CN103910657A - 氮杂环丙烷化合物的开环方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种氮杂环丙烷化合物的开环方法,具体地说,是采用金属溴化物对不同结构氮杂环丙烷化合物的开环方法,属于有机合成技术领域。本发明是以甲苯磺酰基活化的氮杂环丙烷化合物为起始原料,以二氯甲烷为溶剂,使用金属溴化物中的溴作为亲核试剂,对氮杂环丙烷化合物进行开环反应。本发明反应过程简单,条件温和,开环方法具有广泛的普适性,不同结构的氮杂环丙烷化合物能获得较高的收率,具有非常高的区域选择性,多数氮杂环丙烷化合物都能形成单一的异构体。
Description
技术领域
本发明涉及一种氮杂环丙烷化合物的开环方法,具体涉及一种采用金属溴化物对不同结构氮杂环丙烷化合物的开环方法,属于有机合成技术领域。
背景技术
氮杂环丙烷化合物是有机合成中的重要合成砌块和中间体,存在于许多天然产物中,具有良好的抗病毒、抗肿瘤及其它生物活性。氮杂环丙烷可以发生一系列重要的反应,如开环反应、环加成反应、还原和消除反应等。其亲核开环反应可用于合成β-取代的氨基化合物,进而合成许多具有生物活性及在医药化工行业极其具有应用前景的氨基醇、氨基酸、生物碱以及β-内酞胺等化合物。
含溴化合物对氮杂环丙烷的亲核开环反应可以生成各种各样的β-溴代胺,它们是合成许多天然产物和药物非常有价值的中间体,但相关的专利和文献非常有限。Yadav等人(J.S.Yadav,B.V.Subba Reddy,G.Mahesh Kumar,Indium trihalide mediated regioselective ringopening of aziridines:a facile synthesis of 2-haloamines[J].Synlett,2001,1417–1418.)使用了价格昂贵的路易斯酸三溴化铟作为亲核试剂对氮杂环丙烷进行开环反应,不仅反应时间较长,而且产率也不高,尤其区域选择性不是很好。Singh等人(Manoj Kumar,SanjayK.Pandey,ShikhaGandhi,Vinod K.Singh,PPh3/halogenating agent-mediated highly efficient ring opening ofactivated and non-activated aziridines[J],Tetrahedron Letters,2009,50:363–365)用三苯基二溴化膦作试剂在乙腈中对氮杂环丙烷进行开环反应,虽然反应时间比较短,反应的收率也基本在90%左右,但是三苯基二溴化膦试剂价格比较高。Ghorai(Manas K.Ghorai,Kalpataru Das,AmitKumar and Koena Ghosh,An efficient route to regioselective opening of N-tosylaziridines withzinc(II)halides[J],Tetrahedron Letters,2005,46,4103–4106)利用溴化锌作亲核试剂在二氯甲烷中完成了对氮杂环丙烷的开环反应,反应不仅时间较长,收率不高,而且区域选择性也不高。
综上所述,虽然含溴化合物对氮杂环丙烷开环反应的研究取得了一定进展,但普遍存在着催化剂价格高、反应时间较长、选择性不高等不足之处,寻找新的含溴亲核试剂与氮杂环丙烷进行开环反应,以使反应更易于操作,更环保,产率更高,选择性更强值得人们进一步去探索和发现。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用金属溴化物对不同结构氮杂环丙烷化合物的开环方法。
本发明采用金属溴化物的氮杂环丙烷化合物开环方法是:以甲苯磺酰基活化的氮杂环丙烷化合物为起始原料,以二氯甲烷为溶剂,使用金属溴化物作为亲核试剂,对氮杂环丙烷化合物进行开环反应。
其中,所述甲苯磺酰基活化的氮杂环丙烷化合物具有以下结构通式:
式中,R1代表H、C1~C15的烷基,或
其中,所述的R2代表H、甲基、甲氧基或卤素。
其具体反应式如下:
其中,M代表Fe、K、Na、Mg或Cu;x=1、2或3。
或者,所述甲苯磺酰基活化的氮杂环丙烷化合物具有以下结构通式:
其中,n为1~7。
优选地,n为3或4。
其具体反应式如下:
其中,M代表Fe、K、Na、Mg或Cu;x=1、2或3。
上述反应是在二氯甲烷溶剂中进行的,它的用量为10~20mL/mmol氮杂环丙烷化合物。
进一步地,在本发明的开环方法中,反应原料金属溴化物与甲苯磺酰基活化的氮杂环丙烷化合物的用量摩尔比为0.3~3︰1。
用于促使上述反应进行的金属溴化物包括FeBr3、KBr、NaBr、MgBr2或CuBr2中的任一种,其中优选的金属溴化物是FeBr3、KBr或NaBr。所述金属溴化物的摩尔数与氮杂环丙烷化合物摩尔数之比优选为0.3~2:1。
一般地,本发明的开环反应是在0~30℃下进行的,优选的反应温度为10~30℃。
本发明是以甲苯磺酰基活化的氮杂环丙烷化合物作起始原料,甲苯磺酰基作为吸电子取代基,可以降低氮杂环丙烷上的电子云密度,使其容易被亲核试剂进攻。开环反应后产物上的甲苯磺酰基采用常规方法即可去除,并不是本发明描述的重点,故本发明对其并未予以说明。
本发明提供了一种以金属溴化物为亲核试剂,无需使用其它催化剂的氮杂环丙烷化合物开环方法,该方法不仅操作简单,反应条件温和,还具有以下优点:
1)采用的开环试剂金属溴化物价格低廉,与ZnCl2和四丁基氯化铵开环试剂相比,价格大为降低且反应活性更高,物料当量比降低,适用范围也更广;
2)本发明开环方法具有广泛的普适性,不同结构的氮杂环丙烷能在较短时间内获得较高的收率;
3)反应所得开环产物具有非常高的区域选择性,多数氮杂环丙烷都可以得到单一构型的开环产物。
因此,作为一种新的氮杂环丙烷化合物的开环方法,本发明具有很强的实际应用价值。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明,但不局限于以下实施例。
实施例1
在50mL圆底烧瓶中加入表1中结构式如1a所示的氮杂环丙烷化合物1mmol,溴化铁0.4mmol,二氯甲烷10mL,于常温25℃下搅拌反应0.5h。反应结束后,浓缩溶剂反应体系上硅胶层析柱纯化得到白色固体开环产物3a(洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=5:1)。
开环产物区域选择性非常高,仅得到表1中结构式为3a的产物,采用红外光谱和核磁共振表征证实了产物的结构,结果列于表1中。
表1氮杂环丙烷化合物1a与溴化铁的反应
3a:Rf=0.2(Petroleum ether/AcOEt=5/1v/v);White solid;Mp:95-96℃;IR(KBr,cm-1)3265(NH),1334,1155(S=O);1HNMR(600MHz,CDCl3):δ2.44(s,3H),3.40-3.50(m,2H),4.88(q,1H),5.10(t,1H),7.28-7.31(m,3H),7.72-7.34(m,4H),7.74(d,2H).
实施例2
在试管中加入表2中结构式如1b所示的氮杂环丙烷化合物0.2mmol,溴化钠0.24mmol,二氯甲烷2.5mL,于20℃下搅拌反应0.2h。反应结束后,浓缩溶剂反应体系上硅胶层析柱纯化得到白色固体开环产物3b(洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=5:1)。
开环产物区域选择性非常高,仅得到表2中结构式为3b的产物,采用红外光谱、核磁共振和高分辨质谱对产物进行表征,证实了产物的结构,结果列于表2中。
表2氮杂环丙烷化合物1b与溴化钠的反应
3b:Rf=0.2(Petroleum ether/AcOEt=5/1v/v);White solid;Mp115-117℃;IR(KBr,cm-1)3283,3064,2924,2854,1595,1490,1407,1329,1212,1185,1160,1093,1074,1011,814,748,667,624,552,530;1HNMR(600MHz,CDCl3):δ2.41(s,3H),3.61-3.66(m,1H),3.68-3.72(m,1H),4.94(t,1H),5.08(t,J=7.4Hz,1H),7.25(d,J=7.6Hz,2H),7.49-7.50(m,2H),7.68(d,2H),7.78-7.81(m,2H).
实施例3
在50mL圆底烧瓶中加入表3中结构式如1c所示的氮杂环丙烷化合物1mmol,溴化钾1.1mmol,二氯甲烷5mL,于25℃下搅拌反应0.1h。反应结束后,浓缩溶剂反应体系上硅胶层析柱纯化得到白色固体开环产物3c(洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=5:1)。
开环产物区域选择性非常高,仅得到表3中结构式为3c的产物,采用红外光谱、核磁共振和高分辨质谱对产物进行表征,证实了产物的结构,结果列于表3中。
表3氮杂环丙烷化合物1c与溴化钾的反应
3c:Rf=0.12(Petroleum ether/AcOEt=5/1v/v);White solid;Mp88-90℃;IR(KBr,cm-1)3288,3067,3035,2927,2867,1596,1494,1472,1446,1338,1214,1161,1096,1042,838,816,757;1HNMR(600MHz,CDCl3):δ2.42(s,3H),3.34-3.09(m,1H),3.56-3.60(m,1H),5.10(q,1H),5.37(q,1H),7.23-7.28(m,2H),7.30(d,2H),7.33(dd,J=7.4,1.6Hz,1H),7.48(dd,J=7.5,2.1Hz,1H);13C NMR(150MHz,CDCl3):δ21.54,49.11,57.90,127.10,127.47,128.71,129.82,129.85,130.05,132.81,135.19,137.01,143.78.MS(ESI)Calc.for C15H15Cl2NO2SNa[M+Na]+366.0098,found366.0095.
实施例4
在试管中加入表4中结构式如1d所示的氮杂环丙烷化合物0.2mmol,溴化铁0.07mmol,二氯甲烷1.5mL,于15℃下搅拌反应0.1h。反应结束后,浓缩溶剂反应体系上硅胶层析柱纯化得到白色固体开环产物3d(洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=5:1)。
开环产物区域选择性非常高,仅得到表4中结构式为3d的产物,采用红外光谱和核磁共振对产物进行表征,证实了产物的结构,结果列于表4中。
表4氮杂环丙烷化合物1d与溴化铁的反应
3d:Rf=0.16(Petroleumether/AcOEt=5/1v/v);White solid;Mp:86-88℃;IR(KBr,cm-1)3283,3064,2924,2854,1598,1576,1477,1432,1329,1186,1160,1093,1019,839,814,789,750,692,663,551;1HNMR(600MHz,CDCl3):δ2.42(s,3H),3.36-3.46(m,2H),4.82(q,1H),5.05(t,1H),7.16(m,1H),7.23-7.30(m,5H),7.70(d,2H).
实施例5
在试管中加入表5中结构式如1e所示的氮杂环丙烷化合物0.2mmol,溴化钠0.21mmol,二氯甲烷2mL,于15℃下搅拌反应0.1h,反应结束后,浓缩溶剂反应体系上硅胶层析柱纯化得到白色固体开环产物3e(洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=5:1)。
开环产物区域选择性非常高,仅得到表5中结构式为3e的产物,采用红外光谱、核磁共振和质谱对产物进行表征,证实了产物的结构,结果列于表5中。
表5氮杂环丙烷化合物1e和溴化钠的反应
3e:Rf=0.16(Petroleum ether/AcOEt=5/1v/v);White solid;Mp:101-102℃;IR(KBr,cm-1)3286,2924,2854,1597,1493,1411,1329,1213,1160,1091,1015,830,814,753,705,662,626,552,535;1HNMR(600MHz,CDCl3):δ2.42(s,3H),3.35-3.44(m,2H),4.85(q,1H),5.18(t,1H),7.19(m,2H),7.25-7.29(m,4H),7.68(d,2H);MS(CI,isobutane):m/z(%)344([M+1]+,7),308([M-Cl]+,100).
实施例6
在50mL圆底烧瓶中加入表6中结构式如1f所示的氮杂环丙烷化合物1mmol,溴化钠1.2mmol,二氯甲烷10mL,于25℃下搅拌反应0.2h,反应结束后,浓缩溶剂反应体系上硅胶层析柱纯化得到白色固体开环产物3f(洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=5:1)。
开环产物区域选择性非常高,仅得到表6中结构式为3f的产物,采用红外光谱、核磁共振和高分辨质谱对产物进行表征,证实了产物的结构,结果列于表6中。
表6氮杂环丙烷化合物1f与溴化钠的反应
3f:Rf=0.25(Petroleum ether/AcOEt=5/1v/v);White solid;Mp94-97℃;IR(KBr,cm-1)3288,3067,3029,2954,2927,2867,1602,1494,1456,1333,1214,1161,1091,1037,967,892,838,816,763;1HNMR(600MHz,CDCl3):δ2.31(s,3H),2.44(s,3H),3.42-3.46(m,1H),3.50-3.54(m,1H),5.05(t,1H),5.18(q,1H),7.14-7.17(m,1H),7.20-7.22(m,2H),7.31-7.35(m,3H),7.76(d,2H);13C NMR(150MHz,CDCl3):δ19.20,21.53,49.43,58.25,126.45,126.74,127.06,128.87,129.88,130.88,135.87,135.95,137.12,143.80.MS(ESI)Calc.forC16H18ClNO2SNa[M+Na]+346.0644,found346.0642.
实施例7
在试管中加入表7中结构式如1g所示的氮杂环丙烷化合物0.2mmol,溴化钾0.24mmol,二氯甲烷2mL,于20℃下搅拌反应0.2h。反应结束后,浓缩溶剂反应体系上硅胶层析柱纯化得到白色固体开环产物3g(洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=5:1)。
开环产物区域选择性非常高,仅得到表7中结构式为3g的产物,采用核磁共振氢谱、碳谱和高分辨质谱对产物进行表征,证实了产物的结构,结果列于表7中。
表7氮杂环丙烷化合物1g与溴化钾的反应
3g:Rf=0.25(Petroleum ether/AcOEt=5/1v/v);Colorless oil;IR(KBr,cm-1)3288,3029,2927,2867,1602,1494,1419,1338,1214,1161,1096,1042,913,843,816,789,757;1HNMR(600MHz,CDCl3):δ2.31(s,3H),2.42(s,3H),3.39-3.48(m,1H),3.50-3.54(m,1H),5.05(t,1H),5.18(q,1H),7.14-7.17(m,1H),7.20-7.22(m,2H),7.31-7.35(m,3H),7.76(d,2H);13CNMR(150MHz,CDCl3):δ21.36,21.56,50.33,61.72,124.27,127.07,127.89,128.83,129.87,129.88,137.04,137.78,138.72,143.77.MS(ESI)Calc.for C16H18ClNO2SNa[M+Na]+346.0644,found346.0640.
实施例8
在试管中加入表8中结构式如1h所示的氮杂环丙烷化合物1mmol,溴化铁0.5mmol,二氯甲烷2mL,于20℃下搅拌反应0.2h。反应结束后,浓缩溶剂反应体系上硅胶层析柱纯化得到白色固体开环产物3h(洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=5:1)。
开环产物区域选择性非常高,仅得到表8中结构式为3h的产物,采用核磁共振氢谱、碳谱和高分辨质谱对产物进行表征,证实了产物的结构,结果列于表8中。
表8氮杂环丙烷化合物1g与溴化铁的反应
3h:Rf=0.16(Petroleum ether/AcOEt=5/1v/v);Colorless oil;IR(KBr,cm-1)3288,3029,2927,2857,1602,1494,1456,1338,1161,1096,843,816,789,757;1HNMR(600MHz,CDCl3):δ2.43(s,3H),3.39-3.49(m,2H),3.78(s,3H),4.84(q,1H),5.09-5.13(m,1H),6.82-6.87(m,3H),7.24(t,1H),7.31(d,2H),7.73(d,2H);13C NMR(150MHz,CDCl3):δ21.53,50.31,55.32,61.50,112.96,114.52,119.44,127.04,129.87,129.98,137.01,139.34,143.79,159.88.MS(ESI)Calc.for C16H18ClNO3SNa[M+Na]+362.0594,found362.0591.
实施例9
在试管中加入表9中结构式如1i所示的氮杂环丙烷化合物0.2mmol,溴化钾0.22mmol,二氯甲烷2mL,于25℃下搅拌反应0.1h。反应结束后,浓缩溶剂反应体系上硅胶层析柱纯化得到白色固体开环产物2i(洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=5:1)。
开环产物区域选择性非常高,仅得到表9中结构式为2i的产物,采用核磁共振氢谱、碳谱和高分辨质谱对产物进行表征,证实了产物的结构,结果列于表9中。
表9氮杂环丙烷化合物1i与溴化钾的反应
2i:Rf=0.25(Petroleum ether/AcOEt=6/1v/v);White solid;Mp:106-107℃;IR(KBr,cm-1)3255(NH),1334,1155(S=O);1HNMR(600MHz,CDCl3):δ(ppm)1.23-1.33(m,3H),1.58-1.64(m,2H),1.67-1.71(m,1H),2.15-2.20(m,2H),2.42(s,3H),3.10-3.15(m,1H),3.73(m,1H),5.26(d,1H),7.30(d,2H),7.79(d,2H);MS(CI,isobutane):m/z(%)288([M+1]+,100),252([M-Cl]+,23).
实施例10
在试管中加入表10中结构式如1j所示的氮杂环丙烷化合物0.2mmol,溴化铁0.08mmol,二氯甲烷2mL,于25℃下搅拌反应0.1h。反应结束后,浓缩溶剂反应体系上硅胶层析柱纯化得到白色固体开环产物2j(洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=5:1)。
开环产物区域选择性非常高,仅得到表10中结构式为2j的产物,采用核磁共振氢谱、碳谱和高分辨质谱对产物进行表征,证实了产物的结构,结果列于表10中。
表10氮杂环丙烷化合物1j与溴化铁的反应
2j:Rf=0.2(Petroleum ether/AcOEt=6/1v/v);White solid;Mp:91-92℃;IR(KBr,cm-1)3272,3067,3035,2970,2927,2878,1602,1494,1451,1333,1161,1096,1042,1021,913,816;1HNMR(600MHz,CDCl3):δ1.37-1.43(m,1H),1.67-1.84(m,3H),2.09-2.17(m,2H),2.42(s,3H),3.54-3.58(m,1H),4.04-4.07(m,1H),5.18(d,1H),7.31(d,2H),7.77(d,2H).
实施例11
在试管中加入表11中结构式如1k所示的氮杂环丙烷化合物1mmol,溴化铁0.45mmol,二氯甲烷12mL,于20℃下搅拌反应5h。反应结束后,浓缩溶剂反应体系上硅胶层析柱纯化得到白色固体开环产物2k(洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=14:1)。
开环产物区域选择性非常高,仅得到表11中结构式为2k的产物,采用红外光谱和核磁共振氢谱对产物进行表征,证实了产物的结构,结果列于表11中。
表11氮杂环丙烷化合物1k与溴化铁的反应
2k:Rf=0.2(Petroleum ether/AcOEt=14/1v/v);Colorless oil;IR(KBr,cm-1)3288,3067,3035,2959,2932,2862,1602,1499,1456,1429,1333,1161,1096,913,838,816;1HNMR(600MHz,CDCl3):δ0.82-0.88(m,3H),1.11-1.13(m,8H),1.39-1.46(m,1H),1.59-1.66(m,1H),2.43(s,3H),3.03-3.08(m,1H),3.28-3.33(m,1H),3.86-3.90(m,1H),5.00(q,1H),7.31(d,2H),7.75(d,2H).
实施例12
在试管中加入表12中结构式如1l所示的氮杂环丙烷化合物1mmol,溴化钠1.1mmol,二氯甲烷11mL,于25℃下搅拌反应5h。反应结束后,浓缩溶剂反应体系上硅胶层析柱纯化得到白色固体开环产物2l(洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=14:1)。
开环产物区域选择性非常高,仅得到表12中结构式为2l的产物,采用红外光谱和核磁共振氢谱对产物进行表征,证实了产物的结构,结果列于表12中。
表12氮杂环丙烷化合物1l与溴化钠的反应
2l:Rf=0.2(Petroleum ether/AcOEt=14/1v/v);White solid;IR(KBr,cm-1)3266,3029,2921,2851,1602,1499,1472,1327,1161,1091,881,849,811;1HNMR(600MHz,CDCl3):δ0.88(t,3H),1.25-1.31(m,24H),1.42-1.46(m,1H),1.60-1.66(m,1H),2.43(s,3H),3.04-3.09(m,1H),3.29-3.33(m,1H),3.87-3.91(m,1H),5.02(q,1H),5.02(d,2H),7.75(d,2H);13C NMR(150MHz,CDCl3):δ14.12,21.53,22.69,26.12,28.95,29.36,29.38,29.52,29.61,29.63,29.66,29.68,29.69,31.93,35.41,49.27,62.03,127.04,129.83,136.93,143.68.MS(ESI)Calc.forC23H40ClNO2SNa[M+Na]+452.2366,found452.2340.
实施例13
在试管中加入表13中结构式如1m所示的氮杂环丙烷化合物0.2mmol,溴化铁0.08mmol,二氯甲烷2mL,于25℃下搅拌反应0.1h。反应结束后,浓缩溶剂反应体系上硅胶层析柱纯化得到白色固体开环产物3m(洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=5:1)。
开环产物区域选择性非常高,仅得到表13中结构式为3m的产物,采用红外光谱和核磁共振氢谱对产物进行表征证实了产物的结构,结果列于表13中。
表13氮杂环丙烷化合物1m与溴化铁的反应
3m:Rf=0.16(Petroleum ether/AcOEt=5/1v/v);Whitesolid;Mp141-143℃;IR(KBr,cm-1)3288,3062,3035,2927,2857,1602,1505,1419,1333,1161,1096,892,859,816,746;1HNMR(600MHz,CDCl3):δ2.31(s,3H),2.41(s,3H),3.54-3.57(m,2H),4.88(t,1H),5.04(t,1H),7.26-7.27(d,2H),7.88(q,1H),7.49-7.52(m,2H),7.69-7.70(m,3H),7.78-7.82(m,3H);13C NMR(150MHz,CDCl3):δ21.55,50.27,61.85,124.12,126.76,126.90,127.03,127.73,128.11,129.03,129.85,132.93,133.42,134.96,136.99,143.80.MS(ESI)Calc.forC19H18ClNO2SNa[M+Na]+382.0644,found382.0640。
Claims (9)
1.氮杂环丙烷化合物的开环方法,其特征在于:该方法是以甲苯磺酰基活化的氮杂环丙烷化合物为起始原料,以二氯甲烷为溶剂,使用金属溴化物中的溴作为亲核试剂,对氮杂环丙烷化合物进行开环反应。
2.根据权利要求1所述的氮杂环丙烷化合物的开环方法,其特征在于:所述的甲苯磺酰基活化的氮杂环丙烷化合物具有以下结构通式:
式中,R1代表H、C1~C15的烷基,或
其中,所述的R2代表H、甲基、甲氧基或卤素。
3.根据权利要求1所述的氮杂环丙烷化合物的开环方法,其特征在于:所述的甲苯磺酰基活化的氮杂环丙烷化合物具有以下结构通式:
其中,n为1~7。
4.根据权利要求3所述的氮杂环丙烷化合物的开环方法,其特征在于:所述n为3或4。
5.根据权利要求1所述的氮杂环丙烷化合物的开环方法,其特征在于:所述金属溴化物与甲苯磺酰基活化的氮杂环丙烷化合物的摩尔比为0.3~3:1。
6.根据权利要求1所述的氮杂环丙烷化合物的开环方法,其特征在于:所述二氯甲烷的用量为10~20mL/mmol氮杂环丙烷化合物。
7.根据权利要求1所述的氮杂环丙烷化合物的开环方法,其特征在于:所述的金属溴化物是FeBr3、KBr、NaBr、MgBr2或CuBr2,所述金属溴化物的摩尔数与氮杂环丙烷化合物摩尔数之比为0.3~2:1。
8.根据权利要求1所述的氮杂环丙烷化合物的开环方法,其特征在于:所述的开环反应在0~30℃下进行。
9.根据权利要求8所述的氮杂环丙烷化合物的开环方法,其特征在于:所述的开环反应在10~30℃下进行。
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