CN103012310A - 一种噻唑类化合物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种如式II所示的噻唑类化合物的制备方法,其包括下列步骤:反应温度为30~80℃时,在无水极性溶剂中,以亚硝酸烷基酯R3NO2为重氮化试剂,将式I化合物进行重氮化去氨基反应,生成式II化合物。本发明还提供了一种如式IV所示的噻唑类化合物的制备方法,其包括下列步骤:按上述方法制备得式II化合物,将式II化合物中的酯基转换为醛基,即制得式IV化合物。本发明所述的制备方法,反应条件温和,操作简便,副产物较少,反应摩尔体积较小,后处理简单,溶剂用量节约,适合于工业化生产并对环境友好;并能制得高产率、高纯度的头孢托仑酯关键中间体4-甲基-5-甲酰基噻唑。
Description
技术领域
本发明涉及药物合成领域,具体涉及一种噻唑类化合物(4-烷基-5-烷氧甲酰基噻唑及4-烷基-5-甲酰基噻唑)的制备方法。
背景技术
4-甲基-5-甲酰基噻唑是合成第三代头孢类抗菌药物头孢托仑酯(cefditoren pivoxil)的重要侧链,它们的分子结构如下式IV化合物、式V化合物。头孢托仑酯由明治制果公司研制,于1994年以Meiact的商品名在日本上市。头孢托仑酯对革兰阳性菌及革兰阴性菌具有广泛抗菌谱。该专利2004年到期,在中国没有行政保护。
日本文献Chemical and Pharmaceutical Bulletin;vol.39;nb.9;(1991);p.2433-2436报道了头孢托仑酯的全合成方法,但其中直接将4-甲基-5-甲酰基噻唑作为原料用于反应中。
文献Journal of Organic Chemistry;vol.25;(1960);p.1336-1342报道了一种合成4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑的合成方法。该方法用硫代甲酰胺(式VI)与2-氯乙酰乙酸乙酯(式VII)缩合生成2-巯基-4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑(式VIII),然后用双氧水氧化脱去2位上的巯基得4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑。上述方法因原料硫代甲酰胺价格昂贵,易分解且分解产物氰化氢毒性高而受管制,导致生产成本高而不适合工业化生产。其反应如下式所示:
美国专利US 6,277,871B1公开了一种4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑的合成方法,该方法按照常规的重氮化脱氨基反应,首先将2-氨基-4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑溶于浓硫酸中,然后滴加亚硝酸钠水溶液,使2-氨基-4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑形成硫酸重氮盐,然后滴加50%(wt)H3PO2水溶液,生成大量泡沫状物,反应完成后用磷酸钾水溶液调节水溶液体系pH至4~5,后用乙酸乙酯萃取,浓缩后减压蒸馏得到产物4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑。上述方法因重氮盐脱氨基过程中产生大量气泡,反应体系过大导致后处理繁琐,且反应在水溶液中进行,易生成2-羟基-4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑(式IX)或聚合产物导致4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑产率降低,导致本法亦不适合工业化生产。
有鉴于此,就需要发展一种操作简便、反应摩尔体积较小、后处理简单、产率较高、成本低且易于工业化生产的4-烷基-5-烷氧甲酰基噻唑及4-烷基-5-甲酰基噻唑的制备方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于:为了克服现有制备4-烷基-5-烷氧甲酰基噻唑的反应中,反应摩尔体积过大,副产物多,产率较低,后处理复杂,原料价格昂贵导致的成品价格高,不利于工业化生产和环境保护的缺陷,提供了一种4-烷基-5-烷氧甲酰基噻唑及4-烷基-5-甲酰基噻唑的制备方法。该方法反应条件温和,操作简便,副产物较少,反应摩尔体积较小,后处理简单,溶剂用量节约,适合于工业化生产并对环境友好;并能制得高产率、高纯度的4-烷基-5-烷氧甲酰基噻唑及头孢托仑酯关键中间体4-甲基-5-甲酰基噻唑。
本发明提供了一种如式II所示的噻唑类化合物(4-烷基-5-烷氧甲酰基噻唑)的制备方法,其包括下列步骤:反应温度为30~80℃,在无水极性溶剂中,以亚硝酸烷基酯R3NO2为重氮化试剂,将式I化合物进行重氮化去氨基反应,生成式II化合物;其中,R1为氢或C1~C3的直链或支链烷基,R2为甲基、乙基、正丙基或异丙基,R3为C2~C8的直链或支链烷基;所述的无水极性溶剂为无水N,N-二甲基甲酰胺,无水N,N-二甲基乙酰胺,无水乙腈,无水四氢呋喃,无水二氧六环和无水1,1,3,3-四甲基脲中的一种或多种。
其中,所述的反应步骤较佳的为:反应温度为30~80℃,将无水极性溶剂和亚硝酸烷基酯R3NO2的混合液,与无水极性溶剂和式I化合物的混合液进行重氮化去氨基反应,生成式II化合物;所述的反应步骤更佳的为:反应温度为30~80℃,将无水极性溶剂与式I化合物的混合液加入无水极性溶剂和亚硝酸烷基酯R3NO2的混合液中,进行重氮化去氨基反应,生成式II化合物。所述的无水极性溶剂与式I化合物的混合液中的无水极性溶剂,与所述的无水极性溶剂和亚硝酸烷基酯R3NO2的混合液中的无水极性溶剂可相同也可不同。
其中,所述的反应温度较佳的为40~80℃,更佳的为60~70℃。所述的重氮化去氨基反应的时间进程可用TLC监测至不再反应为止,一般反应时间范围为10min到8h,较佳的为10min到5h,更佳的为30min~1h,最佳的为1h。本发明所述的重氮化去氨基反应能够在温和的条件下进行。
其中,所述的R1较佳的为甲基;R2较佳的为乙基。
其中,所述亚硝酸烷基酯R3NO2为现有技术中一种常规的用于重氮化脱氨基反应的重氮化试剂,R3较佳的为正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基或异戊基,更佳的为异丙基、正丁基或叔丁基,最佳的为叔丁基。
本发明中,较佳的为R1为甲基,R2为乙基且R3为叔丁基。
本发明中,所述的亚硝酸烷基酯R3NO2的用量,可根据本领域此类重氮化反应中的重氮化试剂的用量进行选择,如可参照文献J.Org.Chem.,Vol.42,No.22,1977,较佳的为式I化合物摩尔量的1.5~5倍,更佳的为1.5~2倍。
本发明中,所述的无水极性溶剂较佳的为无水N,N-二甲基甲酰胺或无水N,N-二甲基乙酰胺,更佳的为无水N,N-二甲基甲酰胺。
本发明中,所述的无水极性溶剂的用量,可在保证反应能够进行的前提下,根据本领域的常规方法进行选择,较佳的为5~40ml/g式I化合物,更佳的为8~30ml/g式I化合物,最佳的为10.8ml/g式I化合物。或者,可参考文献J.Org.Chem.,Vol.42,No.22,1977。
本发明中,所述的重氮化去氨基反应结束后,采用的后处理方法为此类反应的常规后处理方法,如可按照参考文献J.Org.Chem.,Vol.42,No.22,1977及美国专利US 6,277,871B1进行后处理,较佳的为:将反应体系在冰浴条件下用水稀释,然后加入乙酸乙酯,使乙酸乙酯层和含其他极性溶剂的水层分离,分出有机层;有机层用水洗后分出有机层,浓缩有机层,然后减压蒸馏,即得如式II化合物4-烷基-5-烷氧甲酰基噻唑;所述的浓缩温度为常规浓缩所述的有机溶剂的温度,较佳的为40~50℃;所述的减压蒸馏可在适当的温度与压强条件下收集馏分,较佳的在76~78℃时,压强为1mmHg收集馏分。
上述本发明的反应机理推测如下:
本发明还提供了一种如式IV所示的噻唑类化合物(4-烷基-5-甲酰基噻唑)的制备方法,其包括下列步骤:按上述制备方法制得式II化合物,将式II化合物中的酯基转换为醛基,即制得4-烷基-5-甲酰基噻唑(化合物IV);所述的R1、R2和R3的定义同前所述。
其中,所述的将酯基转换为醛基的方法可先将酯基还原为羟甲基,再将羟甲基氧化为醛基,如可参照美国专利US 6,277,871B1及王哲清,中国医药工业杂志2000,31,(1)中的方法进行。
本发明中,在不违背本领域常识的基础上,上述各优选条件可任意组合,即得本发明各较佳实例。
本发明的原料和试剂均市售可得,其中亚硝酸烷基酯R3NO2可实验室现场制备。
本发明的积极进步效果在于:
(1)本发明中利用亚硝酸烷基酯R3NO2进行重氮化去氨基反应,大大简化了操作过程,从式I化合物一步制得式II化合物,大幅度降低反应成本,反应条件温和,摩尔体积较小,溶剂用量节约,后处理较简便,产率较高,有利于工业生产和环境保护。
(2)本发明的重氮化去氨基反应能获得高产率、高纯度的式II化合物。
(3)本发明的式II化合物的制备方法不受式I化合物种类的限制,能够适用于各类式I化合物的重氮化去氨基反应,使用范围广泛,尤其当R1为甲基,R2为乙基及R3为叔丁基时,效果更佳。
(4)由本发明制得的式II化合物,可进一步用来制备头孢托仑酯关键中间体如式IV所示的4-甲基-5-甲酰基噻唑,并能够得到一系列高产率、高纯度的4-烷基-5-甲酰基噻唑。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明,但本发明并不受其限制。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,按照常规方法和条件,或按照商品说明书选择。
所述的亚硝酸烷基酯R3NO2可根据文献:Organic Syntheses,Coll.Vol.2,p.108(1943);Vol.16,p.7(1936)的制备方法制得。
实施例1 制备亚硝酸叔丁酯
在装有搅拌器和温度计的250ml三口反应瓶中加入38.0g(0.55mol)亚 硝酸钠和150ml水,将反应瓶置于冰盐浴下搅拌,使溶液温度降至0℃。将10ml水,13.6ml(25.0g,0.25mol)98%浓硫酸(密度1.84g/ml),45.7ml叔丁醇(37.0g,0.5mol)混合后预冷至0℃,然后将其慢慢滴加到上述亚硝酸钠溶液中,控制温度在±1℃,整个滴加过程需1-1.5h,滴加完后反应1-2h。
反应完成后,冰盐浴下静置分层,将溶液倾至分液漏斗并除去少量固体硫酸钠,分出上层淡黄色有机层。有机层用100ml含2g碳酸氢钠和25g氯化钠的水溶液洗涤两次(每次50ml),用无水硫酸钠干燥,过滤除去无水硫酸钠,得26g淡黄色澄清油状液体即为亚硝酸叔丁酯,产率50.5%。
实施例2 制备亚硝酸正丁酯
在250ml三口瓶中加入38g亚硝酸钠和150ml水,溶解后降温至-5-0℃。将10ml水,13.6ml(25.0g,0.25mol)98%浓硫酸(密度1.84g/ml)和37.0g正丁醇混合后,预冷至0℃,然后将其慢慢滴加到上述亚硝酸钠溶液中,保持温度于0℃。滴毕,继续在冰浴中搅拌1h。然后将反应液倒入250ml分液漏斗中,分层,将上层淡黄色液体有机相分出,有机相用100ml含2.0g碳酸氢钠和25.0g氯化钠的水溶液洗涤两次(每次50ml),然后分出有机层,用无水硫酸钠干燥,过滤,得到45.1g淡黄色液体即为亚硝酸正丁酯,产率87.6%。
实施例3 制备4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑
在装有搅拌器、温度计和密封气球的回流冷凝管的50ml三口瓶中加入0.78g(7.5mmol)亚硝酸叔丁酯和7ml无水N,N-二甲基甲酰胺,搅拌下升温至65-70℃。将0.93g(5.0mmol)2-氨基-4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑溶于3ml无水N,N-二甲基甲酰胺中,然后慢慢滴加至上述溶液中,滴加过程约需5min,温度控制在60-70℃,密封气球显示反应有气体生成。30min后TLC显示原料基本消失(展开剂为环己烷∶乙酸乙酯3∶1,Rf值为0.6左右)。反 应溶液由淡黄色转变成深红色。冰浴下将反应溶液降至0-5℃,搅拌下加入50ml水和50ml乙酸乙酯,静置分层后分出上层有机层,有机层用30ml饱和食盐水洗涤,分出有机层后减压整除乙酸乙酯。所得残余油状液体减压蒸馏,收集76-78℃/1mmHg产物,得0.52g淡黄色油状液体4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑,产率60.8%。4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑结构经MS和NMR确认。MS(+ESI):M/z 172为[M+H]+峰;1H NMR(CDCl3):δ8.7(s,1H);4.3(m,2H);2.7(s,3H);1.3(t,3H)ppm。
实施例4 制备4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑
在装有搅拌器、温度计和带有密封气球的回流冷凝管的250ml三口瓶中加入16.62g(0.162mol)亚硝酸叔丁酯和105ml无水N,N-二甲基甲酰胺,搅拌下升温至65-70℃。将20.0g(0.107mol)2-氨基-4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑溶于45-60ml无水N,N-二甲基甲酰胺中,然后慢慢滴加至上述溶液中,滴加过程约需5min,温度控制在60-70℃,密封气球显示反应有气体生成。50min后TLC显示原料基本消失。反应溶液由淡黄色转变成深红色。冰浴下将反应溶液降温至0-5℃,搅拌下加入100ml水和100ml乙酸乙酯,静置分层后分出上层有机层,有机层用50ml饱和食盐水洗涤,分出有机层后减压蒸出乙酸乙酯。所得残余油状液体减压蒸馏,收集76-78℃/1mmHg产物,得12.5g淡黄色油状液体即4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑,产率68.3%。
实施例5 制备4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑
在装有搅拌器、温度计和带有密封气球的回流冷凝管的50ml三口瓶中加入0.78g(7.5mmol)亚硝酸正丁酯和7ml无水N,N-二甲基甲酰胺,搅拌下升温至65-70℃。将0.94g(5.0mmol)2-氨基-4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑溶于3ml无水N,N-二甲基甲酰胺中,然后慢慢滴加至上述溶液中,滴加过程约需5min,温度控制在温度控制在60-70℃,密封气球显示反应有气体生成。 1h后TLC显示原料基本消失(展开剂为环己烷∶乙酸乙酯3∶1)。反应溶液由淡黄色转变成深红色。冰浴下将反应溶液降温至0-5℃,搅拌下加入50ml水和50ml乙酸乙酯,静置分层后分出上层有机层,有机层用30ml饱和食盐水洗涤,分出有机层后减压蒸出乙酸乙酯。所得残余油状液体减压蒸馏,收集81-84℃/2mmHg产物,得0.47g淡黄色油状液体即4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑,产率54.4%。
实施例6 制备4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑
在装有搅拌器、温度计和带有密封气球的回流冷凝管的50ml三口瓶中加入0.78g(7.5mmol)亚硝酸叔丁酯和7ml无水N,N-二甲基乙酰胺,搅拌下升温至65-70℃。将0.94g(5.0mmol)2-氨基-4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑溶于3ml无水N,N-二甲基乙酰胺中,然后慢慢滴加至上述溶液中,滴加过程约需5min,温度控制在温度控制在60-70℃,密封气球显示反应有气体生成。1h后TLC显示原料基本消失(展开剂为环己烷∶乙酸乙酯3∶1,Rf值为0.6左右)。反应溶液由淡黄色转变成深红色。冰浴下将反应溶液降温至0-5℃,搅拌下加入50ml水和50ml乙酸乙酯,静置分层后分出上层有机层,有机层用30ml饱和食盐水洗涤,分出有机层后减压蒸出乙酸乙酯。所得残余油状液体减压蒸馏,收集76-78℃/1mmHg产物,得0.43g淡黄色油状液体即4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑,产率50.0%。
实施例7 制备4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑
在装有搅拌器、温度计和密封气球的回流冷凝管的50ml三口瓶中加入0.78g(7.5mmol)亚硝酸叔丁酯和7ml无水N,N-二甲基甲酰胺,搅拌下升温至30℃。将0.93g(5.0mmol)2-氨基-4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑溶于3ml无水N,N-二甲基甲酰胺中,然后慢慢滴加至上述溶液中,滴加过程约需5min,温度控制在30℃,密封气球显示反应有气体生成。30min后TLC显示原料 基本消失(展开剂为环己烷∶乙酸乙酯3∶1)。反应溶液由淡黄色转变成深红色。冰浴下将反应溶液降至0-5℃,搅拌下加入50ml水和50ml乙酸乙酯,静置分层后分出上层有机层,有机层用30ml饱和食盐水洗涤,分出有机层后减压整除乙酸乙酯。所得残余油状液体减压蒸馏,收集76-78℃/1mmHg产物,得0.22g淡黄色油状液体4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑,产率25.6%。
实施例8 制备4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑
在装有搅拌器、温度计和密封气球的回流冷凝管的50ml三口瓶中加入0.78g(7.5mmol)亚硝酸叔丁酯和7ml无水N,N-二甲基甲酰胺,搅拌下升温至80℃。将0.93g(5.0mmol)2-氨基-4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑溶于3ml无水N,N-二甲基甲酰胺中,然后慢慢滴加至上述溶液中,滴加过程约需5min,温度控制在80℃,密封气球显示反应有气体生成。30min后TLC显示原料基本消失(展开剂为环己烷∶乙酸乙酯3∶1)。反应溶液由淡黄色转变成深红色。冰浴下将反应溶液降至0-5℃,搅拌下加入50ml水和50ml乙酸乙酯,静置分层后分出上层有机层,有机层用30ml饱和食盐水洗涤,分出有机层后减压整除乙酸乙酯。所得残余油状液体减压蒸馏,收集76-78℃/1mmHg产物,得0.49g淡黄色油状液体4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑,产率57.0%。
实施例9 制备4-甲基-5-甲酰基噻唑
在100ml三口瓶中,将由实施例4得到的4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑2.00g溶于24ml乙醇中,加入2.60g氯化钙(碾碎),搅拌至全溶,随后加入1.80g硼氢化钠和14ml四氢呋喃,于20℃左右(室温)搅48h,TLC显示原料消失。加入4ml水,随后加入饱和碳酸氢钠20ml,搅拌下加入20ml乙醚,继续搅拌。过滤,分出乙醚层,水层以二氯甲烷20ml萃取三次,合并有机层。有机层用饱和氯化钠溶液洗涤,硫酸镁干燥后过滤,浓缩得到1.20g黄色油状物即4-甲基-5-羟甲基噻唑,产率79.5%。
在100ml三口瓶中加入1.00g 4-甲基-5-羟甲基噻唑,5mg催化剂Tempo,0.10g溴化钾,30ml二氯甲烷,搅拌均匀,并冷至约5℃,作为溶液A。在饱和碳酸氢钠40ml中缓慢加入新鲜的20ml次氯酸钠水溶液,作为溶液B。
将溶液B分数次加入快速搅拌的溶液A中,保持温度在10-15℃,继续快速高效搅拌30min,TLC显示原料消失。分出有机相,用10ml二氯甲烷萃取水层,合并有机相后用15ml水洗涤两次,无水硫酸镁干燥,浓缩得到0.62g淡黄色固体4-甲基-5-甲酰基噻唑,产率62.9%。MS(m/z):[M+H]+127.98,[M+Na]+ 150.07,[M+CH3OH+H]+ 160.00,[M+CH3OH+Na]+181.98; 1H NMR(300MHz,CDCl3)δ10.14(s,1H);8.95(s,1H);2.78(s,3H)(参考文献Patent;Abbott Laboratories;US6277871;(2001);(B1)English);红外数据(KBr)v 2890-1660cm-1。
对比实施例1 制备4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑
将20.0g 2-氨基-4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑溶于500ml 4N硫酸,冷至0℃,滴加20ml含8.9g亚硝酸钠的水溶液,体系呈橙红色,滴毕搅拌30min。
然后搅拌下,控制温度低于5℃,滴加遇冷至低于5℃的含57.8g亚磷酸氢钠一水合物的水溶液150ml,滴加时间约2.0h,逐渐生成大量气泡,并有大量泡沫状物生成,气泡极多。滴毕搅拌1.0h,加入适量水破坏气泡。搅拌下以氢氧化钠水溶液中和体系至pH值到6-7,中和过程温度控制低于20℃,约用去160.0g氢氧化钠。过滤,以乙酸乙酯洗涤滤渣,并以乙酸乙酯萃取水相,合并有机相后用纯水洗涤,浓缩,得油状物。将所得油状物减压蒸馏,收集76-78℃/1mmHg馏分(与文献一致),得10.0g淡黄色产物即4-甲基-5-乙氧甲酰基噻唑,产率54.39%。
Claims (10)
1.一种如式II所示的噻唑类化合物的制备方法,其特征在于包括下列步骤:反应温度为30~80℃,在无水极性溶剂中,以亚硝酸烷基酯R3NO2为重氮化试剂,将式I化合物进行重氮化去氨基反应,生成式II化合物;
其中,R1为氢或C1~C3的直链或支链烷基,R2为甲基、乙基、正丙基或异丙基,R3为C2~C8的直链或支链烷基;所述的无水极性溶剂为无水N,N-二甲基甲酰胺,无水N,N-二甲基乙酰胺,无水乙腈,无水四氢呋喃,无水二氧六环和无水1,1,3,3-四甲基脲中的一种或多种。
2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述的制备方法包含下列步骤:反应温度为30~80℃,将无水极性溶剂和亚硝酸烷基酯R3NO2的混合液,与无水极性溶剂和式I化合物的混合液进行重氮化去氨基反应,生成式II化合物。
3.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于:所述的制备方法包含下列步骤:反应温度为30~80℃,将无水极性溶剂和式I化合物的混合液加入无水极性溶剂和亚硝酸烷基酯R3NO2的混合液中,进行重氮化去氨基反应,生成式II化合物。
4.如权利要求1~3所述的制备方法,其特征在于:所述的反应温度为40~80℃。
5.如权利要求4所述的制备方法,其特征在于:所述的反应温度为60~70℃。
6.如权利要求1~3所述的制备方法,其特征在于:R3为正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基或异戊基。
7.如权利要求1~3所述的制备方法,其特征在于:所述的亚硝酸烷基酯R3NO2的用量为式I化合物摩尔量的1.5~5倍。
8.如权利要求7所述的制备方法,其特征在于:所述的亚硝酸烷基酯R3NO2的用量为式I化合物摩尔量的1.5~2倍。
9.如权利要求1~3所述的制备方法,其特征在于:所述的无水极性溶剂的用量为5~40ml/g式I化合物。
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CN (1) | CN103012310A (zh) |
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CN115925649A (zh) * | 2022-10-09 | 2023-04-07 | 深圳市茵诺圣生物科技有限公司 | 一种连续流制备4-甲基噻唑-5-甲醛的方法 |
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2011
- 2011-09-23 CN CN2011102886827A patent/CN103012310A/zh active Pending
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