DE1495835B2 - Verfahren zur herstellung von stickstoffhaltigen polykonden saten - Google Patents
Verfahren zur herstellung von stickstoffhaltigen polykonden satenInfo
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Description
durch
R"
—N—
I
R"
R"
ersetzt ist, in Gegenwart von Katalysatoren bei Temperaturen von 150 bis 3000C, gegebenenfalls
zusammen mit alkylierbaren Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß man als Katalysatoren
0,5 bis 20 Gewichtsprozent, bezogen auf das Reaktionsgemisch, Phosphorsäure, Polyphosphorsäuren,
Schwefelsäure, p-Toluolsulfosäure, Aluminiumoxid-Fluorwasserstoff oder Bleicherden,
verwendet.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als alkylierbare Verbindungen
primäre Amine, Glykol- oder Polyglykoläther oder Säureamide verwendet.
Es ist bekannt, daß sich durch Kondensation von Di-/S-hydroxyalkylsulfiden mit ein- und mehrwertigen
primären oder sekundären aromatischen Aminen bzw. Oxyalkylierungsprodukten solcher Amine in
Gegenwart wasserabspaltenden Katalysatoren basisch reagierende Polykondensationsprodukte herstellen
lassen (deutsche Auslegeschrift 1 066 019). Die Verwendung
von Di-ß-hydroxyalkylsulfiden ist jedoch
mit einem erheblichen Nachteil verbunden, da übelriechende Nebenprodukte gebildet werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung stickstoffhaltiger Kondensationsprodukte besteht in der Kondensation
von N-acylierten /S-Hydroxyalkylaminen in
Gegenwart von 0,1 bis 1 Mol von Ammoniumsalzen starker Mineralsäuren (vgl. deutsche Patentschrift
922 532). Die Verwendung dieser relativ großen Menge von Ammoniumsalzen macht jedoch eine
umständliche Aufarbeitung der Reaktionsprodukte erforderlich.
Aus der USA.-Patentschrift 2 748 085 ist es bekannt,
Oxalkylierungsprodukte des Ammoniaks und primärer aliphatischer Amine, die bis zu 18 C-Atome enthalten,
in Gegenwart von alkalischen Katalysatoren, wie Natriumhydroxid, auf Temperaturen von 200
bis 2700C zu erhitzen. Man erhält stickstoffhaltige Kondensationsprodukte, die dunkelbernsteinfarbig bis
schwarzbraun gefärbt sind.
Demgegenüber wird das erfindungsgemäße Verfahren jedoch in Gegenwart von sauren Katalysatoren
durchgeführt.
Aus der deutschen Auslegeschrift 1 127 084 ist es schließlich bekannt, spezielle Triäthanolamine in
Gegenwart von Mineralsäuren, wie Schwefel- oder Phosphorsäure, zu hochmolekularen, dunkelgefärbten,
technisch nicht brauchbaren Basen umzusetzen. Es ist nicht ersichtlich, in welchen Mengen in diesem
Fall der Katalysator eingesetzt werden soll. Es ist weiterhin nicht ersichtlich, ob auch andere Amine
oder stickstoffhaltige Verbindungen, gegebenenfalls in Gegenwart alkylierbarer Verbindungen, nach diesem
Verfahren umgesetzt werden können. Weiter betrifft diese Schrift die Kondensation von Alkylierungsprodukten
von Alkyl-, Aralkyl- oder Arylaminen in Gegenwart von Oxal- oder Ameisensäure. Im allgemeinen
wird in diesen Fällen pro Äquivalent Amin 1 Äquivalent Carbonsäure oder mehr umgesetzt. Wird
weniger als 1 Äquivalent Carbonsäure eingesetzt, so enthalten die Endprodukte mehr oder weniger
große Mengen an Ausgangsmaterial. Demgegenüber betrifft das erfindungsgemäße Verfahren die Verwendung
andersartiger Katalysatoren, die auch bei Verwendung sehr geringer Mengen eine nahezu vollständige
Kondensation bewirken.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung stickstoffhaltiger Polykondensate
durch Umsetzen von Verbindungen der allgemeinen Formel
H-
OCH-CH2
R
R
—N—
R'"
CH2-CH-O
R'
R'
—H
in der R und R' ein Wasserstoffatom oder einen niederen Alkyl- oder Arylrest, R" einen Alkyl-, Aryl-,
Acyl-, SO2 — R"'-Rest, einen heterocyclischen Rest,
einen Rest N(R"")2 oder — O — R, R"" ein Wasserstoffatom
oder einen Alkyl- oder Arylrest, R'" einen Alkylen- oder Arylenrest, n, m eine ganze Zahl von
O bis 10, wobei entweder η oder m 1 sein muß, χ eine
ganze Zahl von 0 bis 5 bedeutet und gegebenenfalls die Gruppe
R'"—N
R"
Ν— ίο
R"
ersetzt ist, in Gegenwart von Katalysatoren bei Temperaturen von 150 bis 3000C, gegebenenfalls zusammen
mit alkylierbaren Verbindungen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man als Katalysatoren 0,5
bis 20 Gewichtsprozent, bezogen auf das Reaktionsgemisch, Phosphorsäure, Polyphosphorsäuren, Schwefelsäure,
p-Toluolsulfosäure, Aluminiumoxid-Fluorwasserstoff
oder Bleicherden, verwendet.
Die Ausgangsprodukte der allgemeinen Formel können z.B. durch Kondensation von einwertigen
primären oder zweiwertigen sekundären Aminen mit Alkylenoxiden hergestellt werden. Als einwertige primäre
Amine seien beispielsweise aromatische Amine, wie Anilin, Chloranilin, Nitroanilin, Polychloranilin,
Toluidin, Naphthylamin, aliphatische Amine, wie Äthylamin, Propylamin, Butylamin, Dodecylamin,
oder Stearylamin, aliphatisch-aromatische Amine, wie Benzylamin oder substituierte Benzylamine, heterocyclische
Amine, wie Aminopyridin oder Aminochinolin, genannt. Als zweiwertige sekundäre Amine
seien Ν,Ν'-disubstituierte Äthylendiamine, N,N'-disubstituierte aromatische Diamine, z. B. N,N'-Dimethyl-p-phenylendiamin
oder 4,4'-Methylaminodiphenylmethan, genannt.
Als Alkylenoxide werden vorzugsweise Äthylenoxid und Propylenoxid eingesetzt, jedoch können auch
andere Alkylenoxide, z. B. Butylenoxid oder Styroloxid, Verwendung finden. Es ist möglich, Mischungen
verschiedener Alkylenoxide einzusetzen. Der Umsatz der Amine mit Alkylenoxid erfolgt in üblicher Weise
bei erhöhter Temperatur und bei Gegenwart von sauren oder basischen Katalysatoren. Weiterhin können
die Produkte der allgemeinen Formel durch Umsatz von Carbonsäure- oder Sulfonsäurederivaten mit sekundären
Aminen, die Hydroxyäthyl-, Hydroxyäthyläther- oder Hydroxyäthylpolyätherreste enthalten,
gewonnen werden. Genannt seien z. B. die Reaktionsprodukte von Acetylchlorid, Propionylchlorid oder
Stearylchlorid, von Benzolsulfochlorid oder Toluolsulfochlorid mit Diäthanolamin. Schließlich können
die Produkte der allgemeinen Formel durch Umsatz von Alkylenoxiden mit disubstituierten Hydrazinen
erhalten werden.
Es ist jedoch auch möglich, die Ausgangsprodukte der angegebenen allgemeinen Formel auf anderen
Wegen zu gewinnen.
Die Produkte der allgemeinen Formel werden erfindungsgemäß
mit Hilfe von Phosphorsäure, PoIyphosphorsäure, Schwefelsäure, p-Toluolsulfosäure,
Aluminium-Fluorwasserstoff oder Bleicherden kondensiert. Die Feststoff-Katalysatoren werden in Mengen
von 0,5 bis 20 Gewichtsprozent, vorzugsweise in Mengen von 1 bis 10%, zugesetzt. Die Kondensätionstemperaturen
betragen etwa 150 bis 3000C, vorzugsweise 170 bis 2500C.
Zur Entfernung des Reaktionswassers kann die Anwendung von Lösungsmitteln als Schleppmittel,
das Durchleiten von Inertgasen oder das Arbeiten bei vermindertem Druck zweckmäßig sein.
Nach beendeter Kondensation werden niedermolekulare Anteile, gegebenenfalls durch Destillation im
Vakuum, entfernt.
Die Kondensationsprodukte besitzen die verschiedensten Eigenschaften in bezug auf Molekulargewicht,
Löslichkeit oder Viskosität. Durch Mischkondensation verschiedener Komponenten der allgemeinen
Formel kann man Mischkondensate mit besonders interessanten Eigenschaften gewinnen.
Eine weitere Variation der erfmdungsgemäß hergestellten
stickstoffhaltigen Polykondensationsprodukte ist bei Mitverwendung alkylierbarer Komponenten
bei der Kondensation der Produkte der allgemeinen Formel gegeben. Als solche alkylierbaren
Komponenten seien z. B. primäre Amine, wie Anilin oder Stearylamin, Glykol- oder Polyglykoläther, Säureamide,
wie z. B. Formamid, Acetamid oder Acrylamid, wie z. B. Acetonitril, Acrylnitril oder Benzonitril,
genannt. Bei Zusatz geeigneter alkylierbarer Komponenten, wie zweiwertigen primären Aminen oder
deren Oxyalkylierungsprodukten oder drei- und mehrwertigen Alkoholen lassen sich gegebenenfalls verzweigte
oder vernetzte stickstoffhaltige Polykondensationsprodukte herstellen.
Die erfindungsgemäß hergestellten stickstoffhaltigen Polykondensationsprodukte sind zahlreichen weiteren
Reaktionen zugänglich. So können die Produkte mit den üblichen Alkylierungsmitteln in üblicher Weise
quarterniert oder an den endständigen Hydroxylgruppen mit Säurederivaten bzw. Alkylierungsmitteln
verestert oder veräthert werden. Wenn R" eine Acylgruppe darstellt, dann lassen sich durch Verseifung
Polymere mit sekundären Aminogruppen gewinnen. Ist R" ein Arylrest, dann können die Polymeren in
üblicher Weise mit Sulfonierungsmitteln in die entsprechenden Polysulfosäuren oder mit Salpetersäure
bzw. salpetrige Säure in die entsprechenden PoIynitro- bzw. Polynitrosoderivate übergeführt werden.
Diese können dann ihrerseits bekannten Reaktionen, z. B. einer Reduktion, unterworfen werden. Auch
eine Vernetzung der stickstoffhaltigen Polykondensationsprodukte mit Formaldehyd in schwachsaurem
Medium ist möglich.
Die stickstoffhaltigen Polykondensationsprodukte, hergestellt gemäß der Erfindung, können als
Zwischenprodukte sowie zur Herstellung von Ionenaustauscher verwendet werden.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielten Vorteile liegen darin, daß überraschenderweise bei
Einsatz verhältnismäßig kleiner Katalysatormengen nahezu vollständiger Umsatz an technisch brauchbaren
stickstoffhaltigen Kondensationsprodukten erzielt wird. Wegen der geringen Katalysatormengen
und wegen der geringen Anteile an Verunreinigungen im Endprodukt entfällt eine aufwendige Aufarbeitung.
500 g Dioxyäthylanilin werden unter Zusatz von 3 g Polyphosphorsäure und so viel Xylol, daß bei
Rückfluß die Sumpftemperatur 200° C beträgt, 6 Stunden erhitzt, wobei sich 44 ml Wasser abscheiden.
Darauf werden die flüchtigen Anteile bei 0,2 Torr und einer Badtemperatur bis zu 270° C durch Destillation
entfernt. Es bleibt ein hochviskoser Rückstand
von 415 g mit der OH-Zahl 65, die einem Molekulargewicht
von 1720 entspricht. Das Produkt ist in Aceton und Chloroform sowie in verdünnter Salzsäure löslich.
66 g Dioxyäthyl-p-chloranilin werden in Gegenwart
von 0,5 g Polyphosphorsäure mit 50 ml Dekahydronaphthalin 5 Stunden unter Rückfluß gekocht,
wobei sich 4,5 ml Wasser abscheiden.
Darauf werden die flüchtigen Anteile wie im Beispiel 1 entfernt.
Es resultieren 40 g eines festen Rückstandes mit der OH-Zahl 14, die einem Molekulargewicht von 7800
entspricht. Das Produkt ist in Chloroform löslich.
130 g Dioxyäthylanilin werden unter Zusatz von 13 g Bleicherde (Säurekatalysator vom Montmorillonit-Typ)
und so viel Xylol, daß bei Rückfluß die Sumpftemperatür 220° C beträgt, 25 Stunden erhitzt,
wobei sich 8 ml Wasser abspalten.
Darauf wird das Reaktionsgemisch in 300 ml Benzol gelöst, filtriert, das Filtrat eingeengt und anschließend,
wie im Beispiel 1, von flüchtigen Anteilen befreit.
Der hochviskose Rückstand von 87 g besitzt eine ι OH^Zahl von 234, die einem Molekulargewicht von
480 entspricht. ~ . . , .
■· F B e ι s ρ ι e 1 4
100 g Dioxyäthylanilin werden unter Zusatz von 10 g Aluminiumoxid, das zuvor mit 10%iger Flußsäure
getränkt und dann bei 300° C mehrere Stunden getrocknet worden ist, und so viel Xylol, daß bei
Rückfluß die Sumpftemperatur 220° C beträgt, 9 Stunden erhitzt, wobei sich 9 ml Wasser abscheiden.
Das Reaktionsgemisch wird in 300 ml Chloroform gelöst und wie im Beispiel 3 weiterbearbeitet.
Der hochviskose Rückstand von 45 g hat eine OH-Zahl von 163, die einem Molekulargewicht von
680 entspricht.
20 g Anilin werden zusammen mit 40 g Dioxyäthylanilin
in Gegenwart von 3 g Polyphosphorsäure 6 Stunden auf 140 bis 200° C erhitzt. Darauf werden,
wie im Beispiel 1, die flüchtigen Anteile entfernt.
Es bleibt ein Rückstand von 22 g mit der OH-Zahl 160, die einem Molekulargewicht von 700 entspricht.
100 g eines Umsetzungsproduktes aus 1 Mol Anilin und 4 Mol Äthylenoxid werden in Gegenwart von
1 g Polyphosphorsäure mit 100 ml Dekahydronaphthalin 11 Stunden unter Rückfluß gekocht, wobei sich
6,5 ml Wasser abscheiden. Daraufhin werden, wie im Beispiel 1, die flüchtigen Anteile entfernt.
Es bleibt ein Rückstand von 55 g mit der OH-Zahl 118, die einem Molekulargewicht von 950 entspricht.
100 g Dioxyäthylanilin werden mit 30 g Formamid in Gegenwart von 3 g Polyphosphorsäure 18 Stunden
auf 200 bis 220° C erhitzt, dabei destillieren 12 ml Wasser ab.
Darauf werden bei 0,2 Torr und einer Badtemperatur bis zu 240° C die flüchtigen Anteile entfernt.
Es bleibt ein Rückstand von 63 g, der eine OH-Zahl von 77 besitzt, die einem Molekulargewicht von 1450
entspricht.
Die Verseifungszahl des Rückstandes beträgt 83, die einem Äquivalentgewicht von 675 entspricht. Somit
sind in jedes Molekül durchschnittlich zwei verseifbare Gruppierungen einkondensiert worden.
137 g Dioxyäthyldodecylamin werden unter Zusatz von 3 g Polyphosphorsäure und so viel Xylol, daß bei
Rückfluß die Sumpftemperatur 200° C beträgt, ίο 7,5 Stunden erhitzt, wobei sich 8 ml Wasser abscheiden.
Daraufhin werden die flüchtigen Anteile, wie im Beispiel 1, entfernt.
Der Rückstand von 97 g besitzt eine OH-Zahl von 19, die einem Molekulargewicht von 5900 entspricht.
Das Produkt ist in Ligroin löslich.
100 g 4,4' - Bis - (N - methyl - β - hydroxy - äthylamino)-diphenylmethan
werden unter Zusatz von 0,5 g Polyphosphorsäure mit 100 ml Dekahydronaphthalin 12 Stunden unter Rückfluß gekocht, wobei sich 5,5 ml
Wasser abscheiden. Daraufhin werden, wie im Beispiel 1, die flüchtigen Anteile entfernt.
Es bleibt ein Rückstand von 90,5 g mit der OH-Zahl 30, die einem Molekulargewicht von 3050 entspricht. Das Produkt löst sich in Chloroform.
Es bleibt ein Rückstand von 90,5 g mit der OH-Zahl 30, die einem Molekulargewicht von 3050 entspricht. Das Produkt löst sich in Chloroform.
200 g p-Dioxyäthylaminophenol werden in Gegenwart
von 2 g Polyphosphorsäure mit 100 ml Dekahydronaphthalin 10 Stunden unter Rückfluß gekocht,
wobei sich 16 ml Wasser abscheiden. Daraufhin werden, wie im Beispiel 1, die flüchtigen Anteile entfernt.
Es bleibt ein Rückstand von 172 g mit einer OH-Zahl von 365. Er löste sich in methanolischer Natronlauge.
Eine Probe, die zur Charakterisierung mit Acetanhydrid acetyliert wurde, ergab ein Molekulargewicht
von 1170. n . -I11
50 g Dioxyäthylbenzylamin werden in Gegenwart von 0,5 g Polyphosphorsäure mit 100 ml Dekahydronaphthalin
28 Stunden unter Rückfluß gekocht, wobei sich 3,7 ml Wasser abscheiden. Darauf werden, wie
im Beispiel 1, die flüchtigen Anteile entfernt. Es bleibt ein Rückstand von 35 g mit einer OH-Zahl
von 92, die einem Molekulargewicht von 1200 entspricht.
B e i s ρ i e 1 12
95 g n-Butyldiisopropanolamin werden in Gegenwart
von 3 g Polyphosphorsäure mit 100 ml Dekahydronaphthalin unter Rückfluß gekocht, wobei sich
7,7 ml Wasser abscheiden. Darauf werden die flüchtigen Anteile, wie im Beispiel 1, entfernt. Es bleibt ein
Rückstand von 24 g mit einer OH-Zahl von 123, die einem Molekulargewicht von 910 entspricht.
95 g Dioxyäthylcyclohexylamin werden in Gegenwart von 2 g Polyphosphorsäure mit 100 ml Dekahydronaphthalin
9 Stunden unter Rückfluß gekocht, wobei sich 7,0 ml Wasser abscheiden. Darauf werden
die flüchtigen Anteile, wie im Beispiel 1, entfernt. Es bleibt ein Rückstand von 79 g mit einer OH-Zahl
von 94, die einem Molekulargewicht von 1190 entspricht.
Das Produkt löst sich in Ligroin.
Das Produkt löst sich in Ligroin.
68 g Dioxyäthyldodecylamin werden zusammen mit 38 g Triäthylenglykol in Gegenwart von 3 g
Polyphosphorsäure 8 Stunden auf 200 bis 2100C
erhitzt, wobei sich 8,0 ml Wasser abscheiden. Darauf werden die flüchtigen Anteile, wie im Beispiel 1,
entfernt. Es bleibt ein Rückstand von 82 g mit einer OH-Zahl von 85, die einem Molekulargewicht von
1320 entspricht.
90 g Dioxyäthylanilin werden zusammen mit 60 g Hexandiol-1,6 in Gegenwart von 2 g Polyphosphorsäure
20 Stunden auf 200 bis 21O0C erhitzt, wobei
sich 15 ml Wasser abscheiden. Darauf werden die flüchtigen Anteile, wie im Beispiel 1, entfernt. Es
bleibt ein Rückstand von HOg mit einer OH-Zahl von 128, die einem Molekulargewicht von 875 entspricht.
50 g Ν,Ν-Dioxyäthylbenzolsulfonamid werden zusammen
mit 85 g Dioxyäthylanilin in Gegenwart von 2 g Polyphosphorsäure mit 100 ml Dekahydronaphthalin
12 Stunden unter Rückfluß gekocht, wobei sich 12,5 ml Wasser abscheiden. Darauf werden die
flüchtigen Anteile, wie im Beispiel 1, entfernt. Es bleibt ein Rückstand von 74 g mit einer OH-Zahl
von 41, die einem Molekulargewicht von 2740 entspricht. .
Das Produkt enthält 5% Schwefel.
35
55 g Glycerin werden zusammen mit 60 g Ν,Ν-Dioxyäthylcyclohexylamin
in Gegenwart von 2 g Polyphosphorsäure 4 Stunden auf 210 bis 215°C erhitzt, wobei 9 ml Wasser abdestillieren. Darauf werden 34 g
Ν,Ν-Dioxyäthylcyclohexylamin zugesetzt und weitere
10 Stunden auf 210 bis 215° C erhitzt, wobei das entstehende Wasser abdestilliert. Anschließend werden
die flüchtigen Anteile durch Destillation bei 0,2 Torr und einer Badtemperatur von 2500C entfernt. Es
bleibt ein in organischen Lösungsmitteln und verdünnter Essigsäure löslicher Rückstand mit dem
Molekulargewicht 1300 und der OH-Zahl 280.
45
62 g Trimethylolpropan werden zusammen mit 30 g Ν,Ν-Dioxyäthylcyclohexylamin in Gegenwart
von 2 g Polyphosphorsäure 4 Stunden auf 210 bis 220° C erhitzt, wobei 5 ml H2O abdestillieren.
Zu diesem Reaktionsgemisch werden bei 210 bis 220°C in 12 Stunden 50 g Ν,Ν-Dioxyäthylcyclohexylamin
zugetropft und noch 3 Stunden bei 220° C nachgerührt, wobei insgesamt 13 ml H2O abdestillieren.
Anschließend werden 2 g NaOH zugesetzt und die flüchtigen Anteile bei 0,2 Torr und 250° C Badtemperatur
abdestilliert.
Es bleibt ein in organischen Lösungsmitteln und verdünnter Essigsäure löslicher Rückstand von 115g
mit dem Molekulargewicht 1650 und der OH-Zahl 240.
B e i s ρ i e 1 19
70 g Pentaerythrit werden zusammen mit 45 g Ν,Ν-Dioxyäthylcyclohexylamin in Gegenwart von
2 g Polyphosphorsäure 16 Stunden auf. 210° C erhitzt. Dabei destillieren 8 ml Wasser ab. Anschließend werden
die flüchtigen Anteile bei 0,2 Torr und 26O0C Badtemperatur abdestilliert. Es hinterbleibt ein in
organischen Lösungsmitteln und verdünnter Essigsäure löslicher Rückstand von 80 g mit dem Molekulargewicht
750 und der OH-Zahl 585. .
100 g Ν,Ν-Dihydroxyäthylanilin, 1 g o- und p-Toluolsulfonsäuregemisch
und 100 ml Dekahydronaphthalin werden 19 Stunden unter Rückfluß bei kontinuierlicher
Abtrennung des Reaktionswassers zum Sieden erhitzt.
Nach dem Abdestillieren der flüchtigen Anteile bis 2500C bei einem Druck von 0,05 Torr bleibt
ein Rückstand von 67 g, der ein Molekulargewicht von 93 aufweist.
250 g N,N - Dihydroxyäthyl - cyclohexylamin und 2,5 g konzentrierte Schwefelsäure werden 15 Stunden
auf 200 bis 2100C erhitzt, wobei das entstehende Wasser abdestilliert. Anschließend werden die flüchtigen
Anteile durch Erhitzen auf 2000C bei 12 Torr
entfernt. Der gelbliche, viskose Rückstand von 214 g weist ein Molekulargewicht von 650 und eine OH-Zahl
von 193 auf.
109585/388
Claims (1)
- allgemeinen FormelTT
2 —N—
IR'"-N > — CH2-CH-O^ 1 495 835
Patentansprüche:teilung stickstoffhaltiger Polykondensate durch Umsetzen I
R"
ηR"
V /X R' OCH-CH2 -Pi —Hin der R und R' ein Wasserstoffatom oder einen niederen Alkyl- oder Arylrest, R" einen Alkyl-, Aryl-, Acyl-, SO2—R'"-Rest, einen heterocyclischen Rest, einen Rest N(R"")2 oder — Ο — R, R"" ein Wasserstoffatom oder einen Alkyl- oder Arylrest, R'" einen Alkylen- oder Arylenrest, n, m eine ganze Zahl von O bis 10, wobei entweder η oder m 1 sein muß, und χ eine ganze Zahl von O bis 5 bedeutet und gegebenenfalls die 2°: GruppeR'"—N
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1964
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