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Verfahren zur Herstellung von Diaminderivaten Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von Diaminderivaten der allgemeinen Formel
worin R eine Alkylen-, Cycloalkylen-, Arylen- oder Aralkylengruppe, R1 und R2 Alkylgruppen
mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder zusammen den Rest
R3 und R4 Wasserstoffatome oder Alkylgruppen
mit 1 bis4 Kohlenstoffatomen, Rs eineAlkylengruppe
mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, X ein Sauerstoff-oder Schwefelatom, Me ein Alkalimetallatom
und Y ein Wasserstoffatom oder den Rest
bedeutet, dadurch gekennzeichnet, daß man 1 Mol einer Verbindung der allgemeinen
Formel
entweder mit 1 Mol eines inneren Esters einer 1,3-oder 1,4-Hydroxyalkansulfonsäure,
der 3 bis 6 Kohlenstoffatome enthält, oder mit 1 Mol eines Halogenalkansulfonsäuresalzes
der allgemeinen Formel Hal - - SOsMe III in der Hal ein Halogenatom bedeutet, umsetzt
und die erhaltene Verbindung der allgemeinen Formel
entweder mit einer Verbindung der allgemeinen Formel Y'-R-N=C=X V worin Y' ein Wasserstoffatom
oder den Rest -N=C=X bedeutet, oder in alkalischem Medium mit einer Verbindung der
allgemeinen Formel Y"-R'-NH-CS-S-Alk-Z VI worin Y" ein Wasserstoffatom oder die
Gruppe -NH-CS-S-Alk-Z R' eine Alkylen-, Cycloalkylen- oder Aralkylengruppe, Alk
eine Alkylengruppe und Z eine Sulfonsäure- oder Carboxygruppe bedeutet, zur Reaktion
bringt.
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Die erste Verfahrensstufe wird beispielsweise so durchgeführt, daß
man die in wäßriger Lösung vorliegenden Salze der allgemeinen Formel II mit
einer
äquivalenten Menge eines Salzes der allgemeinen Formel III, z. B. Bromäthansulfonsäure,
Brompropansulfonsäure oder Brombutansulfonsäure, zur Umsetzung bringt und die Reaktion
bei Temperaturen zwischen 0 und 100"C, vorzugsweise 40 bis 60ob, innerhalb weniger
Stunden zu Ende bringt.
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Zweckmäßiger ist es, an Stelle der halogenalkansulfonsauren Salze
innere Ester von 1,3- oder 1.4-Hydroxyalkansulfonsäuren (Sultone), die 3 bis 6 Kohlenstoffatome
enthalten, zu verwenden, z. B.
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1,3-Propansulton oder 1 ,4Butansulton, die ebenfalls bei Temperaturen
unterhalb 60° C ohne Bildung störender Nebenprodukte zu den gewünschten Veresterungsprodukten
führen und den Vorteil haben, daß sich im Reaktionsgut keine später zu entfernenden
Alkalihalogenide bilden. Ganz besonders überraschend und für die Durchführung dieser
Verfahrensstufe von entscheidender Bedeutung ist, daß die freie basische sekundäre
Aminogruppe bei der Reaktion unbeeinflußt bleibt.
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Die zweite Verfahrensstufe, d. h. die Umsetzung der Salze der allgemeinen
Formel IV mit organischen Isocyanaten bzw. Isothiocyanaten der allgemeinen Formel
V, die nach üblichen Methoden durchgeführt wird, verläuft auch im vorliegenden Fall
bei niederen Temperaturen und in befriedigender Weise, besonders wenn man dem wäßrigen
Reaktionsgut geeignete Lösungsvermittler, z. B. wasserlösliche Ketone bei Verwendung
von Isocyanaten oder
wasserlösliche Alkohole bei Verwendung von Senfölen, zusetzt.
Die bei dieser Operation entstehenden sulfonsauren Salze der allgemeinen Formel
1 scheiden sich in der Mehrzahl der Fälle infolge ihrer Schwerlöslichkeit bereits
im Verlauf ihrer Entstehung ab. Zur Reinigung bzw. zur Entfernung gelegentlich mitentstehender
schwerlöslicher Begleitstoffe kann man die Verfahrensprodukte aus wasserhaltigen
Alkoholen umkristallisieren.
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In der zweiten Verfahrensstufe können an Stelle der mitunter schwer
zugänglichen Senföle die wasserlöslichen Dithiocarbaminsäureester der allgemeinen
Formel VI verwendet werden, die sich in alkalischem Medium unter Bildung von Senfölen
aufspalten lassen, welche dann in statu nascendi in Reaktion treten. Diese Arbeitsweise
ist vor allem dann von Bedeutung, wenn Senföle zur Reaktion gebracht werden sollen,
die nur mühsam herzustellen, schwer zu isolieren und überdies auch nur beschränkt
haltbar sind.
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Geeignete wasserlösliche Dithiocarbaminsäureester der allgemeinen
FormelVI sind z. B. solche, die sich von Äthylamin, Butylamin, Hexylamin, Octylamin,
Cyclohexylamin, Benzylamin, 1,3-Propylendiamin oder 1,Hexamethylendiamin ableiten.
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Die Spaltung dieser Dithiocarbaminsäureestersalze in Senföle vollzieht
sich unter der Einwirkung von Alkali, beispielsweise gemäß der nachstehenden Gleichung:
Dithiocarbaminsäureester, die am Stickstoffatom kein freies Wasserstoffatom mehr
besitzen, sind gegenüber Alkali überraschenderweise so beständig daß die in der
ersten Verfahrensstufe gebildeten Zwischenprodukte der allgemeinen Formel IV in
keiner Weise verändert werden, wenn man die Bildung der Senföle im Reaktionsgemisch
vonstatten gehen läßt. Der Umstand, daß alle Reaktionsteilnehmer in Wasser löslich
sind, erleichtert die Arbeitsweise.
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Die gemäß der zweiten Verfahrensstufe erhaltenen Verbindungen der
allgemeinen Formel 1 scheiden sich bei der Endreaktion mitunter schon als solche
aus und können ohne weiteres abfiltriert werden.
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Leichter lösliche Verfahrensprodukte bringt man zweckmäßigerweise
durch Zugabe einer konzentrierten Koch salzlösung zur Abscheidung. Zur Reingewinnung
bzw. zur Abtrennung von anhaftendem Kochsalz empfiehlt es sich, die Salze aus Alkoholen
umzukristallisieren, denen bei schwerlöslichen Salzen gegebenenfalls eine kleine
Menge Wasser zugesetzt werden kann.
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Zur Herstellung der alsAusgangsstoffe verwendeten Verbindungen der
allgemeinen Formel II wird 1 Mol eines Diamins der allgemeinen Formel
z. B. N,N'-Dimethyl-, N,N'-Diäthyk N,N'-Dibutyläthylendiamin, N- Methyl-N'-äthyl
-äthylendiamin, N,N'-Dimethyl-, N,N'-Diäthyl-propylendiamin-( 1,2), N,N' - Dimethyl
- butylendiamin - (2,3), Piperazin, 2-Methylpiperazin, 2,5-Dimethyl-, 2,SDiisopropyl-und
2,iDiisobutylpiperazin, 2, 6-Dimethylpiperazin, 2 -Methyl - 3-propylpiperazin, 2,3,5
-Trimethylpiperazin, 2,5-Dimethyl-3-äthylpiperazin oder 2,3,5, 6Tetramethylpiperazin,
mit 1 Mol Schwefelkohlenstoff in glatter Reaktion und ohne Bildung störender Nebenprodukte
leicht zu einem der meist schwer löslichen und daher leicht isolierbaren inneren
Dithiocarbaminsäuresalze umgesetzt, dem im Fall der Verwendung von Piperazin die
Formel
zukommt (vgl. Berichte Dtsch. Chem. Ges., 24, S. 3241; Berichte, 33, S. 764; Berichte,
29, S. 2527).
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Die in der Literatur mehrfach beschriebene Umsetzung derartiger Diamine
mit Schwefel kohlenstoff erfolgt zweckmäßigerweise unter Verwendung eines geeigneten
Lösungsmittels, z. B. Äther, Alkohol oder Wasser, und vollzieht sich bei guter Durchmischung
schon
bei Raumtemperatur, wobei die inneren Salze in den meisten Fällen weitgehend zur
Abscheidung gelangen.
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Die so erhaltenen inneren Salze werden vorzugsweise ohne vorherige
Isolierung mit Alkalihydroxydlösungen, vorzugsweise Natronlauge, in die Ausgangsstoffe
der allgemeinen Formel II übergeführt.
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Die Verfahrensprodukte der allgemeinen Formel I werden in der Galvanotechnik
verwendet. Es ist bekannt, daß man in der Galvanotechnik den Metallsalzbädern mehrere
organische Verbindungen zusetzt, um dadurch beispielsweise Glanz-, Einebnungs- oder
Porenverhütungseffekte zu erreichen.
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Es bedeutet für die Handhabung der Bäder, besonders hinsichtlich der
analytischen Uberwachung, eine wesentliche Vereinfachung, wenn sich die Zahl dieser
Verbindungen verringern läßt. Produkte,
die im gleichen Molekül galvanisch verschiedenartig
wirkende Gruppen enthalten, waren bisher nicht bekannt.
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Die Verfahrensprodukte enthalten nun die galvanisch wirksame Harnstoff-
bzw. Thioharnstoffgruppierung und die galvanisch wirksame Dithiocarbaminsäureestergruppierung
in ein und demselben Molekül. Mit diesen Sulfonsäuren bzw. ihren Salzen gelingt
es, in galvanischen Metallsalzbädern gleichzeitig Glanz- und Einebnungseffekte zu
erzielen, was bisher nur durch Kombination zweier Verbindungen, die die Gruppen
getrennt enthielten, möglich war.
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Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert. Für die
angegebenen Verfahren zur Herstellung der Ausgangsstoffe der allgemeinen Formel
II wird hier kein Schutz beansprucht.
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Beispiele 1. Natriumsalz der 3-(N'-Phenylthiocarbamyl-piperazinothiocarbonyl-mercapto)-propansulfonsäure
16,2 Gewichtsteile des inneren Salzes der Piperazin-N-dithiocarbonsäure (0,1 Mol),
wie es nach bekannten Vorschriften aus äquivalenten Mengen Piperazin und Schwefelkohlenstoff
erhältlich ist, werden in 450 Volumteilen Wasser suspendiert und durch Zugabe von
50 Volumteilen 2 n-Natronlauge (0,1 Mol) in Lösung gebracht. Zu der nunmehr klaren
Lösung gibt man unter Rühren 12,2 Gewichtsteile 1 ,3-Propansulton (0,1 Mol) und
beendet die Umsetzung durch 2stündiges Erwärmen auf 50"C.
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Nach dem Erkalten setzt man dem Gemisch 500 Volumteile Alkohol zu
und läßt anschließend eine Lösung von 13.6 Gewichtsteilen Phenylsenföl (0,1 Mol)
in 200 Volumteilen Alkohol rasch zufließen. Das sich nach wenigen Minuten abscheidende
Kristalli-
sat wird nach 2stündigem Nachrühren abgesaugt und zur Abtrennung schwerlöslicher
Begleitstoffe mit 500 Volumteilen Wasser ausgekocht. Aus dem heißen Filtrat, dem
man 40 Volumteile konzentrierte Kochsalzlösung zusetzt, scheidet sich beim Erkalten
das gebildete Natriumsalz der 3-(N'-Phenylthiocarbamyl -piperazinothiocarbonyl-mercapto)
-propansulfonsäure in einheitlich kristallisierter Form aus.
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Man erhält 14,7 Gewichtsteile, entsprechend einer Ausbeute von 33,30/0
der Theorie. Das mit 1 Mol Hydratwasser kristallisierende Salz kann durch Umkristallisieren
aus verdünntem Alkohol analysenrein erhalten werden. Mit Kupfersalzen bilden sich
in wäßriger Lösung schwerlösliche Niederschläge.
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2. Natriumsalz der 3-(N'-Phenylcarbamyl-piperazinothiocarbonyl-mercapto)-propansulfonsäure
16,2 Gewichtsteile des inneren Salzes der Piperazin-N-dithiocarbonsäure (0,1 Mol)
werden in 100Volumteilen Wasser suspendiert und durch Zugabe von 50 Volumteilen
2 n-Natronlauge (0,1 Mol) in Lösung gebracht. Nach Einrühren von 12,2 Gewichtsteilen
1,3-Propansulton (0,1 Mol) erwärmt man auf 50"C und hält etwa 3/4 Stunden bei dieser
Temperatur. Auf Zugabe von 13,8 Gewichtsteilen Phenylisocyanat (0,11 Mol) die man
nach dem Erkalten zufügt, scheidet sich in reichlicher Menge ein farbloses Kristallisat
ab, das nach 2stündigem Rühren in der Kälte abgesaugt wird. Zur Abtrennung geringer
Mengen von mitgebildetem Diphenylharnstoff wird
das Kristallisat mit 300 Volumteilen
Wasser ausgekocht und die Lösung mit Kohle behandelt, filtriert und mit der doppelten
Menge heißer konzentrierter Kochsalzlösung versetzt. Das sich beim Erkalten kristallin
ausscheidende Natrium salz der 3 -(N'-Phenylcarbamyl-piperazinothiocarbonyl-mercapto)-propansulfonsäure
(13,1 Gewichtsteile, entsprechend 31,10/0 der Theorie) kann aus der fünffachen Menge
Wasser oder aus verdünntem Alkohol umkristallisiert und auf diese Weise in reiner
Form erhalten werden. So gereinigt enthält das Salz 1 Mol Hydratwasser.
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3. Natriumsalz der 2-(N'-Phenylthiocarbamyl-piperazinothiocarbonyl-mercapto)-äthansulfonsäure
Zu einer Lösung von 16,2 Gewichtsteilen des inneren Salzes der Piperazin-N-dithiocarbonsäure
(0,1 Mol) in 200 Volumteilen 20/obiger Natronlauge (0,1 Mol) gibt man 21,1 Gewichtsteile
des Natriumsalzes der Bromäthansulfonsäure (0,1 Mol) und erwärmt 2 Stunden auf 50"C.
Nach dem Erkalten setzt man 200 Volumteile Alkohol hinzu und anschließend eine Lösung
von 13,6 Gewichtsteilen Phenylsenföl (0,1 Mol) in 50 Volumteilen Alkohol, deren
Zugabe nach wenigen Minuten zu einer reichlichen Abscheidung eines weißen Kristallisates
führt.
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Dieses wird nach 1 stündigem Nachrühren bei Zimmertemperatur abgesaugt
und mit 300 Volumteilen Wasser ausgekocht. Die bei Siedehitze unlöslichen Anteile
(6,1 Gewichtsteile) werden abfiltriert und dem Filtrat - zweckmäßig nach einer Behand-
lung
mit Kohle - 50 Volumteile konzentrierte Kochsalzlösung zugesetzt. Beim Erkalten
scheiden sich 15,7 Gewichtsteile des gebildeten Natriumsalzes der 2- (N' - Phenylthiocarbamyl
-piperazinothiocarbonyl-mercapto)-äthansulfonsäure in kristalliner Form aus. Aus
der alkoholhaltigen Reaktionslösung können nach Verjagen des Alkohols in entsprechender
Weise nochmal 2 Gewichtsteile des Salzes isoliert werden, so daß die Gesamtausbeute
17,7 Gewichtsteile (410/0) beträgt. Das mit 1 Mol Hydratwasser kristallisierende
Salz kann aus der zehn- bis fünfzehnfachen Menge Wasser umkristallisiert und analysenrein
erhalten werden. Mit Kupfersalzen entstehen in wäßriger Lösung unlösliche Niederschläge.
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4. Natriumsalz der 3-(N'-Benzylthiocarbamyl-piperazinothiocarbonyl-mercapto)-propansulfonsäure
Entsprechend den Angaben von Beispiel 2 stellt man, ausgehend von 16,2 Gewichtsteilen
des inneren Salzes der Piperazin-N-dithiocarbonsäure (0,1 Mol) einer adäquaten Menge
Natronlauge (0,1 Mol) und 12.2 Gewichtsteilen I .3-Propansulton (0,1 Mol), eine
wäßrige Lösung des Natriumsalzes der 3-(Piperazinothiocarbonyl - mercapto) - propansulfonsäure
her. In diese Lösung trägt man bei etwa 40"C 32,7 Gewichtsteile des Natriumsalzes
der 3-(N-Benzyldithiocarbamyl-S)-propansulfonsäure (0,1 Mol) ein und fügt anschließend
50 Volumteile 2 n-Natronlauge (0,1 Mol) zu. Das sich nach kurzer Zeit in reichlicher
Menge
abscheidende Kristallisat wird nach 4stündigem Nachrühren bei Zimmertemperatur
abgesaugt und getrocknet. Man erhält 36 Gewichtsteile des Natriumsalzes der 3-(N'-Benzylthiocarbamyl-piperazinothiocarbonyl-mercapto)-propansulfonsäure,
entsprechend einer Ausbeute von 790/0 der Theorie, das zur Reinigung aus der fünfundzwanzigfachen
Menge 800/obigem Alkohol umkristallisiert werden kann.
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Das mit 1 Mol Hydratwasser kristallisierende Salz gibt in wäßriger
Lösung mit Kupfersalzen schwerlösliche Niederschläge.
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5. Dinatriumsalz der Propylen-l ,3-bis-[3'-(N'-thiocarbamyl-piperazinothiocarbonyl-mercapto)-propansulfonsäure]
Entsprechend den Angaben von Beispiel 2 stellt man aus 16,2 Gewichtsteilen des inneren
Salzes der Piperazin -N -dithiocarbonsäure, einer adäquaten Menge 2 n-Natronlauge
und 12.2 Gewichtsteilen 1.3-Propansulton eine 0,1 Mol enthaltende wäßrige Lösung
des Natriumsalzes der 3-(Piperazinothio-
carbonyl-mercapto)-propansulfonsäure her.
Zu dieser Lösung gibt man 28,3 Gewichtsteile des aus 1,3-Propylendiamin, Schwefelkohlenstoff.
Natronlauge und 1.3-Propansulton in bekannter Weise erhältlichen Natriumsalzes der
Propylen-1,3-bis-[3'-(dithiocarbamyl-S)-propansulfonsäure] (0,05 Mol) und anschließend
4
Gewichtsteile ätznatron. Die klare Lösung versetzt man nach 8stündigem Rühren bei
Zimmertemperatur mit 250 Volumteilen gesättigter Kochsalzlösung, wodurch das gebildete
Natriumsalz der Proyplen- 1,3-bis- [3 '-(N'-thiocarbamyl-piperazinothiocarbonyl-mercapto)-propansulfonsäure]
als farb-
loser Niederschlag abgeschieden wird. Das isolierte und auf Ton getrocknete
Salz (18,3 Gewichtsteile) kann zur Reinigung aus verdünnter Koch salzlösung und
anschließend aus etwa 800/oigem Methanol umkristallisiert werden. Gemäß der Analyse
enthält es 2 Mol Hydratwasser. 6. Natriumsalz der 3-(N'-Octylthiocarbamyl-piperazinothiocarbonyl-mercapto)-propansulfonsäure
In eine gemäß den Angaben der vorangehenden Beispiele hergestellte Lösung, die 30,6
Gewichtsteile des Natriumsalzes der 3-(Piperazinothiocarbonyl-mercapto)-propansulfonsäure
(0,1 Mol) in 120Gewichtsteilen Wasser enthält, trägt man unter Rühren 26.4 Gewichtsteile
kristallisierte N-Octyl-dithiocarbamyl-S-essigsäure (0,1 Mol) ein. die in Anlehnung
an bekannte Verfahren aus n-Octylamin durch Umsetzung mit Schwefel kohlenstoff,
Natriumhydroxyd und Chloressigsäure bzw. deren Natriumsalz gewonnen wurde. Anschließend
fügt man dem Reaktionsgut 100 Volumteile 2 n-Natronlauge (0.2 Mol) hinzu, von der
die eine Hälfte zur Neu-
tralisation der eingetragenen Säure. die andere zu deren
Zersetzung benötigt wird. Nach einer Rührzeit von 6 Stunden, innerhalb der man zur
Niederhaltung der Schaumbildung 60 Volumteile Alkohol portionsweise zugegeben hat.
überläßt man das Gemisch 2 Tage sich selbst und isoliert dann das kristallin abgeschiedene
Natriumsalz der 3-(N'-Octhylthiocarbamyl -piperazinothiocarbonyl -mercapto)-propansulfonsäure.
Man erhält 25.4 Gewichtsteile (53°lo der Theorie). Durch Umkristallisieren aus der
fünfzehnfachen Menge von etwas wasserhaltigem Methanol erhält man das mit 1 Mol
Hydratwasser kristallisierende Salz in reiner Form.
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7. Natriumsalz der 3-[N'-Phenylthiocarbamyl-N'-äthyl-aminoäthyl-(N-äthyl)-aminothiocarbonyl-mercapto]-propansulfonsäure
19,2 Gewichtsprozent des inneren Salzes der N, N'- Diäthyi - äthylendiamin - N'
-dithiocarbonsäure (0.I Mol), erhältlich durch 2tägiges Verrühren einer wäßrigen
Mischung äquivalenter Mengen N,N'-Diäthyl-äthylendiamin und Schwefelkohlenstoff,
werden in 70 Volumteilen Wasser aufgeschlämmt. Zu der kräftig gerührten Suspension
gibt man 12,2 Gewichtsteile 1,3-Propansulton (0,1 Mol) und, sobald der Ansatz -
nach etwa einer Stunde - klar geworden ist, der Reihe nach 50 Volumteile 2 n-Natronlauge,
200 Volumteile Alkohol und 13,5 Gewichtsteile Phenylsenföl (0,1 Mol). Das nach 3stündigem
Rühren
bei Zimmertemperatur noch klare Gemisch verdampft man zweckmäßig unter vermindertem
Druck zur Trockne, verreibt den Rückstand mit Aceton und filtriert das hierbei entstandene
Kristallisat ab. Man erhält 25.3 Gewichtsteile (53,70in der Theorie) des eingangs
formulierten Salzes, das gegebenenfalls aus der fünfzehnfachen Menge Alkohol umkristallisiert
werden kann.