DE68911436T2 - Individuelle Partikelkristalle in alpha-Form von Tetrakis[3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionyloxy]methan und Verfahren zu seiner Herstellung. - Google Patents
Individuelle Partikelkristalle in alpha-Form von Tetrakis[3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionyloxy]methan und Verfahren zu seiner Herstellung.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft neue individuelle Kristall- Teilchen von Tetrakis[3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionyloxymethyl]methan (im Folgenden manchmal als Verbindung-A bezeichnet) in Form van α-Kristallen, die als Antioxidationsmittel für Polyolefine und dergleichen von Nutzen sind, und im einzelnen individuelle Kristall-Teilchen der Verbindung-A, die Kristalle der α-Form mit im wesentlichen kubischer oder quaderförmiger Gestalt oder deren Aggregate umfassen.
- Die gegenwärtig auf dem Markt befindlichen Produkte der Verbindung-A haben kritische Nachteile in bezug auf ihre Bearbeitbarkeit, Meßbarkeit und Umwelt-Hygiene, da sie schlechte Pulver- Eigenschaften haben, beispielsweise insofern, als sie in feinpulvriger Form mit niedriger Schüttdichte und schlechter Rieselfähigkeit vorliegen und bei der Handhabung leicht verstreut und weggetrieben werden. Aus diesem Grund ist eine Verbesserung erwünscht.
- Die Verbindung-A hat die Eigenschaft, die kristallographisch als polymorph bezeichnet wird, was bedeutet, daß sie verschiedene stabile oder semi-stabile Kristallformen hat, die durch dieselbe chemische Struktur darstellbar sind. Eis heute kennt man mehrere Kristallformen, die als α-Form, β-Form, γ-Form, δ-Form und dergleichen definiert sind. Die obenerwähnten vermarkteten Produkte liegen in Form der β-Kristalle vor. Es besteht eine enge Peziehung zwischen den jeweiligen Kristallformen und der Reinheit und der Pulver-Eigenschaft (mikrometrischen Eigenschaft) der Verbindung-A. Die angestrebten Kristallformen können mittels einer Vielfalt von Verfahrensweisen erhalten werden.
- Bisher wurden Vorschläge zur Minderung der Nachteile der vermarkteten Produkte durch Herstellung der Verbindung-A in den besonderen Kristallformen oder durch Gewinnung der Verbindung-A mittels Kombination einer besonderen Kristallform mit einer besonderen Teilchenform vorgestellt. Beispielsweise werden in (1) den amtlichen Japanischen Auslegeschriften (Kokoku) 13018/1985 und 13017/1985 die Verbesserung der Eigenschaft des Pulvers, das die Fehler der α-Kristalle und der vermarkteten β-Kristalle aufweist, durch Gewinnung der Kristalle in der δ-Form, die eine semi-stabile Kristallform ist, und in
- (2) der amtlichen Japanischen Offenlegungsschrift (Kokai) 258343/1987 die Minderung der Nachteile der auf dem Markt vertriebenen Produkte durch Gewinnung der Verbindung-A in Form individueller Kristall-Teilchen durch Umkristallisieren unter speziellen Bedingungen - obwohl diese in der gleichen semi-stabilen β-Form wie die vermarkteten Produkte vorliegen --
- offenbart.
- Andererseits können die Kristalle in der α-Form, die zu den stabilen Kristallformen gehört, durch Umkristallisation aus einem Lösungsmittel wie n-Heptan, n-Hexan oder Methanol erhalten werden, wie in den Japanischen Auslegeschriften 18617/1967 und 19083/1967, der Japanischen Offenlegungsschrift 156645/1985 usw. beschrieben ist. Tatsächlich sind jedoch diese Kristalle die schlechtesten, sowohl hinsichtlich der Reinheit als auch hinsichtlich der Pulver-Eigenschaft, und aus diesem Grunde sind sie als Produkte weniger wertvoll.
- Wie oben erwähnt wurde, sind bisher die Verfahrensweisen zur Verbesserung durch Herstellen der Verbindung-A in der δ-Form und als individuelle Teilchen der β-Form vorgeschlagen, die beide instabile Kristallformen sind, wobei die α-Form gemieden wird, die für den Zweck der Gewinnung der Verbindung-A mit einer überlegenen Pulver-Eigenschaft hinsichtlich ihrer Reinheit und Pulver-Eigenschaft schlechter ist. Diese Verfahrensweisen können jedoch insofern nicht als wirtschaftlich angesehen werden, als die Zahl der Schritte erhöht wird und das Vorhandensein einer großen Menge an Verunreinigungen zugelassen wird.
- Das heißt, gemäß den Verfahrensweisen der Japanischen Auslegeschriften 13017/1985 und 13018/1985 ist es bei der Ester-Austausch-Reaktion notwendig, einen Dicarbonsäureester der Formel
- worin
- R¹ und R² jeweils für eine Alkyl-Gruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoff-Atomen stehen,
- hinzuzufügen, und es ist auch notwendig, das molekulare Addukt der Verbindung-A mit Isopropanol zu isolieren, was eine Vermehrung der Schritte ergibt. Dementsprechend sind die Verfahren keine wirtschaftlichen. In der Verfahrensweise der Japanischen Offenlegungsschrift 258343/1987 ist es notwendig zuzulassen, daß Methyl- oder Ethyl-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat, das eine Ausgangs-Verbindung ist, und die tris-substituierte Verbindung der Formel (2)
- die eine von einer unvollständigen Reaktion herrührende Zwischen-Verbindung ist, in großer Menge vor der Reinigung durch Umkristallisation enthalten sind (wie in der Schrift beschrieben ist: wenn bei der Beendigung der Reaktion der Gehalt der angestrebten Verbindung-A zu hoch ist, ist es erforderlich, die Ausgangs-Verbindung oder die tris-substituierte Verbindung (2) hinzuzufügen und sie absichtlich damit zu vermischen). So neigen die erhaltenen Produkte zu einer verminderten Reinheit, und auch die Ausbeute der Umkristallisation ist erniedrigt, und damit ist die Arbeitsweise keine wirtschaftliche.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung der Verbindung-A mit hoher Reinheit und ausgezeichneter Pulver-Eigenschaft in einer α-Kristallform, die zu den stabilen Kristallformen gehört, d.h. individueller Teilchen der Verbindung-A in Form der α-Kristalle, die Kristalle in im wesentlicher kubischer oder quaderförmiger Gestalt oder deren Aggregate umfassen.
- Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung des Verfahrens zur Herstellung solcher individueller Kristalle der α-Form der Verbindung-A, wie sie im Vorstehenden erwähnt sind.
- Figur 1 zeigt das Röntgenbeugungsspektrum der Verbindung der vorliegenden Erfindung, wie sie gemäß Beispiel 1 erhalten wurde.
- Figur 2 zeigt das Röntgenbeugungsspektrum des Handelsprodukts, wie es in Beispiel 1 eingesetzt wurde.
- Figur 3 zeigt das Röntgenbeugungsspektrum der Verbindung der vorliegenden Erfindung, wie sie gemäß Beispiel 3 erhalten wurde.
- Figur 4 zeigt das Röntgenbeugungsspektrum der Verbindung, wie sie in Vergleichsbeispiel 1 erhalten wurde.
- Figur 5 zeigt eine Mikrophotographie der α-Kristalle in Form einzelner Teilchen, wie sie gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurden.
- Figur 6 zeigt eine Mikrophotographie der u-Kristalle in der Form, wie sie nach einem bisher bekannten Verfahren erhalten wurden.
- Figur 7 zeigt eine Mikrophotographie des Handelsprodukts; und
- Figur 8 zeigt den Trichter, wie er für die Messung der Fallgeschwindigkeit verwendet wurde (1 bezeichnet den Zylinder- Abschnitt, 2 bezeichnet den konischen Abschnitt, und 3 bezeichnet den Proben-Auslaß).
- Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben eingehende Untersuchungen über die Kristallformen der Verbindung-A, inbesondere der α-Form, angestellt, um eine Verbindung-A der α-Form mit einer guten Pulver-Eigenschaft und neuen Teilchenform zu finden, die von derjenigen der bisher bekannten α-Form verschieden ist, und diese Untersuchungen haben in der Vervollständigung der vorliegenden Erfindung ihren Höhepunkt gefunden.
- Die vorliegende Erfindungbetrifft Tetrakis[3-(3,5-di-t-butyl-4- hydroxyphenyl)propionyloxymethyl]methan in Form individueller α-Kristall-Teilchen, umfassend individuelle Kristalle der α-Form mit im wesentlichen kubischer oder quaderförmiger Gestalt und Aggregate derselben, die durch Umkristallisation von Tetrakis[3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionyloxymethyl]methan aus einem aliphatischen gesättigten Kohlenwasserstoff mit 8 bis 10 Kohlenstoff-Atomen allein oder einem Gemisch desselben mit einer kleinen Menge Methanol als Umkristallisations-Lösungsmittel erhalten werden können; Tetrakis[3-(3,5-di-t-butyl-4- hydroxyphenyl) propionyloxymethyl] methan ist durch Ester-Austausch-Reaktion von Methyl-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat und Pentaerythrit oder als Handelprodukt erhältlich.
- Als spezielle Beispiele für den als Lösungsmittel einzusetzenden aliphatischen gesättigten Kohlenwasserstoff mit 8 bis 10 Kohlenstoff-Atomen zu erwähnen sind Iso-Par (Handelsbezeichnung von Exxon Chemical), Shellsol (Handelsbezeichnung von Shell Chemical), IP Solbem (Handelsbezeichnung von Idemitsu Chemical) usw.. Wenn Methanol zugesetzt wird, wird es vorzugsweise in einem Anteil von 1 bis 4 Gew.-%, bezogen auf die Menge des Lösungsmittels, hinzugefügt. Der Gehalt der Verbindung-A vor der Kristallisation beträgt etwa 85 % bis etwa 98 %. Die Temperatur der Kristallisation liegt im Bereich von 70 ºC bis 20 ºC.
- Die Verbindung-A in Form individueller Teilchen der α-Form gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt die Kristall-Teilchen mit einem Durchmesser von nicht mehr als 0,1 mm in einem Anteil von nicht mehr als 5 Gew.-%, und mehr bevorzugt wird, daß diese die folgende Größen-Verteilung der homogenen Kristall-Teilchen haben:
- Die Kristall-Teilchen mit einem Durchmesser der Kristall-Teilchen von nicht mehr als 1 mm machen nicht mehr als 1 Gew.-% aus; die Kristall-Teilchen mit einem Durchmesser der Kristall-Teilchen im Bereich von 0,1 bis 1 mm machen nicht weniger als 94 Gew.-% aus; und
- die Kristall-Teilchen mit einem Durchmesser der Kristall-Teilchen unterhalb von 0,1 mm machen nicht mehr als 5 Gew.-% aus.
- Aufgrund des Röntgenbeugungsspektrums (Cu, Kα), wie es in der Figur 1 dargestellt ist, und des Schmelzpunktes von 122-124 ºC wird angenommen, daß die gemäß der vorliegenden Erfindung erhältliche Verbindung-A die Kristallstruktur der α-Form hat. Wie in der Mikrophotographie der Figur 5 dargestellt ist, umfaßt sie Kristall-Teilchen mit im wesentlichen kubischer oder quaderförmiger Gestalt und deren Aggregate, und sie umfaßt wenig feines Pulver. Aufgrund des Vorstehenden hat die Verbindung-A der vorliegenden Erfindung eine Teilchen-Form, die definitiv unterscheidbar ist von derjenigen der Kristalle der α-Form, die nach dem bisher bekannten Verfahren erhalten werden, wie sie in der Mikrophotographie der Figur 6 dargestellt sind.
- Da außerdem die gemäß der vorliegenden Erfindung erhaltenen Kristalle der α-Form der Verbindung-A, ungleich den bisher bekannten Kristallen der α-Form, im wesentlichen in Form individueller Teilchen vorliegen, haben sie augezeichnete charakteristische Pulver-Eigenschaften in folgender Hinsicht:
- Sie können leicht durch Umkristallisation gereinigt werden;
- die Verteilung der Teilchengröße ist homogen;
- die Diversität der Verteilung der Teilchengröße ist eng;
- die Schüttdichte ist hoch;
- die Teilchen werden beim Trocknen und beim Transport und dergleichen nicht leicht pulverisiert.
- Aus diesem Grunde sind sie insofern außerordentlich vorteilhaft, daß die Arbeitsleistung und die Arbeitsumwelt verbessert werden. Demgemäß besitzt die Verbindung-A in der α-Form gemäß der vorliegenden Erfindung eine hohe Reinheit und eine ausgezeichnete Pulver-Eigenschaft, die der bisher bekannten α-Form fehlt, und sie ist leicht herzustellen.
- Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen speziell beschrieben; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese beschränkt.
- In einem 500 ml-Vierhalskolben wurden 150 g handelsübliches Tetrakis[3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionyloxymethyl]methan (dieses Produkt liegt in Form eines feinen Pulvers vor, wie in der Mikrophotographie der Figur 7 gezeigt ist, und hat einen Schmp. von 112-114 ºC und die Kristallstruktur der β-Form, wie in dem Röntgenbeugungsspektrum der Fig. 2 dargestellt ist) und 180 g Iso-Par E (ein von Exxon Chemical vertriebener, aliphatischer, gesättigter Kohlenwasserstoff mit 8 bis 10 Kohlenstoff-Atomen) vorgelegt, und die Mischung wurde zum vollständigen Auflösen auf 95 ºC erhitzt. Die Mischung wurde allmählich unter Rühren abgekühlt, und bei 70 ºC wurde eine kleine Menge Kristalle in der α-Form als Impfkristalle hinzugefügt. Als die Mischung bei 60 ºC bis 50 ºC 4 h gerührt worden war, hatte sich der größte Teil der Kristalle abgeschieden. Die Mischung wurde zur Vervollständigung der Kristallisation weiterhin auf 30 ºC gekühlt. Die entstandene Aufschlämmung wurde unter Absaugen filtriert und getrocknet, wonach 146 g weiße Kristalle mit großer Rieselfähigkeit erhalten wurden. Der Schmelzpunkt betrug 122-124 ºC, und das Röntgenbeugungsspektrum, wie es in der Figur 1 dargestellt ist, bestätigte, daß die Kristalle die α-Form hatten.
- Die charakteristischen Daten der erhaltenen Kristalle im Vergleich zu denjenigen der Kristalle in der α-Form der Handelsprodukte und denjenigen der Kristalle, wie sie nach der konventionellen Verfahrensweise erhalten werden, sind in der Tabelle 1 zusammengestellt.
- Mittels Durchführung der gleichen Arbeitsweise wie in Beispiel 1, jedoch mit der Abweichung, daß zusätzlich 3,7 g Methanol bei der Auflösung hinzugefügt wurden, wurden 145 g weißer Kristalle mit ausgezeichneter Rieselfähigkeit erhalten.
- Der Schmp. 122-124 ºC und das Röntgenbeugungsspektrum bestätigten, daß die Kristalle die α-Form hatten.
- Ein mit Rührer, Rückflußkühler, Thermometer und Druckreduzierventil ausgerüsteter 1-l-Vierhalskolben wurde mit 479,5 g Methyl-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat, 54,5 g Pentaerythrit und 0,25 g Dibutylzinnoxid beschickt, und die Mischung wurde bei 195 ºC unter Atmosphärendruck 2 h umgesetzt, und als Nebenprodukt resultierendes Methanol wurde abdestilliert. Die Mischung wurde bei 195 ºC unter vermindertem Druck von 40 mm Hg 2 h und weiter unter vermindertem Druck von 2 bis 5 mm Hg 12 h umgesetzt, und das als Nebenprodukt resultierende Methanol wurde zur Vervollständigung der Reaktion abdestilliert. Das Gewicht der Reaktionsmischung nach Druckanstieg auf Atmosphärendruck betrug 483 g, und aufgrund des Ergebnisses der HPLC-Analyse wurde gefunden, daß die Reaktionsmischung die Ziel- Verbindung in einer Menge von 89 % enthielt.
- In einen 500-ml-Vierhalskolben wurden 150 g der Reaktionsmischung, 170 g Iso-Par E und 6,2 g Methanol gefüllt, und die Reaktionsmischung wurde auf 85 ºC erhitzt, um eine homogene Lösung zu erhalten. Danach wurde die Mischung allmählich abgekühlt, und bei 55 ºC wurde eine kleine Menge Impfkristalle in der α-Form hinzugefügt. Man ließ die Mischung bei 50-45 ºC 8 h kristallisieren und dann zur Vervollständigung der Kristallisation auf 25 ºC abkühlen. Die Kristalle wurden durch Filtration gesammelt, mit 100 g gekühltem Iso-Par E gewaschen und getrocknet, wonach 126 g weiße Kristalle mit hoher Rieselfähigkeit erhalten wurden. Der SchmP. von 122-124 ºC und das Röntgenbeugungsspektrum, wie es in der Figur 3 dargestellt ist, bestätigten, daß diese Kristalle die α-Form hatten.
- Unter Einsatz von 130 g des in Beispiel 3 erhaltenen Reaktionsprodukts und von 170 g Methanol, wie es in Beispiel 1 der Japanischen Offenlegungsschrift 156645/1985 eingesetzt wurde, an Stelle des in Beispiel 3 verwendeten Iso-Par E wurde nach dem Erhitzen auf 60 ºC, um eine homogene Lösung zu erhalten, die Kristallisation in der gleichen Weise durchgeführt, wie in Beispiel 3 beschrieben ist. Die erhaltenen Kristalle wurden mit 100 ml kühlem Methanol gewaschen und getrocknet, wonach 120 g eines weißen Pulvers erhalten wurden. Der Schmp. (122-124 ºC) und das Röntgenbeugungsspektrum, wie es in der Figur 3 dargestellt ist, bestätigten, daß diese Kristalle die α-Form hatten.
- Mittels Durchführung der gleichen Arbeitsweise wie in Vergleichsbeispiel 1 unter Einsatz von n-Heptan, das in Beispiel 2 der Japanischen Auslegeschrift 18617/1967 verwendet wird, an Stelle des Methanols in Vergleichsbeispiel 1 wurden 118 g eines blaßgelben Pulvers erhalten. Der Schmelzpunkt und das Röntgenbeugungsspektrum bestätigten, daß diese Pulver Kristalle in der α-Form waren.
- Mittels Durchführung der gleichen Arbeitsweise wie in Vergleichsbeispiel 1, jedoch mit der Abweichung, daß die Temperatur der Kristallisation auf 40 ºC geändert wurde und n-HePtan, das in Beispiel 1 der Japanischen Auslegeschrift 19083/1967 verwendet wird, an Stelle des Methanols in Vergleichsbeispiel 1 eingesetzt wurde, wurden 125 g eines blaßgelben Pulvers erhalten. Der Schmelzpunkt und das Röntgenbeugungsspektrum bestätigten, daß diese Pulver Kristalle in der α-Form waren.
- Die charakteristischen Eigenschaften der Kristalle der Beispiele 1 bis 3, der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 und der Handelsprodukte sind in der Tabelle 1 zusammengestellt. Die Schüttdichte und der Ruhewinkel wurden mittels eines Pulver-Prüfgeräts (hergestellt von Hosokawa Micron) gemessen. Die Fallgeschwindigkeit wurde durch Messung der Geschwindigkeit des Falls aus dem in Fig. 8 dargestellten Trichter aus nichrostendem Stahl gemessen, und es wird angegeben, daß die Rieselfähigkeit umso größer ist, je kleiner dieser Wert ist. Das Handelsprodukt war eines, das von der Ciba Geigy Corporation hergestellt wurde. Tabelle 1 Beispiel Vergleichsbeispiel Handelsprodukt Lösungsmittel der Umkristallisation Iso-Par E Iso-Par E Methanol Methanol n-Heptan n-Hexan Aussehen HPLC-Reinheit (%) Schmp. (ºC) Kristallform Schüttdichte (g/ml) Ruhewinkel (º) Fallgeschwindigkeit (s/100 ml) Verteilung der Teilchengröße (%) weiße Kristalle blaßgelbes Pulver weißes Pulver
- Die mechanische Festigkeit der in Beispiel 1 erhaltenen Kristall-Teilchen dar Verbindung-A wurde durch die Verfahrensweise des Schüttelns/Rührens geprüft. Die Probe (100 g) wurde in einen 1000 ml-Kolben gebracht, 7 h geschüttelt, und die Ergebnisse des Tests auf die Teilchengröße sind in der Tabelle 2 dargestellt.
- Aufgrund der Tatsache, daß die Differenz zwischen den Verteilungen der Teilchengröße vor und nach dem Schütteln gering ist, zeigt sich, daß die mechanische Festigkeit der Kristall-Teilchen hoch ist. Tabelle 2 Teilchengröße Vor dem Schütteln, % Nach dem Schütteln, %
- Wiewohl die vorliegende Erfindung aufgrund der vorhergehenden Beschreibung, einschließlich der Arbeitsbeispiele und Testbeispiele, beschrieben ist, kann die hierin beschriebene Ausführungsform auf verschiedene Weise innerhalb des Umfangs und des Geistes der vorliegenden Erfindung verändert werden.
Claims (8)
1.
Tetrakis[3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionyloxymethyl]methan in Form individueller Kristall-Teilchen,
umfassend individuelle Kristalle der α-Form mit im
wesentlichen kubischer oder quaderförmiger Gestalt und Aggregate
derselben.
2. Verbindung nach Anspruch 1, worin die Kristall-Teilchen mit
einem Durchmesser der Kristall-Teilchen von nicht mehr als
0,1 mm nicht mehr als 5 Gew.-% ausmachen.
3. Verbindung nach Anspruch 1, worin die Größen-Verteilung der
Kristall-Teilchen die folgende ist:
Die Kristall-Teilchen mit einem Durchmesser der Kristall-
Teilchen von nicht mehr als 1 mm machen nicht mehr als
1 Gew.-% aus;
die Kristall-Teilchen mit einem Durchmesser der Kristall-
Teilchen im Bereich von 0,1 bis 1 mm machen nicht weniger
als 94 Gew.-% aus; und
die Kristall-Teilchen mit einem Durchmesser der Kristall-
Teilchen unterhalb von 0,1 mm machen nicht mehr als
5 Gew.-% aus.
4. Verbindung nach Anspruch 1, worin die Kristalle
pulverisiert sind.
5. Verfahren zur Herstellung von Tetrakis[3-(3,5-di-t-butyl-4-
hydroxyphenyl)propionyloxymethyl]methan in Form
individueller Kristall-Teilchen der α-Form, die Kristalle mit im
wesentlichen kubischer oder quaderförmiger Gestalt und
Aggregate derselben umfassen,
gekennzeichnet durch Kristallisieren von Tetrakis[3-(3,5-
di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionyloxymethyl]methan aus
einem aliphatischen gesättigten Kohlenwasserstoff mit 8 bis
10 Kohlenstoff-Atomen oder einem Gemisch desselben mit
einer kleinen Menge Methanol als
Kristallisations-Lösungsmittel.
6. Verfahren nach Anspruch 5, worin das
Kristallisations-Lösungsmittel ein 1 bis 4 Gew.-% Methanol enthaltendes
Gemisch, bezogen auf die Menge des aliphatischen
gesättigten Kohlenwasserstoffs mit 8 bis 10 Kohlenstoff-
Atomen, ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5, worin der Gehalt an Tetrakis[3-
(3,5-Di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionyloxymethyl]methan
vor der Kristallisation 85 bis 98 % beträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 5, worin die
Kristallisations-Temperatur im Bereich von 70 ºC bis 20 ºC liegt.
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