DE2254636C3 - Tris-chelate und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Tris-chelate und Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
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Classifications
-
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-
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- C07F5/003—Compounds containing elements of Groups 3 or 13 of the Periodic Table without C-Metal linkages
-
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Description
2
636
Man mußte also zwei Spektren vergleichen: eines, in welchem nur die Anwesenheit der benötigten Menge
an Verschiebungsreagenz erforderlich war, und ein anderes, bei dem ein großer Überschuß an dem Verschkbungsreagenz
zugesetzt werden uußte. Zur Feststellung der Identität der zu analysierenden Verbindung
war es also erforderlich, die beiden Spektren zu vergleichen, um denjenigen Teil, der dem Verschiebungsreagenz
zuzuschreiben war, und den zu dem analysierten Produkt gehörenden Teil zu unterscheiden.
Dies verlangte ein sehr erfahrenes und speziell ausgebildetes Bedienungspersonal bei der NMR-Analyse
und außerdem eine kompliziertere apparative Einrichtung.
Mit den erfindungsgemäßen Tris-chelaten sind dem Fachmann nunmehr Verschiebungsreagenzien
an uie Hand gegeben, welche in hervorragender Weise bei Protonen - Kernmagnetresonanzuntcsuchungen
auch routinemäßig, ohne daß komplizierte Interpretationen durch Spezialisten verlangt werden, mit verhältnismäßig
einfachen Instrumenten durchführbar sind.
Gegenstand der Erfindung sind Tris-chelate der Formel
O-C
CX
C-C
R1
35
in der L Europium, Praseodym, Samarium. Terbium, Holmium oder Ytterbium ist, X Wasserstoff oder
Deuterium ist, R1 C1^10-AIkVl oder C6^10-PoIyCyCIoalkyl
ist, R2 C^^-Alkyl oder C„_10-Polycycloalkyl,
Thienyl oder Furyl ist, X und R2 in dem Anteil
C
X
Il
c
R2
45
miteinander verbunden sein können, so daß sie zusammen mit den Kohlenstoffatomen, an die sie gebunden
sind, den 3-Campheryl-d15-Rest bilden und R1
und oder R2 mit Deuterium substituiert sind, und, wenn nur R1 oder R2 mit Deuterium substituiert ist,
der andere dieser Reste Wasserstoff enthält oder vollständig oder teilweise mit Chlor, Brom und/oder
Fluor halogeniert ist, und in jedem Fall die Substitution durch Deuterium und Halogen derart ist, daß
der Diketonbestandteil des Chelats null bis nicht mehr als fünf Wasserstoffatome enthält, sowie ein Verfahren
zur Herstellung dieser Tris-chelatc, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß man ein Lanthanoidnitrat der Formel L(NO3), mit einem /ΐ-Dikclon der Formel
Il Il
R1 — C — CX2 — C — R2
umsetzt, wobei in den obigen Formeln die Symbole L, X. R1 und R2 die oben angegebenen Bedeutungen mit der Maßgabe haben, daß die angegebene Bedingung des Gehaltes von null bis nicht mehr als fünf Wascerstoffatomen für das obenstehende ,/-Diketon bzw. den Diketonanteil des Chelats gilt.
umsetzt, wobei in den obigen Formeln die Symbole L, X. R1 und R2 die oben angegebenen Bedeutungen mit der Maßgabe haben, daß die angegebene Bedingung des Gehaltes von null bis nicht mehr als fünf Wascerstoffatomen für das obenstehende ,/-Diketon bzw. den Diketonanteil des Chelats gilt.
Bei Verschiebungsreagenzien, die bei der NMR-Protonen-Analyse transparent sind, bangt der Grad
der für die NMR-Transparenz erforderlichen Deuterium-
oder Deuterium-plus Halogensubstitution etwas von der Art der Verwendung des Reagenz ab. Ein
Material, das nicht mehr als zwei Wasserstoffatome in dem Diketonanteil enthält, ist normalerweise gut
geeignet, da das NMR-Signal, das durch ein Material mit einer derart starken Substitution der Protonen
erzeugt wird, sehr klein sein würde. Jedoch kann mit bestimmten zu analysierenden Substraten oft auch ein
Material von geringerer Isotopenreinheit verwendet werden, wie vom Fachmann leicht feststellbar ist.
Die äußerstenfalls zulässige Zahl an Restprotonen kann als etwa 5 angenommen werden, und unter
einer Deuterium- oder Deuterium-plus Halogensubstitution ist im folgenden zu verstehen, daß nicht
mehr als fünf Wasserstoffatome in dem Diketonanteil anwesend sind.
Fin Verschiebungsreagenz enthält einen aktiven und einen inaktiven Bestandteil. Der aktive Bestandteil
der erfindungsgemäßen Tris-chelate ist ein Metall der seltenen Erden, insbesondere der Lanthaniden.
nämlich Praseodym (Pr). Samarium (Sm). Europium (Eu). Terbium (Tb). Holmium (Ho) und Ytterbium (YbI
Besonders geeignet für den Zweck der Erfindung sind Europium und Praseodym, da mit diesen Metallen
hergestellte Komplexe im allgemeinen eine Verschiebung der Resonanzen von betroffenen Protonen zum
höheren oder niedrigeren Feld, je nachdem, welche Seite des Spektrums am wenigsten durch Resonanzen
nicht betroffener Protonen gestört wird, ermöglichen. Beispiele für bevorzugte transparente Verschiebungsreagen/ien
gemäß der Erfindung sind die Europium- und Praseodym-tris-Komplcxc mit den oben definierten
//-Dikelonen als Liganden, insbesondere mit
denjenigen /i-Diketonen, in denen R' t.-Butyl-dq ist.
In den obenstehenden Formeln bedeuten, wenn L für Europium oder Praseodym steht, R1 vorzugsweise
t.-Butyl-dq und R2 Deuterium-substituiertes C^-m-Alkyl. Noch mehr bevorzugt sind dabei Trischelatc.
in deren Formel R2 Heptafiuorpropyl oder 2-Thienyl bedeutet.
Europium (Eu) und Praseodym (Pr) erzeugen normalerweise Verschiebungen in entgegengesetzten Richtungen;
Europium erzeugt normalerweise eine Verschiebung zum niedrigeren Feld, während Praseodym
normalerweise eine Verschiebung zum höheren Feld bewirkt. Außerdem hat sich gezeigt, daß diese beiden
bevorzugten Metalle ein überlegenes Vermögen zur Bildung von Komplexen mit den meisten zu analysierenden
Substraten besitzen.
Der inaktive Bestandteil des Verschiebungsreagenz ist ein organisches Molekül, dessen wesentliche Funktion
darin besteht, das Metall der seltenen Erden in üblicherweise für NMR-Analysen verwendeten Lösungsmitteln
löslich zu machen, so daß das Metall zur Komplexbildung mit der zu untersuchenden Verbindung
befähigt wird.
R1 und bzw. oder R2 enthalten so viele Dcuteriumsalomc,
daß das /ί-Dikcton für die Protonen-NMR-Analysc
im wesentlichen transparent ist. Wenn nur einer der Reste R1 und R2 Deuteriumatome enthält.
so enthält die andere Gruppe ausreichend viele Halogenatome, und zwar Chlor, Brom oder vorzugsweise
Fluor, daß das /i-Diketon für die Protonen-NMR-Analyse
im wesentlichen transparent ist.
Die Metalle der seltenen Erden, insbesondere Europium und Praseodym, werden in ihrer dreiwertigen
Form verwendet. Zufolge der Dreiwertigkeit bildet ein Metallalom Chelate oder Komplexe mit
drei Molekülen des /i-Diketons.
Durch die Komplex- oder Chelatbildung des unlöslichen Metalls mit den ,(-Dikctoncn wird dieses
Metall in eine in den normalerweise für die NMR-Analyse verwendeten organischen Lösungsmitteln
leicht lösliche Form übergeführt. Nachdem die Metallionen einmal in Lösung gegangen sind, können sie
mit vielen Arten organischer Verbindungen Komplexe oder Chelate bilden und dabei Veränderungen in
deren NMR-Speklren verursachen. Ein Vergleich der Spektren vor und nach der Komplexbildung ermöglicht
viele Deduktionen hinsichtlich der Struktur der analysierten Verbindung. Die Verschiebungsrcagenzien
gemäß der Erfindung eignen sich für eine Verwendung in der NMR-Analyse von Alkoholen. Ketonen,
Estern, Äthern, Aminen. Steroiden, Peptiden und Naturprodukten, wie Zuckern.
Bei den Fig. 1 und 2 handelt es sich um
Spektren von Äthylpropionat unter Zusatz von Eu(fod)., (Fig. 1} und Eu(fod)2-d27 (Fig. 2). In
jedem Falle ist das erste Signal (bei Null auf der unteren Skala) dem zugesetzten TMS zuzuschreiben,
welches das Bezugssignal abgibt. Im Falle des Eu(fod)3
zeigt sich ein großes Maximum unterhalb 1,0 Teile Million (ppm) (untere Skala), die dem Verschiebungsreagenz zuzuschreiben ist. Dies ist dasselbe Signal,
wie es in der oben zitierten Veröffentlichung in .1. Am. ehem. Soc. (1971) angegeben wird. Dieses Signal
tritt in dem mit F.u(fod)3-d27 erhaltenen Spektrum
nicht auf. Alle übrigen auftretenden Signale sind diejenigen des Substrats, des Äthylpropionais.
Die Spektren lassen erkennen, daß die zum Stand der Technik gehörenden Verschiebungsreagenzien
einen Teil des Spektrums des Substrats, das analysiert wird, auslöschen, während keine Interferenz mit den
Signalen des Substralmaterials, das analysiert wird, bei Verwendung der neuen Tris-chelate eintritt.
Die erfindungsgemäßen Tris-chelate werden nach üblichen Methoden hei gestellt mit der Abweichung,
daß an Stelle der herkömmlichen protonierten oder teilweise fluorierten oder halogenicrten (Cl oder Br)
ff-Diketone. d. h. der /i-Diketunc. die mehr als fünf
Wasserstoffatome im Molekül haben, die oben definierten /i-Diketone verwendet werden. Das angewandte
Verfahren besteht im allgemeinen darin, daß man eine wäßrige Lösung des Nitrats des Metalls der
seltenen Erden dem /i-Diketon in Gegenwart eines niedrigmolekularen Alkalialkoxids, das in situ durch
Zugabe eines Alkalihydroxids, vorzugsweise Natriumoder Kaliumhydroxid, in dem entsprechenden Alkanol
unter Stickstoff gebildet werden kann, zusetzt. Die Lösung wird gerührt, bis die Ausfällung des Komplexes
beginnt, was normalerweise in etwa 2 Stunden erfolgt. Dann wird das Alkanol im Vakuum abgetrennt.
Wasser wird zugesetzt, und das Ciemisch wird über Nacht gerührt. Die Suspension wird filtriert, der
Filterkuchen wird im Vakuum getrocknet, pulverisiert,
aus heißem Tetrachlorkohlenstoff umknstaliisiert und im Vakuum getrocknet.
Die folgenden Verfahren und Beispiele veranschaulichen Verfahren zur Herstellung von Ausgangsmaterialien
sowie der neuen erfindungsgemäßen Trischelate. Die angewandten Verfahren sind an sich
bekannt und in der Literatur beschrieben, sind jedoch leicht modifiziert, um die Herstellung von mit Deuterium-
oder mit Deuterium- und Halogenatomen substituierten Analogen von in der Literatur beschriebenen
Verbindungen zu ermöglichen. Die chlorierten und bromierten Verbindungen können im wesentliehen
nach dem gleichen Verfahren, wie es für die Herstellung fluorierter ff-Diketone beschrieben ist,
hergestellt werden. Zur Herstellung der neuen Trischelate können natürlich auch andere Methoden, mit
denen Chelate von Metallen der seltenen Erden mit /i-Diketonen erhalten werden können, sowie Modifikationen
dieser bekannten Verfahren angewandt werden.
Verfahren 1
Herstellung von L(NO3J3 ■ XH2O,
worin L ein Lanthanoid (beispielsweise
Eu, Pr, Sm, Tb, Ho, Yb) ist
Eu, Pr, Sm, Tb, Ho, Yb) ist
5 g des gewählten Lanthanidoxyds werden zu 10 ml
*5 destilliertem Wasser in einem 50-ml-Rundkolben mit
Magnetrührer und wassergekühltem Kühler zugegeben. Dann werden 9 g konzentrierte Salpetersäure
(69 bis 71% HNO3) zugesetzt, und das Gemisch wird
1 Stunde gerührt und filtriert. Das Filtrat wird mit 8-n Alkalihydroxyd, wie Natriumhydroxyd oder Kaliumhydroxyd,
bis zum pH 4,6 titriert, eine geringe Menge an gebildetem Niederschlag wird abfiUriert
und das Filtrat wird durch Entspannungseindampfung eingeengt, wobei das gewünschte Lanthanidnitral
erhalten wird.
Verfahren 2
Synthese von als Zwischenprodukte verwendeten Ketonen. Säurehalogeniden und Estern
(2a) Synthese von Pinacolon-d9
Eine geringe Menge einer Lösung von 50 g Mcrcurichlorid in 200 g Aceton-d6 (im folgenden als Lösung A
bezeichnet) wird zu 40 g Magnesiumdrehspänen und 500 ml Benzol in einem 2-1-Dreihalskolben zugesetzt.
Der Kolbeninhalt wird zum Rückfluß erhitzt, die Wärmezufuhr wird verringert, und der Rest der Lösung A
wird mit solcher Geschwindigkeit zugesetzt, daß das Gemisch weiter am Rückfluß kocht. Nachdem die
ganze Lösung A zugesetzt ist. werden tropfenweise weitere 100 g Aceton-d^ zugesetzt, so daß das Gemisch
weiter am Rückfluß kocht und das Reaktionsgemisch wird dann noch weitere 2 Stunden am Rückfluß
gekocht. Die Masse von Magnesium-pinacolinat-d^
in dem Kolben wird einige Minuten kräftig geschüttelt, wonach das Gemisch noch 2 Stunden am Rückfluß
gekocht wird. 100 ml Wasser werden zugesetzt, und das Reaktionsgemisch wird eine vettere Stunde
am Rückfluß gekocht und dann auf 50 C gekühlt und filtriert. Dem festen Rückstand werden 250 ml
Benzol zugesetzt, und das Gemisch wird' 2 Stunde am
Rückfluß gekocht, erneut gekühlt und filtriert. Die Filtrate werden vereinigt und auf die Hälfte ihres
Volumens eingeengt. 120 ml Wasser werden zugesetzt. Das Zweiphasengemisch wird in Eiswasscr gekühlt
und filtriert, wobei man 180 g festes Pinacol-d,-hydrat
erhält. 40 c dieses Produktes werden /u 120 ml
6-n Schwefelsäure zugesetzt, und das Gemisch wird rasch destilliert. Die wäßrige Schicht des Destillats
wird zusammen mit 11 ml konzentrierter Schwefelsäure
wieder in den Destillationskolben zurückgegeben, und weitere 40 g Pinacol-d9-hydra1 werden
zugesetzt. Das Verfahren wird wiederholt, bis 200 g Pinacol-d9-hydrat verbraucht sind. Die vereinigten
Destillate werden dann getrocknet und destilliert, wobei 57 g Pinacolon-d, vom Kp. 97 bis 100°C bei
760 mm erhalten werden.
Für die Herstellung von Pinacolon-dl2, Kp. 97 bis
100° C bei 760 mm, wird das obige Verfahren unter Verwendung einer äquivalenten Konzentration an
D2SO4 in D2O an Stelle der 6-n Schwefelsäure
wiederholt.
Wenn in dem obigen Verfahren an Stelle von Mercurichlorid und Magnesiumdrehspänen AJuminiumamalgam
verwendet wird, so wird die Ausbeute an Pinacolon-d9 und Pinacolon-d12 verbessert.
Pinacolon-d9 ist eine bevorzugte Zwischenverbindung
für die Synthese der bei der Synthese der transparenten NMR-Reagenzien gemäß der Erfindung
verwendeten //-Diketone. Es kann mit vielen verschiedenen Säurechloriden oder Estern zu /i-Diketonen,
in denen R1 die t.-Butyl-d9-Gruppe ist, umgesetzt werden. Alternativ kann Pivalylchlorid-d,
oder der entsprechende Phenyl- oder niedr.-Alkylester mit dem entsprechenden Keton zu einem ^/-Diketon,
in dem R1 die t.-Butyl-d9-Gruppe ist, umgesetzt
werden. Die Wahl des Ketons, des Säurechlorids oder Esters Tür die Herstellung des /i-Diketons ergibt sich
daraus, welche Reagenzien, die die Gruppe R2 liefern, zur Verfügung stehen.
Die Herstellung typischer Säurechloride und Ester nach an sich bekannten Verfahren wird im folgenden
veranschaulicht.
(2b) Herstellung von Pivalinsäure-d9.
Piva]ylchlorid-d9 und den Phenyl- und Alkylestern von Pivalinsäure-d9
144 g Brom werden tropfenweise unter Rühren einer Lösung von 100 g Natriumhydroxyd in 750 ml
Wasser in einem in einem Eisbad gekühlten 2-1-Dreihalskolben mit solcher Geschwindigkeit zugesetzt,
daß das Reaktionsgemisch zwischen 5 und 10cC
gehalten wird. Nach Beendigung der Zugabe wird der Kolben auf OC gekühlt, und 30g Pinacolon-d,
werden tropfenweise zugesetzt, während das Reaktionsgemisch zwischen 0 und 10 C gehalten wird.
Das Reaktionsgemisch wird 5 Stunden bei 0 bis 50C so und dann über Nacht bei Umgebungstemperatur
gerührt. Dann wird das Reaktionsgemisch destilliert, um Nebenprodukte abzutrennen. 120 ml konzentrierte
Schwefelsäure werden vorsichtig unter Rühren zugesetzt, und das Reaktionsgemisch wird dann
destilliert bis Material, das schwerer als Wasser ist
übergeht. Das rohe Destillat wird mit Äther extrahiert und der Äther wird dann durch Entspannungseindampfung
abgetrennt wobei Pivalinsäure-d,, Kp. ·
70 C bei 15 mm, erhalten wird. ^*
Die so erhaltene Pivplinsäure-d, wird in das Säurechlorid
übergeführt, indem man das bei Zugabe von 55 g Benzoylchlorid gebildete Produkt rasch destilliert.
Auf diese Weise werden 25 g Pivalylchlorid-d,,
Kp. 105 C bei 760 mm, erhalten. 6S
Der Phenylester von Pivalinsäure-d, wird hergestellt,
indem man innerhalb etwa einer Stunde tropfenweise 22,8 g Pivalylchlorid-d, zu einem am Rückfluß
kochenden Gemisch von 0,15 Mol Magnesiumdrehspänen, 16 g Phenol und 32 ml Benzol zugibt. Da:
Reaktionsgemisch wird 3 Stunden am Rückfluß gekocht, wobei der Phenylester von Pivalinsäure-d9
Kp. 1000C bei 10 mm, erhalten wird.
Piva'ylchlorid-dg wird in den Äthylester oder einer
anderen niedrigmolekularen Alkylester von Pivalinsäure-d9
übergeführt, indem man statt des Phenols in dem obigen Verfahren Äthanol oder ein anderes
niedrigmolekulares Alkanol verwendet.
Nach den oben beschriebenen oder anderen an sich bekannten Verfahren können weitere Ketone, Säurechloride
oder Ester, wie die Phenyl- und niedr.-Alkylester mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen und vorzugsweise
1 bis 5 Kohlenstoffatomen in der Alkylkette hergestellt werden, und jedes von diesen kann statt
des Pinacolon-di, oder -d12 für die Herstellung dei
0-Diketone verwendet werden. Einige Beispiele füi weitere geeignete Zwischenverbindungen sind
2-Acetylthiophen, 2-Acetylfuran, Heptafluorbutyrylchlorid,
Methyladamantyl-d15-keton und Äthylestei
der Adamantan-d15-carbonsäure.
Verfahren 3
Herstellung von /i-Diketonen
Herstellung von /i-Diketonen
(3 a) Herstellung von 1,1.1,2,2,3,3-Heptafluor-7,7-di-(methyl-d3)-8,8,8-trideuterooctan-4,6-dion
20 g Pinacolon-dg in 25 ml Äther werden einei
Suspension von 6,69 g Natriumamid oder 4,8 g Natriumhydrid in 150 ml Äther unter Kühlen zugesetzt
Nach Beendigung der Zugabe werden innerhalt V2 Stunde 23,2 g Äthylheptafluorbutanoat zugesetzt
und das Reaktionsgemisch wird dann 2'/2 bis 3 'Stunder
am Rückfluß gekocht, wobei das Produkt in einei Ausbeute von 70% erhalten wird.
(3 b) Herstellung von l-Brom-5,5-di-(methyl-d3)-3,3,6,6,6-pentadeuterohexan-2,4-dion
Wenn statt des Pinacolon-dg und des Äthylheptafluorbutanoats
in dem Verfahren 3 a äquivalente Mengen an Pinacolon-d^ bzw. Bromacetylbromic
verwendet werden, so wird nach praktisch derr gleichen Verfahren das oben angegebene Diketor
erhalten.
(3 c) Herstellung von l-Chlor-6,6-di-(methyl-d3)-4,4,7,7,7-pentadeuteroheptan-3,5-dion
Wenn statt des Pinacolon-dL, und des Äthylhepta·
fluorbutanoats in dem Verfahren 3 a äquivalente Mengen an Pinacolon-di2 bzw. 3-Chlorpropionylchlorid
verwendet werden, so wird das eben angegebene Diketon erhalten.
(3d) Herstellung von l,l-Dichlor-5,5-di-(methyl-d3>
3.3.6,6,6-pentadeuterohexan-Z4-dion
Wenn statt des Pinacolon-d, und des Äthylheptafluorbutanoats
in dem Verfahren 3a äquivalente Mengen an Pinacolon-du bzw. Dichloracetylchloric
verwendet werden, so wird das oben angegebene Diketon erhalten.
(3e) Herstellung von l,2-Dibrom-6,6-di-(inethyl-d,}
4,4,7,7,7-pentadeuteroheptan-3.5-dion
Wenn statt des Pinacolon-do und des Äthylhepta
fluorbutanoats in dem Verfahren 3a äquivalente
509633/219
Mengen an Pinacolon-d12 bzw. Äthyl-2,3-dibrompropiönat
verwendet werden, so wird das oben angegebene Diketon erhalten.
(3f) Herstellung von 1,1,1,2,2-Pentafluor-6,6:di-(methyl-d3)-4,4,7,7,7-pentadeuteroheptan-3,5-dion
Wenn statt des Pinacolon-dg und des Äthylheptafluorbutanoats
in dem Verfahren 3 a äquivalente Mengen an Pinacolon-d12 bzw. Äthyl-pentafluorpropionat
verwendet werden, so wird das oben angegebene Diketon erhalten.
(3g) Herstellung von l-Chlor-5,5-di-(methyl-d3)-3,3,6,6,6-pentadeuterohexan-2,4-dion
Wenn statt des Pinacolon-d, und des Äthylheptafluorbutanoats
in dem Verfahren 3 a äquivalente Mengen an Pinacolon-d,2 bzw. ChloracetylchlorUI
verwendet werden, so wird das oben angegebene Diketon erhalten.
(3h) Herstellung von 1,1,1-Trideutcro-
2,2-di-(methyl-d3)-5-(2-thienyl)-pentan-3,5-dion
Wenn statt des Pinacolon-d9 und des Äthylheplafluorbutanoats
in dem Verfahren 3a äquivalente Mengen an Pivalylchlorid-d9 und 2-Acetylthiophen
verwendet werden, so wird l,l,l-Trideutero-2,2-di-(methyl-d3)-5-(2-thienyl)-pentan-3,5-dion,
Kp. 45 bis 500C bei 10 mm, erhalten. Das gleiche Produkt wird
hergestellt, wenn statt des Pivalylchlorids-d, Phenylpivalat-dg
oder Äthylpivalat-d9 verwendet wird.
(3i) Herstellung von 1,1,1-Trideutero-
2,2-di-(methyl-d3)-5-(2-furyl)-pentan-3,5-dion
Wenn statt des Pinacolon-d, und des Äthylheptafluorbutanoats
in dem Verfahren 3a äquivalente Mengen an Pivalylchlorid-dg bzw. 2-Acetylfuran verwendet
werden, so wird das oben angegebene Diketon erhalten.
(3j) Herstellung von 1.1,1.7,7,7-Hexadeutero-2,2,6,6-tetra-(methyl-d3)-heptan-3,5-dion
22.4 g Pinacolon-d., in 25 ml Äther werden tropfenweise
unter Rühren einer Suspension von 7,8 g Natriumamid oder 5,6 g Natriumhydrid in 150 ml
Äther zugesetzt. Nach 10 Minuten werden innerhalb 1Z2 Stunde 18,7 g des Phenylesters der Pivalinsäurc-d«,
tropfenweise zugesetzt. Nachdem das Reaktionsgemisch eine weitere 1Z2 Stunde gerührt ist wird es
21 11 Stunden am Rückfluß gekocht, eine weitere Stunde
ohne Wärmezufuhr gerührt und dann auf 70 g Eis und 20 ml konzentrierte Salzsäure gegossen. Die so
erhaltene Aufschlämmung wird mit Äther extrahiert. Die Ätherschichten werden vereinigt und der Äther
wird durch Entspannungseindampfung abgetrennt. Der Rückstand wird im Vakuum destilliert wobei
17 g l,l,l,7,7,7-Hexadeutero-i2,6,6-tetra-(methyl-d3)-heptan-3,5-dion.
Kp. 80 bis 810C bei 20 mm, erhalten werden.
(3k) Herstellung von 1,1,1.4,4,7,7,7-Octadeutero-2,2.6,6-tetra-(methyl-d3Hieptan-3,5-dion
(31) Herstellung von
3-(t-Butylcarbonyl)-campher-d24
100 g Campher-dl6 in 500 ml 1,2-Dimethoxyäthan
werden unter Rühren mit gesteuerter Geschwindigkeit zu 23,4 g Natriumamid oder 16,8 g Natriumhydrid in
100 ml 1,2-Dimethoxyäthan zugegeben, und das Reaktionsgemisch wird auf 85°C erwärmt, bis die
Entwicklung von Ammoniak aufhört. Das Reaktions-
gefäß wird V2 Stunde mit Stickstoff gespült, bis das
gesamte als Nebenprodukt gebildete Ammoniak entfernt ist. Eine Lösung von 28 g Pivalylchlorid-dg in
dem gleichen Volumen 1,2-Dimethoxyäthan wird innerhalb 1Z2 Stunde zugesetzt, und das Reaktions-
gemisch wird dann 18 Stunden bei 85°C gerührt,
gekühlt, auf ein Gemisch von 200 g Eis und 60 ml konzentrierter Salzsäure gegossen, und die so gebildete
Aufschlämmung wird mit Äther extrahiert. Die Ätherschichten werden miteinander vereinigt, der Äther
wird durch Entspannungseindampfung abgetrennt, und überschüssiger Campher-d16 in dem zurückbleibenden
gelben schlammigen Feststoff wird durch Sublimation im Vakuum bei 60°C abgetrennt. Die
zurückbleibende gelbe Flüssigkeit wird im Vakuum
destilliert, wobei 19 g eines blaßgelben flüssigen Produktes, Kp. 90°C bei 1 mm, erhalten werden. Die
zurückgewonnenen 70 g an überschüssigem Campher-d16 können zurückgeführt werden.
J0 (3 m) Herstellung von
3-(Heptafluorpropylcarbonyl)-carnpher-d15
Bei Verwendung von 52 g Heptafluorbutyrylchlorid statt des Pivalylchlorid-d, in der in dem Verfahren 31
beschriebenen Synthese erhält man 3-(Heptafluorpropylcarbonyl)-campher-d15.
(3n) Herstellung von 1,1,1-Trideutero-
2,2-di-(methyl-d3 )-5-( 1 -adamantyl-dI5 )-pentan-3,5-dion
Bei Verwendung des Äthylesters von Adamantan-d15-carbonsäure
statt des Phenylesters von Pivalinsäure-dj in dem Verfahren 3j erhält man 1,1,1-Trideutero-2,2
- di - (methyl - d3) - 5 - (1 - adamantyl - d15) - pentan-3,5-dion.
(3o) Herstellung von 1,1,1,2,2,3,3-Heptafluor-6-( 1 -adamantyl-d,5 )-hexan-4,6-dion
Nach der Synthese des Verfahrens 3 a erhält man be Verwendung von 34,4 g Methyladamantyl-d15-ketor
statt des Pinacolon-d, 1,1,1,2,2.3,3-Heptafluor
6-( l-adamantyl-d,5)-hexan-4,6-dion.
Das Methyladamantyl-d15-keton kann durch über
führung der Adamantan-d15-carbonsäure in das Säure
chlorid, indem man 15 g der Säure 30 Minuten mi
30 ml Thionylchlorid am Rückfluß kocht und an schließend überschüssiges Thionylchlorid abdestil
liert hergestellt werden. Das so hergestellte Säure chlorid wird in 45 ml Benzol einer aquivalentei
Menge an
CH3CH2OCH(CO2CH2CHj)2
Das obige Produkt Kp. 80 bis 8ΓC bei 20 mm. 65 hergestellt durch Umsetzen von Magnesium m
wird nach dem Verfahren 3j unter Verwendung einer Äthylmalonat in einer Benzol/Alkohol-Lösung unte
äquivalenten Men^e an Pmacolon-dI2 statt Pina- Rühren und Kühlen für eine halbe Stunde, zugesetz
colon-d«, erhalten. Das Reaktionsgemisch wird 1 Stunde am Rückflu
gekocht, gekühlt und mit Eis und verdünnter Schwefelsäure versetzt. Die Benzolschicht wird getrocknet,
und Benzol wird durch Entspannungseindampfen abgetrennt. Man erhält 16gÄthyl-3-(l-adamantyl-d15)-3-oxo-propionat.
Dieses Produkt wird mit 32 ml Eisessig, 19 ml Wasser und 3,5 ml konzentrierter Schwefelsäure 4 Stunden am Rückfluß gekocht und
dann gekühlt und auf 190 ml Eiswasser gegossen. Der Niederschlag wird abgetrennt und im Vakuum
getrocknet. Man erhält 11 g Methyladamantyl-d15-keton
vom F. 53 bis 54° C.
(3 p) Herstellung von
1,3-Di-( 1 -adamantyl-d15 )-propan-1,3-dion
Wenn statt des Pinacolon-dq und des Äthylheptafluorbutyrats
in dem Verfahren 3 a äquivalente Mengen an Methyladamantyl-d15-keton bzw. Äthylester
von Adamantan-d15-carbonsäure verwendet werden,
so wird das oben angegebene Produkt erhalten.
Herstellung der transparenten
Verschiebungsreagenzien
Verschiebungsreagenzien
Die Verschiebungsreagenzien werden hergestellt, indem man ein bestimmtes Lanthanidmetall, insbesondere
Europium oder Praseodym, aber auch Sm, Tb, Ho oder Yb, in der Form seines Nitrats mit einem
/i-Diketon in einem schwachbasischen Gemisch von Äthanol und Wasser umsetzt. Die Umsetzung ist an
sich bekannt und in der Literatur beschrieben, und die folgenden Beispiele sind typisch für eine solche
Herstellung.
4,8 g Europiumnitrat in 50 ml 95%igem Äthanol werden in einen 500-ml-Dreihalsrundkolben mit Magnetrührer,
Stickstoffeinlaß, Auslaß für Vakuum und Heizmantel eingebracht. Dann werden weitere 50 ml
95%iges Äthanol und anschließend 26 g 1,1,1-Trideutero
- 2,2 - di - (methyl - d3) - 6,6,7,7,8,8,8 - heptafluoroctan-3,5-dion
und 4 g Natriumhydroxyd in 100 ml 50%igem Äthanol/Wasser zugesetzt. Der Kolben wird verschlossen und evakuiert, und es wird mit dem
Rühren des Gemisches begonnen, und das Rühren wird etwa 2 Stunden fortgesetzt. Das Volumen der Lösung
wird unter Anwendung eines Heizmantels und Vakuum verringert. Dann werden 350 ml destilliertes
Wasser zugesetzt, der Kolben wird verschlossen, und das Reaktionsgemisch wird über Nacht gerührt. Der
Niederschlag wird abfiltriert, mit destilliertem Wasser gewaschen und unter Vakuum getrocknet, wobei man
Tris - [1,1,1 - trideutero - 2,2 - di - (methyl - d,)-6,6,7,7,8,8,8 - heptafluoroctan - 3,5 - dionato] - europium.
F. 200 bis 210 C. erhält.
Wenn statt des im Beispiel 1 verwendeten 1-uropiumnitrats
eine äquivalente Menge an Praseodymnitrat verwendet wird, so wird nach dem gleichen Verfahren
Tris - [1,1,1 - trideutero - 2,2 - di - (methyl - d,|- 6,6.7,7,8.8,8 - heptafluoroctan - 3,5 - dionato] - praseodymium,
F. 215 bis 223 "C, erhalten.
Wenn statt des im Beispiel 1 verwendeten Diketons eine äquivalente Menge an 1.1.1,7,7,7-Hexadeutcro-Z2,6.6-tetra-(methyl-d3)-heptan-3,5-dion
nach dem oben beschriebenen Verfahren mit Europiumnitrat umgesetzt wird, so erhält man Tris-[ 1,1.1.7.7.7-hexadeutero-2,2,6,6-tetra-(methyl-d3)-heptan-3,5-dionato]-europium,
F. 185 bis 1880C.
In entsprechender Weise erhält man durch Umsetzen von Praseodymnitrat mit 1,1,1,7,7,7-Hexadeutero-2,2,6,6-tetra-(methyl-d3
)-heptan-3,5-dion nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren Tris-[1,1,1,7,7,7
- hexadeutero - 2,2,6,6 - tetra - (methyl - d3 )-,ίο
heptan-3,5-dionato]-praseodymium, F. 220 bis 224° C.
Ebenfalls nach dem Verfahren von Beispiel 1 werden das Europiumchelat und das Praseodymchelat des
Diketons 1,1,1,4,4,7,7,7 - Octadeutero - 2,2,6,6 - tetra-(methyl-d3)-heptan-3,5-dion
hergestellt. Der Europiumkomplex schmilzt bei 185 bis 188°C, das Praseodymiumchelat
bei 220 bis 224' C.
B e i s ρ i e 1 6
Wenn statt des im Beispiel 1 verwendeten Diketons eine äquivalente Menge an l,l,l-Trideutero-2,2-di-(methyl-d3
)-5-(2-thienyl)-pentan-3,5-dion verwendet wird, erhält man THs-[1,1,1-trideutero-2,2-di-(methyl
- d3) - 5 - (2 - thienyl) - pentan - 3,5 - dionato]-europium.
Das Praseodymchelat auch dieses Diketons wird nach dem gleichen Verfahren hergestellt, indem Praseodymnitrat
mit dem Diketon nach dem obiMi beschriebenen
Verfahren umgesetzt wird.
Wenn statt des im Beispiel 1 verwendeten Europiumnitrats eine äquivalente Menge an Terbium-η-trat
verwendet wird, so wird nach dem Verfahren von Beispiel 1 Tris-[ 1,1,1-trideutero-2,2-di-(methyl-d3)-6,6,7.7,8,8,8
- heptafluoroctan - 3,5 - dionato] - terbium, F. 190 bis 195" C. erhalten.
Wenn statt des im Beispiel 1 verwendeten Europiumnitrats und des Diketons eine äquivalente Menge an
Terbiumnitrat bzw. 1,1,1,7,7,7-Hexadeutero-2,2,6,6-tetra-(methyI-d3
)-heptan-3,5-dion verwendet wird, erhält man nach dem Verfahren von Beispiel 1
Tris-[l,l,l,7,7,7-hexadeutero-2,2,6,6-tetra-(methyl-d3)-heptan-3,5-dionato]-terbium,
F. 175 bis 179°C.
Entsprechend wird durch Verwendung von Terbiumnitrat statt des Europium- und Praseodymnitrats
von Beispiel 5 Tris-f 1,1,1,4,4,7,7,7-octadeutero-2,2,6,6-tetra-(methyl-d3)-heptan-3,5-dionato]-terbium,
F. 175 bis 179° C. erhalten.
10
Wenn statt des im Beispiel 1 verwendeten Enropium-
nitrats eine äquivalente Menge an Hohnninmitrat
verwendet wird, so erhält man Tris-[ 1,1,1 -trideutero-
12 - di - (methyl - d3) - 6,6.7.7,8,8,8 - heptafinoroctan-
3,5-dionato]-holmium, F. 173 bis 177° C.
nitrats und des Diketons eine äquivalente Menge an
2J2,6,6-tetra-(methyl-d3)-heptan-33-dion verwendet
wird, so erhält man nach dem Verfahren von Beispiel 1
Tris-[l,l,l,7,7,7-hexadeutero-2,2,6,6-tetra-(raethyl-d3)-heptan-3,5-dionato]-hoimium,
F. 180 bis 1820C.
EEtsprechend wird durch Verwendung von Holmiumnitrat
statt des Europium- oder Praseodymnitrats von Beispiel 5 Tris-[l,l,l,4,4,7,7,7-octadeutero-2,2,6,6
- tetra - (methyl - d3) - heptan - 3,5 - dionato]-holmium,
F. 180 bis 182° C, erhalten.
Wenn man statt des Europiumnitrats von Beispiel 1 eine äquivalente Menge an Ytterbiumnitrat verwendet,
so erhält man nach dem Verfahren von Beispiel 1 Tris - [1,1,1 - trideutero - 2,2 - di - (methyl - d3)-6,6,7,7,8,8,8
- heptafluoroctan - 3,5 - dionato] -ytterbium,
F. 125 bis 1300C.
Wenn man statt des Europiumnitrats und des Diketons von Beispiel 1 eine äquivalente Menge an
Ytterbiumnitrat bzw. 1,1,1,7,7,7-Hexadeutero-2,2,6,6-tetra-(methyl-d3
)-heptan-3,5-dion verwendet, so erhält man nach dem Verfahren von Beispiel 1
Tris-[ 1,1, l,7,7,7-hexadeutero-2,2,6,6-tetra-(methyl-d3)-heptan-3,5-dionato]-ytterbium,
F. 167 bis 170" C.
Ebenso erhält man bei Verwendung von Ytterbiumnitrat statt des Europium- oder Praseodymnitrats
von Beispiel 5 Tris-[ 1,1,1,4,4,7,7,7-octadeutero-,
2,2,6,6 - tetra - (methyl - d3) - heptan - 3,5 - dionato]-ytterbium,
F. 167 bis 1700C.
35
Wenn man statt des im Beispiel 1 verwendeten 1,1,1,7,7,7 - Hexadeutero - 2,2,6,6 - tetra - (methyl - d3)-heptan-3,5-dions
eine äquivalente Menge an 3-(t.-Butylcarbonyl)-campherat-d24 verwendet, so
erhält man nach dem Verfahren von Beispiel 1 Tris - [3 -(t. - butylhydroxymethyien)- campherato - d24]-europium.
Wenn man statt des im Beispiel 1 verwendeten Diketons eine äquivalente Menge an Heptafluorpropylcarbonyl-campher-d15
verwendet, so erhält man nach dem Verfahren von Beispiel 1 Tris-[3 - (1,1,1,2,2,3,3 - hexafluorpropylhydroxymethylen)-campherato-d15]-praseodymium.
Nach dem Verfahren von Beispiel 1, jedoch unter Verwendung äquivalenter Mengen an Holmiumnitrat
und 1,1,1 - Trideutero - 2,2 - di - (methyl - d3)-5-(l-adamantyl-dls)-pentan-3,5-dion
statt des im Beispiel 1 verwendeten Europiumnitrats und Diketons erhält man Tris-[l,l,l-trideutero-2,2-di-(methyl-d3)-5-(l-adamantyl-diS)-pentan-3,5-dionato]-holmium.
Wenn man statt des im Beispiel 1 verwendeten Diketons eine äquivalente Menge an 1,1,1,2,2,3,3-Heptafluor-6-(l-adamantyl-d15)-hexan-4,6-dion
verwendet, so erhält man nach dem Verfahren von Beispiel 1 Tris-[l,l,l,2Ä3,3-heptafluor-6-(l-adamantyl-d15)-hexan-4,6-dionato]-europium.
Wenn man statt des im Beispiel 1 verwendeten Diketons äquivalente Mengen an
(20) l-Brom-5,5-di-(methyl-d3 )-3,3,6,6,6-penta-
deuterohexan-2,4-dion,
(21)1 -Chlor-6,6-di-(methyl-d3 )-4,4,7,7,7-penta-
(21)1 -Chlor-6,6-di-(methyl-d3 )-4,4,7,7,7-penta-
deuteroheptan-3,5-dion,
(22) l,l-Dichlor-5,5-di-(methyl-d3)-3,3,6,6,6-pentadeuterohexan-2,4-dion,
(23) 1,2-Dibrom-6,6-di-(methyl-d3 )-4,4,7,7,7-pentadeuteroheptan-3,5-dion,
(24) 1,2- Pentafluor-6,6-di-(methyl-d3 )-4,4,7,7,7-pentadeuteroheptan-3,5-dion,
(25) 1 -Chlor-5,5-di-(methyl-d3 )-3,3,6,6,6-pentadeuterohexan-2,4-dion,
(26) 1,1,1 -Trideutero-2,2-di-(methyl-d3 )-5-(2-fury])-pentan-3,5-dion
und
(27) 1,3-Di-(I -adamantyl-d15)-propan-l,3-dion
verwendet, so erhält man nach dem gleichen Verfahren unter Verwendung von Europiumnitrat bzw. Praseodymnitrat:
Tris - [ 1 - brom - 5,5 - di - (methyl - d3) - 3,3,6,6,6 - pentadeuterohexan-2,4-dionato]-europium
und -praseodym.
Tris - [ 1 - chlor - 6,6 - di - (methyl - d3) - 4,4,7,7,7 - pen tadeuteroheptan-3,5-dionato]-europium
und -praseodym.
CU.y^p
deuterohexan-2,4-diouato]-europium und -praseodym.
deuterohexan-2,4-diouato]-europium und -praseodym.
Tris-[l,2-dibrom-6,6-di-(methyl-d3)-4,4,7,7,7-pentadeuteroheptan-3,5-dionato]-europium
und -praseodym.
Tris - [1,2 - pentafluor - 6,6 - di - (methyl - d3)-4,4,7,7,7
- pentadeuteroheptan - 3,5 - dionato]-europium und -praseodym.
Tris - [ 1 - chlor - 5,5 - di - (methyl - d3) - 3,3,6,6,6 - pen tadeuterohexan-2,4-dionato]-europium
und -praseodym.
B e i s ρ i e 1 26
Tris - [1,1,1 - trideutero - 2,2 - di - (methyl - d3)-5-(2-furyl)-pentan-3,5-dionato]-europium
und -praseodym.
Tris - [1,3 - di - (1 - adamantyl - d15) - propanl,3-dionato]-europium
und -praseodym.
Tris-chelate aller Diketone 20 bis 29 können hergestellt
werden, indem man jedes von ihnen nach dem Verfahren von Beispiel 1 mit Samarium, Terbium,
Holmium und Ytterbium umsetzt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
- Patentansprüche: Tris-chelate der FormelR2O —CCXO —C15R1in der L Europium, Praseodym, Samarium, Terbium. Holmium oder Ytterbium ist, X Wasserstoff oder Deuterium ist, R1 C1 _ ,o-Alkyl oder C6 _ i0- PoIycycloalkyl ist, R2 C,_10-Alkyl oder C^10-PoIycycloalkyl. Thienyl oder Furyl ist. X und R2 in dem Anteili Il c-cX R2miteinander verbunden sein können, so daß sie zusammen mit den Kohlenstoffatomen, an die sie gebunden sind, den 3-Campheryl-d,5-Rest bilden, und R1 und oder R2 mit Deuterium substituiert sind und, wenn nur R1 oder R2 mit Deuterium substituiert ist, der andere dieser Reste Wasserstoff enthält oder vollständig oder teilweise mit Chlor, Brom und/oder Fluor halogeniert ist, und in jedem Fall die Substitution durch Deuterium und Halogen derart ist, daß der Diketonbestandteil des Chelate null bis nicht mehr als fünf Wasserstoffatome enthält.
- 2. Verfahren zur Herstellung der Tris-chelate nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Lanthanoidnitrat der Formel L(NO3)3 mit einem ,»-Diketon der FormelR1 — C — CX,umsetzt, wobei in den obigen Formeln die Symbole L, X, R1 und R2 die in Anspruch 1 angegebenen Bedeutungen mit der Maßgabe haben, daß die angegebene Bedingung des Gehaltes von null bis nicht mehr als fünf Wasserstoffatomen für das obenstehende ,.'-Diketon bzw. den Diketonanteil des Chelats gilt.Es ist bekannt, daß Metalle der seltenen Erden, insbesondere Europium und Praseodym, hervorragend wirksame Verschiebungsrcagcnzicn für die NMR-(kernmagnetische ResonanzJ-Analyse sind (vgl. Rondeau und Si eve rs, J. Am. ehem. Soc. 93 [1971], 1522). Es mußten aber auch Mittel gefunden werden, um diese Metalle in den üblicherweise bei NMR-Analysen verwendeten, organischen Lösungsmitteln löslich zu machen, nicht aber gleichzeitig eine Substanz einzuführen, die selbst NMR-Signale erzeugt und damit diejenigen des zu untersuchenden Substrats stört. So stellte man Komplexe der seltenen Erdmetalle her, die in organischen Lösungsmitteln löslich sind. Es zeigte sich dann aber, daß die Komplexe selbst Signale erzeugen, welche das Lesen der NMR-Spek tren erheblich erschweren. Aus den genannten Untersuchungen von Rondeau und S i e ν e r s ergab sich nun, daß bei Verwendung von teilweise fluorierten Liganden, wie in Eu(fod)3 und PR(fod)3 (fod = 1,1,1,2,2,3,3- Hepta1uoi-7,7-dimethyl-4,6-octandion I. größere Spektral verschiebungen auftreten, als sie mit den früher verwendeten Verschiebungsreagenzien erzielt werden konnten. Diese von Rondeau und S i e ν c r s benutzten Verbindungen wiesen noch erhebliche Nachteile auf. weil die Verbindungen selbst in dem beobachteten Spektralbereich Signale hervorrufen, was die Ablesung erschwert und bei Reihenanalysen im Betrieb natürlich lästig ist. Auch werden Detailspektren der zu untersuchenden Stoffe verlorengehen, wenn eine überlagerung von Signalen des Verschiebungsreagenzes mit denjenigen der zu untersuchenden Substanz eintritt.Aufgabe der Erfindung ist daher die Auffindung von NMR-Verschiebungsreagenzien, die für die Protonen-NMR-Analyse transparent sind, d. h. in den NMR-Spektren sehr geringfügige oder gar keine Signale abgeben und trotzdem gute Löslichkeit und Verschiebungsvermögen behalten. Durch die erfindungsgemäßen, neuen Tris-chelate werden die Nachteile der zum Stand der Technik gehörenden Verschiebungsreagenzien überwunden. Das geschilderte Problem wird dadurch gelöst, daß deuterierte, und zwar in bestimmter Weise deuterierte Chelat-Komplexe /u diesem Zweck verwendet werden. Die neuen Trischelate sind bei der Protonen-Kernmagnetresonanzanalyse transparent oder ergeben, verglichen mit den kleinsten Peaks des /u untersuchenden Substrats, nur verhältnismäßig kleine Peaks.In der oben zitierten Veröffentlichung von Rondeau und S i e ν e r s wird in keiner Weise die Deuterierung der Chelate erwähnt. Es werden dort keine Methoden erörtert, um transparente Verschiebungsreagenzien herzustellen. Das Bedürfnis für eine NMR-Transparenz spielt bei dieser Veröffentlichung keine Rolle. Der Zweck dieser bekannten Untersuchungen war die Herstellung von stabilen Chelat-Komplexen von seltenen Erdmetallen, die bei erhöhten Temperaturen flüchtig sind. Diese Flüchtigkeit sollte dafür ausgenützt werden, gereinigte seltene Erdmetalle durch Gas-Flüssigkcits-Chromatographic zu trennen. Zwar hat S i e ν e r s dann die Verwendung der Lanthanidchclate als Verschiebungsreagenzien erörtert; die von ihm gefundene Verbesserung war jedoch die Verwendung dieser Reagcnzicn zur Überwindung des Signal verbreiternden Effektes, den früher verwendete Verschiebungsreagenzien hervorriefen. Obgleich vom Autor selbst gesagt wird, daß die Laiithanidchclatc in dieser Hinsicht besser sind, weist er doch auch darauf hin. daß der Ligandenanteil selbst die Interpretation des NMR-Spektrums stört, weil sich ein überlagertes Spektrum aus dem zu analysierenden unbekannten Produkt in Gegenwart dieser Lanthanidchclate ergibt.4045
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