DE69825745T2 - Verfahren zur entfernung von schwermetallen - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Schwermetallen aus organischen Verbindungen durch Behandlung mit Cystein oder N-Acylcystein, und insbesondere betrifft sie ein Verfahren zur Entfernung von Schwermetallen aus Lösungen von organischen Verbindungen in mit Wasser nicht mischbaren Lösemitteln.
  • Die Schwermetalle, üblicher Palladium und Nickel, werden weit verbreitet in industriellen Syntheseverfahren zur Herstellung von auf verschiedenen Gebieten nützlichen Verbindungen verwendet.
  • Aufgrund der leichten Bildung von Komplexen besteht ein sehr üblicher mit der Verwendung von diesen Schwermetallen verbundener Nachteil darin, dass sie in den organischen Verbindungen häufig in bedeutenden Mengen zurück bleiben.
  • Dies führt zu einer Verminderung der Verbindungsreinheit und demzufolge zur Notwendigkeit der Entfernung der Schwermetalle aus der Verbindung.
  • Die Notwendigkeit der Entfernung der Schwermetalle ist besonders wichtig, wenn die große Metallmengen enthaltende Verbindung eine pharmakologisch wirksame Verbindung oder eine Zwischenverbindung zur Herstellung einer pharmakologisch wirksamen Verbindung ist.
  • Tatsächlich muss der Schwermetallgehalt für die pharmazeutisch nützlichen Verbindungen nicht nur aus Reinheitsgründen der Verbindung, sondern auch aus einleuchtenden Gründen der therapeutischen Sicherheit besonders gering sein.
  • Die Bedeutung des Problems der Verunreinigung mit Schwermetallen, insbesondere mit Palladium in der chemisch-pharmazeutischen Industrie wird von Maryanoff C. A. et al. in Kapitel 18 mit dem Titel „Catalysis from the Perspective of an Organic Chemist: Common Problems and Possible Soluti ons", veröffentlicht im Buch Chemistry & Industry (Dekker) 1988, 33 (Catal. Org. React.) 359-79 betont.
  • Zum Beispiel berichten die Autoren durch Anführen der Synthese der als McN-5691 bekannten Verbindung über verschiedene Versuche, die zum Entfernen des hohen Palladiumgehalts durchgeführt wurden (Tabelle III auf Seite 374).
  • Die Ergebnisse waren negativ, und das Problem wurde nur mit einer völligen Veränderung des Syntheseschemas gelöst (14 auf Seite 376).
  • Die Japanischen Patentzusammenfassungen, Band 14, Nr. 137 (C-0702) beschreiben ein Verfahren zur Entfernung einer Organozinnverbindung aus einer Lösung durch Extraktion mit einer wässrigen Lösung eines Minerals oder einer organischen Säure.
  • Wir fanden nun, dass bedeutende Schwermetallmengen auch einfach und effizient durch Behandlung von Lösungen dieser organischen Verbindungen mit Cystein oder mit einem N-Acylcystein aus organischen Verbindungen entfernt werden können.
  • Deshalb handelt es sich bei einer Aufgabe der vorliegenden Erfindung um ein Verfahren zur Entfernung von Schwermetallen aus Lösungen von organischen Verbindungen mit in Wasser nicht mischbaren Lösemitteln, dadurch gekennzeichnet, dass solche Lösungen mit einem Cysteinderivat der Formel
    Figure 00020001
    behandelt werden, wobei R ein Wasserstoffatom, eine lineare oder verzweigte C1-C6-Acylgruppe oder eine Benzoylgruppe ist.
  • Die Verfahrensaufgabe der vorliegenden Erfindung ist von leichter industrieller Anwendbarkeit und gewährt die effiziente Entfernung der Schwermetalle und insbesondere von Palladium.
  • Die Verbindungen der Formel I sind bekannt oder können leicht durch bekannte Verfahren hergestellt werden, wobei spezifische Beispiele Cystein, N-Acetylcystein, N-Benzoylcystein, N-Pivaloylcystein und N-Propionylcystein einschließen.
  • Vorzugsweise wird Cystein oder N-Acetylcystein (NAC), noch stärker bevorzugt N-Acetylcystein im Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet.
  • Die Menge des zu verwendeten Cysteinderivats der Formel I hängt von der Menge des zu entfernenden Schwermetalls ab, ist jedoch in Bezug auf das Schwermetall mindestens äquimolar.
  • Im Allgemeinen wird eine Molmenge der Verbindung I von 1 : 1 bis 100 : 1 in Bezug auf den Schwermetallgehalt verwendet.
  • Vorzugsweise wird ein Molverhältnis der Verbindung I : Schwermetall von 5 : 1 bis 15 : 1 verwendet.
  • Die organische Verbindung, die die Schwermetallverunreinigung des Schwermetalls enthält, muss in einem mit Wasser nicht mischbaren Lösemittel oder in einem Gemisch an Lösemitteln, von welchen mindestens eines mit Wasser nicht mischbar ist, gelöst werden.
  • Die Auswahl des geeigneten organischen Lösemittels oder des Gemischs von Lösemitteln hängt ausschließlich von den Löslichkeitseigenschaften der zu reinigenden Verbindung ab.
  • Beispiele für diese Lösemittel sind Toluol, Xylol, Methylenchlorid, Chlorbenzol, 1,2-Dichlorbenzol und aliphatische Kohlenwasserstoffe wie Hexan, gegebenenfalls in Mischung mit aprotischen, dipolaren Lösemitteln wie Dimethylsulfoxid, Tetrahydrofuran und Acetonitril.
  • Die Verbindung der Formel I kann als solche, das heißt, als Pulver oder stärker bevorzugt gelöst in Wasser, das heißt, als wässrige Lösung verwendet werden.
  • Bei Verwendung als Pulver wird die Entfernung der Schwermetalle durch Filtration durchgeführt.
  • Bei Verwendung als wässrige Lösung liegt die Konzentration der wässrigen Lösung der Verbindung der Formel I im Allgemeinen zwischen 5 und 70% G/G.
  • Aus praktischer Sicht ist die Verwendung von konzentrierten Lösungen, vorzugsweise mit Konzentrationen zwischen 20 und 60% G/G bevorzugt.
  • Die wässrige Lösung der Verbindung der Formel I kann getrennt hergestellt werden, so dass die Behandlung für die Entfernung der Schwermetalle durch Waschen der die organische Verbindung enthaltenden Lösung mit der wässrigen Lösung der Verbindung I durchgeführt wird.
  • In einer anderen Ausführungsform können die geeignete Menge der Verbindung der Formel I und die nötige Wassermenge getrennt zu der Lösung der zu reinigenden organischen Verbindung zugesetzt werden.
  • Wird die organische Verbindung in einem Gemisch aus Lösemitteln, einschließlich Wasser, gelöst, kann die Entfernungsbehandlung einfach durch Zugabe der geeigneten Menge der Verbindung der Formel I direkt zu der Lösung der organischen Verbindung durchgeführt werden.
  • Durch Auftrennung der Phasen verbleibt das Schwermetall wahrscheinlich in Form eines Komplexes mit der Verbindung der Formel I in der wässrigen Phase, während die organische Verbindung in der organischen Phase in Lösung bleibt.
  • Die Behandlungszeit kann variierbar sein, jedoch wird im Allgemeinen eine Zunahme der Menge an entferntem Schwermetall beobachtet, wenn die Behandlungszeit zunimmt.
  • In derselben Weise wird, wenn die Behandlungszeit und das Molverhältnis von Verbindung I dieselben bleiben, eine Zunahme der Menge an entferntem Schwermetall beobachtet, wenn die Behandlungstemperatur zunimmt.
  • Im Allgemeinen wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Entfernung der Schwermetalle bei einer Temperatur zwischen dem Raumwert und der Rückflusstemperatur des Gemischs, vorzugsweise zwischen 20 und 60°C durchgeführt.
  • Abhängig von ihrem anfänglichen, Gehalt, können die gewünschten niedrigen Werte der Schwermetalle nach einer Behandlung oder nach mehreren Behandlungen gemäß der Verfahrensaufgabe der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
  • Weiterhin fanden wir, dass die Behandlungseffizienz der Entfernung der Schwermetalle gemäß der Verfahrensaufgabe der vorliegenden Erfindung weiter durch Durchführen einer Endwaschung mit einer wässrigen, basischen Lösung erhöht werden kann.
  • Geeignete basische Lösungen sind wässrige Lösungen von Ammoniak, wässrige Lösungen von Aminen wie Triethylamin und wässrige Lösungen von anorganischen Basen wie Natrium- oder Kaliumcarbonaten, -bicarbonaten und -hydroxiden.
  • Vorzugsweise wird eine wässrige, 30%ige Ammoniaklösung, die direkt am Behandlungsende mit der wässrigen Lösung der Verbindung I, das heißt vor der Auftrennung der Phasen zugesetzt wird, verwendet.
  • Wie schon betont, ist die Verfahrensaufgabe der vorliegenden Erfindung zur Entfernung von verschiedenen üblicherweise als Reagenzien verwendeten Schwermetallen wie Zinn, Palladium und anderen Metallen, die als Verunreinigungen in Form von Komplexen mit organischen Verbindungen zurück gehalten werden, nützlich. Eine bevorzugte Ausführungsform der Verfahrensaufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Entfernung von Palladium.
  • Tatsächlich wird Palladium weit verbreitet im organischen Syntheseverfahren, insbesondere als Katalysator verwendet.
  • Für einen allgemeinen Bezug auf die Verwendung von Palladium siehe zum Beispiel Jiro Tsuji, Palladium Reagents and Catalysts, John Wiley & Sons (1995).
  • Wie schon betont, handelt es sich bei Palladium auch um das Schwermetall, das häufiger als Verunreinigung mit schwieriger Entfernung in diesen organischen Verbindungen zurück bleibt.
  • Das bevorzugte Verfahren zur Entfernung von Palladium durch Behandlung mit einer wässrigen Lösung von N-Acetylcystein ist äußerst vielseitig und auf verschiedene organische Verbindungen anwendbar.
  • Zum Beispiel erwies sich die Verfahrensaufgabe der vorliegenden Erfindung besonders effizient bei der Entfernung von hohen Mengen an Palladium, das in Heteroarylphenylalaninen, die durch Kupplung eines Phenylalaninderivats mit einem Heteroarylzinkhalogenid in Gegenwart eines Katalysators auf Palladium(0)-Basis hergestellt wird, vorliegt (Internatio nale Patentanmeldungen Nr. PCT/EP97/07024 und Nr. PCT/EP98/00126 im Namen dieses Anmelders, eingereicht am 12. Dezember 1997 bzw. am 12. Januar 1998).
  • Die Verfahrensaufgabe der vorliegenden Erfindung erwies sich als gleichermaßen wirksam bei der Entfernung von als Verunreinigung vorliegendem Palladium aus Zwischenverbindungen zur Synthese von Diflunisal und von Zwischenverbindungen zur Synthese von 5,8-Dihydro-2,4-dimethyl-8-[(2'-(1H-tetrazol-5-yl)[1,1'-biphenyl]-4-yl]methyl]pyrido[2,3-d]pyrimidin-7(6H)-on, hergestellt durch Kupplungsreaktion in Gegenwart von Katalysatoren auf Palladium(0)-Basis gemäß dem Verfahren, beschrieben in der Europäischen Patentanmeldung 0 494 419 (Zambon Group S. p. A.) bzw. in der Patentanmeldung WO 96/40684 (American Home Products Corporation).
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Verfahrensaufgabe der vorliegenden Erfindung lautet wie folgt.
  • Eine Lösung der palladiumhaltigen organischen Verbindung wird auf eine Temperatur zwischen 20 und 60 °C erwärmt, und eine wässrige Lösung von N-Acetylcystein wird zugesetzt.
  • Nach einigen Stunden wird das Gemisch auf Raumtemperatur abgekühlt und eine 30%ige Ammoniaklösung wird durch Halten unter Rühren für einige Minuten zugesetzt.
  • Die Phasen werden getrennt und die gereinigte Verbindung aus der organischen Phase isoliert.
  • Zur besseren Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung sind nachstehend die folgenden Beispiele angegeben. Zur Bestimmung des Restpalladiums wurde das Verfahren der Atomabsorption verwendet, Berechnung des Palladiumgehalts als ppm in Bezug auf die organische Verbindung.
  • Beispiel 1
  • Bromethan (1,33 g; 0,0122 mol) wurde einem Gemisch aus Tetrahydrofuran (18,2 ml), Toluol (18,2 ml) und Magnesium (1,76 g; 0,0724 mol) zugesetzt. Die Temperatur stieg auf 60°C an, und das Gemisch wurde auf 35°C abgekühlt und mit 2-Bromthiazol (10 g; 0,061 Mol) innerhalb von 1,5 Stunden versetzt.
  • Das Gemisch wurde für eine Dauer von 1 Stunde unter Rühren gehalten, abgekühlt und einer Suspension von wasserfreiem Zinkchlorid (16,4 g; 0,12 mol) in Tetrahydrofuran (36,4 ml) zugesetzt, indem die Temperatur unter 40°C gehalten wurde.
  • Das Gemisch wurde für eine Dauer von 1 Stunde unter Rühren gehalten, dann auf 50°C erwärmt, und N-(tert-Butoxycarbonyl)-4-iod-L-phenylalinmethylester (19,1 g; 0,047 mol) und anschließend Palladiumacetat (0,15 g; 0,67 mmol) und Triphenylphosphin (0,36 g; 1,37 mmol) wurden zugesetzt.
  • Das Gemisch wurde für eine Dauer von 1,5 Stunden unter Rühren gehalten, die Suspension wurde auf 30°C abgekühlt und in Wasser (45 ml), Toluol (30 ml) und 2N Salzsäure (10 ml) gegossen.
  • Die Phasen wurden getrennt, und die organische Phase (enthaltend 3400 ppm Palladium) wurde mit Wasser (20 ml) gewaschen und mit einer Lösung von N-Acetylcystein (5 g) und Wasser (20 ml) versetzt. Die Suspension wurde unter Rühren bei 50°C für eine Dauer von 1 Stunde gehalten.
  • Nach Abkühlen auf 25°C wurde 25%iger Ammoniak (25 ml) zugesetzt. Die Phasen wurden getrennt (der Restgehalt an Palladium betrug 800 ppm).
  • Die Waschung mit N-Acetylcystein und Ammoniak wurde wiederholt.
  • Die organische Phase wurde unter Vakuum zu einem Rückstand gebracht. Der Palladiumgehalt im Rückstand betrug 550 ppm.
  • Beispiel 2
  • Ein Gemisch aus Tetrahydrofuran (11 ml), Toluol (5 ml) und Zink (1,56 g; 0,0238 mol) wurde unter Rückfluss erwärmt und mit 2-Bromthiazol (3,6 g; 0,022 mol) innerhalb etwa 1,5 Stunden versetzt. Das Gemisch wurde unter Rühren unter Rückfluss für eine Dauer von 1 Stunde gehalten und auf 50°C abgekühlt. N-Formyl-4-iod-L-phenylalaninmethylester (5,8 g; 0,0174 Mol) und anschließend Palladiumacetat (0,035 g; 015 mmol) und Triphenylphosphin (0,092 g; 0,35 mmol) wurden zugesetzt. Das Gemisch wurde unter Rühren für eine Dauer von 1 Stunde gehalten, die Suspension wurde auf 30°C abgekühlt und in Wasser (10 ml) gegossen. Essigsäure (0,5 ml) wurde zugesetzt, und die Phasen wurden getrennt.
  • Die organische Phase wurde unter Vakuum zu einem Rückstand gebracht und der Rückstand (enthaltend 3290 ppm Palladium) mit Methylenchlorid (25 ml) aufgenommen. Eine Lösung von N-Acetylcystein (0,8 g) in Wasser (1,8 ml) wurde zugesetzt.
  • Die Suspension wurde bei 30°C für eine Dauer von 1 Stunde unter Rühren gehalten.
  • Nach Abkühlen auf 25°C wurden 28%iger Ammoniak (3 ml) und Wasser (10 ml) zugesetzt. Die Phasen wurden getrennt, und die Waschung mit N-Acetylcystein und Ammoniak wurde wiederholt (der Restgehalt an Palladium betrug 1100 ppm). Eine dritte Waschung mit N-Acetylcystein wurde wiederholt und die organische Phase wurde unter Vakuum zu einem Rückstand gebracht. Der Palladiumgehalt im Rückstand betrug 360 ppm.
  • Beispiel 3
  • In einen Reaktor mit 250 cc mit einem Außenmantel, Thermometer, Rückflusskühler und mechanischen Rührer, gehalten unter Stickstoffatmosphäre, wurden kristallisiertes 8-[2'-(3-tert-Butyl-2H-tetrazol-5-yl)biphenyl-4-ylmethyl]-2,4-dimethyl-5,8-dihydro-6H-pyrido[2,3-d]-pyrimidin-7-on (20,0 g; 0,0428 mol; Pd-Gehalt = 777 ppm) und Toluol (87,1 g) gefüllt.
  • Die erhaltene Lösung wurde unter Rühren auf 40°C gebracht.
  • Eine Lösung, hergestellt mit N-Acetylcystein (1,2 g; 7,36 mMol) und Wasser (10,0 g), wurde zugesetzt. Nach 24 Stunden wurde das Reaktionsgemisch auf Raumtemperatur abgekühlt, und 30%iger Ammoniak (4,0 g) wurde zugesetzt.
  • Das Gemisch wurde für eine Dauer von 30 Minuten unter Rühren gehalten, bevor die Phasen getrennt wurden.
  • Der Pd-Gehalt wurde in der Toluolphase mit folgendem Ergebnis bewertet: Pd < 16 ppm.
  • Beispiel 4
  • Das in Beispiel 3 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, jedoch wurde N-Acetylcystein durch Cystein ersetzt.
  • Der Pd-Gehalt wurde von dem anfänglichen Gehalt von 777 ppm auf einen Wert von 31 ppm gebracht.
  • Beispiel 5
  • In einen Reaktor mit einem Volumen von 2 Liter, mit einem Außenmantel, einem Ventil am Boden, einem Thermometer, einem Rückflusskühler und einem mechanischen Rührer, wurde eine Lösung, enthaltend 8-[2'-(3-tert-Butyl-2H-tetrazol-5-yl)biphenyl-4-ylmethyl]-2,4-dimethyl-5,8-dihydro-6H-pyrido[2,3-d]pyrimidin-7-on mit 18% (20,0 g; 0,0428 mol; Pd- Gehalt = 777 ppm) in einem Gemisch aus Toluol und Tetrahydrofuran (1240 g, entsprechend 0,477 Mol organische Verbindung; Pd-Gehalt 3700 ppm) bei Raumtemperatur und unter Stickstoffatmosphäre gefüllt.
  • Die Innentemperatur wurde auf 60°C gebracht, und unter Rühren wurden N-Acetylcystein (15,7 g; 0,0962 Mol) und Wasser (8,0 g) zugesetzt.
  • Das Gemisch wurde unter Rühren bei 60°C für eine Dauer von 8 Stunden gehalten, dann auf 35–40°C abgekühlt, und Wasser (48,7 g) und 30%iger Ammoniak (56,7 g; 0,99 Mol) wurden zugesetzt.
  • Das Gemisch wurde unter Rühren für eine Dauer von 30 Minuten bei 40°C gehalten, dann wurde das Rühren gestoppt, und man ließ das Gemisch für eine Dauer von 15 Minuten ruhen.
  • Durch Aufarbeitung bei 40°C wurden die Phasen getrennt und der Palladiumgehalt direkt aus der organischen Lösung (390 ppm) bewertet.
  • Beispiel 6
  • In einem wasserfreien Reaktor mit 250 cc, wurden Magnesiumringe (9,9 g; 0,406 mol), Tetrahydrofuran (60 g) und Toluol (60 g) unter Stickstofffluss gerührt.
  • Das Gemisch wurde auf 70°C erwärmt. 4-Bromamisol (7,5 g; 0,04 mol) und anschließend 1,2-Dibromethan (0,3 g; 0,0016 mol) wurden dem Gemisch zugesetzt.
  • Nach 15 Minuten wurde eine Erhöhung der Innentemperatur bis auf 83°C, eine Gasentwicklung und ein Auftreten einer grünen Farbe im Reaktionsgemisch beobachtet.
  • Dann wurde langsam weiteres 4-Bromanisol (67,4 g; insgesamt 0,36 mol) zugesetzt, indem die Temperatur zwischen 70–75°C gehalten wurde. Am Ende der Zugabe wurde das Reaktionsgemisch unter Rühren bei 74°C für eine Dauer von 5 Stunden gehalten. Am Ende dieser Dauer wurde die die Grignard-Verbindung enthaltende Lösung filtriert.
  • In der Zwischenzeit wurden in einen Reaktor mit 500 ml 2,4-Difluorbrombenzol (73,4 g; 0,380 mol), Palladiumacetat (0,256 g; 0,00114 mol) und Triphenylphosphin (1,2 g; 0,00457 mol) unter Stickstoffstrom gefüllt.
  • Nach Erwärmen auf 90°C und Halten des Reaktionsgemischs unter Rühren wurde die die Grignard-Verbindung enthaltende Lösung innerhalb von 4 Stunden zugetropft.
  • Während der Zugabe wurde die Innentemperatur unter 107 °C gehalten. Am Ende der Zugabe wurde das Reaktionsgemisch unter Rühren bei 95°C für eine Dauer von weiteren 5 Stunden gehalten, dann auf 85°C abgekühlt, und Wasser (80°C) wurde durch zeitweises Abdestillieren von Tetrahydrofuran zugesetzt.
  • Das Reaktionsgemisch wurde mit 37%iger Salzsäure (4,1 g) angesäuert, bevor die Auftrennung der Phasen durchgeführt wurde.
  • Die organische Phase (152 g) wurde nach Verdünnung mit Toluol (100,0 g) in zwei Portionen von jeweils 125 g aufgetrennt; ein Teil wurde mit N-Acetylcystein (1,12 g) und Wasser (0,60 g) bei 60°C für eine Dauer von 8 Stunden behandelt, während der andere Teil mit Wasser (0,60 g) bei 60°C für eine Dauer von 8 Stunden behandelt wurde, um Vergleichsdaten zu erhalten.
  • Am Ende der Behandlung wurden die zwei verschiedenen Teile auf 40°C abgekühlt und mit 15%igem Ammoniak (8 g) gewaschen.
  • Die mit N-Acetylcystein behandelte organische Lösung wies einen Palladiumgehalt gleich 50 ppm (3,5% des anfänglichen Gehalts) auf, während die Vergleichslösung einen Palladiumgehalt gleich 965 ppm (68,9% des anfänglichen Gehalts) aufwies.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Entfernung von Schwermetallen aus Lösungen von organischen Verbindungen in mit Wasser nicht mischbaren Lösemitteln, dadurch gekennzeichnet, dass solche Lösungen mit einem Cysteinderivat der Formel
    Figure 00140001
    wobei R ein Wasserstoffatom, eine lineare oder verzweigte C1-C6-Acylgruppe oder eine Benzoylgruppe ist, behandelt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Molmenge von Verbindung I 1 : 1 bis 100 : 1 in Bezug auf den Gehalt an Schwermetall beträgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Molverhältnis zwischen 5 : 1 und 15 : 1 liegt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei N-Acetylcystein verwendet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine wässrige Lösung der Verbindung der Formel I verwendet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Konzentration der wässrigen Lösung zwischen 5% und 70% G/G beträgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Lösemittel ausgewählt ist aus Toluol, Xylol, Methylenchlorid, Chlorbenzol, 1,2-Dichlorbenzol und aliphatischen Kohlenwasserstoffen, gegebenenfalls in Gemisch mit dipolaren Lösemitteln.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend die Behandlung mit einer basischen, wässrigen Lösung.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die basische, wässrige Lösung eine wässrige Ammoniaklösung ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine wässrige Lösung von N-Acetylcystein verwendet wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10 zur Entfernung von Palladium.
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