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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von N-Vi-nyl-N-alkylcarbamidsäurechloriden durch Umsetzung von vorteilhaft in Gegenwart von n-Pentan hergestellten, rohen Schiffschen Basen mit Phosgen und tertiären Aminen, wobei das Reaktionsgemisch mit Wasser behandelt und dann der Endstoff nach Abtrennung der wässrigen, Aminsalz enthaltenden Phase isoliert wird.
Es ist aus «Recueil des Travaux Chim. des Pays-Bas», Band 79 (1960), Seiten 1 197 ff bekannt, dass sich an N-Propylpropanaldimin organische Säurechloride zu den entsprechenden N-(l-Chlorpropyl)-
N-propylsäureamiden zu addieren vermögen. Durch Behandeln mit Triäthylamin verlieren diese Addukte Chlorwasserstoff und gehen in die entsprechenden N-(l-Propenyl)-N-propylsäureamide über. Nach der Reaktion wird das gebildete Triäthylaminhydrochlorid filtriert und das Filtrat destilliert, um den Endstoff zu isolieren. In entsprechender Weise lehren die deutsche Offenlegungsschrift 1901542 bei der Umsetzung von Schiffschen Bäsen mit Phosgen und die deutsche Offenlegungsschrift 2054660 bei der Umsetzung von Imidsäure-estern mit Phosgen in Gegenwart von tertiären Aminen, dass bei der Aufarbeitung des Carbamidsäurechlorids aus dem Reaktionsgemisch zuerst das gebildete Aminhydrochlorid durch Filtration zu entfernen ist. Sämtliche Beispiele der beiden Offenlegungsschriften zeigen diese Arbeitsweise mit Filtration des Salzes. Das Filtergut muss nach Lehre der beiden Veröffentlichungen mit organischen Lösungsmitteln gewaschen, die erhaltenen Filtrate müssen mit dem Filtrat des Reaktionsgemisches vereinigt und durch Destillation aufgearbeitet werden. Alle diese Herstellungsverfahren mit dieser Arbeitsweise sind im Hinblick auf einen einfachen, wirtschaftlichen und störungsfreien Betrieb und eine gute Ausbeute an Endstoff unbefriedigend.
Es ist aus Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Band XI/2, Seite 78 bekannt, tertiäres Butylamin und Formaldehyd zur Schiffschen Base zu kondensieren, die organische Phase des Reaktionsgemisches abzutrennen, über Kaliumhydroxid zu trocknen und dann zu destillieren. Die Abtrennung des entstehenden Reaktionswassers gestaltet sich wegen der guten Wasserlöslichkeit der Schiffschen Base schwierig und umständlich, auch vermindert die schlechte Abtrennung des Reaktionswassers in starkem Masse die Ausbeute an Endstoff.
Es wurde nun gefunden, dass man N-Vinyl-N-alkyl-carbamidsäurechloride der Formel I
0
ff
C-Cl
F. - m ch»ch2
worin R eine Isopropylgruppe, Isobutylgruppe, tertiäre Amylgruppe oder tertiäre Butylgruppe bedeutet, durch Umsetzung von Schiffschen Basen der Formel II
R - N = CH - CH3 (II),
worin R die vorgenannte Bedeutung hat, mit Phosgen in Gegenwart von tertiären Aminen und Abtrennung des Endstoffs I vorteilhaft erhält, wenn man nach der Umsetzung das Reaktionsgemisch mit Wasser behandelt, die so gebildete wässrige Phase und die in ihr enthaltenen tertiären Aminsalze abtrennt und aus der organischen Phase dann den Endstoff isoliert.
Weiterhin wurde gefunden, dass man das obige Verfahren vorteilhaft ausführt, wenn man Alkylamine der Formell III
R - NH2 (III),
worin R eine Isopropylgruppe, Isobutylgruppe, tertiäre Amylgruppe oder tertiäre Butylgruppe bedeutet, mit Acetaldehyd in Gegenwart von n-Pentan zu den Schiffschen Basen der Formel
R - N = CH - CH3 (II),
worin R die vorgenannte Bedeutung hat, umsetzt, die Gesamtmenge oder einen Teil des gebildeten Wassers abtrennt, dann den Rückstand mit Phosgen in Gegenwart von tertiären Aminen umsetzt, nach der Umsetzung das Reaktionsgemisch mit Wasser behandelt, die so gebildete wässrige Phase und die in ihr enthaltenen tertiären Aminsalze abtrennt und aus der organischen Phase dann den Endstoff isoliert.
Die Umsetzung kann für den Fall der Verwendung von N-tert.-Butylamin, der Schiffschen Base von Acetaldehyd und diesem Amin sowie Dimethylcyclohexylamin als tertiärem Amin durch die folgenden Formeln wiedergegeben werden:
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
3
626055
H
t
(CH^C-NHg + 0=C-CH-j ^ H20 + (CH-^-C-N^H-CH-j
(CH^)5C-N=CH-CH^ + C0Clo + CH^N—> CH„N«HC1 + (CH^C-N:
/
COC1
3. ^ 3. ch3 _ CH3
y y \
CH=CH,
Im Hinblick auf den Stand der Technik liefert das Verfahren nach der Erfindung überraschend auf einfachem Wege N-Vinyl-N-alkyl-carbamidsäurechloride in teilweise besserer Ausbeute, besserer Raum-Zeit-Ausbeute und Reinheit. Vorteilhaft erspart es wiederholte Filtrationen des Reaktionsgemisches und entsprechende Wäschen des abfiltrierten Hydrochlorids und ersetzt diese umständlichen Aufarbeitungsoperationen durch eine einfache Wasserbehandlung. Die zugesetzte Wassermenge bildet die wässrige Phase des Reaktionsgemisches, die das gebildete Hydrochlorid aufnimmt und leicht abtrennbar ist. Die Destillation der organischen Phase ist im Vergleich zu den bekannten Verfahren ebenfalls einfacher und wirtschaftlicher, da die zur Wäsche des Filtergutes verwendeten grösseren Lösungsmittelmengen eingespart werden. Im Hinblick auf die Verringerung der Lösungsmittelmenge ist das erfindungsgemässe Verfahren somit auch betriebssicherer, störungsfreier, wirtschaftlicher und umweltfreudiger. Entsprechend der Verfahrensweise fallen nur flüssige Phasen an, die sich mittels Pumpen bequem handhaben lassen. Die anschliessende Neutralisation der wässrigen Phase ermöglicht die Rückgewinnung des tertiären Amins. Das erfindungsgemässe Verfahren bietet somit gerade auch für den kontinuierlichen Betrieb im grosstechnischen Massstab grosse Vorteile. Es war überraschend,
dass die Behandlung mit Wasser den Endstoff nicht in deutlichem Masse hydrolysiert und somit nicht die Ausbeute verschlechtert.
Verwendet man bei der Herstellung der Schiffschen Base n-Pen-tan, so bildet sich ein 2-phasiges Reaktionsgemisch, dessen wässrige Phase den Hauptteil des Reaktionswassers umfasst und leicht abgetrennt werden kann. Vorteilhaft erleichtert und verstärkt n-Pentan die Ausbildung der 2 Phasen und die azeotrope Abtrennung des Reaktionswassers. Überraschend destilliert der nach der Abtrennung in der organischen Phase verbleibende Wasserrest bei der späteren Destillation mit den ersten Anteilen an Pentan ab. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass man die Schiffsche Base aus dem Reaktionsgemisch nicht abtrennen und reinigen muss. Man kann z.B. nur die wässrige Schicht oder nur das gesamte Reaktionswasser und einen Teil des Pentans oder die Gesamtmenge an Wasser und Pentan abtrennen und das verbleibende Gemisch dann direkt der erfindungsgemässen Umsetzung mit Phosgen und tertiärem Amin unterwerfen. Diese Arbeitsweise erhöht die Einfachheit und Wirtschaftlichkeit gerade auch im grosstechnischen und kontinuierlichen Betrieb. Alle diese Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens sind im Hinblick auf den Stand der Technik überraschend.
Bevorzugte Ausgangsstoffe II und III und dementsprechend bevorzugte Endstoffe I sind solche, in deren Formeln R eine tertiäre Butylgruppe bedeutet. Der Ausgangsstoff II kann mit Phosgen in stöchiometrischen Mengen oder im Überschuss, z.B. in einem Verhältnis von 1 bis 1,2 Mol Phosgen je Mol Ausgangsstoff II, umgesetzt werden. Die Umsetzung wird in Gegenwart eines tertiären Amins, zweckmässig in einer Menge von 1 bis 1,5 Mol je Mol Ausgangsstoff II, durchgeführt. Als tertiäre Amine kommen solche der Formel IV
R
R
R
y
(IV),
worin R1, R2 und R3 gleich oder verschieden sind und jeweils einen 15 cycloaliphatischen Rest, zweckmässig einen Cycloalkylrest mit 5 bis 8 Kohlenstoffatomen, einen aliphatischen Rest, zweckmässig einen Aralkylrest mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen, einen aromatischen Rest, zweckmässig einen Phenylrest, oder bevorzugt einen aliphatischen Rest, zweckmässig einen Alkylrest mit 1 bis 7 Kohlenstoffato-20 men, bedeuten, darüber hinaus auch Rl und R2 oder R1, R2 und R3 zusammen mit dem benachbarten Stickstoffatom vorteilhaft Glieder eines heterocyclischen Ringes bezeichnen. Bevorzugte heterocycli-sche Ringe sind 5- oder 6-gliedrige Ringe, die neben dem Stickstoffatom noch ein Sauerstoffatom enthalten können. Die vorgenannten 25 Reste und Ringe können noch durch unter den Reaktionsbedingungen inerte Gruppen, z.B. Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, substituiert sein.
Als Amine kommen zweckmässig in Betracht: Trimethyl-, Tri-äthyl-, Tri-n-propyl-, Triisopropyl-, Tri-n-butyl-, Triisobutyl-, Tri-30 sek.-butyl-, Tri-tert.-butyl-, Tripentyl-, Tripentyl-(2)-, Tripentyl-(3)-, Tri-n-hexyl-amin; Di-(methyl)-, Di-(äthyl)-, Di-(n-propyl)-, Di-(iso-propyl)-, Di-(n-butyl)-, Di-(isobutyl)-, Di-(sek.-butyl)-, Di-(tert.-bu-tyl)-cyclohexylamin sowie entsprechend N,N-disubstituierte Aniline, Benzylamine, o, m, p-Toluidine; analoges N-monosubstituiertes Pyr-35 rolidin, Pyrazolidin, Imidazolidin, Hexamethylenimin, Piperidin, Morpholin; 2-Methylpyridin, 3-Methylpyridin, 4-Methylpyridin, 2,4-Dimethylpyridin, 2,6-Dimethylpyridin, 2,4,6-Trimethylpyridin, und insbesondere Pyridin; Pyridazin, Pyrimidin, Pyrazin; entsprechende Amine mit 3 vorgenannten, aber völlig oder teilweise unter-40 schiedlichen Resten, z.B. N,N-Dimethylanilin, N-Methyl-N,N-diäthylamin, N-Methyl-N-äthyl-N-n-propylamin.
Die Umsetzung wird worteilhaft bei einer Temperatur zwischen —30 und +150°C, vorzugsweise zwischen 0 und 110°C, drucklos oder unter Druck, kontinuierlich oder diskontinuierlich, durchge-45 führt. Gegebenenfalls verwendet man unter den Reaktionsbedingungen inerte, organische Lösungsmittel wie aromatische Kohlenwasserstoffe, z.B. Toluol, Äthylbenzol, o-, m-, p-Xylol, Isopropylbenzol, Methylnaphtalin; Halogenkohlenwasserstoffe, insbesondere Chlorkohlenwasserstoffe, z.B. Tetrachloräthylen, 1,1,2,2- oder 50 1,1,1,2-Tetrachloräthan, Cyclohexylchlorid, Di-chlorpropan, Methylenchlorid, Dichlorbutan, Isopropylbromid, n-Propylbromid, Butylbromid, Chloroform, Chlornaphthalin, Dichlornaphthalin, Tetrachlorkohlenstoff, 1,1,1- oder 1,1,2-Trichloräthan, Trichlor-äthylen, Pentachloräthan, 1,2-Dichloräthan, 1,1-Dichloräthan, n-55 Propylchlorid, 1,2-cis-Dichloräthylen, n-Butylchlorid, 2-, 3- und iso-Butylchlorid, Chlorbenzol, o-, p- und m-Dichlorbenzol, o-, p-, m-Dibrombenzol, o-, m-, p-Chlortoluol, 1,2,4-Trichlorbenzol, 1,10-Dibromdekan, 1,4-Dibrombutan; zahlreiche Äther, z.B. Äthyl-propyläther, Methyltert.-butyläther, n-Butyläthyläther, Di-n-butyl-60 äther, Diisobutyläther, Diisoamyläther, Diisopropyläther, Anisol, Phenetol, Cyclohexylmethyläther, Diäthyläther, Tetrahydrofuran, ß, ß'-Dichlordiäthyläther, und entsprechende Gemische. Zweckmässig verwendet man das Lösungsmittel in einer Menge von 50 bis 10000 Gewichtsprozent, vorzugsweise von 100 bis 500 Gewichts-65 prozent, bezogen auf Ausgangsstoff II.
Die Reaktion kann wie folgt durchgeführt werden: In den Ausgangsstoff II im Gemisch mit Amin und Lösungsmittel, wird während 1 bis 3 Stunden Phosgen bei der Reaktionstemperatur einge
626055
4
leitet. Man kann auch Phosgen zusammen mit Lösungsmittel vorlegen und Amin und Ausgangsstoff II, gegebenenfalls zusammen mit Lösungsmittel, dem Gemisch zusetzen. Zweckmässig rührt man das Gemisch nach Zugabe aller Komponenten noch während 0,5 bis 4 Stunden nach. Dann wird aus dem Gemisch nicht umgesetztes Phosgen entfernt, z.B. durch Einleiten eines Stickstoffstromes. Nun gibt man Wasser, vorzugsweise in einer Menge von 50 bis 500, insbesondere von 50 bis 100 Gewichtsprozent, bezogen auf das Reaktionsgemisch, zu. Die Behandlung des Reaktionsgemischs mit Wasser wird zweckmässig unter guter Durchmischung bei einer Temperatur von —20 bis +50°C, vorzugsweise von —10 bis + 20°C, insbesondere von — 5 bis + 5°C, drucklos oder unter Druck, kontinuierlich oder diskontinuierlich, während 1 bis 20 Minuten durchgeführt. Dann wird aus dem gebildeten 2-phasigen Gemisch die wässrige Phase, die von 98 bis 100 Gewichtsprozent des gebildeten Hydrochlorids enthält, abgetrennt und aus der organischen Phase der Endstoff in üblicher Weise, z.B. durch Destillation, isoliert. Aus der wässrigen Phase kann zweckmässig durch Zugabe von anorganischen Basen, zweckmässig alkalischer Verbindungen, z.B. mit Natronlauge, und Destillation das Amin wieder abgetrennt und neu verwendet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stellt man zuerst mit dem Alkylamin und Acetaldehyd in stöchiometrischen Mengen oder im Überschuss, z.B. in einem Verhältnis von 1 bis 1,5 Mol Acetaldehyd je Mol Ausgangsstoff III im Gemisch mit Pentan die Schiff-sche Base II her. Zweckmässig wird die Herstellung während 15 bis 300 Minuten bei einer Temperatur von —10 bis +50°C, vorzugsweise von 10 bis 15 'C, drucklos oder unter Druck, kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt; vorteilhaft sind Mengen von 50 bis 1000, vorzugsweise von 100 bis 200 Gewichtsprozent Pentan, bezogen auf Ausgangsstoff III. Dann wird zweckmässig die gebildete wässrige Phase, die in der Regel von 80 bis 95 Gewichtsprozent des insgesamt gebildeten Reaktionswassers enthält, abgetrennt und die organische Phase destilliert. Bei der Destillation geht das restliche Reaktionswasser (5 bis 20 Gewichtsprozent) mit den ersten 5 bis 50 Gewichtsprozent der Gesamtmenge an n-Pentan über.
Der als Rückstand verbleibende rohe Endstoff wird direkt in der erfindungsgemässen Phosgenierung weiterverwendet. Ebenfalls ist es eine vorteilhafte Verfahrensweise, die wässrige Phase abzutrennen und nur soviel Pentan abzudestillieren, dass die Gesamtmenge des Reaktionswassers entfernt wird, und schliesslich das verbleibende Gemisch der Phosgenierung zuzuführen. Bei der Isolierung des Endstoffs werden so vorteilhaft Wasserreste in der organischen Phase des Reaktionsgemischs als Azeotrop mit n-Pentan (Kochpunkt des Azeotrops 34,6 C) abdestilliert.
Die nach dem Verfahren der Erfindung herstellbaren neuen Verbindungen sind wertvolle Ausgangsstoffe für die Herstellung von Lackrohstoffen, Kunststoffen, Anstrich- und Pflanzenschutzmitteln. So können z.B. mit ihnen durch Umsetzung mit Arylaminen die in der belgischen Patentschrift 702425 als phytotoxische Stoffe beschriebenen N-(l-Alkenyl)-harnstoffe hergestellt werden. Sie können weiterhin mit anderen Monomeren, z.B. Acryl- und Methacryl-säureestern sowie Styrol copolymerisiert werden. Bezüglich der Co-polymerisation wird auf Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Band 14/1, Seite 24 (1961) verwiesen. Die Copolymerisate sind als Überzüge oder Filme auf Baustoffen, z.B. Holz-, Stein-, Betonflächen, verwendbar. Die Herstellung solcher Überzüge oder Filme kann in beliebiger Weise nach bekannten Methoden [Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, Band 11, Seite 283, 367 ff (I960)] erfolgen. Ebenfalls können aus den Endstoffen I durch Polymerisation Vernetzer für Polyamine hergestellt werden. Die Vernetzung der Polyamine erfolgt z.B. nach den in dem angegebenen Band des Werks von Houben-Weyl beschriebenen Verfahren. Die Pyrolyse der Endstoffe I, z.B. nach dem in dem deutschen Patent 1922412 beschriebenen Verfahren, führt zu den als wertvolle Monomeren oder Comonomeren polymerer Stoffe verwendeten 1-Alkenylisocyanaten, z.B. Vinylisocyanat. Im übrigen wird bezüglich der Verwendung auf die beim Stand der Technik genannte deutsche Patentschrift 1901542 verwiesen.
Die in den folgenden Beispielen angeführten Teile bedeuten Gewichtsteile.
Beispiel 1:
Es werden 60 Teile Phosgen in 224 Teilen Methylenchlorid vorgelegt. Zu dieser Lösung werden unter Rühren bei 0 bis 5°C 39,6 Teile Äthyliden-tert.-butylamin, 51 Teile Dimethylcyclohexylamin und 210 Teile Methylenchlorid innerhalb einer Stunde zugegeben. Man rührt das Gemisch 30 Minuten nach und befreit die Reaktionslösung von überschüssigem Phosgen. Das Gemisch wird nun bei 0°C mit 250 Teilen Wasser gut durchmischt, wobei das Dimethylcyclohexyl-aminhydrochlorid in die wässrige Phase übergeht. Diese Phase wird abgetrennt, mit Natronlauge neutralisiert und das Dimethylcyclohexylamin durch Destillation zurückgewonnen. Die organische Phase wird destilliert. Man erhält 52 Teile N-Vinyl-N-tert.-butyl-carbamoylchlorid (80% der Theorie) vom Kp14 85°C.
Beispiel 2:
Es werden 627 Teile tert.-Butylamin in 532 Teilen n-Pentan vorgelegt. Hierzu rührt man bei einer Innentemperatur von 15 bis 20° C über einen Zeitraum von 2 Stunden eine Lösung aus 264 Teilen n-Pentan und 415 Teilen Acetaldehyd ein. Das bei der Umsetzung anfallende Wasser (155 Teile) scheidet sich als untere Phase ab und wird abgetrennt. Dann wird die organische Phase (azeotropes Wasser-Pentan-Gemisch) abdestilliert. Man erhält einen Rückstand mit 760 Teilen der trockenen Schiffschen Base (90% der Theorie).
Die Umsetzung der Schiffschen Base mit Phosgen wird nun analog Beispiel 1 durchgeführt. Man erhält die gleiche Ausbeute an Endstoff.
Beispiel 3:
a) Es werden 348 Teile tert. Amylamin in 350 Teilen n-Pentan vorgelegt. Hierzu rührt man bei einer Innentemperatur von 10 bis 15°C 212 Teile Acetaldehyd innerhalb von 1,5 Stunden ein.
Das bei der Umsetzung anfallende Wasser (72 Teile) scheidet sich zu 95 Gewichtsprozent als zweite Phase ab und wird abgetrennt.
Das restliche Wasser (3,6 Teile) wird durch Andestillieren der organischen Phase (Entfernung von 250 Teilen n-Pentan) als azeotropes Wasser-Pentangemisch entfernt.
Man erhält ein wasserfreies Gemisch von 100 Teilen n-Pentan und 408 Teilen der Schiffschen Base (91 % der Theorie).
b) Es werden 60 Teile Phosgen in 220 Teilen Methylenchlorid vorgelegt. Zu diesem Gemisch gibt man bei 0°C unter Rühren eine Lösung, bestehend aus 44,5 Teilen Äthyliden-tert.-amyl-amin, 100 Teilen n-Pentan, 51 Teilen Dimethylcyclohexylamin und 210 Teilen Methylenchlorid, innerhalb einer Stunde hinzu. Man rührt 30 Minuten nach und befreit die Reaktionslösung von überschüssigem Phosgen.
Das Gemisch wird nun bei 0°C mit 250 Teilen Wasser gut durchmischt, wobei das Dimethylcyclohexylaminhydrochlorid in die wässrige Phase übergeht. Diese Phase wird abgetrennt, mit Natriumhydroxid neutralisiert und das Dimethylcyclohexylamin durch Destillation zurückgewonnen.
Die organische Phase wird destilliert. Man erhält 60 Teile N-Vi-nyl-N-tert.-amylcarbamidsäurechlorod vom Kp0 3 59°C (85% der Theorie).
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25
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R
Claims (3)
- 6260552PATENTANSPRÜCHE1. Verfahren zur Herstellung von N-Vinyl-N-alkylcarbamid-säurechloriden der Formel I0II- Cl (I),R - N\CH = CH2worin R eine Isopropylgruppe, Isobutylgruppe, tertiäre Amylgruppe oder tertiäre Butylgruppe bedeutet, durch Umsetzung von Schiff-schen Basen der Formel IIR - N = CH - CH3 (II),worin R die vorgenannte Bedeutung hat, mit Phosgen in Gegenwart von tertiären Aminen und Abtrennung des Endstoffes I, dadurch gekennzeichnet, dass man nach der Umsetzung das Reaktionsgemisch mit Wasser behandelt, die so gebildete wässrige Phase und die in ihr enthaltenen tertiären Aminsalze abtrennt und aus der organischen Phase dann den Endstoff isoliert.
- 2. Verfahren zur Herstellung von N-Vinyl-N-alkylcarbamid-säurechloriden der Formel I0IIC - Cl (I),/
- F. - N\CK = CK,iLworin R eine Isopropylgruppe, Isobutylgruppe, tertiäre Amylgruppe oder tertiäre Butylgruppe bedeutet, durch Umsetzung von Schiff-schen Basen der Formel IIR - N = CH - CH3 (II),worin R die vorgenannte Bedeutung hat, mit Phosgen in Gegenwart von tertiären Aminen und Abtrennung des Endstoffes I, dadurch gekennzeichnet, dass man Alkylamine der Formel IIIR - NH2 (III),mit Acetaldehyd in Gegenwart von n-Pentan zu den Schiffschen Basen der Formel II umsetzt, die Gesamtmenge oder einen Teil des gebildeten Wassers abtrennt, dann den Rückstand mit Phosgen in Gegenwart von tertiären Aminen umsetzt, nach der Umsetzung das Reaktionsgemisch mit Wasser behandelt, die so gebildete wässrige Phase und die in ihr enthaltenen tertiären Aminsalze abtrennt und aus der organischen Phase dann den Endstoff isoliert.
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