EP1255730A1 - Verfahren zur herstellung von nitroethionat - Google Patents
Verfahren zur herstellung von nitroethionatInfo
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- EP1255730A1 EP1255730A1 EP01907535A EP01907535A EP1255730A1 EP 1255730 A1 EP1255730 A1 EP 1255730A1 EP 01907535 A EP01907535 A EP 01907535A EP 01907535 A EP01907535 A EP 01907535A EP 1255730 A1 EP1255730 A1 EP 1255730A1
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
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- C07C303/36—Preparation of esters or amides of sulfuric acids; Preparation of sulfonic acids or of their esters, halides, anhydrides or amides of amides of sulfonic acids
Definitions
- the present invention relates to a novel process for the production of so-called nitroethionate, in which acetonitrile is used as the solvent.
- Nitroethionate is an intermediate in dye production. It is produced by reacting 4-nitro-N-methylaniline with carbyl sulfate (1,3-dioxa-2,4-dithiane-2,4-bis-dioxide). This is shown in the following equation.
- the reaction is extremely difficult to carry out due to the high reactivity of the carbyl sulfate combined with its difficulty or insolubility in most organic solvents.
- carbyl sulfate is insoluble in apolar organic solvents.
- no protic solvents can be used.
- carbyl sulfate dissolves satisfactorily in these, decomposition also occurs at the same time, which disrupts or even completely prevents the reaction.
- 4-Nitro-N-methylaniline also exhibits problematic solution behavior insofar as it is also insoluble in many common organic solvents and it is thus made even more difficult to select a solvent suitable for the reaction of these two reactants.
- nitrobenzene is used as the reaction medium.
- the object of the present invention is thus to carry out the preparation of nitroethionate from 4-nitro-N-methylaniline and carbyl sulfate. ren that the occurrence of local overheating or even explosions is avoided and at the same time a simple, effective implementation with high yields is ensured.
- This object is achieved by a process for the preparation of nitroethionate by reacting 4-nitro-N-methylaniline with carbyl sulfate, characterized in that the reaction is carried out in a nitrile-substituted organic hydrocarbon, an ether of polyhydric alcohols or a cyclic ether as solvent.
- Suitable solvents in the synthesis according to the invention are nitrile-substituted organic hydrocarbons, for example acetonitrile, propionitrile or benzonitrile.
- Another class of solvents that can be used are polyhydric alcohol ethers. Examples include 1,2-dimethoxyethane (ethylene glycol dimethyl ether), ⁇ ethylene glycol dimethyl ether or triethylene glycol dimethyl ether. Cyclic ethers such as dioxane or tetrahydrofuran are also suitable.
- Actonitrile or 1,2-dimethoxyethane are preferably used.
- the most preferred solvent is acetonitrile.
- the boiling point of acetonitrile is 82 ° C, well below this temperature.
- the selected reaction temperature which is generally set to values of 40 - 75 ° C, rise unexpectedly, this heat of reaction can be removed by evaporating the solvent. This is not the case in nitrobenzene.
- This solvent only boils at 210 ° C, i.e. significantly above the critical temperature of 180 ° C that enables spontaneous decomposition reactions, which of course increases the risk of decomposition.
- 4-nitro-N-methylaniline is first added to the chosen solvent, preferably acetonitrile, and the solution is heated to about 35 to 55 ° C., preferably 40 to 50 ° C.
- the amounts are chosen so that the solution contains 5 to 20% by weight, preferably 10 to 15% by weight, of educt. In these concentration ranges, the starting material can be completely dissolved by gentle heating.
- a solution of carbyl sulfate in the solvent, preferably acetonitrile, is then prepared, the weights being selected so that the solution contains 20 to 50% by weight, preferably 20 to 30% by weight, of carbyl sulfate.
- the solution can also be heated to temperatures of 35 to 55 ° C, but preferably the solution is kept at room temperature.
- the temperature-controlled solution containing 4-nitro-N-methylaniline is introduced and the carbyl sulfate solution is metered in, generally over a period of 10 to 30 minutes.
- the temperature of the reaction solution is 40-75 ° C, preferably 50 ° C.
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- the solution is then worked up in an appropriate way, generally by addition of water and / or Na 2 C0 3 - or K 2 CO 3 solution, and extraction of the organic phase with a suitable solvent, for example an ether such as methyl- tert-butyl ether.
- the reaction is preferably carried out under an inert gas atmosphere, for example a nitrogen or argon atmosphere.
- 4-Nitro-N-methylaniline (760 g) is suspended in 3000 ml of nitrobenzene under a nitrogen atmosphere. This suspension is heated to an internal temperature of 45 ° C. 470 g of carbyl sulfate are then added in portions and with vigorous stirring within one hour. The internal temperature rises to 47 ° C. The formation of a yellow-brown solution is observed. After the addition has ended, the reaction is completed by stirring at an internal temperature of 70 to 75 ° C. for two hours. The reaction mixture is then stirred into ice water, a fine precipitate being formed. 155 g of soda are sprinkled in and the pH is adjusted to 5.5-6.0 with stirring for one hour. The precipitate goes back into solution.
- the mixture is warmed to an internal temperature of 60 ° C., stirred for 30 minutes, cooled again to room temperature and allowed to settle (pH 6.0).
- the lower nitrobenzene phase is drained off and placed in the cold room, excess 4-nitro-N-methylaniline crystallizing out, which is filtered off with suction and washed with ethanol.
- the upper aqueous phase is twice with 2 l of methyl tert
- Washed butyl ether and mixed with 70 g activated carbon and 300 g diatomaceous earth. The mixture is heated to 60-65 ° C. for 30 minutes and suction filtered through diatomaceous earth. The filtrate is mixed with 0.7 kg KCI and cooled to room temperature with good stirring. A large part of the product fails. The rest is salted out by adding 1.4 kg of NaCl and then stirring overnight at 10-15 ° C. It is suctioned off and dried at 50-55 ° C in a vacuum. Yield: 656 g 70% of theory. Th.
- a solution of 60.2 g of 4-nitro-N-methylaniline in 500 ml of acetonitrile is prepared under a nitrogen atmosphere. This solution is heated to 50 ° C. to completely dissolve the substrate.
- a solution of 38.2 g of carbyl sulfate in 200 ml of acetonitrile is then metered in at an internal temperature of 50 to 55 ° C. over a period of 15 minutes. When the addition is complete, the solution is heated to boiling and kept at this temperature for about 60 minutes to complete the reaction. The reaction solution is then allowed to cool slowly.
- the reaction mixture is then worked up by pouring into a mixture of 1,400 ml of water and 1,000 ml of methyl tert-butyl ether and adjusting the pH of the system to 5.5-6.0 by adding soda , After the organic phase has been separated from the aqueous phase, the two phases are separated off and the organic phase is washed with water.
- the combined aqueous phases are stirred with 7.9 g of activated carbon and 30 g of diatomaceous earth at 60 ° C. for 60 minutes, filtered, 65 g of potassium chloride are added to the warm filtrate and the mixture is allowed to cool.
- the product precipitates in the form of crystals, and it may be necessary to add further potassium chloride or sodium chloride in order to precipitate completely.
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem sich Nitroethionat gefahrlos durch Umsetzung von 4-Nitro-N-methylanilin mit Carbylsulfat herstellen lässt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel in einem nitrilsubstituierten organischen Kohlenwasserstoff, einem Ether mehrwertiger Alkohole oder einem cyclischen Ether gewählt wird. Das Risiko von lokalen Überkonzentrationen, lokalen Überhitzungen oder Explosionen wird durch eine homogene Reaktionsführung vermieden.
Description
Verfahren zur Herstellung von Nitroethionat
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von sogenanntem Nitroethionat, bei dem als Lösungsmittel Acetonitril ein- gesetzt wird.
Nitroethionat ist ein Zwischenprodukt bei der Farbstoffherstellung. Es wird hergestellt, indem 4-Nitro-N-methylanilin mit Carbylsulfat (1 ,3-Dioxa-2,4- dithian-2,4-bis-dioxid) umgesetzt wird. Dies ist in der folgenden Gleichung wiedergegeben.
"Nitroethionat"
Die Reaktion ist in der Praxis extrem schwierig durchzuführen aufgrund der hohen Reaktivität des Carbylsulfats verbunden mit dessen Schwer- o- der gar Unlöslichkeit in den meisten organischen Lösungsmitteln. Beispielsweise ist Carbylsulfat in apolaren organischen Lösungsmitteln unlös- lieh. Weiterhin können auch keine protischen Lösungsmittel verwendet werden. In diesen löst sich Carbylsulfat zwar zufriedenstellend, jedoch tritt auch gleichzeitig eine Zersetzung ein, die die Umsetzung stört oder gar vollständig verhindert.
Auch 4-Nitro-N-methylanilin zeigt ein problematisches Lösungsverhalten insofern, als es ebenfalls in vielen gängigen organischen Lösungsmittel unlöslich ist und es somit zusätzlich erschwert wird, ein für die Umsetzung dieser beiden Reaktanden geeignetes Lösungsmittel auszuwählen.
Aus den erwähnten Gründen ist es bis jetzt nicht gelungen, zur Durchführung der in der obigen Gleichung wiedergegebenen Reaktion ein Lö-
sungsmittel zu finden, in dem beide Edukte unzersetzt löslich sind und eine Umsetzung in homogener Phase ermöglicht wird.
Bei dem bis jetzt angewandten industriellen Verfahren der Synthese von Nitroethionat wird auf Nitrobenzol als Reaktionsmedium zurückgegriffen.
Dabei legt man eine Lösung von 4-Nitro-N-methylanilin vor, in der sich aufgrund der schlechten Löslichkeit der Substanz noch ein hoher Anteil an Feststoff befindet. Anschließend wird das in Nitrobenzol nahezu unlösliche Carbylsulfat in fester Form portionsweise zudosiert, wobei zur Vermeidung von möglichen Überkonzentrationen aufgrund der inhomogenen Reaktionsführung intensiv gerührt werden muß. Bei dieser Reaktionsführung reagiert das Carbylsulfat mäßig schnell ab, und die beteiligten Reaktanden und das Reaktionsgemisch sind unter den gewählten Reaktionsbedingungen (Temperatur der Reaktionsmischung ca. 40 - 50°C) hinreichend sta- bil, solange eine ausreichende Vermischung der Reaktanden gegeben ist.
Probleme können bei der heterogenen Reaktionsführung dann auftreten, wenn eine ausreichende Vermischung der Reaktanden nicht gewährleistet ist. Dadurch kann etwa eine Klumpenbildung auftreten, also in anderen Worten eine lokale Überkonzentration. Ist dies der Fall, kann aufgrund lokaler Überhitzungen eine Selbstzersetzung oder Explosion der Substanzen auftreten. Dies ist insbesondere an der Reaktorwand gefährlich, die im allgemeinen von außen beheizt wird und an der hohe lokale Temperaturen festzustellen sind. Beispielsweise trat bei der Hoechst AG im Jahre 1973 eine Explosion eines Kessels bei der Nitroethionatsynthese auf, wobei auch Menschen zu Schaden kamen.
Bis jetzt wurde das Verfahren zur Natriumethionat-Herstellung jedoch weiterhin auf die oben beschriebene Weise durchgeführt, unter entspre- chenden Sicherheitsvorkehrungen, da bis jetzt keine Bedingungen gefunden wurden, die eine einfache, homogene Reaktionsführung erlauben und die nicht zu Zersetzungen der eingesetzten Edukte oder gar der erhaltenen Produkte führen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, die Herstellung von Nitroethionat aus 4-Nitro-N-methylanilin und Carbylsulfat so durchzufüh-
ren, daß das Auftreten von lokalen Überhitzungen oder gar Explosionen vermieden wird und gleichzeitig eine einfache, effektive Durchführung mit hohen Ausbeuten sichergestellt wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Nitroethionat durch Umsetzung von 4-Nitro-N-methylanilin mit Carbylsulfat, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion in einem nitrilsubstituierten organischen Kohlenwasserstoff, einem Ether mehrwertiger Alkohole oder einem cyclischen Ether als Lösungsmittel durchgeführt wird.
Es konnte überraschenderweise gefunden werden, daß durch die Verwendung der oben genannten Lösungsmittel eine einfache, homogene und sichere, das Explosionsrisiko verhindernde Reaktionsführung bei der Nitroethionat-Synthese gewährleistet wird.
Als Lösungsmittel bei der erfindungsgemäßen Synthese eignen sich nitril- substituierte organische Kohlenwasserstoffe, also beispielsweise Aceto- nitril, Propionitril oder Benzonitril. Eine andere Klasse von Lösungsmitteln, die verwendet werden können, sind Ether mehrwertiger Alkohole. Bei- spiele dafür sind 1,2-Dimethoxyethan (Ethylenglykoldimethylether), ~Di- ethylenglykoldimethylether oder Triethylenglykoldimethylether. Auch cycli- sche Ether wie beispielsweise Dioxan- oder Tetrahydrofuran sind geeignet.
Vorzugsweise werden Actonitril oder 1 ,2-Dimethoxyethan verwendet. Das meistbevorzugte Lösungsmittel ist Acetonitril.
Es wurde festgestellt, daß sowohl 4-Nitro-N-methylanilin als auch Carbylsulfat sich bereits bei Raumtemperatur zufriedenstellend in den genannten Solventien lösen. Durch leichtes Erhitzen des Lösungsmittels läßt sich das Lösungsverhalten noch verbessern, so daß eine vollständig homogene Reaktionsführung ohne übermäßigen Einsatz von Lösungsmittel erreicht werden kann. Die Temperaturen, die zum Erreichen eines vollständigen Auflösens der Reaktanden notwendig sind, liegen dabei bei Werten von ca. 35 - 55°C in Bereichen, in denen die thermische Stabilität sowohl der Reaktanden als auch des Produkts gewährleistet ist.
Durch die homogene Reaktionsführung wird die Gefahr von lokalen Überhitzungen und Überkonzentrationen, die in der Folge zu Explosionen führen können, ausgeschlossen. Ein weiterer Vorteil der Verwendung der genannten Lösungsmittel liegt darin, daß sie generell Siedepunkte aufwei- sen, die deutlich unterhalb der Temperatur liegen, bei der exotherme Zersetzungsreaktionen der Reaktanden eintreten. Diese Temperatur liegt bei ca. 180°C. Beispielsweise liegt der Siedepunkt von Acetonitril bei 82°C, also deutlich unterhalb dieser Temperatur. Sollte daher die gewählte Reaktionstemperatur, die generell auf Werte von 40 - 75°C eingestellt wird, un- erwartet ansteigen, so kann diese Reaktionswärme durch ein Verdampfen des Lösungsmittels abgeführt werden. Dies ist in Nitrobenzol nicht der Fall. Dieses Lösungsmittel siedet erst bei 210°C, also deutlich oberhalb der kritischen, spontane Zersetzungsreaktionen ermöglichenden Temperatur von 180°C, wodurch selbstverständlich das Risiko der Zersetzung steigt.
Zur Durchführung der erfindungsgemäßen Reaktion wird zunächst 4-Nitro- N-methylanilin zu dem gewählten Lösungsmittel, vorzugsweise Acetonitril, gegeben und die Lösung auf ca. 35 bis 55°C, vorzugsweise 40 bis 50°C erwärmt. Die Mengen werden dabei so gewählt, daß die Lösung 5 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 15 Gew.-% an Edukt enthält. In diesen Konzentrationsbereichen läßt sich ein vollständiges Auflösen des Edukts durch leichtes Erwärmen erreichen. Anschließend wird eine Lösung von Carbylsulfat in dem Lösungsmittel, vorzugsweise Acetonitril, hergestellt, wobei die Einwaagen so gewählt werden, daß die Lösung 20 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 30 Gew.-% Carbylsulfat enthält. Die Lösung kann e- benfalls erwärmt werden, auf Temperaturen von 35 bis 55 °C, vorzugsweise wird die Lösung jedoch auf Raumtemperatur gehalten.
Die temperierte, 4-Nitro-N-methylanilin enthaltende Lösung wird vorgelegt und die Carbylsulfat-Lösung zudosiert, generell über einen Zeitraum von 10 bis 30 Minuten. Die Temperatur der Reaktionslösung beträgt dabei 40 - 75°C, vorzugsweise 50°C. Nach beendeter Zugabe wird die Lösung dann vorteilhafterweise zum Siedepunkt erhitzt, generell über einen Zeitraum von 30 bis 90 Minuten, wonach die Umsetzung beendet ist.
Nach beendeter Reaktion wird die Lösung dann in angemessener Weise aufgearbeitet, generell durch Zugabe von Wasser und/oder Na2C03- oder K2CO3-Lösung, und Extraktion der organischen Phase mit einem geeignetem Lösungsmittel, etwa einem Ether wie beispielsweise Methyl-tert- Butylether. Vorzugsweise wird die Reaktion unter einer Inertgasatmosphäre durchgeführt, beispielsweise einer Stickstoff- oder Argonatmosphäre.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele näher erläutert. Die in diesem Beispielen angegebenen Mengen lassen sich da- bei mit dem erfindungsgemäßen Verfahren problemlos auf das 100 bis 200-fache vergrößern.
Vergleichsbeispiel 1 :
Unter einer Stickstoff-Atmosphäre wird 4-Nitro-N-methylanilin (760 g) in 3000 ml Nitrobenzol suspendiert. Diese Suspension wird auf 45°C Innentemperatur erhitzt. Anschließend werden portionsweise und unter starkem Rühren innerhalb einer Stunde 470 g Carbylsulfat zugeben. Dabei steigt die Innentemperatur auf 47°C an. Man beobachtet die Bildung einer gelb- braunen Lösung. Nach beendeter Zugabe wird zur Komplettierung der Reaktion noch über zwei Stunden bei einer Innentemperatur von 70 bis 75°C gerührt. Das Reaktionsgemisch wird anschließend in Eiswasser eingerührt, wobei ein feiner Niederschlag entsteht. Es werden 155g Soda eingestreut und der pH-Wert bei einstündigem Nachrühren auf 5,5 - 6,0 eingestellt. Dabei geht der Niederschlag wieder in Lösung. Man erwärmt auf 60°C Innentemperatur, rührt 30 min, kühlt wieder auf Raumtemperatur ab und läßt absitzen (pH 6,0). Die untere Nitrobenzol-Phase wird abgelassen und in den Kühlraum gestellt, wobei überschüssiges 4-Nitro-N- methylanilin auskristallisiert, das abgesaugt und mit Ethanol gewaschen wird. Die obere wäßrige Phase wird zweimal mit je 2 I Methyl-tert-
Butylether gewaschen und mit 70 g Aktivkohle und 300 g Kieselgur versetzt. Man erhitzt 30 min auf 60 - 65°C und saugt über Kieselgur ab. Das Filtrat wird mit 0,7 kg KCI versetzt und unter gutem Rühren auf Raumtemperatur abgekühlt. Dabei fällt ein Großteil Produkt aus. Durch Zugabe von 1 ,4 kg NaCI und anschließendem Rühren über Nacht bei 10 - 15°C wird der Rest ausgesalzt. Man saugt ab und trocknet bei 50 - 55°C im Vakuum.
Ausbeute: 656 g = 70% d. Th.
Beispiel 1 :
Unter einer Stickstoffatmosphäre wird eine Lösung von 60,2 g 4-Nitro-N- methylanilin in 500 ml Acetonitril hergestellt. Diese Lösung wird zum vollständigen Auflösen des Substrats auf 50°C erwärmt. Anschließend wird bei einer Innentemperatur von 50 bis 55°C eine Lösung von 38,2 g Carbylsulfat in 200 ml Acetonitril über einen Zeitraum von 15 Minuten zudosiert. Nach beendeter Zugabe wird zur Vervollständigung der Reaktion die Lösung zum Sieden erhitzt und ca. 60 Minuten bei dieser Temperatur gehalten. Man läßt anschließend die Reaktionslösung langsam abkühlen. Anschließend wird das Reaktionsgemisch aufgearbeitet, indem in ein dieses Gemisch aus 1.400 ml Wasser und 1.000 ml Methyl-tert-Butylether einge- gössen und der pH-Wert des Systems durch Zugabe von Soda auf einen Wert von 5,5 - 6,0 eingestellt wird. Nach Trennung der organischen von der wäßrigen Phase werden die beiden Phasen abgetrennt und die organische Phase mit Wasser gewaschen. Die vereinigten wäßrigen Phasen werden mit 7,9 g Aktivkohle und 30 g Kieselgur 60 min bei etwa 60°C ge- rührt, filtriert, das warme Filtrat mit 65 g Kaliumchlorid versetzt und abkühlen gelassen. Dabei fällt das Produkt in Form von Kristallen aus, wobei es zur vollständigen Ausfällung notwendig sein kann, weiteres Kaliumchlorid oder auch Natriumchlorid zuzugeben.
Man erhält so 45,5 g Roh-Nitroethionat, das aus ca. 150 ml siedendem Wasser umkristallisiert wird. Die erhaltenen Kristalle werden mit Methyl- tert-Butylether gewaschen und getrocknet, wonach man 38,3 g Produkt erhält.
Claims
1. Verfahren zur Herstellung von Nitroethionat durch Umsetzung von 4- Nitro-N-methylanilin und Carbylsulfat, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion in einem nitrilsubstituierten organischen Kohlenwasserstoff, einem Ether mehrwertiger Alkohole oder einem cyclischen Ether durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als Lö- sungsmittel Acetonitril, Propionitril, Benzonitril, 1,2-Dimethoxyethan,
Diethylenglykoldimethylether, Triethylenglykoldimethylether, Dioxan o- der Tetrahydrofuran verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel Acetonitril oder 1 ,2-Dimethoxyethan, vorzugsweise A- cetonitril, verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Reaktanden jeweils im entsprechenden Lösungsmittel gelöst und diese Lösungen dann zur Reaktion zusammengegeben werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die. Lösung von 4-Nitro-N-methylanilin 5 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis
15 Gew.-% an Substrat aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung von Carbylsulfat in Acetonitril 20 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 30 Gew.-% an Substrat aufweist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der die Reaktanden enthaltenden Reaktionslösungen vor dem Zugeben auf eine Temperatur von 35 bis 55°C erhitzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion bei einer Temperatur von 40 bis 75°C, vorzugsweise 50°C, durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion über einen Zeitraum 10 bis 30 Minuten durchgeführt wird.
10.Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dieses unter einer Inertgas-Atmosphäre, vorzugsweise einer Stickstoff- oder Argonatmosphäre, durchgeführt wird.
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