CN101801895A - 末端碘化多氟烷烃及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供通式CnF2n+1(CHXCFY)s+p(CF2CF2)t+rI[I](其中,X、Y分别为氢原子或氟原子,其中Y为氟原子时X也为氟原子,n为1~6的整数,s+p为1~5的整数、是CHXCFY基团的数目,t+r为0或1~6的整数、是四氟乙烯骨架的数目)表示的末端碘化多氟烷烃。上述末端碘化多氟烷烃通过使CnF2n+1与含氟烯烃CHX=CFY以及四氟乙烯在过氧化物引发剂的存在下依次进行调聚反应来制备。
Description
技术领域
本发明涉及末端碘化多氟烷烃及其制备方法。更具体地说,涉及使含氟烯烃进行调聚反应而得到的末端碘化多氟烷烃及其制备方法。
背景技术
以全氟烷基碘作为起始原料、使其与偏二氟乙烯进行调聚化的反应已知有用金属或金属络合物作为催化剂来进行的方法。此外,还已知在高温、高压或高温高压的条件下,在自由基发生剂的存在下,进行该调聚反应的方法。为了在这种高温、高压下进行反应,必需大量的能量。此外,由于反应时产生的氢氟酸等导致设备的腐蚀加剧,设备的更新频率增大。另一方面,使用可以耐腐蚀的材质时,由于材料昂贵而不能避免设备变得昂贵。
[专利文献1]日本特开昭60-106533号公报
[专利文献2]日本特开昭60-104023号公报
[非专利文献1]J.Fluorine Chem.70卷215页(1995)
[非专利文献2]J.Fluorine Chem.102卷253页(2000)
有报告指出,上述得到的调聚物末端全氟烷基的碳原子数为8左右的化合物的生物蓄积性高、在环境方面存在问题,今后有可能难以制备、使用。但是,全氟烷基的碳原子数为6以下的化合物的生物蓄积性低。
发明内容
本发明的目的在于,提供使含氟烯烃进行调聚反应而得到的、生物蓄积性低、具有碳原子数为6以下的全氟烷基的末端碘化多氟烷烃及其制备方法。
通过本发明,提供以通式
CnF2n+1(CHXCFY)s+p(CF2CF2)t+rI 〔I〕
(其中,X、Y分别为氢原子或氟原子,其中Y为氟原子时X也为氟原子,n为1~6的整数,s+p为1~5的整数、是CHXCFY基团的数目,t+r为0或1~6的整数、是四氟乙烯骨架的数目)表示的末端碘化多氟烷烃。其中,可以为规定化合物[I]的n、s+p、t+r都通常具有各种值的混合物。
上述末端碘化多氟烷烃是使通式[II]
CnF2n+1(CHXCFY)s+p(CF2CF2)tI 〔II〕
(其中,X、Y分别为氢原子或氟原子,其中Y为氟原子时X也为氟原子,n为1~6的整数,s+p为1~5的整数、是CHXCFY基团的数目,t为0~3的整数、是原料中的四氟乙烯骨架的数目)表示的末端碘化多氟烷烃在过氧化物引发剂的存在下,与四氟乙烯反应,以通式
CnF2n+1(CHXCFY)s+p(CF2CF2)t+rI 〔I〕
(其中,X、Y、n、s+p、t的定义与上述相同,r为1~5、是通过反应加成的四氟乙烯骨架的数目,但是t+r为1~6的整数)表示的末端碘化多氟烷烃的形式制备的。作为化合物[II],还可以使用具有各种n值、s+p值、t值的化合物的混合物。
此外,化合物[II]中t=0的末端碘化多氟烷烃[IV]通过使通式(III)
CnF2n+1I 〔III〕
(其中,n为1~6的整数)表示的全氟碘在过氧化物引发剂的存在下,与通式
CHX=CFY
(其中,X、Y分别为氢原子或氟原子,其中Y为氟原子时X也为氟原子)表示的含氟烯烃进行调聚化反应来制备。此时,通过使得到的
CnF2n+1(CHXCFY)sI
的末端碘化多氟烷烃进一步与上述含氟烯烃反应的2步以上的反应,可以形成末端碘化多氟烷烃
CnF2n+1(CHXCFY)s+pI 〔IV〕。
本发明涉及的末端碘化多氟烷烃,不仅全氟烷基由生物蓄积性低的碳原子数为6以下的烷基构成,分子中还存在CHXCFY基团,因此容易脱HF化形成双键,其受到臭氧分解而易分解,因此对环境的防碍少。
此外,从其用途方面考虑,可以使其末端碘基转换为末端-OH基,进而使该末端-OH基与(甲基)丙烯酸反应形成末端(甲基)丙烯酸酯,由于它们可以形成表面活性剂、防水防油剂、表面改性剂等,末端碘化多氟烷烃可以有效地用作这些衍生物化合物的合成原料。
具体实施方式
作为末端碘化多氟烷烃[I]的合成原料的末端碘化多氟烷烃[II]是通过使通式
CnF2n+1I 〔III〕
n:1~6的整数
表示的全氟烷基碘在过氧化物引发剂的存在下与含氟烯烃反应得到通式
CnF2n+1(CHXCFY)s+pI 〔IV〕
s+p:是CHXCFY基团的数目、为1~5
表示的末端碘化多氟烷烃,以该末端碘化多氟烷烃作为起始原料,使其在过氧化物引发剂的存在下与四氟乙烯反应来得到。
作为具体的全氟烷基碘[III],可以举出下述化合物。
CF3I
CF3CF2I
CF3(CF2)2I
CF3(CF2)3I
CF3(CF2)4I
CF3(CF2)5I
作为与上述全氟烷基碘反应的含氟烯烃,可以举出通式
CHX=CFY 〔V〕
表示的化合物,其中,X,Y分别为氢原子或氟原子,其中Y为氟原子时X也为氟原子。具体地说可以举出氟乙烯、1,2-二氟乙烯、三氟乙烯等。
作为分别在含氟烯烃CHX=CFY的调聚化反应以及接下来进行的四氟乙烯的调聚化反应中使用的过氧化物引发剂,例如使用过氧化二叔丁基、二(4-叔丁基环己基)过氧化二碳酸酯、二鲸蜡基过氧化二碳酸酯、二正丙基过氧化二碳酸酯、二异丙基过氧化二碳酸酯、二仲丁基过氧化二碳酸酯等。从反应的进行性和控制性的观点考虑,这些有机过氧化物引发剂相对于上述全氟烷基碘[III]或末端碘化化合物[IV]分别以约0.05~0.5摩尔%、优选约0.1~0.25摩尔%的比率使用。
含氟烯烃调聚化产物[IV]为具有各种s+p值的混合物,具有特定的s+p值的含氟烯烃的调聚产物可以通过蒸馏混合物来分离。不具有规定的s+p值的低聚物可以将其分离或直接以混合物的方式用于再次与含氟烯烃的调聚反应中。
含氟烯烃调聚化产物
CnF2n+1(CHXCFY)s+pI 〔IV〕
在过氧化物引发剂的存在下与四氟乙烯进行调聚化反应,由此得到末端碘化多氟烷烃
CnF2n+1(CHXCFY)s+p(CF2CF2)tI 〔II〕
t:0~3
产物[II]可以为含有t=0的混合物。
本发明的目的产物末端碘化多氟烷烃[I]是通过使作为其合成原料的末端碘化多氟烷烃[II]在过氧化物引发剂的存在下,与四氟乙烯[TFE]进一步进行调聚化反应来得到。作为在TFE的调聚化反应中使用的过氧化物引发剂,可以以同样的比率使用上述有机过氧化物引发剂。
CnF2n+1(CHXCFY)s+p(CF2CF2)t+rI 〔I〕
t+r:1~6
(r为加成的TFE骨架的数目)
含氟烯烃CHX=CFY和四氟乙烯的调聚反应温度取决于所使用的引发剂的分解温度,但是通过使用在低温下分解的过氧化物引发剂,例如二(4-叔丁基环己基)过氧化二碳酸酯,即使在低压条件下于80℃下也可以进行反应。可以在低温下进行反应不仅能减少能量的用量,而且可以抑制设备内由于氢氟酸等所导致的腐蚀,减少设备的更新频率。进一步地,由于可以使用更廉价的材料,可以减少更新频率的同时,使设备投资费廉价。
含氟烯烃CHX=CFY以及接下来进行的四氟乙烯的调聚化反应如下进行:将全氟烷基碘[III]或末端碘化多氟烷烃[IV]、[II]加入到高压釜内,使其内部温度升温至约10~60℃、例如50℃后,向其中加入溶解在全氟烷基碘[III]或末端碘化多氟烷烃[IV]、[II]中的过氧化物类引发剂,内部温度例如达到55℃后,保持约0.1~10MPa的压力的同时分批添加(分添)含氟烯烃CHX=CFY或四氟乙烯,分批添加所需量之后,例如在约55~80℃之间的温度下熟化约1小时左右。通过反应加成的含氟烯烃CHX=CFY或四氟乙烯骨架的数目p或r被上述添加量所左右。其中,得到的产物通常形成各种s+p值或t+r值的混合物。
作为最终产物的具体的末端碘化多氟烷烃[I],可以举出下述化合物。
C2F5(CHFCF2)(CF2CF2)I
C2F5(CHFCF2)(CF2CF2)2I
C2F5(CHFCF2)2(CF2CF2)I
C2F5(CHFCF2)2(CF2CF2)2I
C4F9(CHFCF2)(CF2CF2)I
C4F9(CHFCF2)2(CF2CF2)I
C4F9(CHFCF2)(CF2CF2)2I
C4F9(CHFCF2)2(CF2CF2)2I
C2F5(CH2CHF)(CF2CF2)I
C2F5(CH2CHF)(CF2CF2)2I
C2F5(CH2CHF)2(CF2CF2)I
C2F5(CH2CHF)2(CF2CF2)2I
C4F9(CH2CHF)(CF2CF2)I
C4F9(CH2CHF)2(CF2CF2)I
C4F9(CH2CHF)(CF2CF2)2I
C4F9(CH2CHF)2(CF2CF2)2I
C2F5(CHFCHF)(CF2CF2)I
C2F5(CHFCHF)(CF2CF2)2I
C2F5(CHFCHF)2(CF2CF2)I
C2F5(CHFCHF)2(CF2CF2)2I
C4F9(CHFCHF)(CF2CF2)I
C4F9(CHFCHF)2(CF2CF2)I
C4F9(CHFCHF)(CF2CF2)2I
C4F9(CHFCHF)2(CF2CF2)2I
四氟乙烯的调聚反应产物[I]为具有各种t+r值的末端碘化多氟烷烃的混合物,具有特定t+r值的末端碘化多氟烷烃可以通过蒸馏混合物来分离。不具有规定t+r值的末端碘化多氟烷烃可以将其分离或直接以混合物的形式用于再次与四氟乙烯的调聚反应中。
接着,参照实施例对本发明进行说明。
实施例1
将全氟丁基碘C4F9I(纯度82.9%)500g加入到容量1200ml的高压釜中,使其内部温度升温至50℃后,加入溶解在C4F9I 50g中的二(4-叔丁基环己基)过氧化二碳酸酯引发剂(Kayaku Akzo Co.,Ltd制品Percadox16)0.75g(0.13摩尔%),内部温度达到55℃之后,保持0.5~0.7MPa压力的同时分批添加274g三氟乙烯后,在55~70℃下熟化1小时结束反应。反应结束后进行冷却,回收625g的产物。
此外,对于得到的产物,在塔顶温度62℃、压力7.5kPa的条件下通过蒸馏进行分离,得到CF3(CF2)3(CHFCF2)I(纯度99.5%)232g。得到的纯化反应产物由1H-NMR和19F-NMR的结果确认为下式所示的化合物,将其用作实施例2和3的反应原料。
CF3CF2CF2CF2(CHFCF2)I
1H-NMR(CDCl3、TMS):δ3.61(CHFCF2)
19F-NMR(CDCl3、C6F6):ppm-81.9(CF 3 CF2)
-126.9(CF3CF 2 )
-124.4(CF2CF 2 CF2)
-117.7(CF2CF2CF 2 )
-113.8(CHFCF2)
-49.3(CHFCF 2 )
实施例2
将CF3(CF2)3(CHFCF2)I(纯度99.5%)800g加入到容量1200ml的高压釜中,使其内部温度升温至50℃后,加入溶解在CF3(CF2)3(CHFCF2)I100g中的过氧化物类引发剂(Percadox 16)1.35g(0.15摩尔%),内部温度达到55℃之后,保持0.2~0.3MPa压力的同时分批添加150g四氟乙烯后,在55~75℃下熟化1小时结束反应。反应结束后进行冷却,回收1010g的产物。
此外,对于得到的产物,在塔顶温度75℃、压力2.5kPa的条件下通过蒸馏进行分离,得到CF3(CF2)3(CHFCF2)(CF2CF2)I(纯度99.4%)314g。得到的纯化反应产物由1H-NMR和19F-NMR的结果确认为下式所示的化合物,将其用作实施例3的反应原料。
CF3CF2CF2CF2(CHFCF2)CF2CF2I
1H-NMR(CDCl3、TMS):δ3.09(CHFCF2)
19F-NMR(CDCl3、C6F6):ppm-82.0(CF 3 CF2)
-127.0(CF3CF 2 )
-124.2(CF2CF 2 CF2)
-117.4(CF2CF2CF 2 )
-121.8(CHFCF2)
-112.5(CHFCF 2 )
-116.5(CF 2 CF2I)
-59.9(CF2CF 2 I)
实施例3
将CF3(CF2)3(CHFCF2)I(纯度99.5%)与CF3(CF2)3(CHFCF2)(CF2CF2)I(纯度99.4%)的混合物(重量比34.3∶65.0)800g加入到容量1200ml的高压釜中,使其内部温度升温至50℃后,加入溶解在这种混合组成的混合物300g中的过氧化物类引发剂(Percadox 16)1.68g(0.18摩尔%),内部温度达到55℃之后,保持0.2~0.3MPa压力的同时分批添加150g四氟乙烯后,在55~75℃下熟化1小时结束反应。反应结束后进行冷却,回收1208g的混合产物。
此外,对于得到的产物,通过蒸馏进行分离,得到CF3(CF2)3(CHFCF2)I(纯度99.8%)149g、CF3(CF2)3(CHFCF2)(CF2CF2)I(纯度99.6%)515g和CF3(CF2)3(CHFCF2)(CF2CF2)2I(纯度99.3%)263g。通过蒸馏进行的分离,对于CF3(CF2)3(CHFCF2)I和CF3(CF2)3(CHFCF2)(CF2CF2)I在上述各蒸馏条件下进行,对于CF3(CF2)3(CHFCF2)(CF2CF2)2I在塔顶温度93℃、压力0.8kPa的蒸馏条件下进行。得到的纯化反应产物CF3(CF2)3(CHFCF2)(CF2CF2)2I由1H-NMR和19F-NMR的结果确认为下式所示的化合物。
CF3CF2CF2CF2(CHFCF2)CF2CF2CF2CF2I
1H-NMR(CDCl3、TMS):δ3.11(CHFCF2)
19F-NMR(CDCl3、C6F6):ppm-82.1(CF 3 CF2)
-127.1(CF3CF 2 )
-124.1(CF3CF2CF 2 CF2)
-117.7(CF3CF2CF2CF 2 )
-122.8(CHFCF2)
-117.9(CHFCF 2 )
-122.3(CF 2 CF2CF2CF2I)
-124.2(CF2CF 2 CF2CF2I)
-115.3(CF2CF2CF 2 CF2I)
-60.8(CF2CF2CF2CF 2 I)
通过以上的各实施例得到的产物通过气相色谱(GC)得到的分析结果表示为具有下述表1中的各种n值、s(+p)值、t(+r)值的通式CnF2n+1(CHFCF2)s(+p)(CF2CF2)t(+r)I所示化合物的GC%(由峰面积算出)。
表1
注)C6F13H(CF3CF2CF2CF2CF2CF2H)为原料C4F9I中含有的杂质,是沸点与C4F9I接近而难以分离的物质,但是由于不参与反应,因此不分离而用于接下来的反应中。
实施例4
将全氟丁基碘C4F9I(纯度82.9%)500g加入到容量1200ml的高压釜中,使其内部温度升温至50℃后,加入溶解在C4F9I 50g中的过氧化物类引发剂(Percadox 16)0.75g(0.13摩尔%),内部温度达到55℃之后,保持0.5~0.7MPa压力的同时分批添加155g氟乙烯后,在55~70℃下熟化1小时结束反应。反应结束后进行冷却,回收529g的产物。
此外,对于得到的产物,在塔顶温度53℃、压力7.5kPa的条件下通过蒸馏进行分离,得到CF3(CF2)3(CH2CHF)I(纯度99.5%)276g。得到的纯化反应产物由1H-NMR和19F-NMR的结果确认为下式所示的化合物,将其用作实施例5和6的反应原料。
CF3CF2CF2CF2(CH2CHF)I
1H-NMR(CDCl3、TMS):δ2.82(CH 2 CHF)
3.41(CH2CHF)
19F-NMR(CDCl3、C6F6):ppm-81.9(CF 3 CF2)
-126.7(CF3CF 2 )
-125.7(CF2CF 2 CF2)
-111.8(CF2CF2CF 2 )
-27.7(CH2CHF)
实施例5
将CF3(CF2)3(CH2CHF)I(纯度99.5%)800g加入到容量1200ml的高压釜中,使其内部温度升温至50℃后,加入溶解在CF3(CF2)3(CH2CHF)I100g中的过氧化物类引发剂(Percadox 16)1.35g(0.15摩尔%),内部温度达到55℃之后,保持0.2~0.3MPa压力的同时分批添加140g四氟乙烯后,在55~75℃下熟化1小时结束反应。反应结束后进行冷却,回收974g的产物。
此外,对于得到的产物,在塔顶温度67℃、压力2.7kPa的条件下通过蒸馏进行分离,得到CF3(CF2)3(CH2CHF)(CF2CF2)I(纯度99.4%)328g。得到的纯化反应产物由1H-NMR和19F-NMR的结果确认为下式所示的化合物,将其用作实施例6的反应原料。
CF3CF2CF2CF2(CH2CHF)CF2CF2I
1H-NMR(CDCl3、TMS):δ2.28(CH 2 CHF)
2.89(CH2CHF)
19F-NMR(CDCl3、C6F6):ppm-82.0(CF 3 CF2)
-126.8(CF3CF 2 )
-125.5(CF2CF 2 CF2)
-111.5(CF2CF2CF 2 )
-110.9(CH2CHF)
-117.2(CF 2 CF2I)
-58.4(CF2CF 2 I)
实施例6
将CF3(CF2)3(CH2CHF)I(纯度99.5%)与CF3(CF2)3(CH2CHF)(CF2CF2)I(纯度99.4%)的混合物(重量比35.1∶64.3)800g加入到容量1200ml的高压釜中,使其内部温度升温至50℃后,加入溶解在这种混合组成的混合物300g中的过氧化物类引发剂(Percadox 16)1.68g(0.18摩尔%),内部温度达到55℃之后,保持0.2~0.3MPa压力的同时分批添加140g四氟乙烯后,在55~75℃下熟化1小时结束反应。反应结束后进行冷却,回收1177g的混合产物。
此外,对于得到的产物,通过蒸馏进行分离,得到CF3(CF2)3(CH2CHF)I(纯度99.7%)139g、CF3(CF2)3(CF2CHF)(CF2CF2)I(纯度99.6%)541g和CF3(CF2)3(CH2CHF)(CF2CF2)2I(纯度99.4%)240g。通过蒸馏进行的分离,对于CF3(CF2)3(CH2CHF)I和CF3(CF2)3(CH2CHF)(CF2CF2)I在上述各蒸馏条件下进行,对于CF3(CF2)3(CH2CHF)(CF2CF2)2I在塔顶温度89℃、压力1.0kPa的蒸馏条件下进行。得到的纯化反应产物CF3(CF2)3(CH2CHF)(CF2CF2)2I由1H-NMR和19F-NMR的结果确认为下式所示的化合物。
CF3CF2CF2CF2(CH2CHF)CF2CF2CF2CF2I
1H-NMR(CDCl3、TMS):δ2.39(CH 2 CHF)
2.99(CH2CHF)
19F-NMR(CDCl3、C6F6):ppm-82.1(CF 3 CF2)
-126.9(CF3CF 2 )
-125.4(CF3CF2CF 2 CF2)
-111.8(CF3CF2CF2CF 2 )
-112.4(CH2CHF)
-123.2(CF 2 CF2CF2CF2I)
-124.9(CF2CF 2 CF2CF2I)
-116.0(CF2CF2CF 2 CF2I)
-59.3(CF2CF2CF2CF 2 I)
通过以上的各实施例得到的产物通过气相色谱(GC)得到的分析结果表示为具有下述表1中的各种n值、s(+p)值、t(+r)值的通式CnF2n+1(CH2CHF)s(+p)(CF2CF2)t(+r)I所示化合物的GC%(由峰面积算出)。
表2
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.通式[I]表示的末端碘化多氟烷烃,
CnF2n+1(CHXCFY)s+p(CF2CF2)t+rI 〔I〕
(其中,X、Y分别为氢原子或氟原子,其中Y为氟原子时X也为氟原子,n为1~6的整数,s+p为1~5的整数、是CHXCFY基团的数目,t+r为1~6的整数、是四氟乙烯骨架的数目)。
2.如权利要求1所述的末端碘化多氟烷烃,其是具有各种n值、s+p值、t+r值的化合物的混合物。
3.通式[I]表示的末端碘化多氟烷烃的制备方法,
CnF2n+1(CHXCFY)s+p(CF2CF2)t+rI 〔I〕
(其中,X、Y、n、s+p、t的定义与下述相同,r为1~5、是通过反应加成的四氟乙烯骨架的数目,其中t+r为1~6的整数),
其特征在于,使通式[II]表示的末端碘化多氟烷烃在过氧化物引发剂的存在下与四氟乙烯反应,
CnF2n+1(CHXCFY)s+p(CF2CF2)tI 〔II〕
(其中,X、Y分别为氢原子或氟原子,其中Y为氟原子时X也为氟原子,n为1~6的整数,s+p为1~5的整数、是CHXCFY基团的数目,t为0~3的整数、是原料中的四氟乙烯骨架的数目)。
4.如权利要求3所述的末端碘化多氟烷烃的制备方法,其中,用具有各种n值、s+p值、t值的混合物作为化合物[II]。
5.如权利要求3所述的末端碘化多氟烷烃的制备方法,其中,在80℃以下的温度下进行反应。
Claims (7)
1.通式[I]表示的末端碘化多氟烷烃,
CnF2n+1(CHXCFY)s+p(CF2CF2)t+rI 〔I〕
(其中,X、Y分别为氢原子或氟原子,其中Y为氟原子时X也为氟原子,n为1~6的整数,s+p为1~5的整数、是CHXCFY基团的数目,t+r为0或1~6的整数、是四氟乙烯骨架的数目)。
2.如权利要求1所述的末端碘化多氟烷烃,其是具有各种n值、s+p值、t+r值的化合物的混合物。
3.通式[I]表示的末端碘化多氟烷烃的制备方法,
CnF2n+1(CHXCFY)s+p(CF2CF2)t+rI 〔I〕
(其中,X、Y、n、s+p、t的定义与下述相同,r为1~5、是通过反应加成的四氟乙烯骨架的数目,其中t+r为1~6的整数),
其特征在于,使通式[II]表示的末端碘化多氟烷烃在过氧化物引发剂的存在下与四氟乙烯反应,
CnF2n+1(CHXCFY)s+p(CF2CF2)tI 〔II〕
(其中,X、Y分别为氢原子或氟原子,其中Y为氟原子时X也为氟原子,n为1~6的整数,s+p为1~5的整数、是CHXCFY基团的数目,t为0~3的整数、是原料中的四氟乙烯骨架的数目)。
4.如权利要求3所述的末端碘化多氟烷烃的制备方法,其中,用具有各种n值、s+p值、t值的混合物作为化合物[II]。
5.如权利要求3所述的末端碘化多氟烷烃的制备方法,其中,在80℃以下的温度下进行反应。
6.通式[IV]表示的末端碘化多氟烷烃的制备方法,
CnF2n+1(CHXCFY)s+pI 〔IV〕
(其中,X、Y的定义与下述相同,s+p为1~5的整数),
其特征在于,使通式[III]
CnF2n+1I 〔III〕
(其中,n为1~6的整数)表示的全氟烷基碘在过氧化物引发剂的存在下,与通式
CHX=CFY
(其中,X、Y分别为氢原子或氟原子,其中Y为氟原子时X也为氟原子)表示的含氟烯烃进行反应。
7.如权利要求6所述的末端碘化多氟烷烃的制备方法,其中,在80℃以下的温度下进行反应。
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