CN105085168B - 麦红吸浆虫性信息素前体及麦红吸浆虫性信息素 - Google Patents

麦红吸浆虫性信息素前体及麦红吸浆虫性信息素 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种麦红吸浆虫性信息素前体化合物，以及一种麦红吸浆虫性信息素的合成方法与应用。麦红吸浆虫性信息素前体化合物的合成方法：氮气保护下，在配有磁力搅拌器的史莱克管中，加入CuCl和盐酸羟胺，冰浴冷却，再注入质量分数为70%的正丁胺水溶液，加入手性炔醇II，然后缓慢加入溴代手性炔醇III，反应液在低温反应，反应结束后，用乙醚萃取，用饱和氯化钠水溶液洗涤，干燥，减压得粗产物，经柱层析纯化，得到手性醇IV。本发明制备的小麦吸浆虫性信息素具有高光学活性；此外本发明所述的合成路线简单，成本低廉，具有商业应用价值。

Description

麦红吸浆虫性信息素前体及麦红吸浆虫性信息素
技术领域
本发明属于化学合成领域，本发明提供一种合成麦红吸浆虫性信息素前体及麦红吸浆虫性信息素的方法。
背景技术
麦红吸浆虫广泛分布于亚洲、北美洲与欧洲，在世界各地造成了巨大的经济损失。麦红吸浆虫是我国小麦三大害虫之一，20世纪50年代和80年代在我国两次暴发成灾，对黄淮流域的小麦生产和人民生活造成了严重的影响。麦红吸浆虫以幼虫在小麦灌浆期吮吸小麦籽粒正在灌浆的汁液而造成危害，造成瘪粒或空壳，在我国主要麦产区一般常减产10％-20％，重则减产80％-90％。
麦红吸浆虫体形小，繁殖快，危害大，采用传统防治方法较为困难。诱捕是捕捉小麦吸浆虫的一种有效方法，但麦红吸浆虫由于体型较小，难以提取得到其性信息素，因此开发制备其性信息素的高效方法非常必要，以实现对小麦吸浆虫的监测预报和防治的大规模应用。
光学活性的麦红吸浆虫信息素一般通过以下方法获得:1、格式试剂和环氧乙烷反应，或由呋喃螺环缩酮中间体开环合成外消旋的信息素化合物，再通过色谱方法进行分离，只能制备极少量的样品，限制了该类信息素的大规模应用。(Tetrahedron Letters 2007,48,5683–5686)，例如目前已报道的中国菊瘿蚊(J Chem Ecol 2009,35,715–723)和皂荚瘿蚊(J Chem Ecol 2009,35,706–714)的合成方法就是通过合成外消旋化合物，并进行拆分得到。2、通过格式试剂与手性环氧乙烷或其它手性源化合物合成信息素分子的对映异构体，这种方法对一些特定目标化合物的合成具有一定限制，并且合成过程比较复杂繁琐(JChem Ecol 2005,31,(8),1807–1828)。
发明内容
本发明涉及麦红吸浆虫性信息素及其光学异构体，并提供一种麦红吸浆虫性信息素前体化合物及其合成方法，麦红吸浆虫性信息素及其合成方法与应用。
一种麦红吸浆虫性信息素前体，它具有通式IV所示结构：
所述的麦红吸浆虫性信息素前体的合成方法：
氮气保护下，在配有磁力搅拌器的史莱克管中，加入CuCl和盐酸羟胺，冰浴冷却，再注入质量分数为70％的正丁胺水溶液，加入手性炔醇II，然后缓慢加入溴代手性炔醇III，反应液在低温反应，反应结束后，用乙醚萃取，用饱和氯化钠水溶液洗涤，干燥，减压得粗产物，经柱层析纯化，得到麦红吸浆虫性信息素前体手性醇IV。
所述手性炔醇II的合成步骤为：
①在氮气保护下，使用(R,R)-Trost配体和添加剂三苯基氧膦，在低温下，在丙炔酸甲酯的溶液中，缓慢滴加二甲基锌溶液，滴加完毕后，将反应体系降温，缓慢加入乙醛，反应结束后，加水淬灭反应，抽滤，乙酸乙酯萃取，氯化钠洗涤，无水硫酸钠干燥，脱溶，经柱层析纯化得到(S)-4-羟基-2-戊炔酸甲酯VI；滴加有机锌试剂的温度为-20℃～25℃，优选为0℃；反应温度为-40℃～25℃，优选为-20℃；反应溶剂为甲苯、正己烷、四氢呋喃、二氯甲烷，优选为甲苯；(R,R)-Trost配体IX的用量为1～20％，优选为10％；添加剂三苯基氧膦的用量为5％～40％，优选为20％，二甲基锌溶液为浓度为1.2mol/L甲苯溶液；反应时间为5-12小时，优选为5小时；
②在250ml三口瓶中，在(S)-4-羟基-2-戊炔酸甲酯VI的溶液中，缓慢滴加LiOH溶液，滴加完毕，反应1h，向体系中加入的NaHSO4溶液，分液，乙酸乙酯萃取，无水硫酸钠干燥，脱溶，将所得油状物溶解，加入CuCl，反应结束后，盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，脱溶，经柱层析纯化，得到手性炔醇II；反应温度为-40℃～25℃，优选为25℃；反应溶剂为甲苯、正己烷、四氢呋喃、乙醚、二氯甲烷，优选为四氢呋喃；LiOH的浓度为1mol/L，NaHSO4的浓度为1mol/L；溶解油状物的溶剂为乙酸乙酯，乙醚，二氯甲烷，乙腈，优选为乙腈；反应时间为6-24小时，优选为13h；
所述手性溴代炔醇III的合成步骤为：
①在氮气保护下，使用(R,R)-Trost配体和添加剂三苯基氧膦，在低温下，在丙炔酸甲酯的溶液中，缓慢滴加二甲基锌溶液，滴加完毕后，将反应体系降温，缓慢加入丙醛，反应结束后，加水淬灭反应，抽滤，乙酸乙酯萃取，氯化钠洗涤，无水硫酸钠干燥，脱溶，经柱层析纯化得到炔醇酯VII；滴加有机锌试剂的温度为-20℃～25℃，优选为0℃；反应温度为-40℃～25℃，优选为-20℃；反应溶剂为甲苯、正己烷、四氢呋喃、二氯甲烷，优选为甲苯；(R,R)-Trost配体IX的用量为1～20％，优选为10％；添加剂三苯基氧膦的用量为5％～40％，优选为20％，二甲基锌溶液为浓度为1.2mol/L的甲苯溶液；反应时间为5-12小时，优选为5小时；
②在250ml三口瓶中，向炔醇酯VII的溶液中，缓慢滴加LiOH溶液，反应完毕，向体系中加入NaHSO4溶液，分液，乙酸乙酯萃取，无水硫酸钠干燥，脱溶，所得油状物，加入CuCl，反应结束后，加入盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，脱溶，经柱层析纯化得到炔醇VIII；反应温度为-40℃～25℃，优选为25℃；反应溶剂为甲苯、正己烷、四氢呋喃、乙醚、二氯甲烷，优选为四氢呋喃；LiOH的浓度为1mol/L，NaHSO4的浓度为1mol/L；溶解油状物的溶剂为乙酸乙酯，乙醚，二氯甲烷，乙腈，优选为乙腈；反应时间为6-24小时，优选为13h；
③在四口瓶中，依次加入NBS，炔醇VIII和溶剂，然后在避光条件下，向反应混合液中加入AgNO3，反应结束后，加入水淬灭反应，乙醚萃取，合并有机相，无水硫酸钠干燥，减压浓缩得到粗产物，经柱层析纯化，得到溴代炔醇III；步骤(8)反应温度为-40℃～25℃，优选为25℃；反应溶剂为丙酮、甲苯、正己烷、四氢呋喃、乙醚、二氯甲烷，优选为丙酮。
所述(R,R)-Trost配体的通式如IX所示：
其中：R代表甲基，乙基，丙基，丁基，叔丁基，异丙基，优选为甲基。
一种麦红吸浆虫性信息素，它具有通式I所示结构：
其中：R为甲基，乙基，丙基，丁基，优选丙基。
所述的麦红吸浆虫性信息素及前体化合物的合成方法，使用以下步骤：
(1)氮气保护下，在配有磁力搅拌器的史莱克管中，加入CuCl和盐酸羟胺，冰浴冷却，再注入质量分数为70％的正丁胺水溶液，加入手性炔醇II，然后缓慢加入溴代手性炔醇III，反应液在低温反应，反应结束后，用乙醚萃取，用饱和氯化钠水溶液洗涤，干燥，减压得粗产物，经柱层析纯化，得到手性醇IV；步骤(1)反应温度为-20℃～25℃，优选为0℃；反应溶剂为醇类溶剂，优选为甲醇；CuCl的用量为1％～10％；优选为4％；正丁胺水溶液为质量分数为70％的水溶液；
(2)在二口瓶中，以二氧化铂为催化剂，使用手性醇IV进行催化氢化反应，反应结束后，将反应液减压蒸馏浓缩，浓缩液稀释后抽滤，减压蒸馏，得到性信息素前体V的粗产物，最后经柱层析纯化，得到手性二醇V；反应温度为-20℃～25℃，优选为25℃；溶剂为醇类溶剂，优选为无水甲醇；催化剂二氧化铂的用量为0.1％～10％，优选为1％；反应时间为1-24h，优选为2h；浓缩液稀释所使用的乙醚和石油醚的混合液的质量比为1：1～1：10，优选为1：4；反应方程式如下：
(3)在反应瓶中，加入手性二醇V，在冰浴下加入三乙胺，对应酰氯，反应结束后，淬灭反应，水层用乙醚萃取，干燥，减压浓缩得到粗产物，经过柱层析纯化，得到麦红吸浆虫性信息素I；滴加酰氯的溶液温度为-20℃～25℃，优选为0℃；反应温度为-20℃～25℃，优选为25℃；反应时间为2-24h，优选为4h。
反应方程式如下：
所述的麦红吸浆虫性信息素在昆虫信息素中的应用。
本发明提供的炔醇化合物(II)的制备方法，是通过有机锌试剂对醛的不对称加成反应、脱羧反应制备；本发明提供的炔醇化合物(III)的制备方法，是通过有机锌试剂对醛的不对称加成反应、脱羧反应、溴代反应制备；本发明提供的化合物(I)的制备方法，通过对炔醇片段组合对接的炔烃结构，进行氢化还原反应得到手性二醇。
本发明的有益效果是：本发明通过高光学活性手性醇构件对接合成得到目标产物，手性醇构件的光学活性和构型可以通过不对称加成反应方便的制备，该方法可以快速制备麦红吸浆虫性信息素。该方法具有操作简单快捷，反应经济性好，条件温和，转化率高，产物光学活性高，因而具有较好的应用前景，为昆虫信息素的大规模应用提供了保证。
通过手性炔醇对接合成信息素及异构体的方法，可以简单快捷的得到高光学活性的麦红吸浆虫性信息素。这种高效、经济的合成方法为麦红吸浆虫性信息素的大规模应用提供重要的技术基础。
具体实施方式
制备本发明所述的高光学活性的麦红吸浆虫性信息素，式(I)所述化合物的合成方法，其主要步骤是：
以小麦吸浆虫信息素为例，其反应方程式如下所示：
其中：R代表甲基，乙基，丙基，丁基等取代基团，优选为丙基。
本发明所述麦红吸浆虫性信息素及其光学异构体的制备方法简单，成本低，具备较高的商业应用价值。
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。
一、乙醛的不对称加成反应
在氮气保护下的100ml史莱克瓶中，依次加入(R,R)-Trost配体(IX)1.2777g(2mmol,20％equiv)，三苯基氧膦1.1131g(4mmol,40％equiv)。冷却至0℃，先后加入丙炔酸甲酯0.90ml(10mmol,1.0equiv)，无水甲苯15ml，缓慢滴加二甲基锌溶液25ml(1.2mol/l,30mmol,3equiv)，滴加完毕后，继续反应30min。将反应体系降至-20℃，用注射泵于三个小时内缓慢加入乙醛2.3ml(40mmol,4.0equiv)溶于15ml甲苯中，滴加完毕后，继续反应5h，薄层色谱检测。反应完毕，加入10ml水，抽滤，乙酸乙酯萃取，氯化钠洗涤，无水硫酸钠干燥，脱溶，经柱层析纯化(乙酸乙酯/石油醚＝20/1)得到无色油状液体1.037g，产率81％，光学纯度98％ee。1H NMR(300MHz,CDCl3):δ4.65-4.69(m,1H),2.17(brs,1H),3.84(s,3H),1.55(d,J＝6,6Hz,3H).13C NMR(75MHz,CDCl3):154.15,89.13,75.62,58.25,53.17,23.43.Theenantiomeric excess was determined by HPLC.(Chiralcel OJ:0.8ml/min.,Heptane/iPrOH(90/10),220nm).Rt(R):13.6min；Rt(S):14.8min,98％ee。
二、脱羧反应
在250ml三口瓶中，依次加入(VI)(S)-4-羟基-2-戊炔酸甲酯0.6406g(5mmol,1eq)，四氢呋喃25ml，缓慢滴加1M aq LiOH(25mmol,5eq)，滴加完毕，室温反应1h。向体系中加入1M aq NaHSO450ml，滴加完毕后，分液，乙酸乙酯萃取，无水硫酸钠干燥，脱溶。将所得油状物溶于12ml乙腈中，加入CuCl(6mmol,1.2eq)，室温反应13h。加入乙醚120ml，盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，脱溶，经柱层析纯化(乙酸乙酯/石油醚＝20/1)得到手性炔醇(II)，淡黄油状液体0.298g，产率85％。1H NMR(300MHz,CDCl3)δ4.50(m,1H),3.03–2.66(m,1H),2.43(d,J＝2.1Hz,1H),1.43(d,J＝6.6Hz,3H).13C NMR(75MHz,CDCl3)δ85.54,71.65,57.64,23.77。
三、丙醛的不对称加成反应
在氮气保护下的100ml史莱克瓶中，依次加入(R,R)-Trost配体(IX)1.2777g(2mmol,20％equiv)，三苯基氧膦1.1131g(4mmol,40％equiv)。冷却至0℃，先后加入丙炔酸甲酯0.90ml(10mmol,1.0equiv)，无水甲苯15ml，缓慢滴加二甲基锌溶液25ml(1.2mol/l,30mmol,3equiv)，滴加完毕后，继续反应30min。将反应体系降至-20℃，用注射泵于三个小时内缓慢加入丙醛2.9ml(40mmol,4.0equiv)溶于15ml甲苯中，滴加完毕后，继续反应5h，薄层色谱检测。反应完毕，加入10ml水，抽滤，乙酸乙酯萃取，氯化钠洗涤，无水硫酸钠干燥，脱溶，经柱层析纯化(乙酸乙酯/石油醚＝20/1)得到炔醇酯(VII)，无色油状液体1.180g，产率83％，光学纯度93％ee。1H NMR(300MHz,CDCl3):δ4.65-4.69(m,1H),3.84(s,3H),1.80(brs,1H),1.04(t,J＝7.2Hz,2H),0.95(d,J＝6,6Hz,3H).13C NMR(75MHz,CDCl3):154.15,88.13,76.62,63.54,53.17,30.33,9.56.The enantiomeric excess was determined byHPLC.(Chiralcel OJ:0.8ml/min.,Heptane/iPrOH(90/10),220nm).Rt(R):15.6min；Rt(S):16.8min,93％ee。
四、脱羧反应
在250ml三口瓶中，依次加入炔醇酯(VII)0.7107g(5mmol,1eq)，四氢呋喃25ml，缓慢滴加1M aq LiOH(25mmol,5eq)，滴加完毕，室温反应1h。向体系中加入1M aqNaHSO450ml，滴加完毕后，分液，乙酸乙酯萃取，无水硫酸钠干燥，脱溶。将所得油状物溶于12ml乙腈中，加入CuCl(6mmol,1.2eq)，室温反应13h。加入乙醚120ml，盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，脱溶，经柱层析纯化(乙酸乙酯/石油醚＝20/1)得到炔醇(VIII)，淡黄油状液体0.358g，产率85％。1H NMR(300MHz,CDCl3)δ4.50(m,1H),3.03–2.66(m,1H),2.43(d,J＝2.1Hz,1H),1.43(d,J＝6.6Hz,3H),1.04(t,J＝7.2Hz,2H),0.95(d,J＝6,6Hz,3H).13C NMR(75MHz,CDCl3)δ85.54,71.65,57.64,30.33,9.56。
五、溴代反应
在配有磁力搅拌的500mL四口瓶中，依次加入NBS(67.531g,146.1mmol)，炔醇(VIII)(8.192g,97.4mmol)和300mL丙酮。然后在避光条件下，向反应混合液中加入AgNO3(3.299g,18.94mmol),避光反应4h，加入80mL H2O淬灭反应,乙醚(3×240mL)萃取。合并有机相，有机相用无水硫酸钠进行干燥处理，减压蒸馏浓缩得到粗产物。最后用硅胶柱层析(正己烷/乙酸乙酯＝20:1)纯化，得到12.89g的溴代炔醇(III)，油状液体，产率为81％。1HNMR(300MHz,CDCl3)δ4.32(t,J＝6.5Hz,1H),2.25(br s,1H),1.76–1.67(m,2H),0.99(t,J＝7.4Hz,3H)；13C NMR(75MHz,CDCl3)δ80.72,64.33,44.65,30.47,9.03。
六、Cadiot-Chodkiewicz偶联反应
氮气保护下，在配有磁力搅拌器的10mL史莱克管中，加入CuCl(9mg，0.09mmol)和盐酸羟胺(44mg，0.644mmol)，将混合物用冰浴冷却至0℃后，再注入2.8mL甲醇和正丁胺水溶液(2.24mL，70％)。搅拌下，加入手性炔醇(II)(2.1mmol)，然后缓慢加入溴代手性炔醇(III)(1.89mmol)。将反应液在0℃下，继续搅拌反应0.5h，反应结束后，用乙醚(5mL×3)萃取反应液。合并有机层，饱和氯化钠水溶液(10mL×1)洗涤，无水硫酸钠干燥。减压除去溶剂得粗产物，最后经硅胶柱层析纯化(石油醚/乙酸乙酯＝3/1)得到手性醇(IV)0.2560g，产率89％。1H NMR(300MHz,CDCl3)δ4.58(q,J＝6.6Hz,1H),4.38(t,J＝6.4Hz,1H),2.47(s,2H),1.82–1.65(m,2H),1.47(d,J＝6.7Hz,3H),1.01(t,3H).13C NMR(75MHz,CDCl3)δ82.34,81.53,65.88,64.60,63.70,59.36,30.67,23.89,15.23。
七、二氧化铂还原
在100mL二口瓶中加入二氧化铂(11.3mg,0.05mmol),抽出瓶中的空气，充入氢气，注入10mL无水甲醇，缓慢加入手性醇(IV)(5mmol)的乙醇溶液4mL，继续搅拌反应2h。反应结束后，将反应液减压蒸馏浓缩，浓缩液用乙醚/石油醚＝1/4稀释，抽滤，将滤液再进行减压蒸馏，得到性信息素前体(V)的粗产物。最后经硅胶柱色谱(正己烷：乙酸乙酯＝10:1)纯化，得到手性二醇(V)0.7612g，产率95％。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ4.84(m,1H),4.76(m,1H),2.47(s,2H),1.54–1.38(m,6H),1.25(4H,m),1.14(d,J＝6.3Hz,3H),0.90(3H,t,J＝7.4Hz)；13C NMR(CDCl3,125MHz)74.8,70.6,36.6,35.7,33.5,26.9,25.4,25.1,19.9。
八、酰化反应，以丁酰氯为酰化试剂
在配有磁力搅拌的100反应瓶中，加入手性二醇(V)(5.0mmol)，在冰浴下依次缓慢加入三乙胺(1.05ml，7.5mmol)，丁酰氯(6mmol)，继续反应30min，升至室温反应4h。反应结束后，加入5mL水淬灭反应，水层用乙醚萃取，无水硫酸钠干燥。减压浓缩得到粗产物，经过硅胶柱色谱纯化(正己烷/乙醚＝50/1)，得到吸浆虫性信息素(V)1.397g，产率93％。[α]D20＝-6.9(c 0.6,CHCl3)；1H NMR(500MHz,CDCl3)δ4.83(m,1H),4.75(m,1H),2.27(t,J＝7.4Hz,2H),2.23(t,J＝7.4Hz,2H),1.65(m,2H),1.63(m,2H),1.54–1.38(m,6H),1.27(m,4H),1.13(d,J＝6.3Hz,3H),0.97(t,J＝7.4Hz,3H),0.83(t,J＝7.4Hz,3H),0.81(t,J＝7.4Hz,3H)；13C NMR(CDCl3,125MHz)173.7,173.5,74.7,70.3,36.7,36.5,35.9,33.5,26.9,25.6,25.4,19.9,18.7,18.4,13.7,13.5,9.3.HRMS calcd for C17H32O4(M+):300.2301,found:300.2305。

Claims (5)

1.一种麦红吸浆虫性信息素前体，其特征在于，它具有通式IV所示结构：
2.根据权利要求1所述的麦红吸浆虫性信息素前体的合成方法，其特征在于：氮气保护下，在配有磁力搅拌器的史莱克管中，加入CuCl和盐酸羟胺，冰浴冷却，再注入质量分数为70％的正丁胺水溶液，加入手性炔醇II，然后缓慢加入溴代手性炔醇III，反应液在低温反应，反应结束后，用乙醚萃取，用饱和氯化钠水溶液洗涤，干燥，减压得粗产物，经柱层析纯化，得到麦红吸浆虫性信息素前体IV；
所述手性炔醇II的结构如式II所示，溴代手性炔醇III的结构如式III所示：
3.根据权利要求2所述的麦红吸浆虫性信息素前体的合成方法，其特征在于，所述手性炔醇II的合成步骤为：
①在氮气保护下，使用(R,R)-Trost配体和添加剂三苯基氧膦，在低温下，在丙炔酸甲酯的溶液中，缓慢滴加二甲基锌溶液，滴加完毕后，将反应体系降温，缓慢加入乙醛，反应结束后，加水淬灭反应，抽滤，乙酸乙酯萃取，氯化钠洗涤，无水硫酸钠干燥，脱溶，经柱层析纯化得到(S)-4-羟基-2-戊炔酸甲酯VI，所述(S)-4-羟基-2-戊炔酸甲酯VI的结构如式VI所示：
②在250ml三口瓶中，在(S)-4-羟基-2-戊炔酸甲酯VI的溶液中，缓慢滴加LiOH溶液，滴加完毕，反应1h，向体系中加入的NaHSO4溶液，分液，乙酸乙酯萃取，无水硫酸钠干燥，脱溶，将所得油状物溶解，加入CuCl，反应结束后，盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，脱溶，经柱层析纯化，得到手性炔醇II。
4.根据权利要求2所述的麦红吸浆虫性信息素前体的合成方法，其特征在于：所述手性溴代炔醇III的合成步骤为：
①在氮气保护下，使用(R,R)-Trost配体和添加剂三苯基氧膦，在低温下，在丙炔酸甲酯的溶液中，缓慢滴加二甲基锌溶液，滴加完毕后，将反应体系降温，缓慢加入丙醛，反应结束后，加水淬灭反应，抽滤，乙酸乙酯萃取，氯化钠洗涤，无水硫酸钠干燥，脱溶，经柱层析纯化得到炔醇酯VII，所述炔醇酯VII的结构如式VII所示：
②在250ml三口瓶中，向炔醇酯VII的溶液中，缓慢滴加LiOH溶液，反应完毕，向体系中加入NaHSO4溶液，分液，乙酸乙酯萃取，无水硫酸钠干燥，脱溶，所得油状物，加入CuCl，反应结束后，加入盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，脱溶，经柱层析纯化得到炔醇VIII，所述炔醇VIII的结构如式VIII所示：
③在四口瓶中，依次加入NBS，炔醇VIII和溶剂，然后在避光条件下，向反应混合液中加入AgNO3，反应结束后，加入水淬灭反应，乙醚萃取，合并有机相，无水硫酸钠干燥，减压浓缩得到粗产物，经柱层析纯化，得到溴代炔醇III，所述溴代炔醇III的结构如式III所示：
5.根据权利要求3或4所述的麦红吸浆虫性信息素前体的合成方法，其特征在于：所述(R,R)-Trost配体的通式如IX所示：
其中：R代表甲基，乙基，丙基，丁基，叔丁基，异丙基。
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