CN113929679B - 一种3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛烷盐酸盐及其制备方法 - Google Patents

一种3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛烷盐酸盐及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种3‑氯甲基‑1‑氮杂双环[2.2.2]辛烷盐酸盐及其制备方法,所述方法包括以下步骤:步骤1、将格氏试剂与3‑奎宁酮进行反应,获得产物I;步骤2、所述产物I与氯化亚砜反应,获得产物II;步骤3、产物II在催化剂下进行氢化反应,获得CMAO,处理后得到CMAO.HCl。本发明提供一种合成CMAO.HCl的新方法,并且提供了一种利用卤代氯甲烷对含有有酮、醛羰基的烷烃和芳烃化合物在羰基的α位进行氯甲基化的思路,本发明所提供的方法合成路线简单、原料易得、经济、安全、总收率高,适合规模化生产。

Description

一种3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛烷盐酸盐及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛烷盐酸盐的制备方法。
背景技术
CMAO是一种重要的医药中间体,分子结构如图1所示。1954年,C.A.Gro(HelveticaChemica Acta,1954,37,1689-1698)首次报道了以3-奎宁酮做起始物,经过7步反应得到目标物的方法,合成路线如图2所示,该方法路线较长,虽然每一步的收率都在60%以上,但总收率不超过3%。Jean等(US4546185)对上述方法进行了改进,以3-亚甲基奎宁作为起始物,以氯气、液溴或者浓盐酸进行取代,该路线的优势在于一步反应即可获得目标产品,劣势在于起始原料不容易获得,不适宜规模化生产。
金属试剂与羰基加成反应,常见于多篇文献报道:Jose(J.Chem.Soc.PerkinTrans,1991,1,297-300),Tarhouni(Tetrahedron Letters,1984,25,8,835-838),Leonardo(Adv.Synth.Catal.,2015,357,21-27)报道了低温条件下,卤代烷与锂试剂反应,生成卤代锂试剂,从而用于羰基加成。格氏反应经济方便,且较金属锂试剂而言,操作也更安全,而以氯溴甲烷做成格氏试剂,在在3-奎宁酮上的羰基的加成反应,未见公开报道,是制备CMAO.HCl的新思路。
发明内容
为了克服上述问题,本发明人进行了锐意研究,开发出一种3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛烷盐酸盐的制备方法,该方法以3-奎宁酮做起始物,在无水醚类溶剂中采用镁粉与氯甲基化试剂制备格氏试剂,对3-奎宁酮加成,将加成产物脱水,然后再通过钯碳还原,经过处理获得CMAO.HCl。本发明提供了一种合成CMAO.HCl的新方法,并且提供了一种利用卤代氯甲烷对含有酮、醛羰基的烷烃和芳烃化合物在羰基的α位进行氯甲基化的思路,本发明所提供的合成CMAO.HCl的方法合成路线简单、原料易得、经济、安全、总收率高,适合规模化生产。从而完成本发明。
本发明的目的一方面在于提供一种3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛烷盐酸盐的制备方法,所述方法包括以下步骤:
步骤1、将格氏试剂与3-奎宁酮进行反应,获得产物I;
步骤2、所述产物I与氯化亚砜反应,获得产物II;
步骤3、产物II在催化剂下进行氢化反应,获得CMAO,处理后得到CMAO.HCl。
步骤1中,所述格氏试剂通过以下方法制备:以碘引发反应,将镁粉加入到容器中,缓慢滴加含有氯甲基化试剂的溶液,反应,获得格氏试剂。
所述氯甲基化试剂为卤代氯甲烷,所述卤代氯甲烷选自溴氯甲烷或碘氯甲烷,
所述氯甲基化试剂与镁粉的摩尔比为1:(1.1~1.5),
所述含有氯甲基化试剂的溶液包括氯甲基化试剂与无水醚类溶剂,
优选地,所述醚类试剂选自四氢呋喃、乙醚、二氧六环中的一种或几种。
步骤1中,将格氏试剂于-5~0℃下缓慢滴加到含3-奎宁酮的溶液中,升温至20~30℃,回流反应,冷却后,淬灭反应,加水,萃取溶剂萃取,分液,干燥有机相,旋干母液,获得产物I。
回流反应的温度为66~68℃,回流反应时间为2~4h,
氯甲基化试剂与3-奎宁酮的摩尔比为(1.1~1.4):1。
所述含3-奎宁酮的溶液包括3-奎宁酮和醚类溶剂,所述醚类溶剂选自四氢呋喃、乙醚、二氧六环中的一种或几种,
所述萃取溶剂为乙酸乙酯,优选地,萃取溶剂与3-奎宁酮的体积重量比为(20~1)体积份:1重量份,
步骤2中,产物I与氯化亚砜的摩尔比为1:(1~10),
反应温度为85~90℃,反应时间为13~15h。
步骤2中,将产物I与氯化亚砜加入到溶剂I中,反应,冷却,旋干溶剂,得到油状物,所得油状物用溶剂II溶解,调节pH至弱碱性,萃取干燥,旋干溶剂,优选地,柱层析纯化得到产物II,
优选地,采用饱和碳酸氢钠水溶液调节pH,更优选地,调节pH至7~8,
萃取所用萃取溶剂与产物I的体积质量比为(1~15)体积份:1重量份,优选为(3~10)体积份:1重量份。
步骤3中,所述催化剂为钯碳,优选为5~10%钯碳,所述氢化反应时间为3~5h,所述氢化反应的压力为1~2MPa,
反应结束后,过滤回收催化剂,旋干母液,柱层析纯化得到CMAO,用HCl的1,4二氧六环溶液处理得到CMAO.HCl固体。
本发明的另一方面提供一种根据本发明第一方面所述的方法制备的3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛烷盐酸盐。
本发明所具有的有益效果为:
(1)本发明提供了一种合成CMAO.HCl的新方法;
(2)本发明提供一种卤代氯甲烷对含有酮、醛羰基的烷烃和芳烃化合物在羰基的α位进行氯甲基化的思路;
(3)本发明通过以卤代氯甲烷制备格氏试剂对3-奎宁酮加成,将所得产物脱水,然后再通过钯碳还原获得CMAO.HCl产物,该方法的合成路线简单,原料易得,操作安全,总收率高,例如收率在85%以上,优选在86%以上,甚至达到88.5%,适于规模化生产。
附图说明
图1示出CMAO的结构式;
图2示出CMAO的合成路线;
图3示出本发明实施例1所得CMAO.HCl的1HNMR图;
图4示出本发明实施例1所得CMAO.HCl的MS图。
具体实施方式
下面通过附图和优选实施方式对本发明进一步详细说明。通过这些说明,本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。
根据本发明,提供一种3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛烷盐酸盐的制备方法,该方法包括以下步骤:
步骤1、将格氏试剂与3-奎宁酮进行反应,获得产物I。
根据本发明,步骤1中,所述格氏试剂通过以下方法制备:以碘引发反应,将镁粉加入到容器中,缓慢滴加含有氯甲基化试剂的溶液,反应,获得格氏试剂。
根据本发明,步骤1中,氯甲基化试剂为卤代氯甲烷,优选选自溴氯甲烷、碘氯甲烷中的一种或两种。
根据本发明,步骤1中,所述格氏试剂通过以下方法制备:在20~30℃(如室温25℃)下,在保护性气体氛围下,将Mg粉加入到容器中,碘引发反应,向容器中加入含有氯甲基化试剂的溶液,反应。
根据本发明,含有氯甲基化试剂的溶液包括氯甲基化试剂与无水醚类溶剂,
优选地,所述醚类试剂选自四氢呋喃、乙醚、二氧六环中的一种或几种。
根据本发明,含氯甲基化试剂溶液中,无水醚类溶剂与氯甲基化试剂的体积重量比为(1~5)体积份:1重量份,优选为(1.5~3)体积份:1重量份,更优选为1.5体积份:1重量份,其中,1体积份为1ml,1重量份为1g。
根据本发明,保护性气体为氮气或氩气,Mg粉为新鲜打磨的镁屑。
根据本发明,氯甲基化试剂与Mg粉的摩尔比为1:(1.1~1.5),优选为1:(1.2~1.4),更优选为1:1.3。
本发明中,含氯甲基化试剂的液通过滴加的方式加入到容器中,实现与Mg粉的充分反应。
根据本发明,步骤1中,将格氏试剂加入到含3-奎宁酮的溶液中,升温至20~30℃(如室温25℃),优选搅拌一定时间,回流反应,冷却后,淬灭反应,加水,采用萃取溶剂萃取,分液,干燥有机相,旋干母液,得到产物I。
根据本发明,步骤1中,含3-奎宁酮的溶液包括3-奎宁酮与醚类溶剂,所述醚类溶剂选自四氢呋喃、乙醚、二氧六环中的一种或几种。
根据本发明,步骤1中,回流反应的反应温度为66~68℃,回流反应时间为2~4h,优选为2h。
根据本发明,氯甲基化试剂与3-奎宁酮的摩尔比为(1.1~1.4):1,优选为1.2:1。
根据本发明,采用饱和氯化铵水溶液淬灭反应。
根据本发明,萃取溶剂为乙酸乙酯。
根据本发明,萃取溶剂与3-奎宁酮的体积重量比为(20~1)体积份:1重量份,优选为12体积份:1重量份,其中,1体积份以1ml计,1重量份以1g计。
根据本发明一种优选的实施方式,步骤1中,在-5~0℃下,将格氏试剂加入到溶有3-奎宁酮的四氢呋喃溶液中,加入完毕后,升温至室温,优选搅拌0.5~1h,回流2~4h,冷却至室温,后采用饱和氯化铵水溶液淬灭反应,加水,加入乙酸乙酯萃取,分液,无水硫酸钠干燥有机相,旋干母液得到产物I。
本发明中,利用镁粉与卤代氯甲烷制备的格氏试剂与3-奎宁酮进行亲核加成反应,得到3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛-2-醇,产物I为黄绿色油状物3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛-2-醇粗品。
步骤2、所述产物I与氯化亚砜反应,获得产物II。
根据本发明,将步骤1所得产物I和氯化亚砜加入到溶剂I中,反应,冷却,旋干溶剂,得到油状物,所述油状物采用溶剂II溶解,调pH至弱碱性,萃取干燥,旋干溶剂,得到浅棕色油状粗品,将粗品经过硅胶柱层析纯化得到产物II;
根据本发明,步骤2中,步骤1所得产物I与氯化亚砜的摩尔比为1:(1~10),优选为1:(4~6),更优选为1:4(其中,产物I的摩尔量以理论值计算)。
根据本发明,步骤2中,溶剂I为甲苯,溶剂II为乙酸乙酯,萃取所用萃取溶剂为乙酸乙酯。
根据本发明,步骤2中,反应温度为85~90℃,反应时间为12~15h,优选为14h。
根据本发明,步骤2中,萃取溶剂与产物I的体积质量比为(1~15)体积份:1重量份,优选为(3~10)体积份:1重量份,更优选为6.2体积份:1重量份,其中,1体积份为1ml,1重量份为1g。
根据本发明,步骤2中,采用饱和氢氧化钠水溶液调pH至弱碱性,优选地,调pH至7~8,用乙酸乙酯萃取,无水硫酸钠干燥,蒸干溶剂得到浅棕色油状粗品,将粗品经过硅胶柱层析纯化(MeOH/DCM=1/40洗脱)得到油状3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛-2-烯,即产物II。
步骤3、产物II在催化剂下进行氢化反应,获得CMAO,处理后得到CMAO.HCl。
根据本发明,步骤3中,将步骤2所得产物溶于溶剂III中,转入高压釜,加入催化剂,进行氢化反应,过滤回收催化剂,旋干母液,柱层析纯化(MeOH/DCM=1/40洗脱),得到浅黄色油状CMAO。
根据本发明,溶剂III选自甲醇、乙醇、四氢呋喃、甲苯、异丙醇中的一种或几种,优选为甲醇。
根据本发明,将CMAO溶于1,4-二氧六环中,在-3~0℃(如0℃)下滴加HCl的1,4-二氧六环溶液,然后于20~30℃(如室温25℃)下搅拌1~3h(如室温25℃),旋干,得到CMAO.HCl白色固体。
根据本发明,将CMAO溶于1,4-二氧六环中,其中,1,4-二氧六环与CMAO的体积重量比为(1~6)体积份:1重量份,优选为(2~4)体积份:1重量份,更优选为2体积份:1重量份,其中,1体积份为1ml,1重量份为1g。
HCl的1,4-二氧六环溶液中的HCl与CMAO的摩尔比为(1~4):1,优选为(1.5~2):1,更优选为1.5:1;
HCl的1,4-二氧六环溶液浓度为1.5~2.5M,优选为2M。
根据本发明,步骤3中,催化剂为钯碳催化剂,所述钯碳催化剂为5~10%钯碳,优选为5%钯碳。
根据本发明,催化剂与产物II的质量比为(0.1~0.6):1,优选为(0.2~0.4):1,更优选为0.2:1。
根据本发明,步骤3中,所述反应为氢化反应,清华反应温度为20~30℃,优选为室温25℃,氢化反应时间为3~5h,优选为4h。
根据本发明,步骤3中,氢化反应时的氢气压力为1.2~1.8MPa,优选为1.3~1.7MPa,更优选为1.5MPa。
本发明中,所得CMAO.HCl的收率在85%以上,优选在86%以上,甚至达到88.5%,所得CMAO.HCl的熔点为242~244℃。
本发明中,以3-奎宁酮为起始物,在无水醚类溶剂中,采用镁粉与卤代氯甲烷制备格氏试剂,采用格式试剂对3-奎宁酮进行亲核加成,得到3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛-2-醇,脱水后得到3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛-2-烯,经过催化剂还原获得CMAO,处理后得到3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛烷盐酸盐CMAO.HCl,合成路线如下所示:
本发明提供了一种合成CMAO.HCl的新方法,并且提供了一种利用卤代氯甲烷对含有酮、醛羰基的烷烃和芳烃化合物在羰基的α位进行氯甲基化的思路该合成路线简单,原料易得、操作安全,总收率高,适合规模化生产。
实施例
实施例1
(1)室温氮气保护下,将新鲜打磨的镁屑1.5g加入三口瓶中,加入一粒碘粒做引发剂,慢慢滴加15ml溶有4.32gClCH2Br的干燥四氢呋喃溶液,待反应完全,0°℃下慢慢滴加到溶有5g 3-奎宁酮的干燥四氢呋喃溶液10ml中,自然升至室温搅拌0.5h,加热回流2h,冷至室温后用饱和氯化铵水溶液淬灭反应,加入水30ml,30ml*2乙酸乙酯萃取,有机相用无水硫酸钠干燥,旋干母液得到黄绿色油状物粗品3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛-2-醇5.77g,收率82.3%;
(2)在12ml甲苯中加入5.7g上述油状物3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛-2-醇与9.4ml氯化亚砜,在85-90℃下反应14小时,冷至室温后旋干溶剂,所得油状物用乙酸乙酯5.5ml溶解,采用饱和碳酸氢钠水溶液调pH至7-8,乙酸乙酯15*2ml萃取,无水硫酸钠干燥,蒸干溶剂得浅棕色油状粗品,将粗品经过硅胶柱层析纯化(MeOH/DCM=1/40洗脱)得到油状3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛-2-烯3.49g,收率68.2%;
(3)将步骤(2)所得产物3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛-2-烯3.4g溶于10ml甲醇中,室温下加入5%钯碳1.1g,于氢气压力为1.5MPa的高压反应釜中反应4小时,过滤回收钯碳,旋干母液,柱层析纯化(MeOH/DCM=1/40洗脱)得到浅黄色油状CMAO,将所得CMAO溶入8ml 1,4-二氧六环中,0℃下滴加2M HCl二氧六环溶液12.3ml,室温搅拌2h,旋干溶剂得白色固体CMAO.HCl 3.7g,收率88.5%。
所得CMAO.HCl的核磁氢谱和质谱图分别如图3和4所示。
质谱m/z(ESI+):C8H14ClN,160.3,161.1,162.2。
1HNMR(DMSO-d6)δ:1.65-1.69(m,1H),1.78-1.91(m,3H),2.07-2.08(m,1H),2.33-2.36(m,1H),2.81-2.84(m,1H),3.09-3.19(m,4H),3.37-3.39(m,1H),3.72-3.81(m,2H)。
熔点(Mp):242-244℃。
实施例2
(1)室温氮气保护下,新鲜打磨的镁屑1.5g加入三口瓶中,碘引发反应,缓慢滴加15ml溶有8.5g ClCH2I的四氢呋喃溶液。待反应完全,0℃下慢慢滴加到10ml溶有5g 3-奎宁酮的四氢呋喃溶液中,自然升至室温搅拌0.5小时,加热回流2小时,冷至室温后用饱和氯化铵水溶液淬灭反应,加入水30ml,30ml*2乙酸乙酯萃取,有机相用无水硫酸钠干燥,旋干母液得到黄绿色油状物粗品3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛-2-醇6.06g,收率86.3%;
(2)在12ml甲苯中加入6.0g上述油状物3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛-2-醇与10ml氯化亚砜,在85-90℃下反应14小时,冷至室温后旋干溶剂,所得油状物用乙酸乙酯6ml溶解,采用饱和碳酸氢钠水溶液调pH至7-8,乙酸乙酯15*2ml萃取,无水硫酸钠干燥,蒸干溶剂得浅棕色油状粗品,将粗品经过硅胶柱层析纯化(MeOH/DCM=1/40洗脱)得到油状3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛-2-烯3.43g,收率64%;
(3)将步骤(2)所得产物3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛-2-烯3.2g溶于10ml甲醇中,室温下加入5%钯碳1.0g,于氢气压力为1.5MPa的高压反应釜中反应4小时,过滤回收钯碳,旋干母液,柱层析纯化(MeOH/DCM=1/40洗脱)得到浅黄色油状CMAO,将所得CMAO溶入6ml 1,4-二氧六环中,0℃下滴加2M HCl二氧六环溶液11.5ml,室温搅拌2h,旋干溶剂得白色固体CMAO.HCl 3.44g,收率86.5%。
实施例3
(1)室温氮气保护下,新鲜打磨的镁屑150g加入三口瓶中,碘引发反应,慢慢滴加800ml溶有430g ClCH2Br的四氢呋喃溶液。待反应完全,0℃下慢慢滴加到700ml溶有500g3-奎宁酮的干燥四氢呋喃溶液中,自然升至室温搅拌0.5小时,加热回流2小时,冷至室温后用饱和氯化铵水溶液淬灭反应,加入水1800ml,3000ml*2乙酸乙酯萃取,无水硫酸钠干燥,旋干母液得到黄绿色油状物粗品3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛-2-醇596.4g,收率85%,直接用于下一步;
(2)在甲苯1200ml中加入590g上述油状物3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛-2-醇粗品与975ml氯化亚砜,在85-90℃下反应14小时,冷至室温后旋干溶剂,所得油状物用乙酸乙酯660ml溶解后用饱和碳酸氢钠水溶液调pH至7-8,乙酸乙酯1500*2ml萃取,无水硫酸钠干燥,旋干溶剂得浅棕色油状粗品,油泵减压蒸馏得到油状3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛-2-烯382.8g,收率72.3%;
(3)上述步骤所得产物3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛-2-烯380g溶于1000ml甲醇中,转入氢气高压反应釜,分批加入5%钯碳催化剂125g,于请氢气压力为1.5MPa下反应4小时,过滤回收钯碳催化剂,旋干母液,油泵减压蒸馏得到产品CMAO,溶入500ml 1,4-二氧六环中,0℃下滴加2M HCl二氧六环溶液1036ml,室温搅拌2小时,旋干溶剂得白色固体CMAO.HCl406.6g,收率86%。
以上结合优选实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明。不过需要声明的是,这些具体实施方式仅是对本发明的阐述性解释,并不对本发明的保护范围构成任何限制。在不超出本发明精神和保护范围的情况下,可以对本发明技术内容及其实施方式进行各种改进、等价替换或修饰,这些均落入本发明的保护范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛烷盐酸盐的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
步骤1、将格氏试剂与3-奎宁酮进行反应,获得产物I,其结构为:
步骤2、所述产物I与氯化亚砜反应,获得产物II,其结构为:
步骤3、产物II在催化剂下进行氢化反应,所述催化剂为钯碳,获得CMAO,处理后得到CMAO.HCl,所述CMAO.HCl即3-氯甲基-1-氮杂双环[2.2.2]辛烷盐酸盐;
步骤1中,所述格氏试剂通过以下方法制备:以碘引发反应,将镁粉加入到容器中,缓慢滴加含有氯甲基化试剂的溶液,反应,获得格氏试剂;
所述氯甲基化试剂为卤代氯甲烷,所述卤代氯甲烷选自溴氯甲烷或碘氯甲烷,
所述氯甲基化试剂与镁粉的摩尔比为1:(1.1~1.5),
所述含有氯甲基化试剂的溶液包括氯甲基化试剂与无水醚类溶剂,
所述无水醚类溶剂选自四氢呋喃、乙醚、二氧六环中的一种或几种;
步骤2中,将产物I与氯化亚砜加入到溶剂I中,反应,冷却,旋干溶剂,得到油状物,所得油状物用溶剂II溶解,调节pH至7~8,萃取干燥,旋干溶剂。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤1中,将格氏试剂于-5~0℃下缓慢滴加到含3-奎宁酮的溶液中,升温至20~30℃,回流反应,冷却后,淬灭反应,加水,萃取溶剂萃取,分液,干燥有机相,旋干母液,获得产物I。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,回流反应的温度为66~68℃,回流反应时间为2~4h,
氯甲基化试剂与3-奎宁酮的摩尔比为(1.1~1.4):1。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,
所述含3-奎宁酮的溶液包括3-奎宁酮和醚类溶剂,所述醚类溶剂选自四氢呋喃、乙醚、二氧六环中的一种或几种,
所述萃取溶剂为乙酸乙酯。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,萃取溶剂与3-奎宁酮的体积重量比为(20~1)体积份:1重量份。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤2中,产物I与氯化亚砜的摩尔比为1:(1~10),
反应温度为85~90℃,反应时间为13~15h。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤2中,溶剂I为甲苯,溶剂II为乙酸乙酯,柱层析纯化得到产物II,
采用饱和碳酸氢钠水溶液调节pH,
萃取所用萃取溶剂与产物I的体积质量比为(1~15)体积份:1重量份。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,步骤2中,
萃取所用萃取溶剂与产物I的体积质量比为(3~10)体积份:1重量份。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤3中,所述催化剂为5~10%钯碳,所述氢化反应时间为3~5h,所述氢化反应的压力为1~2MPa,
反应结束后,过滤回收催化剂,旋干母液,柱层析纯化得到CMAO,用HCl的1,4二氧六环溶液处理得到CMAO.HCl固体。
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