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硕士学位论文 摘要 在对大量文献调查研究的基础上,我们合成了多种尚未见文献报道的二烃基 锡羧酸酯类化合物。其中化合物( 1 0 ) ( c 6 f 1 3 c h 2 c h 2 ) 2 s n ( o o c c h = c h p h ) 2 是由二氟 碳基锡二氯化物( c 6 f 1 3 c h 2 c h 2 ) 2 s n c l 2 和p h c h = c h c o o h 在e t 3 n 作用下合成的。 反应式表示如下: e i ,n ( c 6 f 1 3 c h 2 c h 2 ) 2 s n c l l 2 + p h c h = c h c o o h _ 二( c 6 f 1 3 c h 2 c h 2 ) 2 s n ( o o c c h 2 c 肿h ) 2 论文中其它二烃基锡羧酸酯都是以二氟碳基锡氧化物( c 6 f 1 3 c h 2 c h 2 ) 2 s n o 、二 正丁基锡氧化物0 一c 4 h 9 ) 2 s n o 和不同结构的羧酸r c o o h 为原料,较高产率 ( 6 8 9 5 ) 地合成的。这些化合物的合成方法可以用下面反应式表示: 【r 1 2 s n o 2 + n r c o o h r 1 2 s n o o c r o 2 所有化合物都通过i r 、1 hn m r 表征,部分化合物还用1 3 cn m r 和“9 s nn m r 进行了表征。这些化合物属于四种构型 【r x s n ( o o c r ) 2o ) 2 ( a ) 、r 2 s n ( o o c r ) 2 ( b ) ( 分子中有带孤对电子的o h ) 、r 2 s n ( o o c r ) 4 ( c ) 和r 2 s n ( o o c r ) 2 ( d ) ,在这四 类化合物( a ) 、( b ) 、( c ) 和( d ) 中,中心锡原子具有不同的配位形式和配位数。 本文拟通过准外消旋体合成法达到“一锅煮”同步合成1 ,2 ,4 一氧杂二唑衍 生物的目的。作者根据准外消旋体合成法中标记基团的要求,合成了两种含氟量 不同且极性差别较大的化合物作为标记基团。 关键词:有机锡化合物;二烃基锡氧化物;二烃基锡二氯化物;二烃基锡羧酸 酯化合物;氟碳基战略:氟碳标记基团;准外潸旋合成 新型有机锡化合物和氟碳标记化合物的合成与表征 a b s t r a c t b a s e do nam u m b e ro fl i t e r a t u r e s ,t h ea u t h o rh a v es y n t h e s i z e ds o m ed i a l k y l t i n c a r b o x y l a t e s t ot h eb e s to fo u rk n o w l e g e ,t h e s ec o m p o u n d sh a v en o tb e e nr e p o r t e di n b e f o r er e f e r e n c e s t h ec o m p o u n d0 0 ) o c 6 f 1 3 c h 2 c h 2 ) 2 s n ( 0 0 c c h = c h p h ) 2w a s s y n t h e s i z e db yt h er e a c t i o n o fd i f l u o r o a l k y l t i nd i c h l o r i d eo c 6 f 1 3 c h 2 c h 2 ) 2 s n c l 2 w i t hp h c h = c h c o o h ,s h o w na se q1 眩f 1 3 c h 2 c h 2 ) 2 s n o + p h c h :c h c o o h 三垒0 ( c 6 f 1 3 c h 2 c h 2 ) 2 s n ( o o c c h = c h p h 盖( 1 ) t h eo t h e rk i n d so fd i a l k y l o r g a n o t i nc a r b o x y l a t ec o m p o u n d sw e r es y n t h e z i e db y d i f l u o r o a l k y l t i no x i d eo c 6 f 1 3 c h 2 c h 2 ) 2 s n oo rd i b u t y l t i no x i d e0 c 4 h 9 ) 2 s n ow i t h r c o o hi nh i 【g hy i e l d s ( 6 8 - 9 5 ) ,s h o w na se q2 o ) 2 ( 2 ) a l lt h ec o m p o u n d sh a v eb e e nc h a r a c t e r i z e db yi r ,1 hn m r s o m eo ft h e mh a v e b e e nc h a r a c t e r i z e db y1 3 cn m ra n d1 1 9 s nn m r t h e s ec o m p o u n d sw e r ec l a s s i f i e dt o f o u rt y p eo fs t r u c t u r e s 【r 2 s n ( o o c r ) 20 2 ( a ) o rr 2 s n ( o o c r ) 2 ( b ) ( 6 hi nt h e m o l e c u l a r ) o rr 2 s n ( o o c r ) 4 ( c ) a n dr 2 s u ( o o c r ) 2 ( d ) t h ec e n t r a ls t a n n n i ca t o m s i nao rbo rca n dd t y p e sp r e s e n t e dd i f f e r e n tc o o r d i n a t em o d e sa n dc o o r d i n a t e n u m b e r s i nt h i st h e s i s ,w ew a n tt o s y n t h e s i z e1 , 2 ,4 一o x a d i a z o l e d e r i v a t i v e s w i t h q u a s i r a c e m i cs y n t h e s i si n “o n e p o t ”t o m e e tw i t hn e e d so ff l u o r o u s t a g si n q u a s i r a c e m i cs y n t h e s i s ,t h ea n t h o rh a v es y n t h e s i z e dt w oc o m p o u n d sw i t hd i f f e r i n g f l u o r o u sc h a i n sa n dp o l a r i t ya sf l u o r o u st a g st ot a gs t a r t i n gm a t e r i r l s k e yw o r d s :o r g a n o t i n ;d i a l k y i t i no x i d e :d i a l k y i t i nd i c h l o r i d e ;d i a l i 【y l t i n d a r b o x y l a t e ;f l u o r o u st a g g i n gs t r a t e g y ;f l u o r o u st a g ; q u a s i r a c e m i cs y n t h e s i s 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其它个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 锲勿韵 日期:刃熬年j 月弛日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。 本人授权湖南大学可以将本学位元论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段可汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口,在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名: 导师签名: 婪钮菊 勺建南 日期:2 0 0 5 年5 月j 乒 日 日期:2 0 0 5 年5 月刍铲日 硕上学位论文 第1 章绪论 1 1 有机锡化合物的性质和应用 1 1 1 有机锡化合物的性质 有机锡化合物是指分子中至少有一个s n c 键的金属有机化合物。有机锡化合 物可分为烃基锡和有机锡盐两类。目前有机锡盐的工业用途较窄。烃基锡可分为 四烃基锡、三烃基锡、二烃基锡、单烃基锡和六烃基二锡。 和同族元素相比,s n c 键通常较弱且极性较大,但这并不意味着在普通条件 下有机锡化合物不稳定。在室温下,s i 卜_ c 键对水是稳定的;有机锡化合物对热也 相当稳定;许多有机锡化合物可被减压蒸馏。但强酸、卤素和一些亲电试剂可以 很方便地断裂s n c 键。有机锡化合物大多成共价键,但这些共价键又具有很大程 度的离子特性。s n = o 键是不存在的,以r 2 s n o 形式存在的( r 2 s n o ) n 应聚合物,通 常通过分子间的锡氧键交联形成。和碳原子相比,锡原子之间的成键趋势很弱, 但s n s n 键是存在的且很容易被氧、卤素和酸所断裂。 1 1 2 有机锡化合物的应用 因为有机锡化合物具有特殊的优异性能,以至于在某些领域中的应用得到较 快发展,在这些领域中,每年都有数目巨大的研究论文发表。时至今日,有机锡化合 物已广泛地应用于药物化学、催化化学、有机合成化学、p v c 稳定剂、防腐涂料 和木材防腐等领域【1 1 。 1 1 2 1 有机锡化合物作为p v c 稳定剂的应用 聚氯乙烯( p v c ) 是大宗塑料品种之一。在p v c 的生产过程中必须添加热稳定 剂以延缓或阻止p v c 树脂的热降懈。目前p v c 稳定剂主要有铅盐类、金属皂类 和有机锡类三大类。其中有机锡类稳定剂具有优良的热稳定性、良好的光稳定性 和互溶性,能使制品具有高度热稳定性和透明性,已成为p v c 制品的一类最重要 的稳定剂,其用量正不断增加。 p v c 热解的过程主要分两类:脱h c i 和自氧化。一般认为有机锡稳定剂在p v c 中的作用有【3 】: ( 1 ) 缚住p v c 分解所生成的h c i r 2 s n x 2 + 2 h c l + r 2 s n c l 2 + 2 h x 该反应对防止p v c 的热分解是非常有效的,因为h c l 能自催化p v c 的进一 步降解,而生成的r 2 s n c l 2 是一个弱路易斯酸,它的催化效果远不如h c i 强。 新型有机锡化合物和氟碳标记化合物的合成与表征 ( 2 ) 阴离子交换 稳定剂中的阴离子基团( 一般为s r 或羧基) 同p v c 中的c l 进行交换。因为一s r 或一o c o r 比c l 更难以消去,使p v c 树脂不易氧化和断裂。 ( 3 ) 分解过氧化物及与共轭双键加成 有机锡稳定剂可以分解p v c 降解过程中生成的过氧化物并和共轭烯烃发生加 成反应,防止p v c 的进一步降解。 ( 4 ) 光稳定作用 有机锡羰基化物,特别是二烃基锡马来酸酯,除了具有一定的热稳定作用外, 还有较好的光稳定作用和抗风化作用,可用于户外的p v c 制品中。 1 1 2 2 有机锡化合物在抗癌方面的应用 自1 9 7 2 年b r o w n 4 1 首先发现三苯基乙酸基锡对癌细胞的生长有抑制作用以 来,有关有机锡抗癌活性方面的研究越来越多,二烃基锡因具有较好的抗癌活性 而倍受关注。目前,人们发现二烃基锡大体可分为四类【5 】: ( 1 ) 类似顺铂结构的二烃基锡衍生物 动物实验表明,与顺铂结构类似的二烃基二卤化锡( 见图2 1 ) 对p 3 8 8 自血病有 明显的抑制作用。而且二溴类的化合物比二氯、二碘类化合物具有更高的活性, 二乙基、二苯基有机锡的生物活性通常更高【5 1 。 r 圳e ,e t , p r ,b u , p h 等; x f ,c 1 ,b r ,i ; l = a m p ,b y p y 等 图1 1与颞铂结构类似的二烃基锡衍生物结构 ( 2 ) 类似卡铂结构的二烃基锡衍生物 人们制备了类似卡铂结构含有s n - o 键的有机锡化合物,对其进行抗癌活性研 究,发现具有很好的抗癌活性。通常用r 1 r 2 s n o 与r c o o h 以1 :2 或l :1 的摩尔比 进行反应,得出两种不同构型的化合物,见图2 4 和2 7 。这两种化合物具有很好的 抗m c p - 7 ( 乳腺癌) 和w i d r ( 结肠癌) 活性,但对l 1 2 1 0 ( 白血病) 却无活性【6 】,其中以 伽一c 4 h 9 ) 2 s n o 的衍生物尤为突出,这和前面提到的与顺铂结构类似的二乙基、二 苯基锡衍生物具有较高的活性不同,见表1 1 。 x k xx磷x 硕士学位沦文 o u i i o 的抗m f c 7 和w i l ) r 的生物活性 ( 3 ) 具有生物活性分子的二烃基锡衍生物 这类物质通常利用有机药物的活性基团与二烃基锡反应制得。1 9 8 2 年, b a r b i e r i ”等人发现甘氨酰,甘氨酸的有机锡衍生物具有较高的抗癌活性。1 9 9 2 年,g i e l e n 6 j 等人合成了c o r l e x o l o n e ( 1 1 脱氧皮甾醇) 、p y r i d o x i n e ( 红霉素) 的二烃 基锡衍生物,生物活性研究表明它们对p 3 8 8 、p 8 1 5 、及p 1 2 l o 三种白血病有较好的抑 制作用。 ( 4 ) 其它结构类型的二烃基锡衍生物 除了含有s n - o 键有机锡衍生物以外,人们对含s n s 键的二烃基锡衍生物也 开展了研究,其中包括二硫代磷酸酯,含硫的氨基酸类二烃基锡衍生物的抗癌活 性研究【8 一i 。 1 1 2 3 有机锡化合物作为催化剂在有机合成中的应用 有机锡化合物应用于催化合成领域,因反应条件温和、产率高、反应速度快、 催化剂高效而且和产物易于分离、易于工业生产、对反应容器无腐蚀性、较高的 立体和区域选择性,已受到合成化学家的高度重视。有机锡化合物能很好的催化 加成反应、环氧化合物开环反应、聚合反应、酯化和酯交换反应等。近年来,研 制合成的有机氟锡试剂更显示了有机锡化合物的优异性能。 c u r r a ndp 及其合作者从c 6 f 1 3 c h 2 c h 2 m g i 经过三步反应合成了新型氟锡试剂 ( c 6 f 1 3 c h 2 c h 2 ) 3 s n x ( x = h ,b r ,a r ) 1 0 1 ”,其反应性能与一般有机锡试剂类似,但由 于它们能够在氟碳相中反应,因此只需采用相分离即可达到纯化的目的,并且反 应后锡试剂被富集到氟碳相,可以高收率回收,加以循环使用,从而避免了剧毒 锡试剂的大量使用和分解,这一点对于环境保护而言是相当有利的。 ( c 6 f 1 3 c h 2 c h 2 ) 3 s n x 在1 0 a i b n 引发下可用于多种基团( g x ,x = b r ,s e p h , 飞埘 新型有机锡化合物和氟碳标记化合物的合成与表征 n 0 2 ,o c s 2 c h 3 ) 的自由基还原,且反应产率较高。实验证明,锡催化剂循环使用 五次而产率并无降低。他们合成的另一类芳基氟锡试剂( c 6 f 1 3 c h 2 c h 2 ) 3 s n a r 可用 于钯催化的s t i l l e 偶连反应【1 0 】,其中锡试剂可通过与p h m g b r 反应再生。他们还发 现该反应在8 0 需反应一天,而在微波辐射下,反应9 0 1 2 0s 即可完成i l “。 c u r r a ndp 【1 3 】等人还合成了含氟锡试剂( 1 ) ,该试剂与三丁基烯丙基锡反应性 能类似。 , , , 矿, , , s n ( c h 2 c h 2 c 6 f 1 3 ) 3 + r c h o l + 氟锡产物 + 有机锡产物 b b u c h e r 1 4 1 等合成了化合物( 2 ) ,其结构见图1 2 。这种化合物在除了c h 2 c 1 2 ( 溶 解度比较低) 、乙酸乙酯和丙酮( 高溶解性) 外的其它有机溶剂中几乎是不溶的。然 而它在氟碳溶剂中的溶解性极好。例如在全氟己烷中的溶解度是4 0 9 l 。化合物( 2 ) 在全氟己烷有机溶剂中的分配系数很高( 甲苯9 9 ,c h 2 c 1 29 9 ,甲醇4 9 ) ,它分子 外面的c 6 f 1 3 c 2 h 4 基团阻碍了锡氧无机中心与有机溶剂接触,从而决定了化合物( 2 ) 的亲氟特性。化合物( 2 ) 是一种l e w i s 酸,在氟碳两相体系中能极其完美地催化酯 交换和酯化反应。 辫一甲早? 心 a 毋一。一产对 j 1 w 图1 2 化合物( 2 ) 的结构示意图 酯交换反应是有机合成中最重要的反应之一【”】。除了在实验室内,这种反应 在多种工业过程中如:脂肪酸、油漆及聚酯等的生产中也有重要应用。因此酯交 换反应已具有很长的历史,已发展了多种方法,但以前的方法鉴于方法化学,几 乎没有一种是令人满意的。这主要是因为酯交换反应是可逆反应,存在着反应平 衡问题。为了使反应向正反应的方向进行,可以采用两种方法:使一种反应物 ( r c o o r l 或r 2 0 h ) 大大过量或者不断的除去反应生成的醇( r 1 0 h ) ,见反应式l 。 鉴于“原子经济”【1 6 1 的原因,前一种方法是不可取的,后面一种方法在技术上也是 硕士学位论文 不太容易实现的。酯交换反应难免用酸或碱作催化剂,而在反应物质中经常存在 对酸或碱敏感的基团。这是酯交换反应遇到的又一个难题。而且反应结束后要必 须把催化剂除去以避免其可能造成的多种问题。最实用的酯交换反应应该满足以 下要求:( 1 ) 反应物酯和醇应按摩尔比1 :l 配料;( 2 ) 催化剂应是中性的,而且容易 从反应混合物中分离;( 3 ) 不需要特殊的技术分离生成的醇;( 4 ) 转化率为1 0 0 。 r c o o r l + r 0 h 啼r c o o r z + r 1 0 h( 1 ) 化合物r 2 ) 作为酯交换反应的催化剂就可以满足以上要求【l ”,利用这种催化剂 建立了一种新的氟碳两相酯交换( f l u o r o u sb i p h a s i ct r a n s e s t e r i f i c a t i o n ) 技术。在用以 前的方法进行酯交换反应时,反应原料按照化学计量比投料都不能达到很高的收 率。而以化合物( 2 ) 作为催化荆,利用氟碳两相技术进行酯交换反应时原料按摩尔 比1 :1 加料反应,收率可达1 0 0 ,而且反应和分离过程简单,见图1 3 ( f c 一7 2 :全 氟己烷) 。 r c o o r l r 2 0 h ( 2 ) f c 一7 2 回收 图1 3 氟碳两相体系中醑交换反应示意图 在反应过程中不须要除去所生成醇的装置。由于多数酯交换反应的转化率是 1 0 0 ,在有机相中只有目标酯,几乎没有原料酯,而且在酯交换反应中生成的醇 一般是低沸点的甲醇或乙醇。高纯度的目标酯就可以通过蒸馏有机相除去生成的 醇得到。少数转化率不能达到1 0 0 的反应,可以通过柱色谱法分离得到纯品。 反应体系中所用的催化剂可从氟碳相中大量回收,也可以重复使用,实验证明该 体系中催化剂可重复使用2 0 次,而反应活性没有降低。 酯化反应是有机合成中另一个重要的反应。为了满足可持续化学的需要,酯 化反应技术正在经历一次深入的改革。由于羧酸和醇之间的酯化反应不可避免的 是可逆反应,存在一个化学平衡,高“原子效率”是不容易实现的。为了提高反应 国因 新型有机锡化合物和氟碳标记化合物的合成与表征 转化率,要么使一种反应物过量,要么除去反应过程中生成的水。事实上,尽管 采用等摩尔量的促进剂d c c ( d i c y e l o h e x y l c a r b o d i i m i d e ) 或d e a d ( d i e t h y l a z o d i c a r b o x y l a e ) 1 s 活化参加反应的羧酸,利用简单的催化体系使羧酸和醇按照严格的 化学计量比1 :1 进行缩合反应,也是很难有令人满意的收率的。向建南【1 9 】等发现 用化合物( 2 ) 做催化剂,利用氟碳两相技术可以使羧酸和醇按照化学计量比l :1 进 行缩合反应时的转化率达到1 0 0 。 如图1 4 所示,利用氟碳两相技术进行酯化反应的过程比其它酪化方法简单, 且分离方便。等摩尔量的酸r c o o h 和醇r 1 0 h 以及催化剂化合物( 2 ) 在f c 7 2 中 于1 5 0 下加热1 6h ,反应完毕冷却到室温后,向反应混合物中加入甲苯以萃取 生成的酯,减压除掉甲苯即可得到纯度较高的酯。 i 回收 圈1 4 氟碳两相体系中酯化反应示意图 二级醇、a 位上有较大位阻的羧酸在发生缩合反应时产率不理想( 2 0 0 ,收率9 3 ) 。 方法二:在5 0m l 单口烧瓶中加入( 丹- c 4 h g ) 2 s n p h 2 ( o 7 8 5g ,2m m 0 1 ) 和甲苯( 2 0 m l ) ,然后加入等摩尔量的丙酮酸,回流搅拌8h 生成少量不溶于甲苯的白色固体, 再补加少量的丙酮酸继续反应8h 固体的量并没有明显增加,此固体也不溶于有机 溶剂,但是溶在稀盐酸中。此固体在苯中可与水杨酸进行反应。 化合物4 b 的合成 在5 0 m l 单1 2 1 烧瓶中加入- c 4 h g ) 2 s n o ( 0 2 4 8g ,1m m 0 1 ) 和丙酮( 1 0 m l ) ,然后 逐滴加入h c i 溶液( 1m l ,4m o l l ) ,室温下搅拌2 4h 后加c h 2 c 1 2 ( 3 0m l ) 和水( 3 m l ) ,把用分液漏斗分离的有机相用水洗涤( 1 5m l 3 ) ,然后用无水n a 2 s 0 4 干燥 过夜。过滤后减压除去溶剂得白色固体,此白色固体用石油醚重结晶得到2 0 1m g 无色晶体,产率7 0 ,i n p 4 1 4 3 ;1 h n m r ( 4 0 0 m h z ,c d c l 3 ) 万:0 9 4 ( t ,6 h , 硕上学位论文 ,= 7 6h z ,2 c h 3 ) ,1 4 0 ( m ,4 h ,2 c h 2 c h 3 ) ,1 7 8 ( m ,8 h ,2 c h 2 c h 2 c h 2 ) 。 化合物5 b 的合成 在装有带分水器的球形冷凝管的1 0 0m l 单口烧瓶中加入苯基丙烯酸( 1 4 8m g , 1 0m m 0 1 ) 、( n c 4 h 9 ) 2 s n o ( 2 9 8m g ,1 2r e t 0 0 1 ) 和苯( 4 0m e ) ,加热回流分水6h 后停 止反应,冷却至室温,过滤,滤液浓缩至干,得白色固体。用c h 2 c 1 2 将粗产品溶 解,加入适量石油醚,冷冻得无色晶体,抽滤,洗涤,真空干燥得纯品3 2 8m g ,产 率7 3 ,m p 5 9 6 l :1 h n m r ( 4 0 0m h z ,c d c l 3 ) 占:0 9 0 ( t ,1 2 h ,j = 7 6h z ,2 c h 3 2 ) ,1 4 0 1 6 1 ( m ,1 6 h ,2 c h 2 c h 2 2 ) ,1 7 6 ( m ,8 h ,2xc h 2 x2 ) ,6 5 1 ( d , 2 h ,j = 1 6h z ,c = c h c 0 2x2 ) ,7 4 0 7 5 6 ( m ,1 0 h ,c 6 h 5 2 ) ,7 7 9 ( d ,2 h ,= 1 6h z , p h c h = c 2 ) ;1 1 9 s n n m r ( 1 4 9m h z ,c d c l 3 ) d :2 0 5 7 2 ,2 1 7 9 6 。 化合物1 1 的合成 在装有带分水器的球形冷凝管的1 0 0m l 单口烧瓶中加入马脲酸( 1 8 0 m g ,1 0 m m 0 1 ) 、( 竹一c 4 h g ) 2 s n o ( 2 9 8m g ,1 2m m 0 1 ) 和甲苯( 4 0m e ) ,加热回流分水6h 后停止 反应,冷却至室温,过滤,滤液浓缩至干,得白色固体。用c h 2 c 1 2 将粗产品溶解, 加入适量石油醚,冷冻得无色晶体,抽滤,洗涤,真空干燥得纯品3 0 0m g ,产率 7 0 ,m p 1 8 9 1 9 1 ;1 h n m r ( 4 0 0 m h z ,c d c b ) j :o 9 】( t ,1 2 h ,= 7 2 h z ,2 c h 3 2 ) ,1 3 7 1 5 1 ( m ,t 6 h ,2 c h 2 c h 2 2 ) ,1 6 4 ( m ,8 h ,2 c h 2 2 ) ,4 2 0 ( d , 4 h ,j = 8 0h z ,c h 2 ) ,6 7 4 ( t ,2 h ,j = 8 0h z ,n h 2 ) ,7 4 5 7 8 3 ( m ,1 0 h ,c 6 h 5 2 1 。 化合物6 b 的合成 方法1 :在装有带分水器的球形冷凝管的1 0 0

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