DE2214627C3 - Verfahren zur Herstellung von Carbonsäureestern durch Umacylieren eines Carbonsäureesters - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Carbonsäureestern durch Umacylieren eines Carbonsäureesters

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Description

aus dem Ausgangsester frei werdende Carbonsäure sind, sind alle brauchbar, die unter den Umacylierungs-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren bedingungen beim Erhitzen eine genügende Stabilität ram Herstellen von Carbonsäureestern durch Umacy- 40 besitzen und bei der Umacylierung keine Nebenreaklieren eines Carbonsäureesters. tionen bzw. solche im vernachlässigbaren Maße
Es ist bereits bekannt, Carbonsäurester durch zeigen. Zugabe von Carbonsäuren durch Umacylieren herzu- Beispielsweise kann man aliphatische Mono-, Di-
stellen. Hierbei arbeitet man in einem geschlossenen oder Polycarbonsäuren, wie Capronsäure, Laurinsäure, Reaktionssystem unter Rückfluß des kondensierten 45 Bernsteinsäure, Adipinsäure, Citronensäure, Aconit-Destillates, gegebenenfalls in Anwesenheit von Kataly- säure, olefinische Mono-, Di- oder Polycarbonsäuren, satoren bis zur chemischen Gleichgewichtseinstellung wie z. B. Acrylsäure, Crotonsäure, ölsäure, Maleinunter Einsatz eines relativ großen Überschusses einer säure, Fumarsäure, Ricinolsäure, Addukte von «, ß-Ausgangskomponente. Nach Einstellung des Gleich- äthylenisch ungesättigten Dicarbonsäuren an ungegewichtes und nach beendeter Umesterung werden 50 sättigten Fettsäuren oder ungesättigten Harzsäuren, dann die Reaktionspartner nach an sich bekannten partiell hydrierte Harzsäuren, heteroaliphatische Mo-Methoden getrennt. Diese bekannten Umacylierungs- no-, Di- oder Polycarbonsäuren, wie z. B. S-Hexylsulverfahren haben den großen Nachteil, daß die Um- fonylessigsäure, S-(/i-Acetoxyäthyl)-thioglycolsäure, esterungsprodukte in wirtschaftlich schlecht ausge- aromatische Mono-, Di- oder Polycarbonsäuren, wie nutzten Anlagen hergestellt werden müssen, und die 55 z. B. Benzoesäure, p-tert.-Butylbenzoesäure, Zimt-Vertaiuvnsprodukte hierdurch zu teuer sind. Ein der- säure, Phthalsäure, Trimellithsäure, hydroaromatische artiges Verfahren ist in der GB-PS 827 718 bzw. US-PS Mono-, Di- oder Polycarbonsäuren, wie z. B. Cyclo-931 819 beschrieben. hexan-carbonsäure, heteroaromatische Mono-, Di-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein oder Polycarbonsäure, wie z. B. Nicotinsäure, Isowirtschaftlich vorteilhaft auszuführendes Umesterungs- 60 nicotinsäure, Kouidincarbonsäure, bei dem erfindungsverfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem der umzu- gemäßen Verfahren als zur Umacylierung bestimmte esternde Carbonsäureester in einem relativ geringen Carbonsäuren einsetzen.
Überschuß eingesetzt wird. Die aus dem Ausgangscarbonsäureester freigesetzte
Der hierdurch erzielte technische Fortschritt ist aus Carbonsäure soll mit dem Ausgangscarbonsäureester der Tabelle 1 ersichtlich. 65 als binäres Gemisch destillativ entfernt werden.
Eine spezielle Aufgabe der Erfindung ist es, solche Hierm sind beispielsweise folgende binäre Gemische
Carbonsäureester einer Umesterung zu unterwerfen, brauchbar, diese müssen ohne merkliche Zersetzung die als Alkoholkomponente einen in freier Form unbe- unterhalb 2000C destillierbar sein. Geeignete binäre
3 4
sind ζ. B. Vmylacetat/Essigsäure, Allylace- zugeführt Gegebenenfalls enthält der aus dem
•e»«6-äure> Methylacetat/Essigsäure, Vinylpropio- Destillat durch Extraktionsaufarbeitung gewonnene
!^/Propionsäure, 3-Phenylpropenylacetat/Essigsäure. Ausgangscarbonsäureester und das Lösungsmittel
JiöWeil sieh keine geeigneten binären Gerasche aus noch etwas freigesetzte Carbonsäure, die dem Reak-
jm» Ausgangscarbonsäureester und der freigesetzten 5 tionsaisatz wieder zugeführt wird. Auf jeden Fall
rarbonsänre hüden, setzt man inertes organisches Lö- muß das dem Reaktionsansatz wieder zugeführte destil-
«nusmittel zur Bfldnng ternärer unter 200° C destillier- lativ aufgearbeitete Gemisch an der aus dem Ausgangs-
i^eerGernische zu, beispielsweise Benzol· Toluol, carbonsäureester frei gewordenen Carbonsäure ärmer
iZfol sein als der Carbonsäuregehalt des Rohdestillats.
Damit der Sitdepunkt dieser Gemische, bestehend xo Die Aufarbeitung des Destillats geschieht in einer -as Lösungsmitteln, Ausgangscarbonsäureester bzw. bevorzugten Ausführungsfonn durch Auswaschen, der durch das Umacylieren freigesetzten Carbonsäure Soweit die aus dem Ausgangscarbonsäureester stamens dem Aesgangscarboasäureester unter dem Siede- mende Carbonsäure hinreichend wasserlöslich ist, oankt der zugesetzten Carbonsäure liegt, muß dies bei wird die Extraktion des durch die Destillation anfallen-IjerAuswahl der Komponente berücksichtigt werden. 15 den Ausgangscarbonsäureestergemisches durch Wasser
Die Umesterung führt man im allgemeinen so durch, bevorzugt
daß man die Ausgangskomponente umacyliert, wobei Für die Durchführung des neuen Umesterungsver-
ü™U die folgende allgemeine chemische Umsetzungs- fahrens hat sich eine Apparatur bewährt, die m der
die sich hierbei abspielende Umacyliening Figur dargestellt ist
, wird. 20 Hierbei haben die Ziffern in der einzigen Figur folgende Bedeutung:
R _ COOR1 + Ri COOH = RCOH + R2COOR1
R 1 = Reaktionsgefäß mit Aufsatzoffnung,
In einer bevorzugten Ausführungsform des Ver- 2 = Auffanggefäß,
fahrens setzt man als Ausgangscarbonsäureester fol- 25 3 = Kühler,
nde Verbindungsklassen ein: Niedere Carbonsäure- 4 = Extraktionskolonne.
«ter besonders Acetate solcher Alkohole, die instabil ,„ιι»βη
Sr'frei nicht existent bind, wie Vinylacetat. Allylace- Bei Benutzung dieser in der Figur dargestellten
it 3 Pnenylpropenylacetat. Apparatur läßt s1Ch das Verfahren der vor hegenden
In der besonders bevorzugten Ausführungsform 30 Erfindung besonders vorteilhaft ausfuhren, da in das der allgemeinen Formel
R _ COOH - CH1, RCOOCH . CH - CH.OH, ■£*£<£. auf ^SSS
RCOO -CH1-CH = CH-CsC-Ch 35 Kühkr 3 konUensiert und Hießt sofort über das Auf-
- C6H5 fanggefäß 2 in die mit der Extraktionsflüssigkeit ge-
wobei R - CH3 oder - CH2 - CH3 bedeutet, als füllte Extraküonskolonne 4, wodurch das Destillat von
ZSacylierende Carbonsäureester eingesetzt. der freigesetzten Carbonsäure weitgehend befreit^w rd.
We äfachste Apparatur zur Durchführung des Das carbonsäurefreie bzw. carbonsaurearme aufge-
vSahrens Sht aL einem Reaktionsgefäß,\ B. 40 arbeitete Destillat, bestehend aus Aus£»g«b°£
einem Rundkolben, der mit Rührwerk, Tropftrichter, säureester und Lösungsmittel, wrd »n Kreislauf dem
xT^iometer und absteigendem Kühler versehen ist Reaktionsgefäß 1 wieder zugeführt, gegebenenfalls einer Einleitungsvorrichtung für Beispiel 1
mit dem binären bzw. ternaren Gemisch bei der siert ^ w
ÄÄÄS " ASS ί
tehend schoatechrirtenenAmtutangs- ^"°"^M/u\„,envern Silden erhim, wobei
5 6
Extraktionssäule geleitet. In dieser wird die Essigsäure Beispiel 6
aus dem Kondensat extrahiert. Die sich über der
Wasserschicht in der Extraktionssäure sammelnde Man arbeitet gemäß Beispiel 1, jedoch wird Iso
organische Schicht wird im Kreislaufverfahren wieder phthalsäuredivinylacetat hergestellt Hierzu stellt man dem Reaktionsgefäß zugeführt. 5 332 g Isophthalsäure und 400 g Vinyl-Acetat/Benzol
Solange mit stationärer Wasserschicht gearbeitet (1:1 im Volumengemisch) ein. Als Katalysator wird wird, ist diese tunlichst alle 4 bis 6 Stunden zu wech- ein Gemisch, bestehend aus 2,7 g Quecksilber(II)-acesein. Noch günstiger kann im Gegenstromverfahren tat und 2,8 g p-Toluolsulfonsäure eingesetzt. Während extrahiert werden. Bei der Übertragung dieses Beispie- der Umsetzung geht die Isophthalsäure nicht vollles auf den technischen Betrieb wird das Arbeiten mit io ständig in Lösung. Nach einer Reaktionszeit von 18 Pulsationskolonnen bevorzugt. Der Fortgang der Um- Stunden wird die Umsetzung abgebrochen und der esterung läßt sich unschwer an der Volumenzunahme Isophthalsäuredivinylester in einer Ausbeute von 80%, der wäßrigen Phase verfolgen, die auf der zunehmen- berechnet auf die eingesetzte Gewichtsmenge Isophthalden Extraktion der aus dem Ausgangscarbonsäureester säure, erhalten, durch die Umesterung freigesetzten Carbonsäure aus ts B e i s ρ i e 1 7
dem Kondensat beruht. Eine erneute Katalysatorzugabe ist gegebenenfalls erforderlich, etwa nach 5 bis Man arbeitet nach der im Beispiel 1 beschriebenen 6 Stunden. Das Ende der Umesterung kann einwand- Arbeitsweise. Es wird jedoch Vinylcarboxymethylhexylfrei durch alkalimetrische Bestimmungen der Extrak- sulfon hergestellt. Hierzu setzt man 130 g S-Hexylsultionscarbonsäure festgestellt werden. Im vorliegenden ao fonylessigsäure und 300 g Vinylacctat/Benzol (1:1 im Fall beträgt die Reaktionszeit 8 Stunden und die Aus- Volumengemisch) ein. Als Katalysator werden 1,2 g beute an Umesterungsprodukt, berechnet auf die ein- Quecksilber(II)-acetat und 1,4 g p-Toluolsulfonsäure gesetzte Gewichtsmenge Laurinsäure, 99%. zugesetzt. Nach einer Reaktionszeit von 20 Stunden
wird die Reaktion abgebrochen. Man erhält das
B e i s ρ i e 1 2 a5 Vinylcarboxymethylhexylsulfon in einer Ausbeute \on
82%, bezogen auf die eingesetzte Gewichtsmenge
Man arbeitet gemäß Beispiel 1, jedoch wird Adipin- S-Hexylsulfonessigsäure. säuredivinylester hergestellt. Zu diesem Zweck muß . .
man 154 g Adipinsäure und 500 g Vinylacetat/Benzol- ö e ι s ρ ι e 1 8
gemisch (1:1 im Volumenverhältnis gemischt) und als 30 Man arbeitet nach der Methode, wie diese im BeiKatalysator 2,4 g Quecksilber(II)-acetat, 2,8 g p-To- spiel 1 beschrieben worden ist. Es wird jedoch Ricinenluolsulfonsäure und 0,2 g Blei(II)-acetat als Gemisch fettsäurevinylester hergestellt. Man setzt 280 g Ricineneingesetzt werden. Die Reaktionszeit beträgt 12 Stun- fettsäure und 0,5 mg Hydrochinon zu und als Katalyden. Die Ausbeute an Adipinsäuredivinylester beträgt sator ein Gemisch, bestehend aus 1,2 g Quecksilber^ I)-84%, und zwar berechnet auf die eingesetzte Gewichts- 35 acetat, 1,4 g p-Toluolsulfonsäure und 400 mg BIeiC I)-menge Adipinsäure. acetat. Dann setzt man 300 g Vinylacelat/Benzol (1:1
R . . . , im Volumengemisch) hinzu. Nach einer Reaktionszeit
α e 1 s ρ 1 e 1 i von 12 Stunden bricht man die Reaktion ab, man erhält
Es wird nach der Arbeitsweise wie im Beispiel 1 be- in einer Ausbeute von 90% den Ririnenfettsäurevinylschrieben, gearbeitet, jedoch wird Vinyllaurat herge- 40 ester, bezogen auf die eingesetzte Gewichtsmenge stellt. Hierzu werden 200 g Laurinsäure und 340 g Ricinenfettsäure. Vinylacetat/Benzol (1:1 im Volumengemisch) und eine R . · 1 q
Mischung aus 1,3 g QuecksilberaO-acetat und 1,4 g spiels
p-Toluolsulfonsäure als Katalysator eingesetzt. Die Man arbeitet nach der Methode wie im Beispiel 1
Reaktionszeit beträgt 8 Stunden. Die Ausbeute an 45 beschrieben, stellt jedoch S-(/?-acetoxyäthyl}-Thiogly-Vinyllaurat beträgt 99%, bezogen auf die eingesetzte koisäurevinylester her. Hierzu füllt man 89,5 g S-(ß-Gewichtsmenge Laurinsäure. acetoxyäthyl)-Thioglycolsäure sowie 300 g Vinylacetat/
Benzol (1:1 im Volumengemisch) zu. Als Katalysator B e i s ρ i e 1 4 wird eine Mischung, bestehend ans 0,6 g Queck-
so silber{ll)-acetat, 0,7 g p-Totnolsulfonsäirre and 200mg
Man arbeitet wie im Beispiel 3 beschrieben, setzt Blei(II>acetat hinzugefügt. Nach einer Reaktionszeit jedoch dran Katalysatorgemisch noch zusätzlich 0,45 g von 6 Stunden wird die Reaktion abgebrochen und der Blei(II)-acetat zn. Dieses Katalysatorgemisch ist we- S-i/S-acetoxyäthylJ-Thioglycolsänrevniylester ia ein« sentlich wirksamer, da die Reaktionszeit auf 6 Stunden Ausbeute von 10%, berechnet auf die eingesetzte abgekürzt wird. Die Aasbeute ao VmyUanrat beträgt 55 S-OS-acetoxyäthyO-TbJogrycolsänie erhalten. 99%, bezogen auf die eingesetzte Gewichtsmenge Laurinsäure. Beispiel 10
Beispiel5 ^s ^1"**na<* der 'm Beispiel 1 beschriebenen Arbeits
weise gearbeitet. Es wird ein Gemisch ans Capronsäurf
Man arbeitet wie hn Beispiel 1 beschrieben. Es wird 60 und Caprylsäure mit 5 bis 7 Kohlenstoffatomen und jedoch Vhiyloleat hergestellt Hierzu set« man 25Og einer Säurezahl von 572 eingesetzt. Von dem vorsteölsänre and 300 g Vinylacetat/Benzol (1:1 im VoIu- bend genannten Säuregemisch werden 82 g in 218 § mengeniisch) zn. Als Katalysator findet ein Gemisch, Vinylacetat und 218 g Benzol gelöst Dazu werden bestehend aus 1,2 g Qnecksilber(ll)-acetat, 1,4 g p-To- 0,65 g Quecksilberai)-acetat aod 0,8 g p-Tolnolsulfoniuolsulfonsäure, 0,4 g Bki(H)-acetat. Die Reaktions- S5 säure, gelöst in 80 ml Vinylacetat/Benzol (1 · 1 im Vozeit beträgt 10 Stranden. Die Ausbtute an Vinyloleat lumengemisch) zugegeben, und das Reaktionsgemiscl! ist 95%, bezogen auf die eingesetzte Gewichtsmenge zum Sieden erhitrt. Das Destillat whd wie beschriebet ölsäure. extrahiert. Bei der Umsetzung beträgt die Reaktions
zeit 5 Stunden. Das Extraktionsprodukt wird durch Destillation gereinigt und das Gemisch aus Vinylcapronat und Vinylcaprylat in einer Ausbeute von 84%, berechnet auf die eingesetzte Gewichtsmenge Säuregemisch, erhalten.
Beispiel 11
Man arbeitet nach der im Beispiel 1 geschilderten Arbeitsweise. Es wird jedoch Vinylversatat hergestellt. Hierzu werden 134 g Versatinsäure, 324 g Vinylacetat/Benzol (1:1 im Volumengemisch) und ein Katalysator, bestehend aus 0,88 gQuecksilber(II)-acetat und 1,08 g p-Toluolsulfonsäure eingesetzt. Die Reaktionszeit beträgt 7 Stunden. Das Reaktionsgemisch wird einer Destillation unterzogen. Der Siedepunkt beträgt bei 0,1 mm Quecksilbersäule 100 bis 1200C. Die Ausbeute an Vinylversatat, bezogen auf die eingesetzte Gewichtsmenge Versatinsäure, beträgt 60%.
Beispiel 12
Man arbeitet wie im Beispiel 1 beschrieben, jedoch wird Vinylpivalat hergestellt. Hierzu werden 92 g Pivalinsäure, 340 g Vinylacetat/Benzol (1:1 im Volumengemisch) und als Katalysator ein Gemisch, bestehend aus 1,3 g Quecksilber(ll)-acetat und 1.5 g p-Toluolsulfonsäure eingesetzt. Die Reaktionszeit beträgt 8 Stunden. Das Reaktionsgemisch wird durch Destillation gereinigt und zeigt bei 12 mm Quecksilbersäule einen Siedebereich von 72 bis 74° C. Die Ausbeute an Vinylpivalat beträgt 98 %, bezogen auf die eingesetzte Gewichtsmenge Pivalinsäure.
5
Bei spiel 13
Man arbeitet nach der Arbeitsweise, wie im Beispiel 1 beschrieben, jedoch wird Divinylfumarat hergestellt. Zu der Herstellung werden 174 g Fumarsäure,
ίο 500 g Vinylacetat/Benzol (1:1 im Volumengemisch) und 0,5 g Hydrochinon als Stabilisator zugesetzt. Als Katalysator wird ein Gemisch, bestehend aus 2,4 g Quecksilber(II)-acetat und 2,8 g p-Toluolsulfonsäure zugesetzt. Die Reaktionszeit beträgt 17 Stunden.
Das Umsetzungsprodukt wird durch Destillation im Vakuum gereinigt. Der Siedepunkt bei 0,1 mm Quecksilbersäule beträgt 780C. Die Ausbeute an Divinylfumarat beträgt 98%, bezogen auf die eingesetzte Gewichtsmenge Fumarsäure.
sso Bei der Durchführung des Verfahrens wird im allgemeinen die Menge der zum Umacylieren bestimmten Carbonsäure zu dem im Reaktionsgefäß befindlichen Ausgangscarbonsäureester so eingestellt, daß diese mindestens in einem Molverhältnis 1:1 vorliegen, bevorzugt wird jedoch das Arbeiten mit einem Molverhältnis von 1: 2 bis 1:10 der genannten Komponenten im Reaktionsgefäß, da hierdurch die Reaktion beschleunigt wird. Es sind auch Verhältnisse zulässig die über 1:10 liegen.
Tabelle 1
Vergleich der Arbeitsverfahren gemäß dem Stand der Technik mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Nachweis des erzielten technischen Fortschrittes.
Ausgangsverbindungen Vinylester Gewichtsverhältnis Ausbeute,
bezogen auf
Arbeitsweise 300 g Vinylacetat Vinylester Carbonsäure
Carbonsäure ZU
Carbonsäure
73 g Adipinsäure 250 g Vinylacetat 92%
GB-PS 827 718 4,1
Beispiel X 154 g Adipinsäure 225 g Vinylacetat 84%
gemäß Erfindung 1,63
Beispiel 2 152 g Laurinsäure 225 g Vinylacetat 87,5%
\ GB-PS 827 718 1,5
2 Beispiel VII 152 g Laurinsäure 170 g Vinylacetat 100%
1 GB-PS 827 718 M
Beispiel VIII 200 g Laurinsäure 600 g Vinylacetat 99%
gemäß Erfindung 0,85
Beispiel 3 280 g Riemenfettsäure 150 g Vinylacetat 92%
GB-PS 827 718 2,14
Beispiel XIII 280 g Ricinenfettsäure I Blatt Zeichnungen 90%
gemäß Erfindung 0,535
Beispiel 8 Hierzu 1

Claims (3)

ständigen oder zersetztiehen Alkohol einkondensiert Patentansprüche: enthalten. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren
1. Verfahren zum Herstellen von Carbonsäure- zum Herstellen von CarbonsäuKestera durch Uuiacyestern durch Umacylieren eines Carbonsäureesters 5 lieren eines Carbonsäureesters mit einer schwerer als mit einer schwerer als die Carbonsäure des Aus- die Carbonsäure des Ausgangscarbonsäureesters flüchgangscarbonsäureesters flüchtigen Carbonsäure, tigen Carbonsäure, gegebenenfalls in Gegenwart von gegebenenfalls in Gegenwart von Katalysatoren, Katalysatoren, dadurch gekennzeichnet, daßmandesüldadurch gekennzeichnet, daß man lierbare Ausgangscarbonsäureester einsetzt und die
• destillierbare Ausgangscarbonsäureesier einsetzt io freigesetzte Carbonsäure des Ausgangscarbonsäure- und die freigesetzte Carbonsäure des Ausgangs- esters als Gemisch mit dem Ausgangscarbonsäureester carbonsäureesiers als Gemisch mit dem Ausgangs- abdestilliert, dem gegebenenfalls ein Lösungsmittel zucarbonsäureester abdestilliert, dem gegebenenfalls gesetzt werden kann, das den Siedepunkt des abzuein Lösungsmittel zugesetzt werden kann, das den destillierenden Gemisches auf eine Temperatur unterSiedepunkt des abzudestilüerenden Gemisches auf 15 halb des Siedepunktes der zum Umacylieren verwendeeine Temperatur unterhalb des Siedepunktes der ten Carbonsäure erniedrigt, und daß man gleichzeitig zum Umacylieren verwendeten Carbonsäure er- mit dem Abdestttlieren des Gemisches etwa die gleiche niedrigt, und daß man gleichzeitig mit dem Ab- Menge des destiDativ entfernten AusgangscarbonsäuredesriUieren des Gemisches etwa die gleiche Menge esters und des gegebenenfalls zugesetzten Lösungsmitdes destillativ entfernten Ausgangscarbonsäure- *o tels dem Reaktionsansatz zuführt, bis die Umacylierung esters und des gegebenenfalls zugesetzten Lösungs- beendet ist.
mittels dem Reaktionsansatz zuführt, bis die Um- Für das vorliegende Verfahren kann man als destü-
acylierung beendet ist. lierbare Carbonsäureester, deren Carbonsäurekompo-
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- nente flüchtig ist, solche einsetzen, bei denen der Ester zeichnet, daß der aus dem Destillat durch Extrak- 25 unter Normaldruck einen Siedepunkt etwa unter tion gewonnene Ausgangsester und das Lösungs- l80°ChatunddieeinkondensierteCarLonsäurekompomittel dem Reaktionsansatz sofort wieder zugeführt nente als freie Carbonsäure im binären Gemisch mit werden. dem umzuacylierenden Carbonsäureester oder im
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens temären Gemisch, welches zusätzlich Lösungsmittel nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Reak- 30 enthält, unter 2000C destülierbar ist. Beispielhaft tionsgefäß(l) mit Aufsatzöffnung, einen Kühler (3), seien als destillierbare Carbonsäure genannt: Äthylein Auffanggefäß (2) und eine Extraktionskolonne acetat, Vinylacetat, Allylacetat, Allylpropionat, Vinyl-(4). propionat, 7-Phenylhepudäin-(4,6)-en-(2)-yl-acetat und
3-Phenyipropenviacetat. 35 Als zum Umacylieren bestimmte Carbonsäuren, die
so ausgewählt sind, daß diese weniger flüchtig als die
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