DE2724111C2 - Verfahren zur Herstellung von Übergangsmetall-Olefin-Komplexen sowie von Alkalimetall-Übergangsmetall-Olefin-Komplexen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Übergangsmetall-Olefin-Komplexen sowie von Alkalimetall-Übergangsmetall-Olefin-Komplexen

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Description

ts
Zur Herstellung CO- und NO-freier Olefinkomplexe der Obergangsmetalle sind verschiedene Verfahren bekannt Den weitesten Anwendungsbereich hat dabei das von Wilke et aL entwickelte Verfahren gefunden, bei dem Übergangsrnetaüsalze in Gegenwart von Olefinen mit Hilfe metallorganischer Verbindungen von Metallen der I. bis UI. Gruppe des Periodischen Systems, insbesondere des Aluminiums, reduziert werden. Wie in der deutschen Patentschrift 11 91 375 beschrieben wird, reagiert z.B. NickeI(II)-acetyIacetonat in Gegenwart von Cyclooctadien(l3) mit Monoäthoxydiäthylaluminium zum Bis(cyclooctadien)Nickel(0), (C8Hi2J2Ni(O). Wird anstelle von Cyclooctadien all-trans-Cyclododecatrien oder Cyclooctatetraen zugesetzt, so entsteht ein CycIododecatrien-NickeI(O), Ci2Hi8Ni(O) bzw. ein Cyclooctadetraen-Nickel(O), (C8H8Ni)2.
Weiterhin ist es möglich, derartige Übergangsmetallverbindungen durch elektrochemische Reduktion zu gewinnen (DE-OS 20 07 076). Die apparativ relativ aufwendige Methode der Cokondensation von Übergangsmetallatomen und Olefinen liefert ebenfalls solche Komplexverbindungen (Angew. Chem. 87, S. 217,1975X Sie sind auf diesem Wege allerdings nur in mäßiger Ausbeute zugänglich.
Alle genannten sowie bisher bekannten Verfahren führen zu Übergangsmetall-Olefin-Komplexen, in denen die niedrigste Oxidationszahi des Übergangsmetallatoms Null beträgt
Es wurde nun das im Patentanspruch angegebene Verfahren gefunden. FOr eine Cobalt- sowie zwei Nickelkomplexverbindungen wurde bereits in einer ersten vorläufigen Mitteilung (Angew. Chem. 88, S. 808, 1976) berichtet, daß die Umsetzung von Cyclopentadie- so nyl-Ubergangsmetallverbindungen, (CjHs)2M oder QH5-M(L)n(M - Übergangsmetall, L-Olefin, mit Alkalimetall in Gegenwart von Olefinen unter Ablösung der CsHs-Ringe vom Übergangsmetallatom als Alkalimetallcyclopentadienid schon bei tiefer Temperatur (um -6O0C) in Ausbeuten von >65% zu Alkalimetall-freien oder auch Alkalimetall-haltigen Übergangsmetall-Olefin-KompIexen führt, wobei letztere Verbindungen ein oder auch mehrere Alkalimetallatome pro Übergangsmetallatom enthalten können, wenn man anstelle eines Molverhältnisses von 1 :1 von Alkalimetall zu Übergangsmetall einen Überschuß an Alkalimetall verwendet. Außerdem ist es möglich, je nach Wahl der Stöchiometrie bzw. der Reaktionsbedingungen sowie je nach Art des Übergangsmetalls lediglich ein oder auch beide CyclopentadienyI-Ringe vom Übergangsmetallatom abzulösen, so daß sich nach diesem Verfahren verschiedene Übergangsmetall-Olefin-Komplexe, nämlich CsHs-haltige oder auch CsHs-freie Übergangsmetall-Olefin- bzw. Alkalimetall-ÜbergangsraetaU-Olefin-Kompiexe herstellen lassen.
Als Alkalimetalle werden dabei bevorzugt Lithium, Natrium oder Kalium verwendet Fflr die am Übergangsmetallatom gebundenen Olefine haben sich Einfacholefine wie Bicyclohepten oder Mehrfacholefine wie Cyclooctadien oder Cyclododecatrien sowie auch acyclische Monoolefine wie Äthylen besonders bewährt, während für die am Alkalimetallatom komplexierten Donatoren Äther wie Dialkyläther oder Diaryläther, Tetrahydrofuran, Dioxan, Monoglyme und Diglyme, sowie einfache, cyclische oder chelatisierende tertiäre Amine wie Trimethylamin, Morpholin oder Tetramethyläthylendiamin in Frage kommen.
Die Herstellung der Komplexe wird in der Weise durchgeführt, daß die Cyclopentadienyl-Übergangsmetall-Verbindungen unter Inertgas in entsprechenden Lösungsmitteln gelöst bzw. suspendiert mit äem Olefin gemischt bzw. gesättigt werden und daß zu dieser Mischung das Alkalimetall in Form von feinverteiltem Sand oder auch in Form größerer Metallstüeke zugefügt wird. Die möglicherweise auftretende Reaktionswärme wird durch Kühlen abgeführt Nach beendeter Reaktion werden die entstandenen Komplexverbindungen von den unlöslichen Beiprodukten (überschüssiges Alkalimetall und Alkalimetallcyclopentadienid) abgetrennt und aus dem Filtrat das erfindungsgemäße Produkt durch Kristallisation isoliert Als geeignete Lösungsmittel für derartige Umsetzungen haben sich Äther, vorzugsweise Tetrahydrofuran oder auch Dimethoxyäthan, Diglyme usw. mit oder auch ohne Zusatz von tertinären Aminen, aber auch aliphatische Kohlenwasserstoffe wie Pentan, Hexan oder Heptan sowie auch Benzol oder Toluol bewährt Die jeweils angewandten Reaktionstemperaturen hängen von der Art der herzustellenden Komplexverbindung ab. Temperaturen zwischen -6O0C und +100° C sind brauchbar, insbesondere der Bereich zwischen — 6O0C und Raumtemperatur.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß einerseits unter sehr milden Bedingungen von Temperatur und Druck Alkalimetall-Übergangsmetall-Olefin-Komplexe hergestellt werr.en können, die nach den bisher bekannten oder geschilderten Verfahren nicht zu erhalten sind. Außerdem lassen sich nach dieser Methode auch Alkalimetall-freie Übergangsmetall-Olefin-Komplexe in einfacher Weise herstellen. So erhält man auf direktem Wege das C5H5COCOD aus (CsHs)2Co und Lithiuni in Gegenwart von Cyclooctadien(1,5) (COD) schon bei 0°C, eine Methode, die bisher nicht beschrieben ist
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Übergangsmetallkomplexverbindungen oder deren Lösungen können als Katalysatoren für die Oligomerisation und Polymerisation von Diolefinen verwendet werden. Die Alkalimetall enthaltenden Komplexverbindungen sind als selektive Reduktionsmittel besonders geeignet.
Beispiel I
6,5 g (C5Hs)2Ni und 15 ml Cyclooctadien(l,5) (C8Hi2 - COD) werden in 45 ml Tetrahydrofuran (THF) mit 485 mg Lithiumsand vier Stunden bei 0°C unter Argon gerührt. Dabei fällt Bis(cyclooctadien)Nikkel(O) ((COD)2Ni) aus, das abfiltriert und aus Toluol umkristallisiert wird.
Ausbeute 7,5 g = 80% bezogen auf eingesetztes
(C5Hs)2Nt.
Berechnet: Ni 21,3%; gefunden; Ni 21,0%,
Beispiel 2
40 g des nach Beispiel 1 mit äquivalenter Lithiummenge, bezogen auf CsHs hergestellten (COD)2Ni werden anschließend in 750 ml THF mit 5 g Lithiumsand ca. 2 Stunden bei 0°C geröhrt Das (COD)2Ni ist dann vollständig in Lösung gegangen. Die nun tiefrote Reaktionslösung wird durch Filtration von überschüssigem Lithium abgetrennt und mit der gleichen Menge Diäthyläther versetzt Bei -300C kristallisiert (COD)2NiLi2I(THF)4 in Form rot-gelber Kristalle aus, die zweimal mit Äther gewaschen und eine Stunde bei 0°C im Ölpumpenvakuum getrocknet werden.
Ausbeute 67 g = 80% der Theorie bezogen auf eingesetztes (COD)2Ni.
Berechnet: Ni 10,17%, U 2,4%;
gefunden: Ni 1 αϊ 5%, ü 2,45%.
Beispiel 3
Die Umsetzung von (C5Hs)2Ni in THF in Gegenwart von COD mit überschüssigem Lithiumsand bei 00C ergibt nach Abtrennen von nicht umgesetztem Lithium eine Lösung von (COD)2NiLi2(THF)4 in Tetrahydrofuran.
Beispiel 4
3,2 g (COD)2NiLi2(THF)4 in 60 ml THF werden mit 1,1 g (C5H5)ZNi in Gegenwart von COD bei 0°C umgesetzt Es fällt das (COO)2Ni -.n Form eines hellgelben Niederschlages aus, der mit wenig THF gewaschen und im ölpumpenvakuum geti jcknet wird.
Ausbeute 13 g - 42% der Theorie bezogen auf
eingesetztes (C5Hj)2Ni.
Berechnet: Ni 213%; gefunden: Ni 21,5%.
Beispiel 5
20 g (C5Hs)2Co in 200 ml THF werden unter Argon bei -30° C mit überschüssigem Lithiumsand gerührt. Nach 45 Min. filtriert man Ober eine Glasfritte bei -300C von nicht umgesetztem Lithium ab. Beim Abkühlen des Filtrats aus -78°C (2 Stunden) kristallisiert (C5Hs)2CoLi(THF)W aus, das bei -788C abfiltriert und zweimal mit kaltem Pentan (—78° C) gewaschen wird. Die extrem luftempfindliche Verbindung wird anschließend zwei Stunden bei -30° C am Hochvakuum getrocknet.
Ausbeute 28 g - 72% der Theorie bezogen auf eingesetztes (C5Hs)2Co.
Berechnet: Co 15,67%, Li 1,84%;
gefunden: Co 15,9%, Li 1,7%.
Ohne Isolierung oder bei Einsatz des zwischendurch isolierten Produktes wird wie folgt weiter verfahren:
Unter Argon werden 5,1 g (CsHs)2CoLi(THF)2^ in 60 ml Pentan mit -3Ö°C suspendiert und in einen Stahl-Autoklaven überführt. Dann preßt man 30 atm Äthylen auf und läßt auf Raumtemperatur kommen. Nach 2 Stunden wird bei RT über eine Glasfritte filtriert und der Rückstand mit wenig Pentan nachgewaschen. Nach Einengen des Filtrats im Vakuum auf ca. 20 ml und Abkühlen auf -78° C kristallisiert C5H5Co(C2H4)J aus.
Die Verbindung wird abfiltriert und bei Raumtemperatur im Argonstrom getrocknet
Ausbeute 1,5 g = 67% der Theorie bezogen auf eingesetzte Co-Li-Verbindung.
Berechnet: Co 32,75%; gefunden: Co 31,1%. Beispiel 6
Zu 41,4 g (C5Hs)2Co und 54 ml COD iiH25O ml THF gibt man bei O0C im Verlauf von 6 Stunden insgesamt 1,53 g Lithiumsand. Man läßt 12 Stunden bei Raumtemperatur nachreagieren und destilliert anschließend das Tetrahydrofuran im Vakuum ab. Der feste Rückstand wird bei RT in Toluol aufgenommen. Man filtriert vom C5H5Li ab und kühlt das Filtrat auf -60° C ab. Dabei kristallisiert braunes C5H5CoCOD aus, das mit Pentan gewaschen und im ölpumpenvakuum bei Raumtemperatur getrocknet wird.
Ausbeute 40,8 g = 80% der Theorie bezogen auf
eingesetztes (C5Hs)2Co.
Berechnet: Co 25,4%; gefunden: Co 243%.
Beispiel 7
Eine mit Äthylen gesättigte Mischung aus 10,4 g C5H5CoCOD und 15OmJ THF wird unter Äthylen (1 atm) 5 Stunden bei -3O0C mit überschüssigem
Lithiumsand gerührt Die anfangs tiefrote Lösung ist dann hellgelb geworden. Danach wird bei Raumtemperatur vom überschüssigen Lithium abfiltriert und das Filtrat im Ölpumpenvakuum bis zu einem öl eingeengt Bei Zugabe von äthylengesättigtem Äther sowie
Tetramethyläthylendiamin (TMED) fällt hellgelbes CODCo(C2H4)2Li(TMED)2
in kristalliner Form aus, das mit Äther/TMED gewaschen und im ölpumpenvakuum bei Raumtemperatur eine Stunde getrocknet wird.
Ausbeute 1,4 g = 70% der Theorie bezogen auf
eingesetztes CsH5CoCOD.
Berechnet: Co 12,75%, Li 14%;
gefunden: Co 12,4%, Li 144%.
Beispiel 8
11,6 g CsH5CoCOD und 11 ml all-trans-Cyclododecatrien(14,9) (Ci2Hi8) in 200 ml THF werden sechs Stunden bei -300C mit überschüssigem Lithiumsand gerührt Man läßt zwölf Stunden bei -300C stehen und destilliert anschließend das Tetrahydrofuran im Vakuum ab. Der Rückstand wird in Toluol aufgenommen und das C5H5Li sowie das überschüssige Lithium abgetrennt Zum Filtrat gibt man 20 ml Tetramethyläthylendiamin (TMED) und läßt zwölf Stunden bei 0°C stehen. Dabei kristallisiert rotes
CODCoCi2Hi8Li(TMED)2
aus, das mit Äther gewaschen und bei Raumtemperatur im ölpumpenvakuum getrocknet wird.
Ausbeute 10,8 g - 39% der Theorie bezogen auf
eingesetztes C5H5CoCOD.
Berechnet: Co 1037%, Li 1,22%;
gefunden: Co 10,24%, Li 1,28%.
Das vom
CODCoCuHIeU(TMED)2
abgetrennte Filtrat fahrt nach Abdestillieren des Toluols im ölpumpenvakuum zu einem roten, bei Raumtemperatur stabilen öl, das im wesentlichen aus i Li-Verbindungen besteht
Beispiel 9
Wie in Eeispiel 8 werden 14,8 g C5H5CoCOD in 200 ml THF mit 6,2 g kleingeschnittenem Kalium unter Äthylen bei —30" C zehn Stunden gerührt Anschließend wird die Reaktionsmischung zwölf Stunden bei —78° C gehalten und dann vom C5HsK. und überschüssigem Kalium abfiltriert Nach Einengen des Filtrats auf ι s ca. 50 ml und Zugabe von 200 ml Äther fällt bei Raumtemperatur
CODCo(C2H^-K(THF),
in Form eines hellgelben Pulvers aus. Die Verbindung wird mit Äther gewaschen und bei Raumtemperatur im ölpumpenvakuum getrocknet
Ausbeute 14,4 g = 68% der Theorie bezogen auf
eingesetztes C5H5CoCOD.
Berechnet: Co 17,64%, K 11,70%;
gefunden: Co 17,0%, K 11,6%.
20
25
Beispiel 10
Zu 60 g (C5Hs)2Co und 117 ml COD in 500 ml THF gibt man bei 0°C unter Rühren im Verlauf von sechs Stunden insgesamt 11g Lithiumsand. Nach Abziehen des Lösungsmittels wird der Rückstand bei Raumtemperatur mit 500 ml Toluol versetzt und eine halbe Stunde bei Raumtemperatur gerührt Das C5H5Li sowie überschüssiges Lithiummetall werden dann abgetrennt und das Filtrat im Vakuum weitgehend eingeengt Anschließend gibt man 300 ml THF sowie 300 ml Diäthyläiher zu. Bei 0°C kristallisiert hellgelbes (COD)2CoLi(THF)x aus, das abfiltriert mit Pentan gewaschen und bei RT im ölpumpenvakuum getrocknet wird.
30
35
Ausbeute 110,8 g
82% der Theorie bezogen auf eingesetztes (C5Hs)2Co.
Beispiel 12
Analog zu Beispiel 11 werden 20 g (C5Hs)2Co and 40 ml COD in 300 ml THF bei 0°C mit überschüssigem Kaliummetall ca. zehn Stunden gerührt Anschließend kühlt man das Reaktionsgemisch auf -78° C ab und läßt zwölf Stunden stehen. Nach Abtrennen des C5H5K sowie des nicht umgesetzten Kaliums bei -78° C wird das Filtrat bei Raumtemperatur auf ca. 100 ml eingeengt und mit viel Äther versetzt Bei -30° C kristallisiert gelbes (COD)2CoK(THF)Ot5 innerhalb von drei Tagen aus. Dieses wird mit Diäthyläther gewaschen und im ölpumpenvakuum bei Raumtemperatur getrocknet
Ausbeute 24 g = 63% der Theorie bezogen auf eingesetztes (C5Hs)2Co.
Berechnet: Co 15,26%, K 10,12%
TUr(COD)2CoK(THT)I;
gefunden: Co 16,4%, K103%.
Beispiel '>
41 g (COD)2CoU(THF)2 in 400 ml Toluol werden bei -10°C mit 3,6 ml Methanol versetzt Man läßt auf Raumtemperatur kommen und filtriert vom CH3OLi ab. Anschließend wird das Filtrat im Vakuum eingeengt und auf -78° C abgekühlt Es kristallisiert dunkles (C8H12XC8H13)COaUS.
Ausbeute 17,1 g = 65% der Theorie bezogen auf
eingesetztes (COD)2CoLi(THF)2. Berechnet: Co 2135%; gefunden: Co 20,8%.
7,1 g (C8H12XC8H13)Co in 50 ml THF werden mit 540 mg Lithium zwei Stunden bei 0°C gerührt Die nun tiefrote Reaktionslösung wird vom nicht umgesetzten Lithium abfiltriert Das THF wird im Vakuum zum Teil abdestilliert und anschließend Diäthyläther zugegeben. Bei -30° C kristallisiert tiefrotes
40
45
(COD)2CoLi(THF)x kann wie folgt umkristallisiert werden:
57 g (COD)2CoLi(THF)x werden bei Raumtemperatur in 600 ml Diäthyläther gelöst und von wenig Unlöslichem abfiltriert Beim Abkühlen des Filtrats auf -30° C kristallisiert gelbes (COD)2CoLi(THF)2 aus, das mit Pentan gewaschen und im ölpumpenvakuum bei O0C getrocknet wird.
Ausbeute 40 g — 70% der Theorie bezogen auf eingesetztes (COD)2CoLi(TH F)x
Berechnet: Co 13,83%, Li 1,63%;
gefunden: Co 13,8%, Li 1,67%.
60
Beispiel 11
Die Umsetzung von (C5Hs)2Co mit überschüssigem NatriummetaH und COD in THF bei 0°C führt nach Abtrennen von nicht umgesetztem Natrium zu einer gelben Lösung von (COD)2CoNa in Tetrahydrofuran.
(C8H12XC8H13)CoLi2(THF),
aus, das mit Äther gewaschen und bei 0°C im ölpumpenvakuum getrocknet wird.
Ausbeute 7,7 g = 50% der Theorie bezogen auf
eingesetztes (C8H ι ^C8H 13)Co.
Berechnet: Co 10,2%, Li 2,4%;
gefunden: Co 10,2%, Li 2,45%.
Beispiel 14
50 g (C5Hs)2Fe und 100 ml COD in 35OmI THF werden bei -40 bis -50° C mit überschüssigem Lithiumsand sechs Stunden gerührt Dann wird bei — 40° C von überschüssigem Lithium abfiltriert und das Filtrat im Vakuum auf 250 ml eingeengt. Man gäbt 150 ml Tetramethyläthylendiamin (TMED) und 600 ml Diäthyläther zu und läßt sechzehn Stunden bei Raumtempera;jr stehen. Es fällt gelbes C5HsFeCOD-LiTMED aus, das mit insgesamt 500 ml Diäthyläther gewaschen und im Ölpumpenvakuum bei Raumtemperatur getrocknet wird.
Ausbeute 71,2 = 75% der Theorie bezogen auf eingesetztes (C5Hs)2Fe.
Berechnet: Fe 15,85%, Li 1,97%;
gefunden: Fe 15,4%, Li 2,05%.
Beispiel 15
Wie in Beispiel 15 werden 50 g (CsHs)2Fe mit 75 ml COD in 320 ml Dimethoxyäthan (DME) bei -35°C mit überschüssigem Lithiumsand sechs Stunden gerührt. Man läßt auf Raumtemperatur kommen und filtriert vom Lithium ab. Beim Abkühlen des Filtrats auf -300C (40 Stunden) kristallisiert ein orange gefärbtes Produkt aus. Dieses wird bei — 300C abfiltriert und bei Raumtemperatur mit 600 ml Diäthyläther zwei Stunden gerührt. Man erhält gelbes
C5HsFeCODLiDME,
das mit 200 ml Diäthyläther gewaschen und eine Stunde bei 4O0C im Ölpumpenvakuum getrocknet wird.
Ausbeute 573 g = 65,5% der Theorie bezogen auf
eingesetztes (C5Hs)2Fe.
ncrecknei. pe 171 cy0^ Li 2,131Vo;
gefunden: Fe Ι6!β%! Li 23%. '
Beispiel 16
Eine mit Äthylen gesättigte Mischung aus 11 g (C5Hs)2Co in 150 ml THF wird unter Äthylen (1 atü) 6 Stunden mit 9,4 g kleingeschnittenem Kalium bei -30T gerührt. Anschließend läßt man die Mischung auf 00C kommen, läßt 5 Stunden bei 00C nachreagk-rui und kühlt dann auf -78° C ab. Nach ca. 5 Stunden wird bei —78° C vom überschüssigen Kalium und ausgefallenem C5H5K abfiltriert und das hellgelbe Filtrat im ölpumpenvakuum bis auf ca. 50 ml eingeengt. Nach Zugabe von 200 ml Äther fällt (C2H4^CoK(THF), in Form eines nahezu farblosen Pulvers aus. Die extrem luftempfindliche Verbindung wird bei Raumtemperatur mit Äther gewaschen und im ölpumpenvakuum 30 Minuten bei Raumtemperatur getrocknet.
Ausbeute IUg = 80% der Theorie bezogen auf
eingesetztes (CsHs)2Co.
Berechnet: Co 23,95%, K 15,89% für
gefunden: Co 24,6%, K 163%.
Beispiel 17
(C2H4J4FeLi2(TMED)2
Eine Mischung aus IOg (C5Hs)2Fe und 3 g kleingeschnittenem Lithium in 75 ml THF wird bei -4O0C mit Äthylen gesättigt und anschließend in einen Stahiautoklav überführt. Man preßt 5 atü Äthylen auf, läßt unter Rühren auf Raumtemperatur kommen und rührt zunächst 20 Minuten bei Raumtemperatur und dann 7 Stunden bei +500C weiter. Währcr.d der gesamten Reaktionszeit wird durch wiederholtes Aufpressen von
Μ Äthylen ein Autoklavdruck von 3—5 atü aufrechterhalten. Nach beendeter Reaktion wird der Autoklavinhalt unter Argon auf eine G-4-Glasfritte überführt, von wenig unlöslichen Beiprodukten sowie vom überschüssigen Li'hium abgetrennt und das gelbbraune Filtrat mit 80 ml Äther sowie mit 50 ml Tetramethylendiamin (TMED) versetzt Bei 0°C fällt hellgelbes (C5Hi)(FcLi(TMED)2 in kristalliner Form aus, das nach 3 Stunden abtiftriert, mit Äther gewaschen und im ölpumpenvakuum bei Raumtemperatur getrocknet wird.
Ausbeute 12,9 g = 58% der Theorie bciogen auf
eingesetztes (C5Hs)2Fe.
Berechnet: Fe 13,49%, Li 335%;
gefunden: Fe 13,0%, Li

Claims (1)

  1. Patentanspruch;
    Verfahren zur Herstellung von CsHs-haltigen sowie CsH5-freien Übergangsmetall-Olefin-Komplexen bzw. Alkalimetall-Übergangsmetall-Olefin-Komponenten oder deren Lösungen, dadurch gekennzeichnet, daß Metallocenkomplexe von Eisen, Kobalt, Nickel, Chrom, Molybdän, Titan und Vanadium mit Alkalimetallen oder Alkalimetall-Übergangsmetallkomponenten, gegebenenfalls in Gegenwart von Olefinen in Lösungsmitteln zwischen -60° und +100° C umgesetzt werden.
DE2724111A 1977-05-27 1977-05-27 Verfahren zur Herstellung von Übergangsmetall-Olefin-Komplexen sowie von Alkalimetall-Übergangsmetall-Olefin-Komplexen Expired DE2724111C2 (de)

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