CH337838A - Verfahren zur Herstellung von Carotinoiden - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von CarotinoidenInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung von Carotinoiden
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung vcn neuen Carotinoiden. Dieses Verfahren besteht darin, dass man Acetylen über eine metallorganische Verbindung beidseitig mit 8- [2', 6', 6' Trimethyl-cyclohexen- (2')-yliden]-2,6-dimethyl-octa trien- (2, 4,6)-al- (l)-im folgenden Dehydro- (retro)- ClD-aldehyd genannt-kondensiert, das gebildete 1,18 Di- [2', 6', 6'-trimethyl-cyclohexen- (2')-yliden]-3, 7,12,16tetramethyl-8,11-dioxy-octadecahexaen- (2,4,6,12,14, 16)-in- (9)-im folgenden Bisdehydro- (retro)-C4o-diol genannt-einer Halogenierung unter Allylumlagerung unterwirft, das entstandene 15,15'-Dehydro-4,
4'-di halogen-ss-carotin in 15, 15'-Dehydro-4, 4'-dioxy-- carotin überführt, an der mittelständigen Dreifachbindung partiell hydriert und zum all-trans-4,4'-Dioxy p-carotin isomerisiert.
Der als Ausgangsmaterial verwendete Dehydro (retro)-CI9-aldehyd kann beispielsweise wie folgt hergestellt werden : ss-Jonon wird mittels einer Glycidesterreaktion mit Chloressigsäureäthylester kondensiert, der entstandene Glycidester alkalisch verseift, das erhaltene 4- [2', 6', 6' Trimethyl-cyclohexen- (1')-yl]-2-methyl-buten-(2)-al- (1) mittels N-Bromsuccinimid bromiert, aus dem Bro mierungsprodukt mit Chinolin Bromwasserstoff abgespalten, das erhaltene 4- [2', 6', 6'-Trimethyl-cyclohexen (2')-yliden]-2-methyl-buten- (2)-al- (1) acetalisiert, das gebildete Acetal in Gegenwart eines sauren Kondensa tionsmittels, wie Zinkchlorid, mit einem Vinyläther kondensiert,
das erhaltene Kondensationsprodukt mit Essigsäure und Natriumacetat gekocht, wobei 6 [2', 6', 6'-Trimethyl-cyclohexen- (2')-yliden]-4-methyl- hexadien- (2,4)-al- (1) entsteht. Dieses wird wiederum acetalisiert, das gebildete Acetal in Gegenwart eines sauren Kondensationsmittels, wie Zinkchlorid, mit einem Propenyläther kondensiert und das erhaltene Kondensationsprodukt mit Essigsäure und Natriumacetat gekocht.
In der ersten Stufe des erfindungsgemässen Verfahrens wird Acetylen über eine metallorganische Verbindung beidseitig mit dem Dehydro- (retro)-C,,-alde- hyd kondensiert. Hierzu kann man ein Acetylendimagnesiumhalogenid mit der doppelt molaren Menge des Dehydro-(retro)-Cl9-aldehyds durch eine Grignardreaktion kondensieren. Acetylendimagnesiumhalogenide können in bekannter Weise durch Einwirkung von Acetylen auf eine Lösung von Alkylmagnesiumhalogeniden in einem inerten Lösungsmittel hergestellt werden. Vorzugsweise wird eine ätherische Lösung des Alkylmagnesiumhalogenids in einer Acetylenatmo sphäre mehrere Stunden gerührt oder geschüttelt. Als Alkylmagnesiumhalogenide eignen sich beispielsweise Äthyl-, Butyl-und Hexylmagnesiumbromide bzw.
-chloride. Die Acetylendimagnesiumhalogenide scheiden sich bei dieser Reaktion als schwere Öle oder in fester Form ab. Zweckmässig werden dann zwei Mol Dehydro- (retro)-Ci9-aldehyd in einem inerten Lösungsmittel, vorzugsweise Äther, gelöst, zur gut gerührten Suspension des Acetylendimagnesiumhalogenids gegeben und die Mischung mehrere Stunden bei Zimmertemperatur oder bei der Siedetemperatur des Lösungsmittels gerührt. Nach der Hydrolyse des Kondensationsproduktes erhält man das Bisdehydro-(retro)-C40- diol als sehr zähes (51, das im Ultraviolettspektrum ein Absorptionsmaximum bei 349,5 mu u (in Petroläther) aufweist. Die Zerewitinoffbestimmung zeigt 2 Mol aktive Wasserstoffatome an.
Eine weitere Ausführungs- form der ersten Stufe des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass man Dehydro-(retro) aldehyd in flüssigem Ammoniak mit einem Alkalioder Erdalkaliacetylid reagieren lässt und das gebildete Kondensationsprodukt zweckmässig nach Hydrolyse zum 10- [2', 6', 6'-Trimethyl-cyclohexen- (2')-yliden]-4, 8 dimethyl-decatrien- (4, 6,8)-in-(1)-ol-(3)-im folgenden Dehydro-(retro)-C2l-acetylencarbinol genannt-mittels einer weiteren metallorganischen Reaktion mit einem zweiten Mol Dehydro-(retro)-Cl9-aldehyd umsetzt. Die Kondensation in flüssigem Ammoniak kann man unter erhöhtem Druck bei Raumtemperatur oder unter Normaldruck bei der Siedetemperatur des Ammoniaks ausführen.
Vorzugsweise verwendet man zur Kondensation Lithiumacetylid. Der Dehydro (retro)-Ci9-aldehyd kann in einem inerten Lösungsmittel, wie beispielsweise Äther, zugefügt werden. Das Kondensationsprodukt wird am besten durch Zugabe eines Ammoniumsalzes vor Entfernung des Ammoniaks oder durch Zugabe von Säure nach Entfernung des Ammoniaks hydrolysiert. Das Dehydro- (retro) C2l-acetylencarbinol zeigt im Ultraviolett ein Absorptionsmaximum bei 349 m, (in Petroläther) und stellt ein dickflüssiges 61 dar. Die Zerewitinoffbestimmung zeigt in der Kälte 1 Mol und in der Wärme 2 Mol aktive Wasserstoffatome an.
Die Kondensation des Dehydro- (retro)-C2, 7acetylencarbinols mit einem zweiten Mol Dehydro-(retro)-Cl9-aldehyd erfolgt durch eine weitere metallorganische Reaktion. Die bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass man auf das Dehydro-(retro)-C2l-acetylencarbinol 2 Mol Alkyl- magnesiumhalogenid in Äther einwirken lässt. Das erste Mol wird von der Hydroxylgruppe gebunden, während das zweite Mol mit der Acetylenbindung reagiert und das endständige Kohlenstoffatom konden sationsfähig macht. Die gebildete Dimagnesiumhalogenidverbindung setzt man zweckmässig im gleichen Lösungsmittel mit dem Dehydro-(retro)-Cl9-aldehyd um.
Das Kondensationsprodukt wird am besten ohne Reinigung in üblicher Weise hydrolysiert, beispielsweise durch Eingiessen in ein Gemisch von Eis und verdünnter Schwefelsäure, wobei das oben beschriebene Bisdehydro- (retro)-C4o-diol erhalten wird.
In der zweiten Stufe des erfindungsgemässen Verfahrens wird das Bisdehydro- (retro)-C40-diol einer Halogenierung unter Allylumlagerung unterworfen.
Hiezu eignen sich Halogenwasserstoffsäuren in inerten Lösungsmitteln. Dabei wird 15,15'-Dehydro-4,4'-di halogen-ss-carotin gebildet. Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass man Bisdehydro- (retro) C4o-diol in Ätherlösung mit wässeriger Bromwasserstoffsäure bei einer Temperatur von-20 C bis +20 C behandelt, wobei nach kurzer Zeit das 15,15' Dehydro-4,4'-dibrom--carotin als orangerotes Pulver mit einem Absorptionsmaximum im Ultraviolett bei 428 m, u (in Petroläther) ausfällt.
In der dritten Stufe des erfindungsgemässen Verfahrens werden im 15,15'-Dehydro-4,4'-dihalogen-jcarotin die Halogenatome durch Oxygruppen ersetzt.
Dies kann z. B. durch Umsetzung der Halogenverbindung mit Alkalisalzen niedriger Fettsäuren in organi schen Lösungsmitteln erfolgen, wodurch die Ester des 15,15'-Dehydro-4,4'-dioxy--carotins gebildet werden.
In einer zweckmässigen Ausführungsform wird das 15,15'-Dehydro-4,4'-dibrom-j-carotin mit Kaliumacetat in Eisessig gekocht. Durch milde alkalische Verseifung kann man sodann aus den Estern des 15,15' Dehydro-4,4'-dioxy-carotins das 15,15'-Dehydro-4,4' dioxy-ss-carotin als rotes feinkristallines Pulver mit zwei Absorptionsmaxima im Ultraviolett bei 429,5 mlz und 456 m, u (in Petroläther) erhalten. Diese Verbindung weist einen unscharfen Schmelzpunkt bei 138 bis 142 C auf. Besonders vorteilhaft ist es, das 15,15' Dehydro-4,4'-dihalogen-ss-carotin direkt in das 15,15' Dehydro-4,4'-dioxy--carotin umzuwandeln.
Zu diesem Zweck wird in der bevorzugten Ausführungsform die Halogenverbindung in einem inerten Lösungsmittel, wie Benzol, mit Silberoxyd und Wasser bei Zimmertemperatur einige Stunden gut durchgerührt.
In der letzten Stufe des erfindungsgemässen Verfahrens wird das 15,15'-Dehydro-4,4'-dioxy-ss-carotin an der Dreifachbindung partiell hydriert und zur alltrans-Verbindung isomerisiert. Die partielle Hydrierung wird z. B. mit Hilfe von Metallkatalysatoren und Wasserstoffin einem organischen Lösungsmittel durchgeführt. Ein geeigneter Katalysator ist ein durch Zugabe von Blei und Chinolin desaktivierter Palladium Calciumcarbonat-Katalysator. Besonders vorteilhaft kann man die Hydrierung in einem Kohlenwasserstoff durchführen, in welchem sich das 4,4'-Dioxy-15,15' dehydro-ss-carotin nur zum Teil lösen. Dadurch gehen diese Verbindungen erst mit fortschreitender Hydrierung langsam in Lösung, wobei gleichzeitig das Hydrie rungsprodukt aus der Hydriermischung auskristalli- sieren kann.
Man erhält auf diese Weise die entsprechende cis-Verbindung, nämlich das 4,4'-Dioxy-15,15' cis-ss-carotin, mit einem charakteristischen cis-Peak im Ultraviolettabsorptionsspektrum. So weist das 4,4' Dioxy-15,15'-cis-ss-carotin neben dem Hauptmaximum bei 459 m, u einen cis-Peak bei 338 moi (in Petrol äther) auf. Die Isolierung des Hydrierungsproduktes ist für die Isomerisierung zu der entsprechenden alltrans-Verbindung nicht erforderlich. Man kann direkt die Suspension des Hydrierungsproduktes verwenden.
Die Isomerisierung gelingt beispielsweise durch Behandeln mit Jod, durch Belichten oder durch Erwär- men. Mit Vorteil erwärmt man das 4,4'-Dioxy-15,15' cis-ss-carotin in einer zum Auflösen der Substanz ungenügenden Menge eines organischen Lösungsmittels, beispielsweise Petroläther, Benzol usw., während mehrerer Stunden auf 80 bis 100 C. Mit fortschreitender Isomerisierung geht die cis-Verbindung in Lösung, wobei gleichzeitig die gebildete trans-Verbindung auskristallisiert. Dabei wird eine fast quantitative Isomerisierung erreicht.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung von 4,4'-Dioxy-ss-carotin besteht darin, dass man Dehydro (retro)-Cl9-aldehyd mittels einer Grignardreaktion mit Acetylendimagnesiumbromid kondensiert, das gebildete Bisdehydro- (retro)-C4o-diol in Ätherlösung mit wässeriger Bromwasserstoffsäure behandelt, auf das entstandene 15,15'-Dehydro-4,4'-dibrom-ss-carotin Silberoxyd und Wasser einwirken lässt, das erhaltene 15,15'-Dehydro-4,4'-dioxy-ss-carotin an der Dreifach bindung mit Hilfe eines mit Blei und Chinolin desakti- vierten Palladiumkatalysators partiell hydriert und das gebildete 15,15'-cis-4,4'-Dioxy-ss-carotin in Form einer Suspension in einem inerten Lösungsmittel durch Erwärmen zum 4,
4'-Dioxy-ss-carotin isomerisiert.
Das Verfahrensprodukt lässt sich durch Kristallisation, Trennen zwischen Lösungsmitteln und Chromatographieren reinigen. Es kann durch Zugabe von Antioxydantien, die auch während des Ablaufes der Synthese anwesend sein können, stabilisiert werden.
Die erfindungsgemäss erhältliche neue Verbindung, das 4,4'-Dioxy-ss-carotin, ist ein wertvoller Farbstoff, welcher vor allem zur Lebens-und Futtermittelfärbung verwendet werden soll.
Beispiel 1 a) DeDydro- (retro)-C40-diol
Aus 16 Gewichtsteilen Magnesium und 110 Gewichtsteilen Hexylbromid in 330 Raumteilen absolutem Äther wird eine Lösung von Hexylmagnesiumbromid hergestellt. Die Lösung wird 24 Stunden in einer Acetylenatmosphäre gerührt. Es bilden sich zwei Schichten. Man trennt die obere ab und wäscht die untere Schicht einmal mit 100 Raumteilen Äther.
Hierauf gibt man 200 Raumteile Äther zu und lässt rasch eine Lösung von 80 Gewichtsteilen 8- [2', 6', 6' Trimethyl-cyclohexen-(2')-yliden]-2,6-dimethyl-octa trien- (2, 4,6)-al-(l) in 200 Raumteilen Äther zutropfen. Die Mischung kccht man unter Rühren 3 Stunden unter Rückfluss in einer Stickstoffatmosphäre. Nach dem Erkalten giesst man auf 75 Gewichtsteile Ammoniumchlorid und 175 Gewichtsteile Eis und rührt 10 Minuten gut durch. Hierauf wird die Ätherlösung dreimal mit je 200 Raumteilen Wasser gewaschen.
Nach dem Trocknen über Natriumsulfat und Abdampfen des Äthers erhält man 87 Gewichtsteile gelbes harziges 1, 18-Di- [2', 6', 6'-trimethyl-cyclohexen- (2')- yliden]-3,7,12,16-tetramethyl-8,11-dioxy-octadecahexaen- (2, 4,6,12,14,16)-in- (9) mit einem Absorptionsmaximum im Ultraviolettspektrum bei 349,5 mli in Petroläther. b) 15, 15'-Deltydro-4, 4'-dibl ont-ss-carotin
10 Gewichtsteile 1, 18-Di- [2', 6', 6'-trimethyl-cyclohexen- (2')-yliden]-3, 7,12,16-tetramethyl-8,11-dioxyoctadecahexaen- (2, 4,6,12,14,16)-in- (9)
in 80 Raumteilen Äther werden bei 0 C unter gutem Rühren binnen 2 Minuten mit 4 Raumteilen 60% iger wässe- riger Bromwasserstoffsäure versetzt und die Mischung noch weitere 10 Minuten bei 0 C gerührt. Hielauf wird das Produkt abfiltriert und mit Äther und Wasser gewaschen. Das gebildete 15,15'-Dehydro-4,4'-dibrom -carotin weist im Ultraviolettspektrum ein Absorptionsmaximum bei 430 mu (in Petroläther) auf. c) 15, 15'-Deltydro-4, 4'-dioxy- (3-carotin
6 Gewichtsteile 15,15'-Dehydro-4,4'-dibrom-ss-carotin werden in 180 Raumteilen Benzol gelöst und mit 6 Gewichtsteilen Silberoxyd und 60 Raumteilen Wasser in einer Kohlendioxydatmosphäre bei Zimmertemperatur 4 Stunden geschüttelt.
Man filtriert vom Silberoxyd ab und dampft die Benzollösung nach dem Trocknen über Natriumsulfat ab. Das 15,15'-Dehydro4,4'-dioxy-ss-carotin lässt sich aus Äther-Petroläther und Methylenchlorid-Methanol umlösen. Es schmilzt unscharf zwischen 138 bis 142 C und weist im Ultraviolettspektrum zwei Maxima bei 429,5 m, u und 456 ma u (in Petroläther) auf.
d) 15, 15'-cis-4, 4'-Dioxy-ss-carotin
100 Gewichtsteile 15,15'-Dehydro-4,4'-dioxy--carotin in 5000 Raumteilen Toluol werden mit 30 Gewichtsteilen Lindlar-Katalysator [Helvetica Chimica Acta 35,446 (1952)] und 0,005 Raumteilen Chinolin bei 20 C in einer Wasserstoffatmosphäre geschüttelt, bis 1 Mol Wasserstoff aufgenommen ist. Nach dem Abfiltrieren des Katalysators wird im Hochvakuum eingedampft.
Das 15,15'-cis-4,4'-Dioxy-ss-carotin zeigt im Ultraviolettspektrum zwei Maxima bei 338 mu und 459 m, u in Petrolather. e) 4, 4'-Dioxy-ss-carotin 1 Gewichtsteil 15,15'-cis-4,4'-Dioxy-ss-carotin wird mit 3 Raumteilen Petroläther (Sdp. 70 bis 100 C) 12 Stunden auf 80 C in einer Kohlendioxydatmo sphäre erwärmt. Hierauf wird filtriert. Das gebildete 4,4'-Dioxy-ss-carotin kann aus Methylenchlorid-Petrol äther oder Methylenchlorid-Methanol umgelöst werden.
Es stellt ein feinkristallines rotes Pulver dar, das im Ultraviolettspektrum bei 452 m, u und 480 m, u zwei Absorptionsmaxima (in Petroläther) aufweist und bei 145 bis 147 C unter Zersetzung schmilzt.
Beispiel 2 Delzydro- (retro)-C40-diol
Man leitet in eine Lösung von 3 Gewichtsteilen Lithium in 1200 Raumteilen Rüssigem Ammoniak bis zur vollständigen Umsetzung trockenes, acetonfreies Acetylen ein. Dann gibt man unter energischem Rüh- ren innert 20 Minuten eine Lösung von 100 Gewichtsteilen 8- [2', 6', 6'-Trimethyl-cyclohexen- (2')-yliden]-2, 6dimethyl-octatrien- (2, 4,6)-al- (l) in 400 Raumteilen absolutem Äther zu und rührt die Reaktionsmischung unter Feuchtigkeitsausschluss intensiv während 20 Stunden. Darauf gibt man in kleinen Portionen 50 Gewichtsteile Ammoniumchlorid zu und lässt das Ammoniak verdampfen. Nach Zugabe von 400 Raumteilen Wasser wird die Ätherschicht abgetrennt, mit Wasser gewaschen, mit Natriumsulfat getrocknet und eingeengt.
Das zurückbleibende rötliche Öl wird im Vakuum scharf getrocknet. Man erhält 108 Gewichtsteile 10- [2', 6', 6'-Trimethyl-cyclohexen- (2')-yliden]-4,8-dimethyl-decatrien- (4,6,8)-in- (1)-ol- (3), welches im Ultraviolettspektrum ein Absorptionsmaximum bei 349 m, st in Petroläther aufweist.
Das Produkt wird in 500 Raumteilen absolutem Äther gelöst und zu einer aus 18 Gewichtsteilen Magnesium, 91 Gewichtsteilen Äthylbromid und 300 Raumteilen absolutem Äther hergestellten Grignardlösung unter Rühren bei 15 bis 20 C allmählich zugegeben. Anschliessend erhitzt man während einer Stunde in Stickstoffatmosphäre unter Rückfluss, kühlt mit Eiswasser ab, fügt bei etwa 20 C eine Lösung von 92 Gewichtsteilen 8- [2', 6', 6'-Trimethyl-cyclohexen (2')-yliden]-2,6-dimethyl-octatrien- (2,4,6)-al- (1) in 400 Raumteilen absolutem Äther zu und erhitzt 3 bis 4 Stunden in Stickstoffatmosphäre unter Rückfluss.
Die erhaltene Reaktionslösung wird auf eine Mischung von 400 Raumteilen 3-n Schwefelsäure und 600 Gewichtsteilen Eis gegossen, die Ätherschicht abgetrennt, mit 5% iger Natriumbicarbonatlösung gewaschen, mit Natriumsulfat getrocknet und im Vakuum eingedampft. Man erhält 200 Gewichtsteile harziges 1,18 Di- [2', 6', 6'-trimethyl-cyclohexen- (2')-yliden]-3, 7,12, 16-tetramethyl-8,11-dioxy-octadecahexaen- (2,4,6,12, 14,16)-in- (9), das gemäss Beispiel 1 weiterverarbeitet wird.
Beispiel 3
15, 15'-Dehydro-4, 4'-diacetoxy-, 8-carotin I Gewichtsteil 15,15'-Dehydro-4,4'-dibrom-p-carotin (gemäss Beispiel la und b gewonnen) wird in 15 Raumteilen Eisessig mit 2 Gewichtsteilen wasserfreiem Kaliumacetat 2 Stunden in einer Kohlendioxydatmo- sphäre auf 100 C erwärmt. Die Mischung wird mit Wasser verdünnt, mit Äther extrahiert und die Ätherlösung dreimal mit Wasser und verdünnter Natrumbicarbonatlösung gewaschen. Man erhält nach dem Trocknen und Abdampfen der Ätherlösung das 15,15' Dehydro-4,4'-diacetoxy-p-carotin als rotes, zähes Harz, welches im Ultraviolettspektrum ein Absorptionsmaximum bei 434 m, u (in Petroläther) aufweist.
Diese Verbindung wird in an sich bekannter Weise zum 15,15'-Dehydro-4,4'-dioxy-ss-carotin hydrolysiert und darauf nach den Angaben von Beispiel 1 zu all-trans4,4'-Dioxy-p-carotin verarbeitet.
Claims (1)
- PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von Carotinoiden, dadurch gekennzeichnet, dass man Acetylen über eine metallorganische Verbindung beidseitig mit 8- [2', 6', 6' Trimethyl-cyclohexen- (2')-yliden]-2,6-dimethyl-octa trien- (2, 4,6)-al- (l) kondensiert, das gebildete 1, 18 Di- [2', 6', 6'-Trimethyl-cyclohexen- (2')-yliden]-3, 7,12, 16-tetramethyl-8,11-dioxy-octadecahexaen-(2,4,6,12, 14,16)-in- (9) einer Halogenierung unter Allylumla- gerung unterwirft, das entstandene 15,15'-Dehydro4,4'-dihalogen-p-carotin in 15,15'-Dehydro-4,4'-dioxy ss-carotin überführt, letztere Verbindung an der Dreifachbindung partiell hydriert und zum all-trans-4, 4' Dioxy-p-carotin isomerisiert.UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man 1, 18-Di- [2', 6', 6'-Trimethyl-cyclo- hexen- (2')-yliden]-3, 7,12,16-tetramethyl-8,11-dioxyoctadecahexaen- (2, 4,6,12,14,16)-in- (9) zwecks Halogenierung unter Allylumlagerung mit Halogenwasserstoffsäure behandelt.2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man Acetylendimagnesiumbromid mittels einer Grignardreaktion mit 8- [2', 6', 6'-Trimethyl-cyclohexen- (2')-yliden]-2, 6-dimethyl-octatrien (2,4,6)-al- (1) kondensiert, das gebildete 1, 18-Di- [2', 6', 6'-Trimethyl-cyclohexen- (2')-yliden]-3,7,12,16-tetramethyl-8,11-dioxy-octadecahexaen- (2,4,6,12,14,16) in- (9) in Ätherlösung mit wässeriger Bromwasserstoffsäure behandelt, auf das entstandene 15,15'-Dehydro4,4'-dibrom-p-carotin Silberoxyd und Wasser einwirken lässt, das erhaltene 15,15'-Dehydro-4,4'-dioxy-Bcarotin an der Tripelbindung mit Hilfe eines mit Blei und Chinolin desaktivierten Palladiumkatalysators partiell hydriert und das gebildete Hydrierungsprodukt in Form einer Suspension in einem inerten Lösungsmittel erwärmt.
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