JPS62214189A - クロロ酢酸とブロモ酢酸とを脱ハロゲン化する方法 - Google Patents

クロロ酢酸とブロモ酢酸とを脱ハロゲン化する方法

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JPS62214189A
JPS62214189A JP62050439A JP5043987A JPS62214189A JP S62214189 A JPS62214189 A JP S62214189A JP 62050439 A JP62050439 A JP 62050439A JP 5043987 A JP5043987 A JP 5043987A JP S62214189 A JPS62214189 A JP S62214189A
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acid
electrolysis
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cathode
salts
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JP62050439A
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シユテフエン・ダツペルヘルト
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Hoechst AG
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    • C25B3/25—Reduction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B3/00—Electrolytic production of organic compounds
    • C25B3/01—Products
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    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
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    • C25B3/01—Products
    • C25B3/11—Halogen containing compounds

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  • Materials Engineering (AREA)
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Transition And Organic Metals Composition Catalysts For Addition Polymerization (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 クロロ酢酸およびブロモ酢酸は、式 %式% で示されるモノ−、ジーおよびトリーハロ酢酸である。
多くの目的のために、一定の方法で製造されたクロロ酢
酸およびブロモ酢酸を完全にまたは部分的に脱ハロゲン
化することが必要である。
トリハロゲン化された酢酸およびジノ箇1ゲン化された
酢酸の部分脱ハロゲン化は、例えばモノハロゲン化され
た酢酸を酢酸の塩素化または臭素化によってできるだけ
高い収率で得たいときに、望ましいかまたは不可欠であ
る。つまりハロゲンをモノハロゲン化に必要な量よりも
多く使用しなくても相変わらず多かれ少なかれ多量のジ
ハロ酢酸そして場合により更にトリハロ酢酸が酢酸の塩
素化および臭素化で生じる;このことは当然、所望のモ
ノハロゲン化合物の収率に悪影響を与える。
従って既に種々の方法が、ジハロ酢酸およびトリハロ酢
酸を脱ハロゲン化するためにそして脱ハロゲン化をモノ
ハロゲン段階でも止めるために開発された。例えばドイ
ツ特許出願公告第848.807号明細書に記載されて
いる方法では、この脱ハロゲン化は、分けられていない
電解そうで相当する混合物または溶液を電気分解するこ
とによって電気化学的経路で行われる。陰極材料として
炭素、アチソン黒鉛、鉛および磁性酸化鉄がそして陽極
材料として炭素および磁性酸化鉄が挙げられている。こ
の場合不活性物質の存在または出発八日酢酸の無機不純
物の存在は妨害効果を生じないと記載されている。
例では約500ないし700 A/m”の電流密度で行
なっている。電解温度は100℃以下である。
3一 部分脱ハロゲン化または完全脱ハロゲン化した所望の生
成物の実質的収率は、理論量の95%から100%まで
の間である。
例えば例2では、次の混合物が電気分解される: Cl gc IC0OH32% CHCIgCOOH59% CC12COOH3% CH,COO1l      5% 上記の例中の記載によればこの混合物の電気分解は、6
0%の水溶液の形で、磁性酸化鉄の陰極および炭素の陽
極を使用して、平均して3.25Vの電圧および500
ないし600 A/+”の電流密度 ・で65℃で、ジ
クロロ酢酸およびトリーハロ酢酸がモノハロゲン段階ま
で脱ハロゲン化されるまで、行われた。モノクロロ酢酸
の収率はほぼ定量的であると記載されている。
例4では、電気分解は更に脱ハロゲン化が完全に行われ
るまで、すなわちハロゲンを含まない酢酸が得られるま
で続けられる。
この処理に欠くことのできない脱ハロゲン化は、陰極で
起こる還元反応である。例えばジクロロ酢酸をモノクロ
ロ酢酸の段階まで部分脱ハロゲン化することについては
、次の反応式で示すことができる: CHChCOOH+ 2 H” + 2 e→CToC
ICOOH+ HCI磁性酸化鉄と鉛の陰極を使用した
独自の電気分解試験でも証明することができたように、
陰極での腐食性ハロ酢酸の反応は陰極材料に著しい腐食
作用を及ぼす。炭素の陽極では腐食はほとんど重要でな
い。しかしこの場合に記載されている全部の陰極材料の
欠点は、電流密度が高くなるにつれてますます陰極で水
素が発生し、600時間以上の耐久試験で電極が付着物
に覆われ、該付着物のために陰極をきれいにすることが
必要になり、このことがもちろん処理の経済性に非常に
悪い影響参与えるということである。
陽極では、陰極で生じたハロゲンイオンの放電が、少な
くとも一部分起こる;従って塩素イオンの場合: 2 CI−−−CIg + 2 e 前記のドイツ特許出願公告明細書による分けられていな
い電解そうでは、陽極で生したハロゲンは、陰極で脱ハ
ロゲンされた生成物とたやすく接触して“逆反応して”
再び出発物質に変わり得る;例えば C8gCIC0OH+C1g−一一一一一−CHCIg
GOOR+HCIこの“逆反応”は、分けられている電
解そうで電気分解を行なうことによって14止すること
ができる。しかし、(1942年の)前記[イツ特許出
願公告明細書の出願の時点までに知られていた(電解そ
うを陰極圏と陽極圏とに分けるための)隔膜材料は、腐
食性のハロゲン酢酸および少なくとも同様に腐食性のハ
ロゲンの作用に特に高温で耐えない。従って前記のドイ
ツ特許出願公告明細書では、分けられている電解そうも
、電気分解によってハロゲン酢酸を脱ハロゲン化するの
に適さないと評価されている。
しかし最近、ポリフルオロ化された重合体から成る化学
的に非常に安定でしかも熱に非常に安定な膜材料が開発
されて、分けられている電解そうで腐食性薬品を用いて
電気分解することも可能になった。
分けられている電解そうでジクロロ酢酸をモノクロロ酢
酸の段階まで電気化学的に脱ハロゲン化する方法は、特
願昭54 (1979)−76521号明細書に記載さ
れている;この場合には特に、重合体骨格にC0OH基
またはSO,H基も有するペルフルオロ化された重合体
から成る陽イオン交換膜が、膜材料として使用される。
該方法では、鉛゛および鉛合金が、陰極材料として使用
される;陰極液は、0.010hm−’ ・cm−’以
上の電気伝導度を有するジクロロ酢酸+HCIおよび/
またはH,SO,の水溶液である。
陽極材料としては黒鉛、鉛、鉛合金並びに、白金金属の
酸化物の被膜を有するチタンが挙げられている。陽極液
としては水性の鉱酸溶液が使用され、鉱酸としては酸素
酸が好ましい;というのはこの場合には、塩素が発生せ
ずに酸素だけが発生するからである: HzO−伽1/2(h+2H”+2e 膜材料のために、1グラム当量の塩基を中和するのに必
要な交換樹脂の、ダラムによる乾燥重量での必要なイオ
ン交換容量が記載されている。
カルボキシル基を有する膜材料は交換容置が500ない
し1,500 、殊に500ないしI 、 000にな
るべきであり、5oan基を有する膜材料は交換容量が
500ないし1,800 、殊に1,000ないし1,
500になるべきである。
電流密度は、前記のドイツ特許出願公告第848.80
7号明細書の方法の電流密度と同様の大きさで変動する
。ジクロロ酢酸の濃度が25%以下である場合には電流
密度は10 A/dm”=1,000^/i以下である
べきであり、ジクロロ酢酸の濃度が15%以下である場
合には電流密度は800 A/m2以下であるべきであ
り、ジクロロ酢酸の濃度が10%以下である場合には電
流密度は400 A/m”以下であるべきである。
この場合に陰極として好ましい純粋な鉛の陰極でも、著
しい腐食を受ける。99.99%の鉛から成る陰極およ
び1 dm”の電極表面並びに4^/d+w”= 40
0^/1の電流密度で電気分解する場合には、陰極の目
減りは4時間で59.6 mgになると記載されている
。
種々の鉛合金について、同様な条件で次の目減りが記載
されている: Pb + 4%のSn :     62.3 mgP
b + 6%のSn:     64  mgPb +
 1.8%のAg :    112.4 mg例によ
れば電流効率は、常に約95%以上である。
クロロ酢酸およびブロモ酢酸を部分脱ハロゲン化または
完全脱ハロゲン化する既知の電気化学的方法は、種々の
長所をもっているが、特に陰極材料の耐食性および比較
的低い電流密度の点を改良する必要がある;従って、既
知の方法を更になかんずく陰極材料および電流密度の点
で改良して該方法をもっと経済的にするという課題が存
在した。
本発明ではこの課題を、4,000^/ m 2の電流
密度の場合に少なくとも0.4Vの水素過電圧を示す金
属の塩を史に−・種類または数種類溶解状態で含有する
ような、クロロ酢酸またはブロモ酸  ′酸の水溶液を
出発電解液としで使用することによって解決することが
できた。
従って本発明は、炭素の陰極および同様に炭素から成る
かまたは他の通常の電極材料から成る陽極を使用して、
分けられていない電解そうまたは分けられている電解そ
うでりL111酢酸とブロモ酢酸とをこれらの酸の水溶
液の電気分解によって脱ハロゲン化するにあたり、前記
の分けられていない電解そうの水性電解液および前記の
分けられている電解そうの陰極圏の水性電解液が、4.
00OArm”の電流密度の場合に少なくとも0.4 
Vの水素過電圧を示す金属の塩を更に一種類またはそれ
よりも多く溶解状態で含有することを特徴とする、前記
のクロロ酢酸とブロモ酢酸とを脱ハロゲン化する方法に
関する。
(4,000A/n”の電流密度の場合に)少なくとも
0.4Vの水素過電圧を示す金属の塩としては主にCU
、八g、^■、Zn、 Cd、 Hg5SnSPb、 
Ti、 Zr。
旧、V % Ta、Crおよび/またはNiの溶性塩が
、特に溶性のCu塩およびPb塩だけが適する。これら
の塩の最も普通の陰イオンは主にCI−、Br−1S0
4′\ NO3−およびC1,0CO−である。しかし
これらの陰イオンは、前記のすべての金属と同様には組
み合わせることができない;なぜならこれらの場合には
、難溶性塩(例えば^gCIおよび^gBr; これら
の場合には、溶性塩としてまず第一にAgN0.が通ず
る)が幾つかの場合に生じるからである。
塩は、電解液に直接添加することができるかまたは例え
ば酸化物、炭酸塩等を添加することによって−また、幾
つかの場合には金属そのものを(可溶性の限り)添加す
ることによって□溶液中に生じさせることができる。
分けられていない電解そうの電解液の塩濃度および分け
られている電解そうの陰極液の塩濃度は、約0.1ない
し5.000 ppm 、特に約IOないし1,000
 ppmに調節するのが有利である。
既知の方法をこのように変えると、かなり長い継続運転
でも付着物が1「極に生じることなく約10倍大きいく
約8,000 Arm”までの)電流密度で運転するこ
とができるということと関連して、電極の耐食性が非常
に大きくなる。従って、本方法は、非常に経済的でしか
も進歩している。
炭素陰極と電解液または陰極液中に一定の金属塩を存在
させることとを組み合わせると□特に付着物が電極に生
じることなく一層高い電流密度で行なえるので□本方法
の経済性がそのように高くなるということは、当該技術
水準からは決して予知することができなかった。
本方法の出発物質としては殊にトリクロロ酢酸、ジクロ
ロ酢酸、トリブロモ酢酸およびジブロモ酢酸、特にトリ
クロロ酢酸および/または−12= ジクロロ酢酸だけを使用する;この場合には電気分解を
殊にモノハロゲン段階(モノクロロ酢酸またはモノブロ
モ酢酸)まで行なうだけである。
電気分解を(完全に脱ハロゲン化された)酢酸まで続け
ることはもちろん可能であるが、好ましくない。
(分けられていない電解そうの)電解液または(分けら
れている電解そうの)陰極液としては一般に、あらゆる
可能な濃度(約1ないし95%)の出発ハロゲン酢酸を
使用することができる。該溶液は、鉱酸(例えば1(C
1,1e1son等)を含有していることができるが、
本発明による含量の、一定の金属塩を含有していなけれ
ばならない。     ゛ (分けられている電解そうの)陽極液は、水性の鉱酸、
特に水性の塩酸および硫酸であるのが好ましい。
炭素の陰極としては一般に、あらゆる可能な炭素電極材
料、例えば電極黒鉛、含浸黒鉛材料およびガラス状炭素
が問題になる。
電気分解中に、本発明により添加された金属塩に基づく
金属が陰極に析出する;ごのことによって陰極の特性が
変わる。その結果、副反応として水素の発生が激しくな
り過ぎることも脱ハロゲン化反応が所期の段階を越えて
進むこともなく、陰極の電流密度が約8.00OA/m
”まで、特に約6.00OA/m”までの値に増加し得
る。陰極に析出した金属は、陰極を囲む酸性溶液に絶え
ずいくらかt電解して再び析出する等する。陰極に付着
物が生じる障害は起こらない。
陽極材料としては、陰極のために使用される材料と同じ
材料を使用することができる。そのほかに他の通常の電
)旗材料を使用することも可能であるが、該電極材料は
電解条件で不活性でなければならない。好ましいそのよ
うな他の通常の電極材料はTiO□で被覆された、貴金
属酸化物例えば酸化白金でドープされたチタンである。
好ましい陽極液は、水性鉱酸例えば水性塩酸または水性
硫酸である。
この場合、分けられている電解そうで行なって陽極で生
じた塩素のためにほかの使用の可能性があるときには、
水性塩酸を使用するのが好ましい;他の場合には、水性
硫酸を使用するのが一層好ましい。
本発明による方法は、分けられていない電解そうで実施
することも分けられている電解そうで実施することもき
るが、分けられている電解そうで実施するのが特に好ま
しい。この場合、前記の特願昭54 (1979)−7
6521号明細書にも記載されているのと同じイオン交
換膜が、電解そうを陽極圏と陰極圏とに分けるのに適す
る;すなわちカルボキシル基および/またはスルホン酸
基を有するペルフルオロ化された重合体から製造された
、好ましくは前記特願昭明細書に記載されているイオン
交換容量を有する、イオン交換膜が適する。電解液中で
安定な、他のペルフルオロ化された重合体または無機材
料から製造された隔膜を使用することも一般に可能であ
る。
電解温度は、100℃以下、殊に約5℃から約95℃ま
での間、特に約40℃から約80℃才での間であるべき
である。
電気分解は、連続的にも回分的にも行なうことができる
。分けられている電解そうで行なって陰極反応を回分的
に行ないそして陽極反応を連続的に行なうのが特に有利
である。陽極液が11cIを含有する場合には、陽極で
塩素が発生して絶えずCI−が消費される;この消費は
、ガス杖HCIまたは水性塩酸を絶えず補充することに
よって埋め合わされる。
電解生成物の後処理は、既知の方法例えば蒸留によって
行なわれる。この場合金属塩は、残留物中に残り、再び
工程に戻すことができる。
次に本発明を、以下の例によって更に詳しく説明する。
(本発明による)例Aの後に更に幾つかの比較例Bを記
載する;該比較例Bから、(炭素陰極の代わりに)if
i性酸化鉄の陰極を使用すると電解液中に例えば鉛塩が
存在しても腐食が少なからす起こるということおよび電
流密度が高くなると著しく水素が発生するということが
明らかになる。炭素陰極を使用するが本発明による電解
液への金属塩の添加を行なわない他の比較例からは、電
流密度が余り高くなくてもこの場合著しく水素が生じる
ということが、他方、電解液に例えば鉛塩を添加すると
水素の発生が起こらず電流密度を高くすることができる
ということが、明らかになる。
全部の実施例および比較例で使用した電解そうは、分け
られている(板杖および枠杖)循環そうであった。
0.02 m”の電極面積および4+uiの電極間隔を
有する循環そう 電極:マイチンゲン(Meitingen )のシグリ
(Sigri)社の電極黒鉛EH 陽イオン交換膜:デュポン社のナフィオン(”’ Na
fion ) 315 ;これは、ペルフルオロスルホ
ニルエトキシビニルエーテル→テトラフルオロエチレン
の共重合体から製造された二層膜である。陰極側に1.
300当量の層があり、陽極側に1.100当量の層が
ある。
スペーサー:ポリエチレン網 流量: 5001/h 温度:25〜40℃ 電流密度: 4000^/ m 2 端子電圧= 8〜4.8v 賜極液:濃HCI、ガス状+1CIを連続的に補給する 陰極液の組成および電気分解の結果は、次の表から分か
る: 例」− 一電剖す[件 0.25 m”の電極表面積および4mmの電極間隔を
有する循環そう 電極:マイチンゲン(Meitingan )のシグリ
(Sigri)社の電極黒鉛E11 陽イオン交換膜:デュポン社のナフィオン(軸’ Na
fion ) 324 ;これはナフィオン315より
も少し薄い層を持っているがナフィオン315と同じ構
成の二層膜である。
スペーサー:ポリエチレン網 流量:1.6m″/h 温度:25〜60℃ 電流密度: 4.00OA/m” 端子電圧= 6〜4.5v 陽極液:濃11cI、ガス状HCIを連続的に補給する 出発陰極液ニ ジクロロ酢酸  9.03 kg モノクロロ酢酸14.29 kg 酢酸      3.18 kg 水         13.20 kgCuSO,・6
11g0  4  g(Cu”925 ppm)電解結
果: モノクロ口酢酸20.79 kg ジクロロ酢酸  0.15 kg 酢酸      3.18 kg 水        17.2  kg IIcI       2.52 kg電流消費: 5
361 Ah 電流効率768.2% B)1鼾 電解条件: 0.02 m”の電極表面積および6IIII11の電
極間隔を有する循環そう 陽極:マイチンゲン(Meitingen )のシグリ
(Sigri)社の電極黒鉛E■ 陰極:磁性酸化鉄で完全にそして不浸透性に被覆された
ステンレス鋼 陽イオン交換膜:デュポン社のナフィオン(”’  N
afion )  324 スペーサー:ポリエチレン網 流量: 5001/h 温度:39℃ 陽極液:濃11CI、ガス状)1cIを連続的に補給す
る 次の組成 モノクロロ酢酸 1.15 kg ジクロロ酢酸  1.28 kg 酢酸      0.24 kg 水         1.43 kg を有する陰極液を、2.00OA/a+”の電流密度で
電気分解した。端子電圧は3.2vであった。水素の発
生のために消費された電流の割合は14.3%であった
。
0.75 gのPb(OAc)z ・2HzO(100
flpmのPb”)を添加すると水素の発生は、短時間
減少した後に再び増加した。270 Ah後には28%
の電流が水素の発生のために消費され、350 Ah後
にこの値は45%であったがその後に更に約80%に増
加し−22〜 た。752 Ahの電荷消費の後に、次の組成の電解液
が得られた: モノクロロ酢酸     1.77 kgジクロロ酢酸
      0.42 kg酢111        
  0.27 kg水               
1.93 kgllcI            0.
24 kg(磁性酸化鉄の) Fe3゛/peg+の形
の鉄         0.0105 kgPbz+ノ
形の鉛       0.4 ・1O−3k。
この軽微なジクロロ酢酸の減損に対するの電流効率は、
44%に過ぎなかった。陰極の磁性酸化鉄屑に大きな腐
食の損傷が確認された。腐食度は、14 mgFe/八
りであった。
ル較■) 本発明による例A)の1〜8に記載した条件で、しかし
金属塩を添加せずに、次の組成モノクロロ酢酸    
 5.72 kgジクロロ酢酸      1.98 
kg酢酸          2   kg1’+20
・HCl            4.4  kgを有
する陰極液を、1.250 Arm”の電流密度で電気
分解した。端子電圧は3.9vであった。1.1++4
Ahの電流消費の後に、水素の発生のために消費された
電流の割合は49%に増加した。
10gのPb(NO,l)z (会400ρpIIlの
Pb”+)を陰極液に加えた後には水素はもう発生しな
かった。
電流密度を4.00OArm”に上げることができた(
端子電圧4.I V;温度52℃)。3%のジクロロ酢
酸濃度で、水素の発生する副反応が再び起こった。ジク
ロロ酢酸の割合が0.15 kgに減少したことに対す
る電流効率は97.2%であった。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)炭素の陰極および同様に炭素から成るかまたは他
    の通常の電極材料から成る陽極を使用して、分けられて
    いない電解そうまたは分けられている電解そうでクロロ
    酢酸とブロモ酢酸とをこれらの酸の水溶液の電気分解に
    よって脱ハロゲン化するにあたり、前記の分けられてい
    ない電解そうの水性電解液および前記の分けられている
    電解そうの陰極圏の水性電解液が、4,000A/m^
    2の電流密度の場合に少なくとも0.4Vの水素過電圧
    を示す金属の塩を更に一種類またはそれよりも多く溶解
    状態で含有することを特徴とする、前記のクロロ酢酸と
    ブロモ酢酸とを脱ハロゲン化する方法。
  2. (2)4,000A/m^2の電流密度の場合に少なく
    とも0.4Vの水素過電圧を示す金属の塩としてCU、
    Ag、Au、Zn、Cd、Hg、Sn、Pb、Ti、Z
    r、Bi、V、Ta、Crおよび/またはNiの溶性塩
    を、特に溶性Cu塩および溶性Pb塩だけを使用する特
    許請求の範囲第1項記載の方法。
  3. (3)4,000A/m^2の電流密度の場合に少なく
    とも0.4Vの水素過電圧を示す金属の塩の電解液中の
    濃度が、約0.1ないし5,000ppm、特に約10
    ないし1,000ppmである、特許請求の範囲第1項
    または第2項記載の方法。
  4. (4)クロロ酢酸およびブロモ酢酸としてトリクロロ酢
    酸、ジクロロ酢酸、トリブロモ酢酸およびジブロモ酢酸
    、特にトリクロロ酢酸および/またはジクロロ酢酸を使
    用し、電気分解をモノハロゲン段階まで行うだけである
    、特許請求の範囲第1項から第3項までのいずれかに記
    載の方法。
  5. (5)電気分解を、分けられている電解そうで行う特許
    請求の範囲第1項から第4項までのいずれかに記載の方
    法。
  6. (6)分けられている電解そうの膜材料として、カルボ
    キシル基および/またはスルホン酸基を有するペルフル
    オロ化されたポリマーから製造された陽イオン交換膜を
    使用する、特許請求の範囲第5項記載の方法。
JP62050439A 1986-03-07 1987-03-06 クロロ酢酸とブロモ酢酸とを脱ハロゲン化する方法 Pending JPS62214189A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3607446.2 1986-03-07
DE19863607446 DE3607446A1 (de) 1986-03-07 1986-03-07 Verfahren zur enthalogenierung von chlor- und von bromessigsaeuren

Publications (1)

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