DE1022235C2 - Verfahren zur Foerderung der reduzierenden Wirkung von Metallalkoholaten auf reduzierbare, aromatische Stickstoffverbindungen - Google Patents
Verfahren zur Foerderung der reduzierenden Wirkung von Metallalkoholaten auf reduzierbare, aromatische StickstoffverbindungenInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
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PATENTSCHRIFr:
KL.12q 12
INTERNAT. KL. C 07 C
5. AUGUST 1955
9. JANUAR 1958 2 6. JUNI 1958
stimmt Oberein mit auslegeschrift
1 022 235 (A 23184 IV b / 12 q)
Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren zur Förderung der reduzierenden Wirkung von Metallalkoholaten auf
reduzierbare, aromatische Stickstoffverbindungen, in welcher der Stickstoff in einer höheren Oxydationsstufe,
als der Hydrazostufe entspricht, direkt an ein Kohlenstoffatom des Kernes gebunden ist. Das Verfahren des Hauptpatentes
besteht dabei darin, daß man der Reaktionsmischung eine naphthochinoide Verbindung, insbesondere
ein Naphthochinon oder ein Anlagerungsprodukt eines Naphthochinons zusetzt.
Die Erfindung stellt eine weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptpatentes dar, insofern, als man der
Reaktionsmischung eine kondensierte, mehrkernige Verbindung zusetzt, welche mindestens 10 Kernkohlenstoffatome
enthält. Einer der Kerne besteht aus einem alicyclischen dioxy- oder dioxosubstituierten Rest mit 6 Kernkohlenstoffatomen.
Die Sauerstoffsubstituenten befinden sich in chinöider Stellung, und mindestens zwei der nicht
sauerstoffsubstituierten Kernkohlenstoffatome sind gesättigte Kohlenstoff atome; zur Verwendung gelangen
auch bestimmte Derivate und Additionsprodukte oder Tautomere dieser Verbindungen.
Zu diesen Verbindungen gehören:
1. kondensierte, mehrkernige Diketone, wie die kondensierten nuklearen Derivate von Cyclohexandion und
Gyclohexendion, in welchen die Carbonylgruppen in chinöider Stellung, vorzugsweise in 1,2- und 1,4-Stellung,
stehen und die außer den Sauerstoffsubstituenten zusätzliche Substituenten enthalten können, wobei eines
oder mehrere der Wasserstoffatome ζ. Β. durch Halogen-, Hydroxyl-, Nitro-, Mercapto-, Amino-, Cyan-, Sulfo-,
Carboxyl-, Alkyl-, Alkoxygruppen ersetzt sind, wobei jedoch kein Kohlenstoffatom des genannten alicyclischen
Ringes als Wasserstoffsubstituenten mehr als einen elektronegativen Substituenten enthält;
2. entsprechende Oxyverbindungen, in denen eine oder beide der Carbonylgruppen der obigen Diketone durch eine
oder zwei = C — O Η-Gruppen ersetzt sind, wobei es gleichgültig ist, ob sie frei von anderen Substituenten
außer den Hydroxylgruppen sind oder andere Substituenten der obengenannten Art aufweisen, wie z. B. die
kondensierten nuklearen Derivate von Cyclohexandiol, Cyclohexendiol und Cyclohexadiendiol, in welchen die
Hydroxylgruppen in chinöider Stellung, insbesondere in 1,2- und 1,4-Stellung, zueinander stehen;
3. Additionsprodukte solcher Diketone und Oxyketone mit Bisulfiten;
4. funktionell Derivate solcher Diketone, Oxyketone und Oxyverbindungen, z.B. Imide, Oxime, Semicarbazone,
Hydrazone und Ester, welche durch Ätzalkali verseift werden können;
5. tautomere Formen solcher Diketone und Oxyketone, die zu solchen Ketonen isomerisieren können.
Bevorzugte Reduktionsförderer gemäß der Erfindung Verfahren
zur Förderung der reduzierenden Wirkung von Metallalkoholaten auf reduzierbare,
aromatische Stickstoffverbindungen
Zusatz zum Patent 925 293 Das Hauptpatent hat angefangen am 6. September 1951
Patentiert für:
Allied Chemical & Dye Corporation, New York, N. Y (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 6. August 1954
Armas Victor Erkkila, Orchard Park, N. Y. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden
sind Hydronaphthalin-(1,2) und -(l,4)-dione, -diole und
-olone. Somit umschließt die genannte Gruppe kondensierter mehrkerniger Verbindungen folgende Substanzen:
2,3-Dihydro-naphthochinon-(l ,4) 5,8,9,10-Tetrahydro-naphthochinon-(l ,4)
2-Methyl-5,8,9,10-tetrahydro-naphthochinon-(l,4)-oxim-(4)
2,3,5,8,9,10-Hexahydro-naphthochinon-(l,4) Octahydro-naphthochinon-(l ,4)
2,9-Dimethyl-5,8,9,10-tetrahydro-naphthochinon-(l ,4) 2,10-Dimethyl-5,8,9,10-tetrahydro-naphthochinon-(l,4)
2,9-Dimethyl-5,8,9,10-tetrahydro-naphthochinon-(l ,4) 2,10-Dimethyl-5,8,9,10-tetrahydro-naphthochinon-(l,4)
2,3-Dichlor-2,3-dihydro-naphthochinon-(l ,4) 2,3-Epoxy-2,3-dihydro-naphthochinon-(l,4)
6,7-Dimethyl-2-phenyl-5,8,9,10-tetrahydro-
naphthochinon-(l ,4)
2,3-Dimethyl-2-phenylT2,3-dihydro-naphthochinon-(l,4)
2,3-Dimethyl-2-phenylT2,3-dihydro-naphthochinon-(l,4)
naphthalin-dion-(l,4) ,
S^-Endoäthylen-lAS.S^lO-hexahydro-naphthalin-·
dion-(l,4)
809 553/176
6-Methoxy-5,8,9,10-tetrahydro-naphthochinon-(l,4)
2,3,9, lO-Tetrachlor-5,8,9,10-tetrahydro-naphtho-
2,3,9, lO-Tetrachlor-5,8,9,10-tetrahydro-naphtho-
chinon-(l,4)
1,2,3,4-Tetrahydro-naphthalindiol-(l ,4)
l-Oxy^-oxo^-methyl-l^.S^-tetrahydro-naphthalin 2,3-Dihydro-l ,4-dioxynaphthalin
l-Oxy^-oxo^-methyl-l^.S^-tetrahydro-naphthalin 2,3-Dihydro-l ,4-dioxynaphthalin
Die" von 1,4-Benzochinon abgeleiteten Substanzen und
ihre Substitutionsprodukte sind von besonderem Wert im Hinblick auf ihre fördernde Wirkung.
Diese kondensierten mehrkernigen Dioxy- bzw. Dioxoverbindungen
stellen höchst wirksame Reduktionsförderer bei der Reduktion aromatischer Stickstoffverbindungen
des oben beschriebenen Typs mit Metallalkoholaten, insbesondere Alkalimetallalkoholaten, dar.
Es hat sich herausgestellt, daß selbst eine geringe Menge einer kondensierten mehrkernigen Dioxy- bzw. Dioxoverbindung
der genannten Art einen günstigen Effekt auf die Reaktion ausübt.
So wird im Vergleich zu einer unter gleichen Bedingungen, aber in Abwesenheit eines derartigen Reduktionsförderers durchgeführte Reduktion deren Geschwindigkeit
erhöht, und/oder es werden Produkte einer höheren Reduktionsstufe erhalten, ohne daß eine wesentliche Einbuße
an der Gesamtausbeute an Reduktionsprodukten eintritt. Bei der Reduktion aromatischer Nitroverbindungen
ermöglicht der Zusatz eines Reduktionsförderers des genannten Typs zur Metallalkoholat-Reaktionsmischung,
Azoverbindungen direkt zu erhalten, ohne daß die Anwendung energischer Reaktionsbedingungen, wie
hoher Temperaturen und Drücke, erforderlich wäre. Auf ähnliche Weise kann man durch Zugabe eines Reduktionsförderers der genannten Art zu der Reaktionsmischung
auch Hydrazoverbindungen aus Nitro-, Azoxy- und Azoverbindungen erhalten. Durch die Reduktionsförderer
werden fast vollständig Nebenreaktionen, die zur Bildung von gasförmigem Wasserstoff während der Reduktion
führen, unterdrückt, wodurch die Sicherheit des Reduktionsvorganges beträchtlich erhöht und der Verlust
an Reduktionsmittel auf ein Minimum herabgesetzt wird.
Wird keine erhebliche Veränderung des Reduktionsgrades erwünscht, können infolge der Zugabe eines Reduktionsförderers
obengenannter Art zu dem Reaktionsmedium mildere Reaktionsbedingungen bzw. geringere
Mengen Reduktionsmittel verwendet werden. Beispielsweise ermöglicht bei der Reduktion einer aromatischen
Nitroverbindung mit Natriumhydroxyd und Methylalkohol die Zugabe eines Reduktionsförderers der genannten
Art die Anwendung einer geringeren Menge Natriumhydroxyd, wodurch die Betriebskosten gesenkt
werden.
Bei der Durchführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird die reduzierbare aromatische Stickstoffverbindung
der Reduktion mit Metallalkoholat einer Reaktionsmischung unterworfen, der einer oder mehrere
der genannten Förderer zugesetzt werden. Nach der bevorzugten Ausführungsart der Erfindung, bei der die
reduzierbare aromatische Stickstoffverbindung mit einem Alkalihydroxyd und einem Alkohol, vorzugsweise Natriumhydroxyd
und Methanol, beim Siedepunkt der Reaktionsmischung gehalten wird, wird der Reduktionsförderer vorzugsweise mit dem Alkohol gemischt und
nach Zugabe des Alkalihydroxyds und Erhitzen die zu
ίο reduzierende Stickstoffverbindung der erhitzten Mischung
zugesetzt. Der Reduktionsförderer kann jedoch der Reaktionsmischung auf verschiedene Art und zu verschiedenen
Zeiten zugegeben werden.
Der Reduktionsförderer kann in verschiedenen Mengen angewandt werden, er wirkt bereits in Mengen von 1I30n
bis 1Z30 Mol je Mol reduzierbare aromatische Stickstoffverbindung.
Die zur Erzielung eines guten reduktionsfördernden Effekts erforderliche minimale Menge hängt
von dem jeweils benutzten Förderer ab, der Art der reduzierbaren aromatischen Stickstoffverbindung und den
Reaktionsbedingungen. Im allgemeinen wird eine stärkere reduktionsfördernde Wirkung erzielt, wenn man die
Menge an Reduktionsförderer erhöht, und ein geringerer Effekt, wenn, die verwendete Menge verringert wird, vorausgesetzt,
daß die sonstigen Reaktionsbedingungen konstant bleiben. Mengen von mehr als 1Z10 Mol Reduktionsförderer
je Mol reduzierbare aromatische Stickstoffverbindung sind im allgemeinen nicht vorteilhaft, wenngleich
man sie gegebenenfalls anwenden kann, da die zusätzlich gewonnenen Vorteile nicht von so großer wirtschaftlicher
Bedeutung sind, daß sie die erhöhten Kosten der zusätzlichen Menge an Reduktionsförderer ausgleichen.
Das Verfahren läßt sich auch für die Reduktion anderer
aromatischer Stickstoffverbindungen anwenden, die Stickstoff in reduzierbarer Form als einen Substituenten in
einem Benzolkern enthalten, z. B. o-Nitrotoluol, m-Nitrotoluol,
o-Nitrochlorbenzol, m-Nitrochlorbenzol, p-Nitrophenetol,
p-Nitrobenzoesäure, o-Nitrobenzolsulfonsäure und deren Reduktionsprodukte. Im Hinblick
auf die weitverbreitete Verwendung von Hydrazobenzol ]und seinen o-substituierten Derivaten, wie
ο,ο'-Dichlorhydrazobenzol, ο,ο-'Hydrazotoluol, o,o'-Hydrazoanisol,
ο,ο'-Diäthoxy-hydrazobenzol, als Zwischenprodukte für die Herstellung von Benzidin und Derivaten
von Benzidin, ist das Verfahren gemäß der Erfindung geeignet, die Herstellungskosten für solche
Hydrazoverbindungen aus den entsprechenden reduzierbaren aromatischen Stickstoffverbindungen zu verringern.
Die Reduktion aromatischer Nitroverbindungen zu Azoxyverbindungen (1), von Azoxyverbindungen zu Azoverbindungen
(2) und von Azoverbindungen zu Hydrazoverbindungen (3) verläuft entsprechend den folgenden
Gleichungen, in denen R einen aromatischen Kern bedeutet :
4RNO2 + 3GH3OH + 3NaOH —
O
O
-->- 2R-N = N-R + 3HCOONa + 6H2O
2R-N = N
2R-N = N
-R + CH3OH + NaOH
-R + CH3OH + NaOH
-R + CH3OH + NaOH
-v 2R-N = N-R + HCOONa+ 2H2O
->- 2R — NH — HN — R + HCOONa
->- 2R — NH — HN — R + HCOONa
Bei der Durchführung der Reduktion mittels Natriumhydroxyd und Methanol ist es vorteilhaft, diese Stoffe
in größeren als den theoretisch erforderlichen Mengen anzuwenden. Mehr Methanol als das theoretisch erforderliche
ist im allgemeinen wünschenswert zur Verwendung ,als
Lösungsmittel, und ein weiterer Überschuß' eignet sich dazu, dem verdünnenden Effekt des gemäß den Gleichungen
(1) und (2) erzeugten Wassers entgegenzuwirken, welches andererseits die Reaktion verzögert. Ein Überschuß
an Natriumhydroxyd ist ebenfalls vorteilhaft, da hierdurch die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht wird.
Es ist möglich, die Reduktion einer bestimmten reduzierbaren aromatischen Stickstoffverbindung bis zu verschiedenen
Stufen zu führen, je nach den Mengen an ein-
gesetztem Natriumhydroxyd und Methanol und nach der Art und Menge des verwendeten Reduktionsförderers.
Beispielsweise kann man Nitrobenzol in einem einzigen Reaktionsgemisch bis zum Hydrazobenzol reduzieren,
Man kann jedoch auch Nitrobenzol in einem Reaktionsgemisch bis zu Azoxy- und/oder Azobenzol reduzieren,
wie es in den obigen Beispielen beschrieben ist, das erhaltene Azoxybenzol und/oder Azobenzol isolieren und
mit frischem Natriumhydroxyd und Methanol bis zu Hydrazobenzol reduzieren.
Die Temperatur, bei der die Reaktion durchgeführt wird, kann variieren, wenngleich bei der Reduktion mit
Hilfe von alkoholischem Alkalihydroxyd Temperaturen bei oder nahe dem Siedepunkt der Reaktionsmischung bei
Normaldruck, gewöhnlich etwa 90 bis 105°, bevorzugt werden. Bei niedrigeren Temperaturen ist die Reaktion
unter sonst gleichen Bedingungen langsamer und kann sehr lange Zeit in Anspruch nehmen, bis die gleichen Ergebnisse
wie bei den bevorzugten Temperaturen erhalten werden. Umgekehrt führen höhere Reaktionstemperaturen
zu einem kurzzeitigen Zyklus, erfordern jedoch die Verwendung geschlossener Reaktionsgefäße. Temperaturen
wesentlich über 110° sind jedoch, wenn auch nicht stets,
weniger geeignet, da sie sogar in Gegenwart der Reduktionsförderer
zur Bildung von beträchtlichen Mengen gasförmigem Wasserstoff und primären Aminen führen, was
einen Verlust bei der Ausbeute an den gewünschten Reduktionsprodukten mit sich bringt.
Während es für eine wirtschaftliche und einfache Arbeitsweise vorteilhaft ist, als Lösungs- oder Verdünnungsmittel
für die Reaktionsmischung einen Überschuß an dem für das Alkoholat verwendeten Alkohol zu benutzen,
ist die Erfindung trotzdem nicht auf diese Maßnahme beschränkt. Es können auch andere Lösungs- und
Verdünnungsmittel Anwendung finden; beispielsweise kann das Verfahren mit selchen Mengen an Natriumhydroxyd
und Methanol durchgeführt werden, die nur wenig über den theoretisch zur Reduktion erforderlichen
Mengen liegen, und zwar in einem Reaktionsmedium, das eine genügende Menge an Xylol oder einem anderen
inerten Lösungs- oder Verdünnungsmittel enthält, wie Benzol, Toluol, Mono- und Dichlorbenzole, um eine rührfähige
Reaktionsmasse zu bilden. Weiterhin ist es zwar einfacher, als Lösungs- oder Verdünnungsmittel einen
Überschuß an dem Alkohol zu verwenden, der als Reduziermittel wirkt, es können jedoch auch andere Alkohole
benutzt werden; auch Mischung von Alkoholen sind geeignet, besonders da, wo es erwünscht ist, die Siedetemperatur
der Reaktionsmischung zu modifizieren.
Aus Gründen der Bequemlichkeit und der Wirtschaftlichkeit wird das Verfahren im·allgemeinen so ausgeführt,
daß man ein Metallalkoholat in der Reaktionsmischung bildet, z. B. indem man .Alkalihydroxyd mit dem Alkohol
umsetzt. Gegebenenfalls können jedoch auch vorher gebildete Metallalkoholate als Reduziermittel verwendet
werden, wodurch die verdünnende Wirkung des als Nebenprodukt der Reaktion von Alkalihydroxyd' mit Alkohol
entstehenden Wassers vermieden wird.
Natriumhydroxyd und Methanol werden in den Ausführungsbeispielen im Hinblick darauf angewandt, daß
sie verhältnismäßig billig und leicht erhältlich sind. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Stoffe beschränkt; es
können auch andere Alkalien, z. B. Kaliumhydroxyd, und andere Alkohole, z. B. Äthylalkohol und die verschiedenen
Propyl-, Butyl- und anderen Alkohole, verwendet werden.
Die Reduktionsprodukte können aus den Reaktionsmischungen auf beliebige Weise isoliert werden. Abgesehen
von den Fällen, in denen die Reaktionsmischung infolge der Anwesenheit des Reaktionsförderers in der
Reaktionsmischung einen unlöslichen Rückstand aufweist, kann die Isolierung der Reduktionsprodukte auf
übliche Weise erfolgen. Beispielsweise kann die Reaktionsmischung zwecks Kristallisierung des Reduktionsproduktes
gekühlt und sodann filtriert werden, worauf man den Filterkuchen zur Entfernung von Alkohol, dem als
Nebenprodukt anfallenden Natriumformiat und Natriumhydroxyd wäscht.
Gegebenenfalls kann die Reaktionsmischung einer
ίο Dampfdestillation unterworfen werden, um das Methanol
zu entfernen, und die verbleibende wäßrige Masse kann gekühlt werden, um das Reduktionsprodukt zu kristallisieren,
das abgetrennt und, wie üblich, mit Wasser gewaschen werden kann; in Fällen, in denen das Produkt in
geschmolzenem Zustand in einer heißen wäßrigen Masse vorliegt, wie dies bei Azoxy- und Azobenzol der Fall ist,
kann die Masse in eine wäßrige und eine Ölphase getrennt werden, worauf man letztere ohne weiteres abtrennen
kann. Im allgemeinen sind die Reduktionsförderer gemäß dem genannten Typ in der wäßrigen und/oder alkoholischen
Schicht löslich und werden mit dieser aus dem Reduktionsprodukt entfernt. Falls durch die Verwendung
des Reduktionsförderers eine kleine Menge unlösliches Nebenprodukt anfällt, kann dieses durch Filtrieren der
heißen Mischung vor der Phasenbildung oder auf andere geeignete Weise entfernt werden.
Im folgenden bedeuten die Teile Gewichtsteile, wenn sie nicht als Volumteile bezeichnet werden.
43 Teile Methanol und 1 Teil eines der in nachstehender Tabelle I genannten Reduktionsförderer werden in einen
mit einem Rückflußkühler, einem Rührer, einem Tropftrichter
und einem Thermometer versehenen Kolben gegeben.
A. 2,3,5,8,9,10-Hexahydro-naphthochinon-(l,4)
B. 2,3-Dihydro-naphthochinon-(l,4)
C. 5,8,9,10-Tetrahydro-naphthochinon-(l,4)
D. 1,4,9,10-Tetrahydro-anthrachinon
E. Naphthochinon-(1,4)
56 Teile festes Natriumhydroxyd werden sodann unter Kühlen zugesetzt, und die erhaltene Mischung wird bis
zum Sieden erhitzt. Sodann werden 85 Teile Nitrobenzol während x/2 Stunde zugegeben, währenddessen man die
Masse bei 95° hält; es wird anschließend 22 Stunden bei Normaldruck unter Rückfluß gekocht (etwa 90 bis 100°),
wobei die Periode der Nitrobenzolzugabe mitgerechnet ist. Sodann wird die Mischung mit Wasser auf 3000
Volumteile verdünnt, auf etwa 10° gekühlt, filtriert und der Filterkuchen getrocknet, entweder in einem Vakuumtrockner
bei einer Temperatur, die 50° nicht überschreitet, oder durch Stehen an der Luft bei 25 bis 30°.
Die auf diese Weise erhaltenen Anteile an Hydrazobenzol,
Azobenzol, Azoxybenzol und Anilin sind aus Tabelle II zu entnehmen.
Reduktionsförderer
Keiner
(Kontrollreaktion) .
A
B
C
D
E
"/ο Ausbeute, berechnet auf das
eingesetzte Nitrobenzol
eingesetzte Nitrobenzol
Hydrazo-1
benzol
benzol
Azobenzol
21
19,7
6
19,7
6
18,5
Obis5
78
78,8
93
23
80,6
78
78,8
93
23
80,6
Azoxybenzol
Anilin
95 bis 100^
76,5
Claims (1)
1. Weitere Ausbildung des Verfahrens zur Förderung 9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch geder
reduzierenden Wirkung von Metallalkoholaten auf kennzeichnet, daß man als Ausgangsverbindung eine
reduzierbare, aromatische Stickstoffverbindungen, in aromatische Stickstoffverbindung verwendet, deren
welchen der Stickstoff in einer höheren Oxydations- 45 Stickstoffatom an ein Kohlenstoffatom eines Benzolstufe,
als der Hydrazostufe entspricht, direkt an ein kernes gebunden ist, vorzugsweise ein Stickstoffderivat
Kohlenstoffatom des Kernes gebunden ist, nach von Benzol, wie Nitrobenzol oder ein orthosubstitu-Patent
925 293, dadurch gekennzeichnet, daß man iertes Derivat von Benzol, insbesondere o-Nitrotoluol,
zur Förderung der reduzierenden Wirkung statt einer oder deren Reduktionsprodukte,
naphthochinoiden Verbindung eine kondensierte, mehr- 50 10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekernige Verbindung verwendet, welche mindestens kennzeichnet, daß man als Ausgangsverbindung eine 10 Kernkohlenstoffatome enthält, bei welcher einer Azoxy- oder Azoverbindung verwendet.
naphthochinoiden Verbindung eine kondensierte, mehr- 50 10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekernige Verbindung verwendet, welche mindestens kennzeichnet, daß man als Ausgangsverbindung eine 10 Kernkohlenstoffatome enthält, bei welcher einer Azoxy- oder Azoverbindung verwendet.
von den Kernen aus einem alicyclischen dioxy- oder
dioxosubstituierten Ring mit 6 Kernkohlenstoff- Entgegengehaltene ältere Rechte:
atomen besteht, wobei die Sauerstoffsubstituenten in 55 Deutsches Patent Nr. 925 293.
© 709 848/349 Yi. 57
(809 553/176 6. 58)
(809 553/176 6. 58)
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
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DE1022235B DE1022235B (de) | 1958-01-09 |
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1954
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-
1955
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