DE3728801C2 - (2-Phenylpropan-2-yl) silan-Verbindungen und ein Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

(2-Phenylpropan-2-yl) silan-Verbindungen und ein Verfahren zu deren Herstellung

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft neue Organosilicium-Verbindungen und ein Verfahren zu ihrer Herstellung, insbesondere von (2-Phenylpropan-2-yl)silan-Verbindungen.
Unter der Vielzahl bekannter Organosilicium-Verbindungen zeichnen sich einige durch Substituenten am Siliciumatom aus, die großen Raumbedarf haben und eine bemerkenswerte sterische Hinderung aufweisen. Tert. Butyldimethylchlorsilan ist ein Beispiel für derartige Organosilicium-Verbindungen und als spezielles selektives Silylierungsreagenz eine nützliche Verbindung für die Synthese von verschiedenen Sexualhormonen wie Prostaglandinen und von Antibiotika wie Chenamycin.
Tert. Butyldimethylchlorsilan kann mit Hilfe einiger bekannter Verfahren synthetisiert werden, wozu auch Verfahren gehören, die tert. Butyllithium (Journal of Organic Chemistry 43, 3648 [1978] und Journal of the American Chemical Society 76, 1030 [1954]) oder eine Grignard-Reaktion verwenden. Diese Verfahren zur Herstellung von tert. Butyldimethylchlorsilan sind als industrielle Verfahren nicht ganz zufriedenstellend, da das erstere aufgrund der verwendeten gefährlichen Reaktanden wie metallisches Lithium und Organolithium-Verbindungen ein Sicherheitsproblem mit sich bringt und das letztere als Folge der Verwendung einer Silicumwasserstoff-Verbindung als Zwischenprodukt einen längeren Prozeß bedingt.
Dementsprechend ist lange versucht worden, eine neue Organosilicium-Verbindung zu entwickeln, die als spezielles Silylierungsreagenz eingesetzt werden kann, einen oder mehrere Substituenten mit großem Raumbedarf enthält, eine breitere Anwendung als das oben genannte tert. Butyldimethylchlorsilan findet und dennoch ohne die Probleme und Nachteile der synthetischen Herstellung des tert. Butyldimethylchlorsilans produziert werden kann.
Deshalb hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, die Herstellung neuer Organosilicium-Verbindungen zu ermöglichen, die die oben beschriebenen Anforderungen erfüllen.
Die erfindungsgemäßen Organosilicium-Verbindungen sind (2-Phenylpropan-2-yl)silan-Verbindungen mit der allgemeinen Formel
(PhMe₂C)pRqXrSi (I)
worin Ph eine Phenylgruppe Me eine Methylgruppe, R ein einbindiger Kohlenwasserstoffrest, ausgewählt aus der Reihe der Alkyl-, Alkenyl- und Aryl-Gruppen und X ein Halogenatom oder eine Alkoxy-Gruppe ist, während p = 1 oder 2, q = 0,1 oder 2 und r = 0, 1, 2 oder 3 ist, mit der Bedingung, daß die Summe aus p + q + r = 4 ist.
Die oben definierten und durch die allgemeine Formel (1) darstellbaren (2-Phenylpropan-2-yl)silane können durch Reaktion eines (2-Phenylpropan-2-yl)magnesiumhalogenids (einem Grignard-Reagenz) mit der allgemeinen Formel
PhMe₂C · MgY (II)
worin Ph und Me wie in (I) definiert sind und Y ein Halogenatom ist, mit einem Silan der allgemeinen Formel
RqSiX4-q (III)
worin jedes Symbol die oben definierte Bedeutung hat, erhalten werden.
Wie schon angegeben, haben die erfindungsgemäßen (2-Phenylpropan-2-yl)silane pro Molekül eine oder zwei, vorzugsweise eine, an das Siliciumatom gebundene (2-Phenylpropan-2-yl)-Gruppe, während die anderen drei bzw. zwei Substituenten des Siliciumatoms aus der Reihe der Alkyl-, Alkenyl-, Aryl- und Alkoxygruppen sowie der Halogenatome ausgewählt werden.
Die mit R bezeichnete Gruppe kann ein Alkylrest wie z. B. Methyl und Ethyl, ein Alkenylrest wie z. B. Vinyl und Allyl, oder ein Arylrest wie z. B. Phenyl oder Tolyl sein. Die Wasserstoffe dieser einbindigen Kohlenwasserstoffreste können teilweise oder vollständig durch Halogenatome oder andere Gruppen substituiert sein. Falls ein Molekül der (2-Phenylpropan-2-yl)silan-Verbindung zwei Reste R aufweist, können diese gleich oder voneinander verschieden sein. Das Zeichen X in der Formel (I) symbolisiert ein Halogenatom wie Chlor, Brom und Jod, vorzugsweise Chlor, oder eine Alkoxygruppe wie Methoxy oder Ethoxy. Sollte ein Molekül der Silanverbindung zwei oder drei Substituenten X enthalten, können diese gleich oder voneinander verschieden sein.
Beispiele der erfindungsgemäßen (2-Phenylpropan-2-yl)silane sind:
Dimethyl(2-phenylpropan-2-yl)chlorsilan,
Methylphenyl(2-phenylpropan-2-yl)chlorsilan,
Dimethyldi(2-phenylpropan-2-yl)silan,
Methyl(2-phenylpropan-2-yl)dichlorsilan,
Di(2-phenylpropan-2-yl)methylchlorsilan,
Methyl(2-phenylpropan-2-yl)vinylchlorsilan,
Di(2-phenylpropan-2-yl)methylvinylsilan,
Phenyl(2-phenylpropan-2-yl)dichlorsilan,
Di(2-phenylpropan-2-yl)phenylchlorsilan,
Diphenyl(2-phenylpropan-2-yl)chlorsilan,
Diphenyl(2-phenylpropan-2-yl)silan,
Chlormethylmethyl(2-phenylpropan-2-yl)chlorsilan,
Chlormethyldi(2-phenylpropan-2-yl)methylsilan,
Methoxymethyl(2-phenylpropan-2-yl)chlorsilan,
Di(2-phenylpropan-2-yl)methoxymethylsilan,
Dimethoxymethyl(2-phenylpropan-2-yl)silan,
Diethoxyphenyl(2-phenylpropan-2-yl)silan,
Di(2-phenylpropan-2-yl)ethoxyphenylsilan und ähnliche.
Eine Ausgangsverbindung bei der Synthese der oben beschriebenen Silane ist ein durch die allgemeine Formel (II) darstellbares (2-phenylpropan-2-yl)magnesiumhalogenid. Dieses Grignard-Reagenz kann leicht durch Reaktion von metallischem Magnesium in einem inerten organischen Lösungsmittel mit einem 2-Phenylpropan-2-yl-halogenid der Formel PhMe₂CY, worin jedes Symbol die oben definierte Bedeutung hat. Diese Verbindung ist ein Reaktionsprodukt, das man beim Erhitzen mit einer Mischung aus α-Methylstyrol und der wäßrigen Lösung eines Halogenwasserstoffs erhält. Zu beachten ist, daß das so hergestellte 2-Phenylpropan-2-yl-halogenid thermisch instabil ist, und bei der Destillation unter Dehydrohalogenierung leicht das Methylstyrol zurückgebildet wird, so daß das hergestellte 2-Phenylpropan-2-yl-halogenid notwendigerweise sofort von dem wäßrigen Medium abgetrennt werden sollte.
Weiterhin kann das (2-Phenylpropan-2-yl)magnesiumhalogenid mit der allgemeinen Formel (II) in dem organischen Lösungsmittel mit dem 2-Phenylpropan-2-yl-halogenid entsprechend der folgenden Reaktionsgleichung reagieren.
PhMe₂C · MgY + PhMe₂C · Y → PhMe₂C · CMe₂Ph + MgY₂
und so die Konzentration der Verunreinigungen im Lösungsmittel erhöhen, so daß das Grignard-Reagenz zur Vermeidung dieser Nebenreaktion notwendigerweise so schnell wie möglich mit der Organosilicium-Verbindung der allgemeinen Formel (III) umgesetzt werden sollte.
Das so erhaltene Grignard-Reagenz mit der allgemeinen Formel (II) wird mit der Organosilan-Verbindung der allgemeinen Formel (III) entsprechend der folgenden Reaktionsgleichung umgesetzt:
pPhMe₂C · MgY+RqSiX4-q → (PhMe₂C)pRqX4-p-qSi+pMgYX
Zu den Organosilan-Verbindungen der allgemeinen Formel (III) gehören: Dimethyldichlorsilan, Methylchlorsilan, Methylvinyldichlorsilan, Phenyltrichlorsilan, Diphenyldichlorsilan, Methyltrimethoxysilan, Ethoxyphenylsilan, Chlormethylmethyldichlorsilan und ähnliche.
Bei der Durchführung der oben beschriebenen Reaktion sollte darauf geachtet werden, daß die Herstellung des Grignard-Reagenzes und dessen Weiterreaktion mit dem Organosilan gleichzeitig abläuft, und daher das (2-Phenylpropan-2-yl)-halogenid und die Organosilan-Verbindung gleichzeitig in die Mischung aus metallischem Magnesium und inertem organischen Lösungsmittel zugeführt werden. Wenn dies nicht befolgt wird, kann eine industriell mögliche Ausbeute der gewünschten Verbindung nicht erzielt werden.
Es ist allgemein bekannt, daß die Knüpfung einer Bindung zwischen einem tertiären Kohlenwasserstoffrest und einem Siliciumatom nur unter Verwendung eines Alkyllithium-Reagenzes gelingt und nicht mit einem Grignard-Reagenz. Andererseits ist auch bekannt, daß ein Grignard-Reagenz nur mit dem Siliciumatom einer Siliciumverbindung reagieren kann, wenn ein Wasserstoffatom direkt an das Siliciumatom gebunden ist. Im Gegensatz zu dem oben genannten Allgemeinwissen der Chemie der Organosilicium-Verbindungen steht die ganz unerwartete Entdeckung, daß die oben genannte Reaktion der Einführung eines tertiären Kohlenwasserstoffrestes in die Organosilicium-Verbindung mit dem Grignard-Reagenz leicht ablaufen kann, wenn das Organosilan kein siliciumgebundenes Wasserstoffatom enthält.
Die oben beschriebenen Reaktionen zur Herstellung der erfindungsgemäßen neuen Silan-Verbindungen, nämlich die Bildung des Grignard-Reagenzes mit der allgemeinen Formel (II) und dessen Umsetzung mit der Organosilicium-Verbindungen der allgemeinen Formel (III) sollte vorzugsweise in einem inerten organischen Lösungsmittel wie Ether z. B. Diethylether, Tetrahydrofuran und ähnlichen oder Kohlenwasserstoff-Lösungsmitteln wie z. B. Benzol, Toluol und ähnlichen durchgeführt werden. Es kann auch eine Mischung von zweien oder mehreren dieser Lösungsmittel verwendet werden. Die Reaktion erfolgt bei einer Temperatur im Bereich von 10 bis 150°C, vorzugsweise von 30 bis 100°C und unter einer Inertgasatmosphäre aus Stickstoff, Argon oder ähnlichem. Insbesondere Sauerstoff sollte aufgeschlossen sein, da er im Laufe der Reaktion mit den Grignard-Reagenz reagieren kann und so einen erheblichen Ausbeuteverlust an der gewünschten neuen Organosilicium-Verbindung verursacht.
Die neue durch die Erfindung zugänglichen (2-Phenylpropan-2-yl)silan-Verbindungen enthalten im Molekül einen Substituenten mit besonders großem Raumbedarf, so daß sie als spezielles Silylierungsreagenz in der Synthese einiger pharmazeutischer Verbindungen wie z. B. von Steroiden, Prostaglandinen und ähnlichen nützlich sind, wobei die Besonderheit ausgenutzt wird, daß die Silyletherbindungen, die durch Reaktion mit einem Alkohol entstehen, chemisch stabil sind.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen sind auch als Katalysatoren oder Additive bei der stereospezifischen Polymerisation von Olefinen verwendbar.
Im folgenden wird eine detaillierte Beschreibung anhand von Synthesebeispielen und der Charakterisierung der neuen erfindungsgemäßen (2-Phenylpropan-2-yl)silane gegeben.
Beispiel 1
Zu 12 g (0,5 mol) Magnesiumspänen in 600 ml Tetrahydrofuran wurde im Stickstoffstrom bei einer Temperatur von 40 bis 50°C unter Rühren tropfenweise eine Mischung aus 64,5 g (0,5 mol) Dimethyldichlorsilan und 77,3 g (0,5 mol) 2-Phenylpropan-2-yl-chlorid zugesetzt. Nach der vollständigen Zugabe dieser Reagenzmischung wurde die Temperatur im Reaktionsgefäß auf 50°C gehalten und 1 Stunde weitergerührt. Dann wurde die Reaktionsmischung filtriert und das Filtrat durch Verdampfen des Lösungsmittels aufkonzentriert und unter Vakuum destilliert. Bei einer Temperatur von 74°C und einem Druck von 267 Pa (2 mm Hg) wurde als Fraktion 90,3 g einer öligen Substanz erhalten, deren gaschromatographische Analyse (15% beschichtete 2 Meter-Säule aus SE-30) ergab, daß sie aus einer einzelnen Reinsubstanz bestand. Die unten angegebenen Ergebnisse der massenspektroskopischen NMR- und IR-Analysen bestätigen, daß es sich bei dem Produkt um Dimethyl(2-phenylpropan-2-yl)chlorsilan mit der Formel (PhMe₂C)Me₂SiCl handelte.
Massenspektroskopische Daten: m/e (relative Intensität)
212(16)*); 197(3)*); 177(3); 135(3); 119(100); 118(56); 93(34)*); 91(43); 79(8); 78(8); 77(11); 65(8); 41(18); 39(8)
*) Der Peak gehört zu einem ³⁵Cl und besitzt einen Satellitenpeak des ³⁷Cl.
NMR spektroskopische Daten: δ (ppm)
(a): 0.22(s); (b): 1.40(s); (c): 6.80-7.20(m).
IR-spektroskopische Daten: Wellenzahl (cm-¹)
3050; 2970; 2875; 1600; 1500; 1475; 1370; 1260; 1040; 920; 840; 810; 790; 700.
Beispiel 2
Zu einer Mischung aus 10 g (0,1 mol) Cyclohexanol, 100 ml N,N-Dimethylformamid und 10,1 g Triethylamin wurden bei Raumtemperatur tropfenweise 21,25 g (0,1 mol) Dimethyl (2-phenylpropan-2-yl)chlorsilan gegeben. Nach der Reaktion wurde die Reaktionsmischung filtriert, das Lösungsmittel verdampft und unter Vakuum destilliert, wobei die Silylether-Verbindung Cyclohexyloxydimethyl (2-Phenylpropan-2-yl)silan erhalten wurde, die im folgenden als Silylether A bezeichnet wird.
In ähnlicher Weise wurde Cyclohexanol mit tert. Butyldimethylchlorsilan silyliert, wobei sich eine andere Silylether-Verbindung ergab, tert. Butylcyclohexyloxydimethylsilan, die im folgenden als Silylether B bezeichnet wird.
Jeder dieser Silylether A und B wurde in einer solchen Menge zu Ethanol gegeben, der 1 Gewichtsprozent konzentrierter Salzsäure enthielt, das die resultierende Lösung jeweils 10 Gewichtsprozente des Ethers aufwies. Diese Lösungen wurden 10 min bei Raumtemperatur stehengelassen, anschließend durch Gaschromatographie analysiert und die Konzentrationsabnahme der betreffenden Silylether bestimmt. Die Konzentrationsabnahme betrug bei dem Silylether A nach 10 min 52%, während Silylether B fast vollständig verschwand.
Beispiel 3
Das Verfahren aus Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei nur 64,5 g Dimethyldichlorsilan durch 74,8 g (0,5 mol), Methyltrichlorsilan ersetzt wurden, und 86 g eines bei 78°C/267 Pa (2 mm Hg) siedenden, öligen Produkts gebildet wurde.
Dessen gaschromatographische Analyse ergab, daß es aus einer einzigen Verbindung bestand. Die unten angegebenen Ergebnisse der massenspektroskopischen, NMR- und IR-Analyse bestätigen, daß es sich bei dem Produkt um Methyl(2-phenylpropan-2-yl)dichlorsilan mit der Formel (PhMe₂C)MeSiCl₂ handelte.
Massenspektroskopische Daten: m/e (relative Intensität)
232(9)*); 217(0,5)*); 197(1)*); 119(100); 103(8); 91(41); 79(8); 78(8); 77(9); 65(4); 63(5)*); 51(5); 41(8)
*) Der Peak gehört zu einem ³⁵Cl und besitzt einen Satellitenpeak des ³⁷Cl.
NMR spektroskopische Daten: δ (ppm)
(a): 0.54(s); (b): 1.5(s); (c): 6.90-7.20(m).
IR-spektroskopische Daten: Wellenzahl (cm-¹)
3050; 2960; 2870; 1600; 1500, 1470; 1450; 1370; 1260; 1135; 1040; 920; 900; 700.
Beispiel 4
Das Verfahren aus Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei 64,5 g Dimethyldichlorsilan durch 95,5 g (0,5 mol) Methylphenyldichlorsilan und 600 ml Tetrahydrofuran durch eine Mischung aus 300 ml Tetrahydrofuran und 300 ml Toluol ersetzt wurden, und sich 96 g eines bei 130°C/267 Pa (2 mm Hg) siedenden, öligen Produkts ergaben. Die unten angegebenen Ergebnisse der massenspektroskopischen, NMR- und IR-Analyse bestätigen, daß es sich bei dem Produkt um Methylphenyl(2-phenylpropan-2-yl)chlorsilan mit der Formel (PhMe₂C)MePhSiCl handelte.
Massenspektroskopische Daten: m/e (relative Intensität)
274(18)*); 155(100)*); 119(36); 118(51); 103(6); 91(29); 79(5); 78(5); 77(6); 65(4); 63(10)*); 51(4); 41(9)
*) Der Peak gehört zu einem ³⁵Cl und besitzt einen Satellitenpeak des ³⁷Cl.
NMR-spektroskopische Daten: δ (ppm)
(a): 0.5(s); (b): 1.4(w); (c): 6.80-7.05(m); (d): 7.04-7.30(m); J=6 Hz.
IR-spektroskopische Daten: Wellenzahl (cm-¹)
3050; 2960; 2870; 1600; 1500; 1440; 1370; 1260; 1120; 1040; 920; 700.
Beispiel 5
Dimethoxymethyl(2-phenylpropan-2-yl)silan mit der Formel (PhMe₂C)MeSi(OMe)₂ wurde auf dem Weg des Verfahrens aus Beispiel 1 aus Methyltrimethoxysilan und dem Grignard-Reagenz synthetisiert. Die massenspektroskopischen Daten der Verbindung ergaben sich wie folgt.
Massenspektroskopische Daten: m/e (relative Intensität)
224(9); 203(0,5); 119(2); 118(4); 117(3); 107(5); 106(9); 105(100); 91(5); 75(25); 59(5).
Beispiel 6
Phenyl(2-phenylpropan-2-yl)dichlorsilan mit der Formel (PhMe₂C)PhSiCl₂ wurde auf dem Wege des Verfahrens aus Beispiel 1 aus Phenyltrichlorsilan und dem Grignard-Reagenz synthetisiert. Die massenspektroskopischen Daten der Verbindung ergaben sich wie folgt.
Massenspektroskopische Daten: m/e (relative Intensität)
234(7)*); 175(6)*); 120(10); 119(100); 118(22); 103(7); 91(30); 79(6); 78(6); 77(15); 65(3); 63(4)*); 51(6); 41(10).
*) Der Peak gehört zu einem ³⁵Cl und besitzt einen Satellitenpeak des ³⁷Cl.
Beispiel 7
Methyl(2-phenylpropan-2-yl)vinyldichlorsilan mit der Formel (PhMe₂C)(CH₂=CH)MeSiCl wurde auf dem Wege des Verfahrens aus Beispiel 1 aus Methylvinyldichlorsilan und dem Grignard-Reagenz synthetisiert. Die massenspektroskopischen Daten der Verbindung ergaben sich wie folgt.
Massenspektroskopische Daten: m/e (relative Intensität)
224(20)*); 155(7)*), 120(10); 119(100); 118(53); 107(10); 105(27); 91(37); 79(17); 65(5); 63(3)*), 51(3); 41(1).
*) Der Peak gehört zu einem ³⁵Cl und besitzt einen Satellitenpeak des ³⁷Cl.
Beispiel 8
Diphenyl(2-phenylpropan-2-yl)chlorsilan mit der Formel (PhMe₂C)Ph₂SiCl wurde auf dem Wege des Verfahrens aus Beispiel 1 aus Diphenyldichlorsilan und dem Grignard-Reagenz synthetisiert. Die massenspektroskopischen und NMR-spektroskopischen Daten der Verbindung ergaben sich wie folgt.
Massenspektroskopische Daten: m/e (relative Intensität)
336(8)*), 217(100)*); 181(3), 119(7); 118(12); 91(10); 78(3); 77(6); 65(4); 63(10)*);
*) Der Peak gehört zu einem ³⁵Cl und besitzt einen Satellitenpeak des ³⁷Cl.
NMR-spektroskopische Daten: δ (ppm)
(a): 1.50(s); (b): 6.95-6.75(m); (c): 7.35-7.05(m).

Claims (11)

1. (2-Phenylpropan-2-yl)silan-Verbindung mit der allgemeinen Formel (PhMe₂C)pRqXrSiworin Ph eine Phenyl-Gruppe, Me eine Methyl-Gruppe, R ein einbindiger Kohlenwasserstoffrest, ausgewählt aus der Reihe der Alkyl-, Alkenyl- und Aryl-Gruppen, und X ein Halogenatom oder eine Alkoxy-Gruppe ist, während p=1 oder 2, q=0, 1 oder 2 und r=0, 1, 2 oder 3 ist, mit der Bedingung, daß die Summe aus p + q + r = 4 ist.
2. Eine (2-Phenylpropan-2-yl)silan-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß p gleich 1 ist.
3. Eine (2-Phenylpropan-2-yl)silan-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R aus der Reihe der Methyl-, Ethyl-, Vinyl-, Allyl-, Phenyl- und Tolyl-Gruppen ausgewählt wird.
4. Dimethyl(2-phenylpropan-2-yl)chlorsilan mit der Formel (PhMe₂C)Me₂SiCl.
5. Methyl(2-phenylpropan-2-yl)dichlorsilan mit der Formel (PeMe₂C)MeSiCl₂.
6. Methylphenyl(2-phenylpropan-2-yl)chlorsilan mit der Formel (PhMe₂C)MePhSiCl.
7. Dimethoxymethyl(2-phenylpropan-2-yl)silan mit der Formel (PhMe₂C)MeSi(OMe)₂.
8. Phenyl(2-phenylpropan-2-yl)dichlorsilan mit der Formel (PhMe₂C)PhSiCl₂.
9. Methyl(2-phenylpropan-2-yl)vinylchlorsilan mit der Formel (PhMe₂C) (CH₂=CH)MeSiCl.
10. Diphenyl(2-phenylpropan-2-yl)chlorsilan mit der Formel (PhMe₂C)Ph₂SiCl.
11. Verfahren zur Herstellung von (2-Phenylpropan-2-yl)silan-Verbindungen mit der allgemeinen Formel (PhMe₂C)pRqXrSiworin Ph eine Phenyl-Gruppe, Me eine Methyl-Gruppe, R ein einbindiger Kohlenwasserstoffrest, ausgewählt aus der Reihe der Alkyl-, Alkenyl- und Aryl-Gruppen, und X ein Halogenatom oder eine Alkoxy-Gruppe ist, während p = 1 oder 2, q = 0, 1 oder 2 und r = 0, 1, 2 oder 3 ist, mit der Bedingung, daß die Summe aus p + q + r = 4 ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein (2-Phenylpropan-2-yl)magnesiumhalogenid (Grignard-Reagenz) mit der allgemeinen FormelPhMe₂C · MgYworin Ph und Me die gleiche Bedeutung haben, wie oben definiert und Y ein Halogenatom ist, in einem organischen Lösungsmittel mit einer Silan-Verbindung der allgemeinen FormelRqSiX4-qumgesetzt wird, worin jedes Symbol die gleiche Bedeutung hat, wie oben definiert.
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