DE2452568A1 - CARRIER STEAM DISTILLATION - Google Patents
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Description
HAARMANN & R E I M E R GMBHHAARMANN & R E I M E R GMBH
B/HorB / Hor
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur destillativen Abtrennung bzw. Reinigung thermisch empfindlicher Verbindungen mittels Trägerdampf.The present invention relates to a new process for the separation or purification of thermally sensitive products by distillation Carrier vapor connections.
Die Trägerdampf-Destillation ist ein bekanntes Verfahren zur destillativen Reinigung thermisch empfindlicher Verbindungen. Bei einer Anzahl von Verbindungen ist sie jedoch nicht anwendbar, da selbst bei diesem schonsamen Destillationsverfahren die thermische Beanspruchung noch zu hoch ist, sodaß die Verbindungen nur in schlechten Ausbeuten und/oder unbefriedigendem Reinheitsgrad erhalten werden.The carrier steam distillation is a well-known process for Purification of thermally sensitive compounds by distillation. However, it is not applicable to a number of connections, because even with this gentle distillation process the thermal Stress is still too high, so that the compounds only in poor yields and / or an unsatisfactory degree of purity can be obtained.
Es wurde nun ein Trägerdampf-Destillationsverfahren gefunden, bei dem die thermische Beanspruchung der zu destillierenden Verbindungen so gering ist, daß man mit ihm auch noch thermisch äußerst empfindliche Verbindungen, die nach den üblichen Trägerdampf-Destillationsverfahren nicht bzw. nur unter Zersetzung destillierbar sind, destillieren kann. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß man als Trägerdampf den überhitzten Dampf eines organischen Lösungsmittels verwendet und daß man den überhitzten, mit der zu destillierenden Verbindung beladenen Lösungsmitteldampf durch Behandeln mit kondensiertem Lösungsmittel im Gegenstrom abkühlt und dabei die Menge an kondensiertem Lösungsmittel so bemißt, daß man aus dem beladenen überhitzten Dampf eine etwa Siedetemperatur aufweisende, übersättigte Lösung der Verbindung erhält.A carrier steam distillation process has now been found where the thermal stress on the compounds to be distilled is so low that it can also be used to create thermally extremely sensitive compounds that are produced using the usual carrier vapor distillation process cannot be distilled or can only be distilled with decomposition. The inventive The method consists in that the superheated vapor of an organic solvent is used as the carrier vapor and that the superheated, laden with the compound to be distilled solvent vapor by treatment with condensed Cooling solvent in countercurrent while the amount of condensed solvent is measured so that one from the loaded superheated steam, a supersaturated solution of the compound which is approximately boiling point is obtained.
HR 58 - 1 - :HR 58 - 1 -:
609820/048B609820 / 048B
Eine "etwa Siedetemperatur" aufweisende Lösung ist eine Lo-. sung, die sich auf Siedetemperatur oder wenige Grade C, z„ B^ 1 bis 30C, darunter befindet.An "about boiling point" solution is a Lo-. solution that is at boiling temperature or a few degrees C, e.g. 1 to 3 0 C, below.
Durch diese Art der Verdampfungskondensation des beladenen, überhitzten Dampfes wird in einem einzigen Verfahrensschritt 1.) eine Abkühlung des Dampfes auf die Siedetemperatur des verwendeten Lösungsmittels und 2.) ein-Konzentrieren des kondensierten Dampfes auf eine bei der Siedetemperatur des Lösungsmittels gesättigte Lösung der destillierten Verbindung erreicht. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Trägerdampf-Destillation wird eine extrem kurze Verweilzeit der zu destillierenden Verbindungen auf erhöhter Temperatur erreicht. Infolge dieser kurzen Verweilzeit sinkt die thermische Beanspruchung der zu destillierenden' Verbindungen so stark, daß keine Zersetzung mehr ertritt. Die Verbindungen fallen in annähernd 100 %-iger Ausbeute und in hoher Reinheit an.This type of evaporation condensation of the laden, superheated steam is carried out in a single process step 1.) a cooling of the steam to the boiling point of the solvent used and 2.) a concentration of the condensed vapor to a saturated solution of the distilled compound at the boiling point of the solvent achieved. Due to the inventive design of the carrier steam distillation an extremely short residence time of the compounds to be distilled at an elevated temperature is achieved. As a result of this short residence time, the thermal stress on the compounds to be distilled drops so much that no more decomposition occurs. The compounds are obtained in almost 100% yield and in high purity.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Trägerdampf-Destillation hat weiterhin den technischen Vorteil, daß das gesamte im Verfahren verwendete organische Lösungsmittel in hochreiner, auch von Spuren destillierter Verbindung freier Form zurückgewonnen und deshalb immer wieder eingesetzt, d. h. im Kreislauf geführt werden kann. Ein weiterer technischer Vorteil besteht darin, daß die gereinigte Verbindung in Form einer homogenen Lösung anfällt, die sich ohne Schwierigkeiten abtrennen läßt, und aus der die Verbindung beim Abkühlen auskristallisiert. The embodiment of the carrier steam distillation according to the invention also has the technical advantage that all of the organic solvent used in the process is in high purity, too recovered from traces of distilled compound free form and therefore used again and again, d. H. in the cycle can be performed. Another technical advantage is that the purified compound is in the form of a homogeneous Solution accrues, which can be separated without difficulty leaves, and from which the compound crystallizes out on cooling.
Als Trägerdampf für das erfindungsgemäße Verfahren finden solche organischen Lösungsmittel Verwendung, die gegenüber dem zu reinigenden Produkt inert sind, die, zumindest in der Wärme, ein gutes Lösungsvermögen für die zu destillierenden Verbindungen aufweisen und aus denen die destillierten Verbindungen auskristallisieren, die ferner thermisch stabil.,Find as carrier vapor for the process according to the invention use of organic solvents which are inert towards the product to be cleaned, which, at least in the Heat, have good solvency for the compounds to be distilled and from which the compounds to be distilled crystallize, which is also thermally stable.,
HR 5Θ ' - 2 - ;HR 5Θ '- 2 -;
und gut kondensierbar sind. Ihr Siedepunkt sollte bei Normalbedingungen im Bereich von etwa 60 bis 190 C, vorzugsweise 100 bis 1500C liegen.and are readily condensable. Its boiling point should be at normal conditions in the range of about 60 to 190 C, preferably 100 to 150 0 C.
Als organische Lösungsmittel, die als Trägerdampf Verwendung finden, sind grundsätzlich alle organischen Verbindungen geeignet, die die vorgenannten Voraussetzung erfüllen. Beispielsweise seien genannt: aliphatische und alicyclische gesättigte Kohlenwasserstoffe, wie Hexan, Heptan, Octan, Nonan, Dekan und Cyclohexan und die durch niedere Alkylreste substituierten Derivate dieser Verbindungen; weiterhin Benzol und Benzolderivate, welche gegebenenfalls mit einem oder mehreren niedrigen Alkylresten substituiert sind, z. B. Toluol, Äthylbenzol, n- und iso-Propylbenzol, Butylbenzol und Trimethy !benzol; weiterhin halogeriierte, bevorzugt chlorierte, Derivate der vorgenannten Kohlenwasserstoffe, wie Chlorbenzol oder o-, m- und p-Dichlorbenzole. Weiterhin aliphatische Alkohole, z. B. Äthanol, oder kettenförmige oder cyclische aliphatische Äther, z. B. Di-n-butyläther, Diisopropyläther und 1.4-Dioxan; Ketone, z. B. Methylisobutylketon und Dipropylketon, sowie Phenol und Phenoläther, wie Anisol und Phenetol.In principle, all organic compounds are suitable as organic solvents that are used as carrier vapor, which meet the aforementioned requirement. Examples include: aliphatic and alicyclic saturated Hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, nonane, decane and cyclohexane and those substituted by lower alkyl radicals Derivatives of these compounds; furthermore benzene and benzene derivatives, which optionally with one or more lower alkyl radicals are substituted, e.g. B. toluene, ethylbenzene, n- and iso-propylbenzene, butylbenzene and trimethyl !benzene; furthermore halogenated, preferably chlorinated, Derivatives of the aforementioned hydrocarbons, such as chlorobenzene or o-, m- and p-dichlorobenzenes. Furthermore aliphatic Alcohols e.g. B. ethanol, or chain-like or cyclic aliphatic ethers, e.g. B. di-n-butyl ether, diisopropyl ether and 1,4-dioxane; Ketones e.g. B. methyl isobutyl ketone and dipropyl ketone, as well as phenol and phenolic ethers such as anisole and phenetole.
Als Trägerdampf für das erfindungsgemäße Verfahren haben sich vor allem Hexan, Cyclohexan, Benzol, Toluol, Äthylbenzol, Chlorbenzol und Anisol bewährt.The carrier vapor for the process according to the invention has proven to be especially hexane, cyclohexane, benzene, toluene, ethylbenzene, chlorobenzene and anisole.
Die Destillationstemperaturen liegen bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren im allgemeine]
zwischen 140 und 1900C.The distillation temperatures in the process according to the invention are in general]
between 140 and 190 0 C.
Verfahren im allgemeinen zwischen 110 und 2200C, vorzugsweiseProcess in general between 110 and 220 0 C, preferably
Die erfindungsgemäße Verdampfungskondensation des überhitzen, beladenen Dampfes kann sowohl bei Normaldruck als auch bei einem über 100. Torr, z. B. bei 120, 150 oder 360 Torr, liegenden Unterdruck vorgenommen werden.The inventive evaporation condensation of the superheat, laden vapor can both at normal pressure and at a 100th Torr, z. B. at 120, 150 or 360 Torr, lying negative pressure can be made.
HR 58 - 3 -HR 58 - 3 -
609820/0/,8B609820/0 /, 8B
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhaft in der WeiseThe method of the invention is advantageous in that way
ausgeführt, daß man das die zu destillierende Verbindung enthaltende Gemisch bzw. Rohprodukt (1), bzw. die Lösung des Gemisches (Rohproduktes (I)), in dem als Trägerdampf verwendeten Lösungsmittel, in an sich bekannter Weise im Gegenstrom mit überhitztem Trägerdampf in einem Verdampfer (2) behandelt. Dabei scheiden sich bereits gegebenenfalls im Gemisch bzw. Rohprodukt-Zulauf (1) enthaltene höhersiedende Verunreinigungen, Harze und anorganische Verbindungen im Sumpf (3) des Verdampfers ab und können dort abgezogen werden. Der überhitzte, beladene Dampf (4) wird anschließend in eine Kolonne (5) geleitet, wo er durch das ihm entgegengeführte kondensierte Lösungsmittelcarried out that one containing the compound to be distilled Mixture or crude product (1), or the solution of the mixture (crude product (I)) in the used as carrier vapor Solvent, treated in a conventional manner in countercurrent with superheated carrier vapor in an evaporator (2). Included any higher-boiling impurities already contained in the mixture or crude product feed (1) separate, Resins and inorganic compounds in the bottom (3) of the evaporator and can be drawn off there. The overheated, laden one Vapor (4) is then passed into a column (5), where it is condensed by the condensed solvent flowing towards it
(6) zu einer etwa Siedetemperatur aufweisenden, jedoch nicht mehr siedenden, an destillierter Verbindung gesättigten Lösung(6) to a boiling point, but not more boiling solution saturated with distilled compound
(7) abgekühlt und gleichzeitig konzentriert wird.(7) is cooled and concentrated at the same time.
Die erforderliche Menge an kondensiertem Lösungsmittel läßt sich aus der zu überwindenden Temperaturdifferenz : Temperatur des überhitzten, beladenen Dampfes - Siedetemperatur des als Trägerdampf verwendeten organischen Lösungsmittel berechnen. Sie läßt sich jedoch auch empirisch dadurch bestimmen, daß man den Zulauf an kondensiertem Lösungsmittel (6) so einstellt, daß bei der Verdampfungskondensation eine etwa Siedetemperatur aufweisende, jedoch gerade eben nicht mehr siedende, an destillierter Verbindung gesättigte Lösung (7) anfällt.Leaves the required amount of condensed solvent from the temperature difference to be overcome: temperature of the superheated, laden steam - boiling temperature of the Calculate the organic solvent used as the carrier vapor. However, it can also be determined empirically by that the feed of condensed solvent (6) is adjusted so that an approximately boiling temperature during the evaporation condensation having, but just no longer boiling, solution (7) saturated with distilled compound is obtained.
Für die Erzeugung des Trägerdampfes und als Kühlflüssigkeit wird das gleiche organische Lösungsmittel verwendet.The same organic solvent is used to generate the carrier vapor and as the cooling liquid.
Das erfindungsgemäße Trägerdampf-Destillationsverfahren eignet sich für die Destillation von thermisch empfindlichen, kristallisierbaren und zumindest mit Dampf destillierbaren organischen Verbindungen. Als Beispiele solcher Verbindungen seien genannt:The carrier steam distillation process according to the invention is suitable suitable for the distillation of thermally sensitive, crystallizable and at least steam-distillable organic compounds. Examples of such compounds are:
HR 58 - 4 -HR 58 - 4 -
609820/0A86609820 / 0A86
Oxime, wie Cyclohexanon-Oxim; Lactame, wie ξ,-Caprolactam; aromatische Nitroverbindungen, wie Nitrophenolather, ζ. Β. Nitroanisol, Nitrodiphenylamine,und Nitroaniline, z. B. 2,4-Dinitroanilin; halogenierte Aniline, ζ. B. 2,4-Dichloranilin; Chinone, wie o- und p-Benzochinon; aromatische Bis-hydroxyverMndungen, wie Brenzkatechin und Hydrochinon; substituierte aromatische Aldehyde wie Piperonal und Anisaldehyd und durch niedere Alkenylreste und niedere Alkoxy-Reste substituierte Phenole, wie Eugenol und Isoeugenol.Oximes such as cyclohexanone oxime; Lactams, such as ξ, -caprolactam; aromatic nitro compounds such as nitrophenol ethers, ζ. Β. Nitroanisole, nitrodiphenylamines, and nitroanilines, e.g. B. 2,4-dinitroaniline; halogenated anilines, ζ. B. 2,4-dichloroaniline; Quinones such as o- and p-benzoquinone; aromatic bis-hydroxy compounds, such as catechol and hydroquinone; substituted aromatic aldehydes such as piperonal and anisaldehyde and phenols substituted by lower alkenyl radicals and lower alkoxy radicals, such as eugenol and isoeugenol.
Ganz besonders bewährt hat sich das erfindungsgemäße Verfahren zur destillativen Abtrennung bzw. Reinigung von gegebenenfalls durch eine oder mehrere C1 - C^-Alkoxygruppen substituierten 4-Hydroxybenzaldehyden, wie 4-Hydroxybenzaldehyd, 4-Hydroxy-3-methoxy-benzaldehy& (Vanillin), 4-Hydroxy-3-äthoxy-benzaldehyd (Äthylvanillin), 4-Hydroxy-3-propoxybenzaldehyd und 4-Hydroxy-3-isopropoxybenzaldehyd.The process according to the invention has proven to be particularly useful for the distillative separation or purification of 4-hydroxybenzaldehydes which are optionally substituted by one or more C 1 -C 4 -alkoxy groups, such as 4-hydroxybenzaldehyde, 4-hydroxy-3-methoxy-benzaldehyde & (vanillin), 4-hydroxy-3-ethoxy-benzaldehyde (ethyl vanillin), 4-hydroxy-3-propoxybenzaldehyde and 4-hydroxy-3-isopropoxybenzaldehyde.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt es erstmals diese thermisch äußerst empfindlichen Verbindungen ohne Zersetzung zu destillieren und auf diese Weise z. B. aus den Reaktiongsgemischen, wie sie bei der Herstellung der Verbindungen anfallen (vgl. z. B. Organic Reactions (1957), Band IX, Seite 37 u.tf.; deutsche Offenlegungsschrift 2.115.551) abzutrennen.With the help of the method according to the invention it is possible for the first time to distill these thermally extremely sensitive compounds without decomposition and in this way, for. B. from Reaktiongsgemischen as in the preparation of the compounds apply (see. E.g., B. Organic Reactions (1957), Volume IX, page 37 u. T f .; German Offenlegungsschrift 2,115,551) to separate.
HR 58 - 5 -HR 58 - 5 -
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Die erfindungsgemäße Trägerdampf-Destillation wurde in der in Figur 1 dargestellten Apparatur vorgenommen. Und zwar wurden zur Herstellung des überhitzten Trägerdampfes 1,3 kg Toluol /h im Verdampfer (9) verdampft, der erhaltene Toluoldampf " im zweiten Verdampfer (10) auf 1600C überhitzt. Der überhitzte Toluoldampf (8) wurde im Verdampfer (2) (Fallfilm-Verdampfer) im Gegenstrom mit 3,3 kg/h einer Lösung (1) von 2,6 Gew.-96 Vanillin in Toluol beladen. Die im'Zulauf (1) befindlichen höhersiedenden Komponenten und anorganischen Verbindungen, etwa 5 g/h, schieden sich dabei im Sumpf (3) des Verdampfers ab. Der mit Vanillin beladene Dampf (4) wurde der Destillationskolonne (5) (Glockenboden-Kolonne) zugeführt und dort mit kondensiertem Toluol (6), Rücklauf aus dem Kondensator (11), im Gegenstrom so weit kondensiert (teilkondensiert), daß im Sumpf (7) der Kolonne (5) 135 g/h einer Siedetemperatur aufweisenden gesättigten Lösung von Vanillin in Toluol anfielen, aus der das Vanallin beim Abkühlen auskristallisierte. Das im Kondensator (11) anfallende, vanillinfreie Toluol wurde nach Entnahme des Rücklaufs (6) in zwei Ströme geteilt, Strom 12, der ausgeschleust wurde und dessen Menge dem Toluolgehalt des Zulaufs (1) entsprach ('W3,2 kg/h) und Strom (13) (r^ 1,3 kg/h) der wieder in den Verdampfer (9) zurückgeführt wurde.The carrier steam distillation according to the invention was carried out in the apparatus shown in FIG. Namely, the superheated steam carrier, 1.3 kg of toluene / h in the evaporator (9) evaporated to produce superheated of toluene vapor obtained "in the second evaporator (10) at 160 0 C. The superheated toluene vapor (8) in the evaporator (2) (Falling film evaporator) in countercurrent with 3.3 kg / h of a solution (1) of 2.6% by weight of vanillin in toluene. The higher-boiling components and inorganic compounds in the feed (1), about 5 g / h, deposited in the sump (3) of the evaporator. The vapor (4) laden with vanillin was fed to the distillation column (5) (bubble-cap column) and there with condensed toluene (6), reflux from the condenser (11) , condensed in countercurrent so far (partially condensed) that in the bottom (7) of the column (5) 135 g / h of a boiling point saturated solution of vanillin in toluene were obtained, from which the vanallin crystallized on cooling. Accruing, vanillin-free toluene was after removal of the Return (6) divided into two streams, stream 12, which was discharged and the amount of which corresponded to the toluene content of feed (1) (' W 3.2 kg / h) and stream (13) (r ^ 1.3 kg / h ) which was fed back into the evaporator (9).
Das Vanillin wurde bei dieser Arbeitsweise in praktisch 100 %-iger Ausbeute in Form weißer Kristalle erhalten.In this procedure, the vanillin was obtained in practically 100% yield in the form of white crystals.
Es wurde wie in Beispiel 1 beschrieben gearbeitet/nur wurde anstelle von Vanillin (3-Methoxy-4-hydroxy-benzaldehyd) Äthyl-Vanillin (3-Äthoxy-4-hydroxy-benzaldehyd) destilliert.It was worked / only was as described in Example 1 instead of vanillin (3-methoxy-4-hydroxy-benzaldehyde) ethyl vanillin (3-ethoxy-4-hydroxy-benzaldehyde) is distilled.
HR 58 - 6 -HR 58 - 6 -
60982Ö/048S60982Ö / 048S
Es wurden 2,5 kg/h Toluol-Trägerdampf mit 4,5 kg/h einer Lösung (1) von 3,3 Gew.-% Äthylvanillin in Toluol beladen. Im Sumpf der Kolonne (5) wurden je Stunde etwa 250 g einer etwa Siedetemperatur aufweisenden gesättigten Lösung (7) von Äthylvanillin in Toluol abgezogen, aus der das Äthylvanillin beim Abkühlen in Form farbloser Kristalle auskristallisierte. Das Äthylvanillin wurde in praktisch quantitativer Ausbeute erhalten.There was added 2.5 kg / h of toluene-carrier steam at 4.5 kg / h of a solution (1) from 3.3 wt -.% Äthylvanillin loaded in toluene. In the bottom of the column (5) about 250 g per hour of a saturated solution (7) of about boiling point of ethyl vanillin in toluene were withdrawn, from which the ethyl vanillin crystallized in the form of colorless crystals on cooling. The ethyl vanillin was obtained in practically quantitative yield.
Ein Produkt gleicher Reinheit wurde in gleicher Ausbeute ebenfalls erhalten, wenn anstelle von Toluol, Äthylbenzol verwendet wurde.A product of the same purity was also obtained in the same yield if ethylbenzene was used instead of toluene was used.
Es wurde wie in Beispiel 1 beschrieben gearbeitet, nur wurden anstelle von Toluol 2,5 kg/h Chlorbenzol als Trägerdampf (8) verwendet. Eingespeist wurden 2,5 kg einer Lösung (1) von 10 Gew.-% Vanillin in Chlorbenzol. Im Sumpf des Verdampfers (2) fielen je Stunde 3,5 g höhersiedende Verbindungen an. Im Sumpf der Kolonne (5) wurden je Stunde 400 g einer annähernd Siedetemperatur aufweisenden, gesättigten Lösung (7) von Vanillin in Chlorbenzol abgezogen, aus der sich das Vanillin beim Abkühlen in Form farbloser Kristalle abschied. Ausbeute: praktisch Quantitativ.The procedure was as described in Example 1, except that 2.5 kg / h of chlorobenzene were used as the carrier vapor instead of toluene (8) used. 2.5 kg of a solution (1) of 10% by weight vanillin in chlorobenzene were fed in. 3.5 g of higher-boiling compounds per hour fell in the bottom of the evaporator (2) at. In the bottom of the column (5), 400 g of a saturated solution (7) with approximately boiling temperature were per hour deducted from vanillin in chlorobenzene, from which the vanillin separated out in the form of colorless crystals on cooling. Yield: practically quantitative.
Ein Produkt gleicher Reinheit wurde in gleicher Ausbeute ebenfalls erhalten, wenn anstelle von Chlorbenzol Anisol verwendet wurde.A product of the same purity was also obtained in the same yield if anisole was used instead of chlorobenzene was used.
1,5 kg auf 18O0C überhitztes Anisol wurden innerhalb von 1,5 Std. mit der Lösung von 100 g Vanillin in 200 g Anisol beladen. Der überhitzte beladene Dampf (4) wurde:1.5 kg 18O 0 C superheated anisole were loaded within 1.5 hr. With a solution of 100 g vanillin in 200 g of anisole. The superheated laden steam (4) became:
HR 58 - 7 -HR 58 - 7 -
609820/0/+85609820/0 / + 85
im Versuch a)in experiment a)
in der Kolonne 5 der in Beispiel 1 beschriebenen Verdampfungsr kondensation unterworfen. Aus der im Sumpf der Kolonne abgezogenen heißen gesättigten Lösung (7) schieden sich beim Abkühlen 97 g Vanillin in Form farbloser Kristalle.ab.in column 5 of the evaporator described in Example 1 subject to condensation. From the hot, saturated solution (7) withdrawn from the bottom of the column, the Cooling 97 g of vanillin in the form of colorless crystals.
im Versuch b)in experiment b)
in üblicher Weise vollständig kondensiert, und die anfallende verdünnte Lösung des Vanillins in Anisol anschließend durch Einengen im Vakuum (<5 Torr), bis zur gesättigten Lösung des Aldehyds konzentriert. Beim Abkühlen der eingeengten Lösung schieden sich 79 g Vanillin in Form rotbrauner Kristalle ab; außerdem wurden 20 g eines-harzartigen Rückstandes erhalten. completely condensed in the usual way, and the resulting dilute solution of vanillin in anisole then through Concentrate in vacuo (<5 torr) until the solution is saturated of the aldehyde concentrated. When the concentrated solution cooled, 79 g of vanillin separated in the form of red-brown crystals away; in addition, 20 g of a resinous residue was obtained.
HR 58 - 8 -HR 58 - 8 -
609820/0/, 85609820/0 /, 85
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