DE2053188B2 - Verfahren zur Herstellung von Niederalkylestern des a -L-Asparagyl- L-phenylalanins - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Niederalkylestern des a -L-Asparagyl- L-phenylalanins

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Description

40
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Niederalkylestern des a-L-Asparagyl-L-phenylalanins der allgemeinen Formel
H2N-CH-CO-NH-Ch-COOR
CH2
COOH
CH2
C6H5
50
worin R eine niedere Alkylgruppe bedeutet.
Die Niederalkylester sind bekannte Süßungsmittel mit einem Geschmack ähnlich demjenigen von Rohrzucker (BE-PS 7 17 373). Sie wurden bisher durch Umsetzung von Estern des L-Phenylalanins mit einem Derivat der Asparaginsäure hergestellt, worin die Aminogruppe und die 0-Carboxygruppe maskiert waren, und die a-Carboxygruppe mußte in eine reaktionsfähige funktioneile Gruppe überführt werden. Nach der Umsetzung mußten die maskierenden Gruppen entfernt werden (vgl. NL-OS 68 00 870).
Bei dem bekannten Verfahren sind zahlreiche Stufen und verschiedene Reagenzien erforderlich, und die Gesamtausbeute ist niedrig, so daß es für eine industrielle Anwendung nicht geeignet ist.
Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung von Niederalkylestern des «-L-Asparagyl-L-phenylaJaiüns ist dadurch gekennzeichnet, daß man
(a) N-Formyl-, N-Benzyloxycarbonyl- oder N-(4-
Methoxybenzyk>xycarbonyI)-L-asparaginsäureanhydrid mit einem Niederalkylester des L-Phenylalanins in einem inerten organischen Lösungsmittel bei einer Temperatur unterhalb 60° C umsetzt,
(b) aus dem erhaltenen Niederalkylester des N-Acyl-«- L-asparagyl-L-phenylalanins die N-Acylbchutzgruppe in an sich bekannter Weise abspaltet und
(c) aus dem erhaltenen Reaktionsgemisch die Niederalkylester des «-L-Asparagyl-L-phenylalanins gewinnt
Die entsprechenden jS-Asparagylderivate werden nur in geringen Mengen als Nebenprodukte gebildet und lassen sich leicht von den gewünschten Ä-Asparagylderivaten abtrennen. Die Niederalkylester des 0-L-Asparagyl-L-phenylalanins haben einen schwachen bitteren Geschmack und sind als Süßungsmittel nicht geeignet
N-Formyl-, N-Benzyloxycarbonyl- und N-(4-Methoxybenzyloxycarbonyl)-L-asparaginsäureanhydrid können durch Umsetzung der entsprechenden N-Acylasparaginsäure mit Essigsäureanhydrid (vergleiche ]. Chem. Soc. [London] 1954, Seite 2871, letzter Absatz) hergestellt werden. Sie können insbesondere mit einer Menge von 1,0 bis 1,2 Mol je Mol der N-Acyl-L-asparaginsäure bei 0 bis 600C in einem organischen Lösungsmittel erhalten werden. Die N-Acyl-L-asparaginsäureanhydride werden mit vorzugsweise 1 bis 2 Mol des Methyl-, Äthyl- oder Propylesters von L-Phenylalanin zu dem N-Acyl-L-asparagyl-L-phenylalaninester in irgendeinem organischen Lösungsmittel, welches zur Auflösung der Reaktionsteilnehmer fähig ist und gegenüber denselben inert ist, als Zwischenprodukt hergestellt Geeignete Lösungsmittel umfassen Ester wie Äthylacetat und Methylpropionat, acyclische oder cyclische Äther wie Äthyläther, Tetrahydrofuran und Dioxan, halogenierte Kohlenwasserstoffe wie Chloroform und Äthylendichlorid, Ketone wie Aceton, Methyläthylketon und Diäthylketon, Amide wie Ν,Ν-Dimethylformamid und Hexamethylphosphorylamid, Kohlenwasserstoffe wie Benzol und Toluol, organische Carbonsäuren wie Essigsäure und Propionsäure, Dimethylsulfoxyd, Nitromethan und y-Butyrolacton.
Die Umsetzung verläuft glatt, sogar bei Raumtemperatur, kann jedoch durch Erhitzen des Reaktionsgemisches beschleunigt werden, wobei die obere Grenze der anwendbaren Temperaturen durch das Ausmaß bestimmt wird, zu dem eine Racemisierung hingenommen werden kann. Temperaturen über 60° C geben zu starke Racemisierung, bei Temperaturen von 300C oder weniger ist diese praktisch unterdrückt.
Die N-Acylgruppen werden aus dem Kondensationsprodukt in irgendeiner gewünschten Weise, beispielsweise durch katalytische Hydrierung oder mit Bromwasserstoff oder Chlorwasserstoff entfernt. Die Ester des (x-L-Asparagyl-L-phenylalanins enthalten etwas des ß- Isomeren, falls das jS-Derivat nicht bei einer früheren Stufe entfernt wurde, und werden leicht durch Umkristallisation aus Wasser oder einem Gemisch aus Wasser und einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel, wie wäßrigem Methanol oder Äthanol, gereinigt.
Bevorzugt wird das /9-Derivat von dem α-Derivat vor der Abspaltung der N-Acylgruppen aus dem Kondensa-
tionsprodukt abgetrennt, wobei von den unterschiedlichen Löslichkeiten der Salze der Phenylalaninester in Äthylacetat oder anderen organischen Lösungsmitteln Gebrauch gemacht werden kann. Im allgemeinen beträgt die Menge des a-Asparagylderivats die s mindestens 4,5fache Menge des ^-Derivats und die Abtrennung der Isomeren ist leicht
Die hohen Ausbeuten des «-Isomeren sind im Hinblick auf die Ergebnisse der bekannten Umsetzungen zwischen N-Benzyloxycarbonyl-L-asparaginsäure- ι ο anhydrid mit Glycinäthylester und L-Tyrosinäthylester (J. Chem. Soc. [London] 1952, Seite 24) überraschend, wobei die x- und jJ-Isomeren der N-Benzyloxycarbonyl- ' aminosäureester in Mengen von 10 bzw. 21% für das Glycinderivat und 40 bzw. 15% für das Tyrosinderivat gebildet werden. Das 0-Isomere wird überwiegend bei der Umsetzung von N-Acetyl-L-asparaginsäureanhydrid mit Anilin zu dem entsprechenden Anilid gebildet (J. Chem. Soc [London] 1953, Seite 453). Bei den bekannten Umsetzungen von am Stickstoff maskierten L-Asparaginsäureanhydriden beeinflußte die Art des Lösungsmittels häufig das Verhältnis der «- und /Msomeren in dem gebildeten Produkt, während sich die Art des Lösungsmittels als irrelevant beim erfindungsgemäßen Verfahren erwies, sofern das Lösungsmittel inert und wirksam zum Auflösen der Reaktionsteilnehmer ist
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert
Beispiel i
30
9,0 g L-Phenylalaninmethylester-hydrochlorid wurden in 80 ml Chloroform suspendiert und 4,4 g Triäthylamin zur Auflösung des Esters und zur Neutralisierung der Lösung zugesetzt. 100 ml Äthyläther wurden zugegeben und das Gemisch in einem Eisbad während 10 Minuten gekühlt, wodurch das Triäthylaminhydrochlorid ausfiel. Dieses wurde abfiltriert und gewaschen, und das vereinigte Filtrat und die Waschflüssigkeiten wurden im Vakuum eingedampft und der Methylester des L-Phenylalanine erhalten.
Der Ester und 5,0 g N-Benzyloxycarbonyl-L-asparaginsäureanhydrid wurden in 100 ml Äthylacetat gelöst und die Lösung 5 Stunden gerührt Es wurde über Nacht stehengelassen, dann die ausgefällten Kristalle durch Erhitzen des Gemisches gelöst und die Lösung auf Raumtemperatur abgekühlt und gerührt. Die erneut ausgefällten Kristalle wurden abfiltriert und wogen 2,2 g.
Das Filtrat wurde mit 50 ml Äthylacetat verdünnt und mit 1 η-Salzsäure und anschließend mit Wasser extrahiert. Die Extrakte wurden im Vakuum eingedampft und der Rückstand ergab nach Umkristallisation aus einem Gemisch aus Methanol und Äther 3,5 g L-Phenylalaninmethylesterfydrochlorid.
Die Äthylacetatschicht wurde mit wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und zur Trockene im Vakuum eingedampft. Der Rückstand wurde in 150 ml 75%iger Essigsäure gelöst und bei Raumtemperatur unter Rühren in Gegenwart von 1,0 g eines 5%igen Palladium-Kohle-Katalysators hydriert. Das Hydrierungsgemisch wurde zur Entfernung des Katalysators filtriert und das Filtrat zur Trockene im Vakuum eingedampft Der Rückstand ergab nach Umkristallisation aus Wasser 4,4 g des nadeiförmigen ot-L-Asparagyi-L-phenylalaninmethylesters, der bei 234 bis 235° C (Zersetzung) schmolz und weiterhin durch Infrarotspektrum, Papierchromatogramm und Elementaranalyse identifiziert wurde.
(C14N18N2O5-V2H2O):
Berechnet: C 55,44, H 631, N 9,24%;
gefunden: C55.45, H 6,10, N 9,39%.
Die aus dem Äthylacetat nach der Umsetzung des L-Phenylalaninmethylesters mit N-Benzyloxycarbonyl-L-asparaginsäureanhydrid in der vorstehenden Weise erhaltenen Kristalle wurden aas Äthylacetat umkristallisiert, und es wurden nadeiförmige Kristalle in einer Menge von 13 g erhalten. Diese schmolzen bei 138 bis 138,5° C und wurden als LvPhenylalaninmethylestersalz des N-Benzyloxycarbonyl-ß-L-asparagyl-L-phenylalaninmethylesters auf Grund des Infrarotspektrums und der Elementaranalyse identifiziert
(C33H39N3O9):
Berechnet: C 63,25, H 6,14, N 6,92%;
gefunden: C 63,35, H 6,21, N 6,63%.
Beispiel 2
4,8 g L-Phenylalaninmethylester-hydrochlorid wurden in 40 ml Chloroform suspendiert und durch Zugabe von 2,3 g Triäthylamin gelöst. Nach Zugabe von 50 ml Äther zu der abgekühlten Lösung fiel das Triäthylaminhydrochlorid aus. Der wie in Beispiel 1 erhaltene L-Phenylalaninmethylester wurde in 50 ml Äthylacetat gelöst, die Lösung wurde mit 5,0 g N-Benzyloxycarbonyl-L-asparaginsäureanhydrid versetzt und bei Raumtemperatur eine Stunde gerührt Es wurde über Nacht stehengelassen und dann die erhaltene Lösung mit 1 η-Salzsäure und dann mit Wasser extrahiert und über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet.
Die getrocknete Lösung wurde in Vakuum eingedampft und der Rückstand in 150 ml 75%iger Essigsäure gelöst und bei Raumtemperatur während 5 Stunden in Gegenwart von 0,8 g eines 5%igen Pd/Aktivkohle-Katalysators hydriert.
Die nach Aufarbeiten der Lösung und Umkristallisation nadeiförmigen Kristalle wogen 3,2 g und wurden als reiner Λ-L-Asparagyl-L-phenylalaninmethylester durch Infrarotspektrum und Schmelzpunkt und durch Papierelektrophorese in wäßriger Essigsäure bei einem pH-Wert von 2,77 und 30 V/cm identifiziert. Bei der Entwicklung des Chromatogramms mit Ninhydrin wurde lediglich ein einziger Flecken erhalten.
Die Mutterlauge ergab 1,1 g eines kristallinen Gemisches der <κ- und ß-L-Asparagyl-L-phenylalaninmethylester.
Beispiel 3
16 g (0,06 Mol) N-Benzyloxycarbonyl-L-asparaginsäure wurden in 24 ml Äthylacetat suspendiert und 7,7 g (0,072 Mol) an 96%igem Essigsäureanhydrid zugesetzt Die Suspension wurde 6 Stunden bei Raumtemperatur gerührt und eine Lösung des N-Benzyloxycarbonyl-L-asparaginsäureanhydrids erhalten.
15,5 g L-Phenylalaninmethylester-hydrochlorid wurden in einem Gemisch aus 100 ml Wasser und 150 ml Äthylacetat suspendiert 7,3 g Natriumhydrogencarbonat wurden zu der Suspension unier Sehüiieln zugesetzt, und es bildeten sich zwei Flüssigkeitsschichten.
Die Äthylacetatschicht wurde zu der vorstehend aufgeführten Lösung des N-Benzyloxycarbonyl-L-aspa-,-aginsäureanhydrids im Verlauf von 15 Minuten unter Rühren zugegeben und das Rühren anschließend bei Raumtemperatur während 6 Stunden fortgesetzt. Das Lösungsmittel wurde dann im Vakuum abgedampft und der Rückstand in einem Gemisch aus 90 ml Methanol und 45 ml Wasser gelöst 2£ g Natriumhydrogcncarbonat und 1 g eines 5%igen Palladium/Aktivkohle-Kataiysators «Garden zugesetzt und das durch Kondensationsreaktion gebildete Zwischenprodukt bei Raumtemperatur während 5 Stunden hydriert.
Nach der Entfernung des Katalysators wurde das Hydrierungsgemisch im Vakuum zur Trockene abgedampft und der Rückstand in 1500 ml Wasser gelöst 5 μΐ der Lösung wurden der Elektrophorese gemäß Beispiel 2 unterworfen. Bei der Färbung mit Cadmium-Ninhydrin gemäß J. H e i 1 m a η η und Mitarbeiter (Z. Physiol. Chem, Bd.309, Seite 210, 1957) zeigte'das Chromatogramm zwei Flecken, die dem <x- bzw.jJ-L-Asparagyl-L-phenylalaninmethylester entsprachen^ Die Flecken wurden ausgeschnitten, mit Methanol eluiert und die Absorptionen der Eluate bei 510 ηιμ bestimmt Die Lösung enthielt 14,8 g «-L-Asparagyl-L-phenylalaninmethylester (Ausbeute 81%) und 33 g des /Msomeren (Ausbeute 18%).
11,4g nadeiförmige Kristalle des reinen a-lsomeren wurden aus der Lösung durch Abdampfung im Vakuum und Umkristallisation des Rückstandes aus Wasser gewonnen. Die Kristalle erwiesen sich auf Grund der Elektrophorese als frei vom /Msomeren.
Beispiel 4
2,06 g Dicyclohexylcarbodiimid, gelöst in 20 ml Tetrahydrofuran, wurden zu einer Lösung von 2,67 g p-Methoxybenzyloxycarbonyl-L-asparaginsäure in dem gleichen Lösungsmittel zugegeben. Das N-p-Methoxybenzyloxycarbonyl-L-asparaginsäureanhydrid bildete sich in der Lösung innerhalb etwa einer Stunde.
Eine Lösung von L-Phenylaianinäthylester η 20 ml Chloroform, hergestellt aus 2,63 g des Hydrochlorids und 1,68 ml Triäthylamin, wurde langsam zu der Lösung des Anhydrids zugegeben und das Gemisch während 2 Stunden gerührt. Der gebildete Dicyclohexylharnstoff wurde abfiltriert und das Filtrat eingedampft und der Rückstand in 50 ml Chloroform gelöst Die Chloroformlösung wurde mit verdünnter Salzsäure extrahiert und dann mit Wasser über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und eingedampft.
Der kristalline Rückstand wurde in einem Gemisch aus 10 ml Methanol und 15 ml Essigsäure suspendiert und bei Raumtemperatur während 4 Stunden in Gegenwart von 0,8 g eines 5%igen Palladium/Aktivkohle-Katalysators hydriert. Der erhaltene weiße pulverartige Rückstand wurde aus heißem Wasser umkristallisiert, und es wurden 1,96 g rc-L-Asparagyl-L-phenylalaninäthylester mit einem Schmelzpunkt von 246 bis 2470C (Zersetzung) erhalten.
(C15H20N2O5 · '/2 H2O):
Berechnet: C 56,77, H 6,67, N8,87< >/o;
gefunden: C 56,57, H 6,60, N 8,80%.
Beispiel 5
Der L-Phenylalaninmethylester wurde aus 9,0 g des Hydrochlorids wie in Beispiel 1 hergestellt und in 50 ml N.N-Dimethylformamid gelöst. Die Lösung wurde mit N-Formyl-L-asparaginsäureanhydrid bei Raumtemperatur während einer Stunde verrührt und das Gemisch über Nacht stehengelassen. Das Lösungsmittel wurde dann im Vakuum abgedampft, der Rückstand in
Äthylacetat gelöst und die Lösung über Nacht in einen Eisschrank gestellt, so daß die Kristalle ausfielen.
Nach der Filtration, Wäsche mit Äthylacetat und Trocknung wurden 6,4 g Kristalle mit einem Schmelzpunkt von 131 bis 133°C erbalten. Nach der Umkristallisation aus Äthylacetat wurden 5,1 g Kristalle mit einem Schmelzpunkt von 134,5 bis 135,5"C erhalten, die als L-Phenylalaninmethylestersalz des N-Formyl-L-asparagyl-L-phenylalaninmethylesters auf Grund von Infrarotspektrum und Elementaranalyse identifiziert wurden.
(C25H3IN3O8):
Berechnet: C 59,87, H 6,23, N 838%;
gefunden: C 59,61, H 637, N 835%.
5,0 g der Kristalle wurden in Chloroform gelöst und die Chloroformlösung mit verdünnter Salzsäure und mit Wasser extrahiert, getrocknet und eingedampft Der Rückstand wurde in 75 ml eines 75%igen wäßrigen Methanols gelöst und ein Gemisch aus 1 ml konzentrierter Salzsäure und 10 ml Methanol zugesetzt Das Gemisch wurde während 24 Stunden bei Raumtemperatur gerührt und dann mit einer äquivalenten Menge einer Natriumbicarbonatlösung neutralisiert
Es wurde über Nacht in einem Eisschrank stehengelassen und dann aus der Lösung 2,6 g kristalliner «-L-Asparagyl-L-phenylalaninmethylester mit einem Schmelzpunkt von 233 bis 234° C (Zersetzung) erhalten, der eine Reinheit von mindestens 95% hatte, welcher gemäß Beispiel 2 identifiziert wurde.
Beispiel 6
13,6 g L-Phenylalaninmethylester-hydrochlorid wurden in einem Gemisch aus 100 ml Wasser und 75 ml Äthylenchlorid suspendiert und mit 6,9 g Natriumhydrogencarbonat neutralisiert Die Äthylenchloridschicht wurde abgetrennt und die Wasserschicht mit 75 ml Äthylendichiorid extrahiert Die beiden Äthylenchloridschichten wurden vereinigt und die Esterlösung erhalten.
Diese Esterlösung wurde tropfenweise im Verlauf von 15 Minuten zu einer Lösung von N-Benzyloxycarbonyl-L-asparaginsäureanhydrid zugegeben, die durch Umsetzung von 16 g N-Benzyloxycarbonyl-L-asparaginsäure mit 7 g eines 96%igen Essigsäureanhydrids in 24 ml Äthylenchlorid unter Rühren bei 40 bis 450C während 20 Stunden erhalten worden war. Es wurde 5 Stunden bei Raumtemperatur stehengelassen und dann das Lösungsmittel abdestilliert Der Rückstand wurde in einem Gemisch aus 90 ml Methanol und 45 ml Wasser gelöst und bei Raumtemperatur während 2 Stunden in Gegenwart von 1,0 g eines 5%igen Pd/Aktivkohle-Katalysators hydriert. Das Filtrat wurde im Vakuum zur Trockene eingedampft, der Rückstand ergab nach Umkristallisation aus Wasser 11,8 g des «-L-Asparagyl-L-phenylalaniriineihylesters, der wie in Beispiel "2 identifiziert wurde.
Beispiel 7
23,7 g L-Phenylalaninmethylester-hydrochlorid wurden in einem Gemisch aus 150 ml Wasser und 150 ml Äthylacetat suspendiert und 12 g Natriumbicarbonat zur Auflösung de:s Esters und Neutralisation der Lösung
zugegeben. Die Äthylacetatschicht wurde abgetrennt und die Wasserschicht mit 150 ml Äthylacetat extrahiert. Die vereinigten Äthylacetatschichten wurden über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und im Vakuum abgedampft und der Methylester des L-Phenylalanins erhalten.
Der Ester wurde in 150 ml Essigsäure gelöst und 25 g N-Benzyloxycarbonyl-L-asparaginsäureanhydrid hierzu unter Rühren bei Raumtemperatur zugesetzt. Es wurde über Nacht stehengelassen und das Lösungsmittel im Vakuum abgedampft. Der Rückstand wurde in einem Gemisch aus 170 ml Methanol und 80 ml Wasser gelöst und während 5 Stunden bei Raumtemperatur mit 2,0 g 5%igem Palladium/Aktivkohle-Katalysator hydriert.
Nach der Entfernung des Katalysators wurde ein Teil des Filtrats wie in Beispiel 3 untersucht. Das Gemisch enthielt 23,3 g a-L-Asparagyl-L-phenylalaninmethylester (Ausbeute 77%) und 6,6 g des j3-Isomeren (Ausbeute 22%).
18,8 g Kristalle des reinen α-Isomeren wurden aus dem Filtrat durch Abdampfen desselben im Vakuum und Umkristallisation des Rückstandes aus Wasser gewonnen.
Beispiel 8
16 g N-Benzyloxycarbonyl-L-asparaginsäure wurden
in 24 ml Aceton gelöst und 7,7 g an 96%igem Essigsäureanhydrid zugesetzt. Die Lösung wurde 20 Stunden bei Raumtemperatur gerührt, und es wurde eine Lösung von N'-Benzyioxycarbonyl-L-asparaginsäureanhydrid erhalten.
11,8 g des in 100 ml Aceton gelösten L-Phenylalaninmethylesters wurden zu der Anhydridlösung unter Rühren zugegeben und über Nacht stehengelassen. Nach der Entfernung des Lösungsmittels wurde der Rückstand in einem Gemisch aus 90 ml Methanol und 45 ml Wasser gelöst. 1,0 g Natriumbicarbonat und 1,0 g eines 5%igen Pd/Aktivkohle-Katalysators wurden zugesetzt und das durch Kondensationsreaktion gebildete Zwischenprodukt bei Raumtemperatur während 6 Stunden hydriert.
Nach der Entfernung des Katalysators wurde das Hydrierungsgemisch im Vakuum eingedampft. Es wurden 11,4 g Kristalle des reinen ac-L-Asparagyl-L-phenylalaninmethylesters durch Umkristallisation des Rückstandes aus Wasser erhalten.

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Niederalkylestern des <x-L-Asparagyl-L-phenylalanins, dadurch gekennzeichnet, daß man
a) N-Formyl-, N-Benzyloxycarbonyl- oder N-(4-Methoxybenzyloxycarbonyl)-L-asparaginsäureanhydrid mit einem Niederalkylester des L-Phenylalanins in einem inerten organischen Lösungsmittel bei einer Temperatur unterhalb 60° C umsetzt,
b) aus dem erhaltenen Niederalkylester des N-Acyl-a-L-asparagyl-L-phenylalanins die N-Acylschutzgruppe in an sich bekannter Weise abspaltet und
c) aus dem erhaltenen Reaktionsgemisch die Niederalkylester des «-L-Asparagyl-L-phenylalanins gewinnt
20
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung gemäß Verfahrensstufe a) bei keiner höheren Temperatur als 300C durchführt
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenateichnet, daß man in Verfahrensstufe a)
N-Berizyloxycarbonyl-L-asparaginsäureanhydrid
einsetzt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurcli gekennzeichnet, daß man in Verfahrensstufe a) ei»c solche N-Acyl-L-asparaginsäureanhydridlösung unmittelbar einsetzt, die durch Umsetzung der N-Acyl-asparaginsäure mit Essigsäureanhydrid in einem molverhaitnis von 1 :1,0 bis 1,2 in einem inerten organischen Lösungsmittel hergestellt worden ist
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