‑羧基‑4,7‑二氯荧光素,此方法操作简便、对设备要求低、成本低,设备使用效率高,适用工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及荧光染料合成技术领域,尤其涉及一种2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素的制备方法。
背景技术
羧基功能化荧光素染料,一般都属于呫吨类骨架,即由一个桥氧键把两个苯环固定在同一个平面上形成,这样的刚性共平面结构,使得其具有长波长(吸收和发射都在可见光区),高摩尔吸光系数和高量子产率的优点,另外,羧基功能化荧光素染料还具有生物相容性好,低毒或无毒,成本较低等优点,被广泛应用于各项生物化学领域,如多肽,蛋白质,核苷酸,寡核苷酸,药物,激素,脂质和其他生物分子的标记和示踪,蛋白质结构特性的研究等方面。但是,羧基功能化荧光素染料的这种特殊结构也使得其具有一定的缺陷,如荧光对pH 敏感,斯托克斯位移小,对样品的散射光敏感,不能消除背景散射光的干扰,在生物体内的生理环境下荧光量子效率急剧下降,对光敏感,抗光漂白能力弱,在强光下荧光衰减明显等,这些缺陷限制了羧基功能化荧光素染料在许多研究领域中的进一步应用。
为了改善羧基功能化荧光素染料的光学性能,国内外许多生物化学工作者在荧光素的底环或顶环上引入不同功能的化学基团,对其结构进行修饰以达到不同的功能,Kharma 在US 4329461A中公开了氯原子对呫吨骨架上芳香氢的选择性取代可以显著改善荧光素类染料的光物理性质,比如增加荧光素的荧光强度提高荧光量子效率、降低染料pKa值,以及染料对pH值敏感度明显酸移。这种相似分子结构的微小改变可以调整分子吸收和发射波长,有助于平行合成不同标记的 DNA 或蛋白质,这一特性使含氯荧光素衍生物已在DNA 合成和测序中得到广泛应用,例如2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素,其结构式如下所示:
目前国内外合成2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素的方法主要有以下两种:
1、直接缩合合成法:其合成路线如下路线一所示,
该路线一是荧光素类荧光染料的最经典合成方法,最早由瑞士化学家 MauriceCeresole开发,整个反应过程需要两个连续的 Friedel-Crafts 型亲电芳香取代反应形成呫吨骨架。该路线以2,4-二氯代间苯二酚苯酚和二氯代偏三酸为原料,在路易斯酸(ZnBr2)中高温缩合制得。该法的优点是路线简单,但该路线主要缺点是反应条件比较苛刻,一般都需要高温(180 °C)甚至熔融,收率低,一般只有百分之十几,生成5,6位的异构体,这类异构体混合物物理化学性质相似,常规方法很难分离纯化。该方法是采用硅胶柱层析分离方法,该种方法除了成本高之外,更重要的是只能得到克级甚至毫克级的产品,难于工业化的批量制备。
2、保护拆分法:Xianglong Wu对直接缩合合成法做了改进,改进的方法借鉴了羧基荧光素的分离方法,改进的路线如下路线二所示,
路线二采用特戊酰氯或特戊酸酐保护保护芳香环上酚羟基,然后保护后的5,6-HEX与二异丙胺成盐,利用两种衍生物异构体的盐在溶剂中溶解度的不同进行拆分,拆分出的盐通过浓氨水脱保护,并用盐酸脱盐得到两种异构体5-HEX和6-HEX。该法的显著的提高了5-HEX和6-HEX的收率(5-HEX收率为38%),但该方法需要经过保护和脱保护过程,步骤相对繁琐,原子经济性不高。
综上,现有的2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素的制备方法收率低且纯化过程繁琐,因此开发出更适合工业化生产的2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素合成方法,降低生产成本就有着十分重要的意义。
发明内容
本发明提供一种2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素的制备方法,用以解决现有的2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素的制备方法收率低且纯化过程繁琐等技术问题。
根据本发明的第一方面,本发明提供一种2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素的制备方法,包括如下步骤:
步骤(1):以2,4-二氯代间苯二酚和二氯代偏三酸为原料,通过环合反应制备得到2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素粗品;
步骤(2):将得到的所述2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素进行纯化,得到2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素纯品;
步骤(3):将得到的所述2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素纯品与有机胺、第三溶剂反应,过滤,滤饼烘干得到5-HEX铵盐,过滤后的滤液浓缩,即得到6-HEX铵盐;
步骤(4):将得到的所述5-HEX铵盐和所述6-HEX铵盐各自独立地与酸反应分别得到2',4',5',7'-四氯-5-羧基-4,7-二氯荧光素和2',4',5',7'-四氯-6-羧基-4,7-二氯荧光素。
上述方案中,本发明一种2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素(HEX)制备方法以2,4-二氯代间苯二酚和二氯代偏三酸为原料,通过直接环合反应直接制得2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素(5,6-HEX),该异构体混合物先通过重结晶纯化,然后再利用两种异构体的铵盐在不同溶剂中的溶解度不同从而达到拆分的目的,分别得到高纯度的2',4',5',7'-四氯-5-羧基-4,7-二氯荧光素(5-HEX) 和2',4',5',7'-四氯-6-羧基-4,7-二氯荧光素(6-HEX),此方法具有操作简便、对设备要求低、成本低,设备使用效率高等特点,达到工业化生产应用的要求。
进一步地,制备方法包括如下步骤:
步骤(1):以2,4-二氯代间苯二酚和二氯代偏三酸为原料,在第一溶剂和酸化剂的作用下,于120-220℃下反应4-12h;反应结束后,水洗,过滤,即得2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素粗品;
步骤(2):以步骤(1)得到的所述2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素粗品与第二溶剂在60~80℃下热熔60~90min, 待体系中的固体溶解完全后停止加热,降温,静置,过滤,得到2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素纯品;
步骤(3):以步骤(2)得到的所述2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素纯品、有机胺、第三溶剂为原料,在40-80℃下反应8-24h;反应结束后,过滤,滤饼烘干即得5-HEX铵盐,过滤后的滤液浓缩,即得到6-HEX铵盐;
步骤(4):将步骤(3)得到的所述5-HEX铵盐和所述 6-HEX铵盐各自独立地与酸、第四溶剂在0-80℃下反应6-24h, 反应结束后,过滤,滤饼烘干即得2',4',5',7'-四氯-5-羧基-4,7-二氯荧光素和2',4',5',7'-四氯-6-羧基-4,7-二氯荧光素。
上述方案中,通过将各步骤的反应时间、温度等工艺参数控制在合理的范围值,可以提高各步骤反应的效率和反应产物的纯度。
进一步地,所述步骤(3)中,所述有机胺为二甲胺,二乙胺,三乙胺,正丁胺,二异丙胺或二异丙基乙基胺,优选为二异丙胺。
上述方案中,通过选定合理类型的有机胺,有利于5-HEX铵盐和6-HEX铵盐的分离。
进一步地,所述第三溶剂为乙腈、四氢呋喃、二氧六环、乙醇、乙酸乙酯、2-甲基四氢呋喃或正己烷,优选为2-甲基四氢呋喃。
上述方案中,有机胺与第三溶剂相互协同作用,通过选定合理类型的第三溶剂,更有利于5-HEX铵盐和6-HEX铵盐的分离。
进一步地,所述酸化剂为甲磺酸、三氟甲基磺酸、硫酸、磷酸中的一种,优选为甲磺酸。
上述方案中,酸即起到催化作用同时也是反应溶剂,通过选定合理类型的酸,有利于环合反应的进行。
进一步地,所述第二溶剂为乙腈、四氢呋喃、二氧六环、N,N- 二甲基甲酰胺或水,优选为乙腈。
上述方案中,第二溶剂能够有效溶解2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素粗品中的杂质,通过选定合理种类的第二溶剂,能够提升提纯效率。
进一步地,所述酸为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、甲磺酸或三氟乙酸,优选为盐酸。
上述方案中,酸能与5-HEX铵盐和6-HEX铵盐反应生成5-HEX和6-HEX,从而得到目标产物,通过选定合理种类的酸,有利于反应的进行,更有效地得到5-HEX和6-HEX产物。
进一步地,所述第四溶剂为乙腈、四氢呋喃、二氧六环、N,N- 二甲基甲酰胺或水中的一种或多种,优选为乙腈和水。
上述方案中,通过选定合理类型的第四溶剂,有利于铵盐与酸的反应的进行。
本发明的有益效果:
本发明一种2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素的制备方法以2,4-二氯代间苯二酚苯酚和二氯代偏三酸为原料,直接环合得到2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素,此方法用二氯代偏三酸取代二氯代偏三酸酐,在保证反应收率的情况下,具有成本低(酸的价格远低于酸酐)、操作简便(酸酐不易于保存和投料)、对设备要求低,设备使用效率高等特点,达到工业化生产应用的要求。
本发明一种2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素的制备方法步骤(3)通过两种异构体直接在酸性条件下,在不同有机溶剂中的溶解度不同从而达到分离两个异构体的目的,改变了之前通过保护羟基,然后成盐,再脱除保护基的操作,极大降低了分离成本,简化了操作步骤,从而使2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素(HEX)工业化生产原子经济性和生产成本显著降低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1步骤(2)得到的5,6-HEX 的HPLC图谱;
图2为本发明实施例1步骤(2)得到的5,6-HEX 的H-NMR图谱;
图3为图2的局部数据放大图;
图4为本发明实施例1步骤(2)得到的5,6-HEX 的MS-ESI图谱;
图5为本发明实施例1步骤(3)得到的5-HEX二异丙胺盐的HPLC图谱;
图6为本发明实施例1步骤(3)得到的6-HEX二异丙胺盐的HPLC图谱;
图7为本发明实施例1步骤(4)得到的5-HEX的HPLC图谱;
图8为本发明实施例1步骤(4)得到的5-HEX的H-NMR图谱;
图9为本发明实施例1步骤(4)得到的5-HEX的ESI-MS图谱;
图10为本发明实施例1步骤(4)得到的6-HEX的HPLC图谱;
图11为本发明实施例1步骤(4)得到的6-HEX的H-NMR图谱;
图12为本发明实施例1步骤(4)得到的6-HEX的ESI-MS图谱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
以下实施例提供的2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素的合成路线如下:
实施例1
本实施例提供一种2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素的制备方法,包括如下步骤:
步骤(1):将3670克2,4-二氯间苯二酚和2790克二氯偏三酸,以及15L甲磺酸加入到50L带有温度计和搅拌的玻璃反应釜中。抽去反应釜中的空气,通入氮气,反应体系逐渐升温至150℃,反应12h。取样检测,当液相相色谱结果表明,二氯代偏三酸的转化率为99%以上。停止反应后,待体系冷却到室温,加入25L冰水到反应釜中,充分搅拌2h,过程中发现有大量黄红色固体析出,停止搅拌,过滤,收集滤饼,滤饼再次加入25L冰水中搅拌,过滤,重复上述操作两次,收集滤饼,于烘箱中干燥即得到5363克2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素(5,6-HEX)粗品。
步骤(2):将5363克2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素(5,6-HEX)粗品,20L乙腈加入50L带有温度计和搅拌的玻璃反应釜。抽去反应釜中的空气,通入氮气,反应体系逐渐升温至60℃,热熔约3h,体系中的固体溶解完全,之后停止加热,停止搅拌,静置至室温,发现有固体析出,继续静置12h,过滤;滤液浓缩后再重复这一过程,合并两次的滤饼,用冷却的2L乙腈洗涤两次,烘干得4255克黄色固体(5,6-HEX)收率为73%,对得到的5,6-HEX 进行HPLC、H-NMR和ESI-MS测试,测试图谱分别如图1-图4所示,由图1的HPLC图谱和表1的数据可以看出,得到的5,6-HEX为纯度93.53%。(其中,5-HEX占比67.76%, 6-HEX占比32.24%)。其中,如图2和3所示的H-NMR核磁共振氢谱: (400MHz, d6-DMSO, ppm) δ:14.232 (b, 1H),11.157 (s, 2H),8.137 (s, 0.32H), 8.097 (s, 0.68H),7.408(s, 2H),如图4所示的MS-ESI图谱显示的分子量为582.84。
表1 步骤(2)得到的5,6-HEX 的HPLC图谱分析结果表
步骤(3):取4081克步骤(2)得到的5,6-HEX,41L 2-甲基四氢呋喃加入100L带有温度计和搅拌的玻璃反应釜,50℃搅拌2h,使固体充分溶解,待固体充分溶解后,停止加热,反应体系逐渐冷却至室温,滴加加入1771克二异丙胺,滴加过程,放热,控制反应体系温度不超过40℃。体系逐渐变为黄红色溶液,滴加完毕继续搅拌1h,体系变为黄红色悬浮液,停止搅拌,静置1h,发现有大量黄红色固体析出,继续静置2h,抽滤,滤饼(5-HEX二异丙胺盐)用5L 2-甲基四氢呋喃洗涤后,烘干(40℃,12h),得到5-HEX二异丙胺盐2332g,合并滤液(滤液中5-HEX异丙胺盐占31.29%,6-HEX二异丙胺盐占68.71%,),浓缩旋干,重复以上操作两次,得到5-HEX二异丙胺盐545g,合并得到2877克,收率94.7%,将得到的5-HEX二异丙胺盐进行HPLC测试,测试图谱如图5所示,从图5和表2的结果可以看出,5-HEX二异丙胺盐的纯度为97.23%。 母液浓缩后用25L乙腈打浆得到6-HEX二异丙胺盐1281克,收率89.2%(投入4081克5,6-HEX,按照理论100%收率可以得到4789克5,6-HEX二异丙胺盐,按照5,6异构体的占比可以得到3035克5-HEX二异丙胺盐和1436克6-HEX二异丙胺盐),将得到的6-HEX二异丙胺盐进行HPLC测试,测试图谱如图6所示,从图6和表3的结果可以看出,6-HEX二异丙胺盐的纯度为97.11%。
表2 5-HEX二异丙胺盐的HPLC图谱分析结果表
表3 6-HEX二异丙胺盐的HPLC图谱分析结果表
步骤(4):取2053克5-HEX二异丙胺盐,10L乙腈/水(1:1)加入20L带有温度计和搅拌的玻璃反应釜,25℃搅拌1小时,使固体充分溶解,待固体充分溶解后,滴加入3M盐酸4L,有黄色固体析出,滴加完毕继续搅拌1h,抽滤,得到黄色固体5-HEX 1591克,收率为91%。将得到的黄色固体5-HEX进行HPLC、H-NMR和ESI-MS测试,HPLC测试图谱如图7所示,从图7和表4的结果可以看出,5-HEX纯度为 99.01%,H-NMR测试图谱如图8所示,其中,H-NMR:(400MHz, d6-DMSO, ppm) δ: 14.282 (b, 1H),11.149 (s, 2H),8.097 (s, 1H), 7.404(s, 2H),如图9所示,ESI-MS (M+H):582.84
表4 步骤(4)得到的5-HEX的HPLC图谱分析结果表
取1026克6-HEX二异丙胺盐,5L乙腈/水(1:1)加入20L带有温度计和搅拌的玻璃反应釜,25℃搅拌1h,使固体充分溶解,待固体充分溶解后,滴加入3M盐酸2L,有红色固体析出,滴加完毕继续搅拌1h,抽滤,得到黄色固体6-HEX 760克,收率为87%。将得到的6-HEX进行HPLC、H-NMR和ESI-MS测试,HPLC测试图谱如图10所示,从图10和表5的结果可以看出, 6-HEX纯度为 99.20%。H-NMR测试图谱如图11所示,从图11可以看出,H-NMR: (400MHz, d6-DMSO, ppm) δ: 14.232 (b, 1H),11.141 (s, 2H),8.132 (s, 1H), 7.396(s, 2H),从图12可以看出,ESI-MS, (M+H):582.604。
表5步骤(4)得到的6-HEX的HPLC图谱分析结果表
实施例2
与实施例1的不同之处在于,步骤(1)中用硫酸替代甲磺酸,具体步骤如下:将36.7克2,4-二氯间苯二酚和27.9克二氯偏三酸,以及150mL硫酸加入到500mL带有温度计和搅拌的玻璃反应釜中。抽去反应釜中的空气,通入氮气,反应体系逐渐升温至150℃,反应24h。取样检测,当液相相色谱结果表明,二氯代偏三酸的转化率为80%左右。停止反应后,待体系冷却到室温,加入250mL冰水到反应瓶中,充分搅拌2h,过程中发现有大量黄红色固体析出,停止搅拌,过滤,收集滤饼,滤饼再次加入250mL冰水中搅拌,过滤,重复上述操作两次,收集滤饼,于烘箱中干燥即得到42克2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素(5,6-HEX)粗品。
实施例3
与实施例1的不同之处在于,步骤(3)中用二乙胺替代二异丙胺,具体步骤如下:取40.8克步骤(2)得到的5,6-HEX,410mL 2-甲基四氢呋喃加入1L带有温度计和搅拌的玻璃反应瓶,50℃搅拌2h,使固体充分溶解,待固体充分溶解后,停止加热,反应体系逐渐冷却至室温,滴加加入12.8克二异丙胺,滴加过程,放热,控制反应体系温度不超过40℃。体系逐渐变为黄红色溶液,滴加完毕继续搅拌1h,体系变为黄红色悬浮液,停止搅拌,静置1h,发现有黄红色固体析出,继续静置2h,抽滤,滤饼(5-HEX二乙胺盐)用50mL 2-甲基四氢呋喃洗涤后,烘干(40℃,12h),得到5-HEX二乙胺盐12.3g,合并滤液,浓缩旋干,重复以上操作两次,得到5-HEX二乙胺盐4.6g,合并得到16.9克,收率58.3% , 母液浓缩后用250mL乙腈打浆得到6-HEX二乙胺盐7.6克,收率55.1%。
实施例4
与实施例1的不同之处在于,步骤(3)中用四氢呋喃替代2-甲基四氢呋喃,具体步骤如下:
取40.8克步骤(2)得到的5,6-HEX,410mL 四氢呋喃加入1L带有温度计和搅拌的玻璃反应釜,50℃搅拌2h,使固体充分溶解,待固体充分溶解后,停止加热,反应体系逐渐冷却至室温,滴加加入17.71克二异丙胺,滴加过程,放热,控制反应体系温度不超过40℃。体系逐渐变为黄红色溶液,滴加完毕继续搅拌1h,体系变为黄红色悬浮液,停止搅拌,静置1h,发现有大量黄红色固体析出,继续静置2h,抽滤,滤饼(5-HEX二异丙胺盐)用500mL 四氢呋喃洗涤后,烘干(40℃,12h),得到5-HEX二异丙胺盐19.2g,合并滤液, 浓缩旋干,重复以上操作两次,得到5-HEX二异丙胺盐4.3g,合并得到23.5克,收率77.4% , 母液浓缩后用250mL乙腈打浆得到6-HEX二异丙胺盐8.9克,收率62%。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (1)
1.一种2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤(1):以2,4-二氯代间苯二酚和二氯代偏三酸为原料,在第一溶剂和酸化剂的作用下,于120-220℃下反应4-12h;反应结束后,水洗,过滤,即得2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素粗品;
步骤(2):以步骤(1)得到的所述2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素粗品与第二溶剂在60~80℃下热熔60~90min, 待体系中的固体溶解完全后停止加热,降温,静置,过滤,得到2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素纯品;
步骤(3):以步骤(2)得到的所述2',4',5',7'-四氯-5(6)-羧基-4,7-二氯荧光素纯品、有机胺、第三溶剂为原料,在40-80℃下反应8-24h;反应结束后,过滤,滤饼烘干即得5-HEX铵盐,过滤后的滤液浓缩,即得到6-HEX铵盐;
步骤(4):将步骤(3)得到的所述5-HEX铵盐和所述 6-HEX铵盐各自独立地与酸、第四溶剂在0-80℃下反应6-24h, 反应结束后,过滤,滤饼烘干即得2',4',5',7'-四氯-5-羧基-4,7-二氯荧光素和2',4',5',7'-四氯-6-羧基-4,7-二氯荧光素;
所述步骤(3)中,所述有机胺为二异丙胺;所述第三溶剂为2-甲基四氢呋喃;
所述步骤(1)中,所述酸化剂为甲磺酸;
所述步骤(2)中,所述第二溶剂为乙腈;
所述步骤(4)中,所述酸为盐酸;所述第四溶剂为乙腈和水。
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