EP3959201A1 - Verfahren zur herstellung von n,n-disubstituierten benzthiazolyl-sulfenamiden - Google Patents

Verfahren zur herstellung von n,n-disubstituierten benzthiazolyl-sulfenamiden

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EP3959201A1
EP3959201A1 EP20719457.2A EP20719457A EP3959201A1 EP 3959201 A1 EP3959201 A1 EP 3959201A1 EP 20719457 A EP20719457 A EP 20719457A EP 3959201 A1 EP3959201 A1 EP 3959201A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
formula
compound
iii
sulfenamides
sodium hypochlorite
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP20719457.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Holger Graf
Melanie WIEDEMEIER-JARAD
Jörg Hagemann
Nele DE SMET
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lanxess Deutschland GmbH
Original Assignee
Lanxess Deutschland GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D277/00Heterocyclic compounds containing 1,3-thiazole or hydrogenated 1,3-thiazole rings
    • C07D277/60Heterocyclic compounds containing 1,3-thiazole or hydrogenated 1,3-thiazole rings condensed with carbocyclic rings or ring systems
    • C07D277/62Benzothiazoles
    • C07D277/68Benzothiazoles with hetero atoms or with carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals, directly attached in position 2
    • C07D277/70Sulfur atoms
    • C07D277/76Sulfur atoms attached to a second hetero atom
    • C07D277/80Sulfur atoms attached to a second hetero atom to a nitrogen atom

Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation of N, N-disubstituted benzothiazolyl sulfenamides.
  • N, N-disubstituted benzothiazolyl-sulfenamides are mainly used as slow-acting vulcanization accelerators in the rubber industry, especially in adhesive mixtures in the tire industry.
  • N, N-disubstituted benzthiazolyl-sulfenamides are e.g. known from EP-A-0 721 946.
  • dibenzthiazolyl disulfide, dibenzylamine and methanol are initially charged and heated to 60 ° C. before chlorine is introduced through a capillary tube. After the subsequent treatment with 25% sodium hydroxide solution, the product is filtered off and washed with methanol and water.
  • Chlorine / chlorine gas is known to be a very effective oxidizing agent.
  • special safety measures must be observed. All conceivable risks in production, transport and storage due to incidents and accidents must be taken into account. It is essential to prevent outbreaks of chlorine and hydrogen chloride gas into the atmosphere, so that an alternative to the aforementioned manufacturing process was sought.
  • EP 0 195 738 discloses a process in which N, N-disubstituted benzothiazolyl sulfenamides are reacted by reacting sodium salts of 2-mercaptobenzothiazole with diisopropylamine and sodium hypochlorite in an acidic medium.
  • this process has the disadvantage that the end product is only obtained in low yield and purity and with a high proportion of free amines.
  • the object of the present invention was to provide an economical and easier to handle process for the preparation of N, N-disubstituted benzothiazole sulfenamides, in particular N, N-dibenzyl-benzthiazolylsulfenamide (DBBS) or N, N-diisopropylbenzthiazolyl-sulfenamide, starting from of substituted 2-mercaptobenzothiazoles, taking into account safety aspects, preferably in a one-pot reaction.
  • an oxidizing agent other than chlorine gas should be used in order to minimize the risks associated with handling this chemical.
  • N, N-disubstituted benzothiazole sulfenamides can be prepared by reacting substituted 2-mercaptobenzothiazoles with amines in the presence of sodium hypochlorite as the oxidizing agent.
  • the present invention relates to a process for the preparation of N, N-disubstituted benzothiazolyl-sulfenamides of the formula (I),
  • R 1 , R 2 independently of one another -CH (R 3 ) (R 4 )
  • R 3 , R 4 independently of one another H, Ci-C 3 -alkyl, preferably methyl , or
  • R 5 C 1 -C 5 -alkyl
  • y 0 to 6, preferably 0 to 2, particularly preferably 0 and
  • n 0 to 5, preferably 0, by reacting 2-mercaptobenzothiazole salts of the formula (II)
  • the compound of the formula (I) is preferably N, N-dibenzylbenzthiazolylsulfenamide (DBBS) or N, N-diisopropylbenzthiazolylsulfenamide.
  • radicals R 1 and R 2 are the same within the molecule.
  • the sodium salt of 2-mercaptobenzothiazole is preferred as compounds of the formula (II).
  • sodium hypochlorite solution is preferably used as the sodium hypochlorite. 14.1-18% sodium hypochlorite solutions are particularly preferred.
  • the process is carried out at temperatures from 30 to 50.degree. C., particularly preferably from 40 to 50.degree.
  • the process is carried out in the presence of CrC 4 -alcohols and / or water.
  • methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, tert-butanol or mixtures of these alcohols are preferred.
  • Isopropanol is particularly preferably used in the process according to the invention.
  • the compound of the formula (III) is preferably initially introduced in water and / or alcohol and the compound of the formula (II) and sodium hypochlorite solution are metered in.
  • the method is carried out at pH values of 10 to 12 (determined at 46 ° C.).
  • a pH in the range from 10.3-11 is particularly preferred.
  • an acid is preferably metered in, preferably during the addition of the compound (II) and the sodium hypochlorite. Strong inorganic acids are preferred as acids, sulfuric acid is particularly preferred.
  • the pH is adjusted with sodium hydroxide solution after the compound of the formula (II) has been added.
  • amine of the formula (II) preference is given to 50-1000 parts of amine of the formula (II), particularly preferably N, N, - Diphenylamine, 300 to 1300 parts of alcohol (100%) are used. It is particularly preferred to add 50-1000 parts of water.
  • the compound of formula (II) to the compound of formula (III) is preferably used in a molar ratio of 1.4: 1 to 0.8: 1.
  • the process according to the invention is preferably carried out batchwise, in what is known as a one-pot reaction.
  • reaction time is preferably in the range from 15 minutes to 5 hours, very particularly preferably 2-5 hours.
  • the sodium hypochlorite is usually added by introducing it via a metering pump and with stirring.
  • the compound of the formula (I) is preferably separated off by means of filtration, customary suction filters being suitable.
  • the product is washed, preferably using CrC 4 alcohol and / or water.
  • the method according to the invention is preferably carried out as follows:
  • the compound of the formula (III), preferably dibenzylamine, and an alcohol, preferably isopropanol, are introduced into water.
  • a mixture of the compound of the formula (II), preferably sodium mercaptobenzothiazole (NaMBT), and sodium hypochlorite is added, preferably at temperatures from 40 to 50 ° C.
  • the pH value during the metering is preferably in the range from 10.3 to 11, which is ideally adjusted using sulfuric acid.
  • a pH value in the range from 11.3 to 12 is set, preferably by means of sodium hydroxide solution, then stirred and preferably water is added.
  • the product is preferably filtered off.
  • the subsequent cleaning is preferably carried out by washing first with alcohol, preferably isopropanol at 35-45 ° C and then, preferably with water, at 55-65 ° C.
  • the apparatus used was a 21 flat ground joint beaker equipped with a Mig stirrer (3 blades); Heating / cooling via jacket; pH and redox measuring device; Thermometer; Dosing pumps for sodium hypochlorite (NaOCI) and the aqueous solution the sodium salt of 2-mercaptobenzothiazole (NaMBT) as well as a dropping funnel are used for pH-regulated dosing of sulfuric acid or sodium hydroxide solution.
  • NaOCI sodium hypochlorite
  • NaMBT 2-mercaptobenzothiazole
  • the pH was then adjusted to 11.5 with 1.6 g of 48% strength sodium hydroxide solution, 245 ml of water were added and the mixture was stirred for 15 minutes. The suspension was sucked off at 40 ° C. through a 18.5 cm black band filter.
  • the product was filtered off, washed with 625 g of aqueous isopropanol (35%) at 40.degree. C. and then with 1165 g of water at 60.degree.
  • the filter cake was dried in a drying cabinet at approx. 50 ° C. until the mass was constant.
  • DBBS N, N-dibenzyl-benzthiazolylsulfenamide

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Thiazole And Isothizaole Compounds (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von N,N-disubstituierten Benzthiazolyl- sulfenamiden.

Description

Verfahren zur Herstellung von N,N-disubstituierten Benzthiazolyl-sulfenamiden
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von N,N-disubstituierten Benzthiazolyl- sulfenamiden.
N,N-disubstituierten Benzthiazolyl-sulfenamide werden vor allem als langsam wirkende Vulkanisationsbeschleuniger in der Kautschukindustrie eingesetzt, insbesondere in der Reifenindustrie in Haftmischungen.
Verfahren zur Herstellung von N,N-disubstituierten Benzthiazolyl-sulfenamiden sind z.B. aus EP-A-0 721 946 bekannt. In einer Eintopfsynthese werden Dibenzthiazolyldisulfid, Dibenzylamin und Methanol vorgelegt und auf 60°C erwärmt, bevor Chlor über ein Kapillarrohr eingeleitet wird. Nach der anschließenden Behandlung mit 25%iger Natron lauge wird das Produkt abfiltriert und mit Methanol und Wasser gewaschen.
Chlor / Chlorgas ist dafür bekannt, dass es ein sehr gut wirkendes Oxidationsmittel ist. Im Umgang mit dieser hochgiftigen Chemikalien sind allerdings besondere Sicherheits maßnahmen einzuhalten. Dabei sind alle denkbaren Risiken bei Produktion, Transport sowie Lagerung aufgrund von Störfällen und Unfällen zu berücksichtigen. Ausbrüche von Chlor- und Chlorwasserstoffgas in die Atmosphäre gilt es auf jeden Fall zu verhindern, so dass nach einer Alternative für das vorgenannte Herstellverfahren gesucht wurde.
Zudem ist aus EP 0 195 738 ein Verfahren bekannt, bei dem N,N-disubstituierte Benzthiazolyl-sulfenamide durch die Umsetzung von Natriumsalzen des 2-Mercapto- benzothiazols mit Diisopropylamin und Natriumhypochlorit in saurem Medium umgesetzt werden. Dieses Verfahren hat allerdings den Nachteil, dass dabei das Endprodukt nur in geringer Ausbeute und Reinheit und mit einem hohen Anteil an freien Aminen erhalten wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es nun, ein wirtschaftliches und leichter hand habbares Verfahren zur Herstellung von N,N-disubstituierten Benzthiazol-sulfenamiden, insbesondere N,N-dibenzyl-benzthiazolylsulfenamid (DBBS) oder N,N-Diisopropylbenz- thiazolyl-sulfenamid, ausgehend von substituierten 2-Mercaptobenzthiazolen unter Berücksichtigung sicherheitstechnischer Aspekte, vorzugweise in einer Eintopfreaktion, zur Verfügung zu stellen. Dabei sollte insbesondere ein anderes Oxidationsmittel als Chlorgas eingesetzt werden, um die Risiken mit dem Umgang dieser Chemikalie zu minimieren. Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass sich N,N-disubstituierten Benzthia- zolsulfenamide durch die Umsetzung von substituierten 2-Mercaptobenzthiazolen mit Aminen in Gegenwart von Natriumhypochlorit als Oxidationsmittel hersteilen lassen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von N,N- disubstituierten Benzthiazolyl-sulfenamiden der Formel (I),
)
mit R1 , R2 = unabhängig voneinander -CH(R3)(R4)
mit R3, R4 = unabhängig voneinander H, Ci-C3-Alkyl, vorzugsweise Methyl, oder
mit R5 = CrCs-Alkyl, y = 0 bis 6, vorzugsweise 0 bis 2, besonders bevorzugt 0 und
n = 0 bis 5, vorzugsweise 0, durch Umsetzung von 2-Mercaptobenzthiazolsalzen der Formel (II)
mit Z = Na oder K, vorzugsweise Na, mit Aminen der Formel (III)
NH(R1)(R2) (III) worin R1 und R2 die obige Bedeutung haben,
wonach die Umsetzung in Gegenwart von Natriumhypochlorit bei pH-Werten von 10 bis 12 durchgeführt wird.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Verbindung der Formel (I) um N,N-Dibenzyl- benzthiazolylsulfenamid (DBBS) oder um N,N-Diisopropylbenzthiazolyl-sulfenamid.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Reste R1 , R2 innerhalb des Moleküls gleich.
Als Verbindungen der Formel (II) ist das Natriumsalz des 2-Mercaptobenzothiazols (NaMBT) bevorzugt.
Als Verbindungen der Formel (III) sind
und
bevorzugt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Verbindung der Formel (II)
in Kombination mit oder
als Verbindung der Formel (III) eingesetzt.
Als Natriumhypochlorit wird vorzugsweise eine mindestens 14%ige Natriumhypochlorit lösung eingesetzt. Besonders bevorzugt sind 14,1 - 18% ige Natriumhypochlorit lösungen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren bei Tempe raturen von 30 bis 50 °C, besonders bevorzugt bei 40 bis 50°C, durchgeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren in Anwesen heit von CrC4-Alkohlen und/oder Wasser durchgeführt.
Als CrC4-Alkohole im Sinne der Erfindung sind Methanol, Ethanol, Isopropanol, n- Butanol, tert.-Butanol oder Gemische dieser Alkohole bevorzugt. Besonders bevorzugt wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren Isopropanol eingesetzt.
Vorzugsweise wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren die Verbindung der Formel (III) gegebenenfalls in Wasser und/oder Alkohol vorgelegt und die Verbindung der Formel (II) und Natriumhypochloritlösung zudosiert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren bei pH-Werten von 10 bis 12 (bestimmt bei 46°C) durchgeführt. Dabei ist insbesondere bevorzugt ein pH-Wert im Bereich von 10,3 - 11. Zum Einstellen des pH-Wertes wird vorzugsweise eine Säure zu dosiert, vorzugsweise während der Zugabe der Verbindung (II) und dem Natriumhypochlorit. Als Säure bevorzugt sind starke anorganische Säuren, besonders bevorzugt Schwefelsäure.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der pH-Wert nach Zugabe der Verbindung der Formel (II) mit Natronlauge eingestellt.
Sofern das erfindungsgemäße Verfahren in Anwesenheit von Alkohol durchgeführt wird, werden bevorzugt auf 50-1000 Teile Amin der Formel (II), besonders bevorzugt N,N,- Diphenylamin, 300 bis 1300 Teile Alkohol (100%) eingesetzt. Besonders bevorzugt werden darauf noch zusätzlich 50-1000 Teile Wasser hinzugegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise die Verbindung Formel (II) zu der Verbindung der Formel (III) in einem molaren Verhältnis von 1 ,4 : 1 bis 0,8 : 1 eingesetzt.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren in diskontinuierlicher Fahrweise, in einer sogenannten Eintopfreaktion, durchgeführt.
Für das erfindungsgemäße Verfahren liegt die Reaktionszeit vorzugsweise im Bereich von 15 Minuten bis 5 Stunden, ganz besonders bevorzugt 2-5 Stunden.
Die Zugabe der Natriumhypochlorits erfolgt üblicherweise so, dass man dieses über eine Dosierpumpe und unter Rühren einleitet.
Die Abtrennung der Verbindung der Formel (I) erfolgt vorzugsweise mittels Filtration, wobei übliche Filternutschen geeignet sind.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Produkt gewaschen, vorzugsweise mittels CrC4-Alkohol und/oder Wasser.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise wie folgt durchgeführt:
Die Verbindung der Formel (III), vorzugsweise Dibenzylamin, und ein Alkohol, vorzugs weise Isopropanol werden in Wasser vorgelegt. Nach Rühren der Reaktionsmischung wird vorzugsweise bei Temperaturen von 40 bis 50°C eine Mischung aus der Verbindung der Formel (II), vorzugsweise Natrium-Mercaptobenzothiazol (NaMBT), und Natriumhypo chlorit zugegeben. Der pH-Wert während der Zudosierung liegt vorzugsweise im Bereich von 10,3 bis 11 , welcher idealerweise mittels Schwefelsäure eingestellt wird.
Anschließend wird vorzugsweise mittels Natronlauge ein pH-Wert im Bereich von 11 ,3 bis 12 eingestellt, nachgerührt und vorzugsweise Wasser zugesetzt. Das Produkt wird vorzugsweise abfiltriert. Die anschließende Reinigung erfolgt vorzugsweise durch Waschen zunächst mit Alkohol, vorzugsweise Isopropanol bei 35 - 45°C und an schließend, vorzugsweise mit Wasser, bei 55 - 65°C. Die vorliegende Erfindung wird durch das nachfolgenden Versuchsbeispiel näher erläutert ohne, dass die Erfindung auf dieses beschränkt ist.
Ausführungsbeispiele
Beispiel 1
Als Apparatur wurde ein 21 Planschliffbecher, ausgestattet mit Mig-Rührer (3 Blatt); Heizung/Kühlung über Mantel; pH- und Redoxmessungsvorrichtung; Thermometer; Dosierpumpen für Natriumhypochlorit (NaOCI) und die wässrige Lösung das Natrium salzes des 2-Mercaptobenzothiazols (NaMBT) sowie einen Tropftrichter für eine pH-Wert- geregelte Dosierung von Schwefelsäure bzw. Natronlauge eingesetzt.
In diesem Planschliffbecher wurden 203,4 g Dibenzylamin (97%ig) und 531 g Isopropanol (Wassergehalt < 1 %) mit 195g Wasser vorgelegt. Anschließend rührte man die Reaktionsmischung und innerhalb von 3 Stunden wurde bei einer Innentemperatur von 46°C folgende Mischung zudosiert:
446.1 g 50,50%ige wässrige NaMBT-Lösung (Dichte: 1 ,245) = 119 ml/h (358 ml)
834.2 g 14,21 %ige wässrige NaOCI (Dichte: 1 ,22) = 228 ml/h (683,8 ml)
Dann wurde zu den im Planschliffbecher vorlegten Chemikalien innerhalb von 1- 5 bis Minuten 5 g NaOCI hinzudosiert.
Während der Dosierung wurde im Reaktionsgemisch ein pH-Wert von 10,5 eingehalten, was mittels Schwefelsäure erfolgte.
Anschließend wurde mit 1 ,6 g 48%iger Natronlauge ein pH von 11 ,5 eingestellt, 245 ml Wasser zugesetzt und 15 Minuten gerührt. Die Suspension wurde bei 40°C über Schwarzbandfilter 0 18,5 cm abgenutscht .
Das Produkt wurde abfiltriert, mit 625 g wässrigem Isopropanol (35%ig) bei 40°C und anschließend mit 1165 g Wasser bei 60°C gewaschen.
Der Filterkuchen wurde bis zur Massenkonstanz im Trockenschrank bei ca. 50°C getrocknet.
Man erhielt 283,6 g N,N-Dibenzyl-benzthiazolylsulfenamid (DBBS). Laut HPLC-Analyse lag der Wirkstoffgehalt (Titration) bei über 98 %; freies Amin wurde mit < 0,7% gemessen. Des Weiteren lag der Schmelzpunkt in einem Bereich von 90 - 100°C, vorzugsweise von 92,5 - 93,2°C.
Vergleichsbeispiele 1a, 1 b und 1c
Das Verfahren wurde analog zu Beispiel 1 , jedoch mit pH-Werten von 8, 9 bzw. 12 durchgeführt.
Dabei wurden die folgenden Ergebnisse erhalten:
Es zeigte sich, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von N,N- substituierten Benzthiazolyl-sulfenamiden der Formel (I) gelang, ohne dass der Einsatz von elementarem Chlor notwendig wurde und gegenüber des nach dem Stand der Technik (EP 0 195 738) bekannten Verfahren mit Natriumhypochlorit und pH-Werten von 8 bis 9 deutlich verbesserte Ergebnisse lieferte.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von N,N-disubstituierten Benzthiazolyl-sulfenamiden der Formel (I)
mit R1 , R2 = unabhängig voneinander -CH(R3)(R4)
mit R3, R4 = unabhängig voneinander H, CrC3-Alkyl, vorzugsweise Methyl,
und R5 = Ci-C3-Alkyl, y = 0 bis 6, vorzugsweise 0 bis 2, besonders bevorzugt 0 und
n = 0 bis 5, vorzugsweise 0, durch Umsetzung von 2-Mercaptobenzthiazolsalzen der Formel (II)
mit Z = Na oder K, vorzugsweise Na, mit Aminen der Formel (III)
NH(R1)(R2) (III) worin R1 und R2 die obige Bedeutung haben, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung in Gegenwart von Natrium hypochlorit bei pH-Werten von 10 bis 12 durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den N,N- substituierten Benzthiazolylsulfenamiden der Formel (I) um N,N-Dibenzylbenzthia- zolylsulfenamid (DBBS) oder N,N-Diisopropylbenzthiazolyl-sulfenamid handelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbindung der Formel (II)
und als Verbindung der Formel (III)
eingesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese Umsetzung bei Temperaturen von 30 bis 50 °C durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass diese Umsetzung in Gegenwart von mindestens einem CrC4-Alkohol und/oder Wasser durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Formel (III) gegebenenfalls in Anwesenheit von Wasser und/oder Alkohol vorgelegt und die Verbindung der Formel (II) und Natriumhypochlorit zudosiert werden, wobei der pH-Wert während der Zudosierung mit Schwefelsäure eingestellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet das der pH-Wert nach Zugabe der Verbindung der Formel (II) und dem Natriumhypochlorit mit Natronlauge eingestellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die die Verbindung der Formel (II) zu der Verbindung der Formel (III) in einem molaren Verhältnis von 1 ,4 : 1 bis 0,8 : 1 eingesetzt wird.
EP20719457.2A 2019-04-25 2020-04-22 Verfahren zur herstellung von n,n-disubstituierten benzthiazolyl-sulfenamiden Withdrawn EP3959201A1 (de)

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