CN114276286A - 一种由芳酮与仲氮化合物制备N,N-二取代-α,β-不饱和烯胺的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种由芳酮与仲氮化合物制备N,N‑二取代‑α,β‑不饱和烯胺的方法,该方法是在大气气氛和二甲亚砜溶剂中,二芳酮与仲氮化合物在碱的作用下进行一锅反应,即得N,N‑二取代‑α,β‑不饱和烯胺化合物。该方法得到的N,N‑二取代‑α,β‑不饱和烯胺化合物的α,β‑不饱和烯基来源于原料酮,但比原来的酮原料增加了一个双键碳原子。反应过程中,原料芳酮的碳氧双键转变为碳碳双键,仲氮化合物分子中的氮原子与新碳碳双键连接形成N,N‑二取代‑α,β‑不饱和烯胺。该合成方法还可以用于合成吲哚衍生物。该方法原料来源广泛易得,绿色环保,价格低廉,操作简单,有利于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种α,β-不饱和烯胺的合成方法,特别涉及一种以芳酮和仲氮化合物在二甲亚砜中一锅反应合成N,N-二取代-α,β-不饱和烯胺,属于有机合成领域。
背景技术
α,β-不饱和烯胺是一类具有氮原子上连接有烯基的特殊结构化合物,N,N-二取代-α,β-不饱和烯胺分子中同时具有仲胺和烯胺结构,它们是难得的重要的有机合成中间体和高分子合成原料,同时,α,β-不饱和烯胺结构化合物也存在生物体中并表现出优异的生理活性。根据α,β-不饱和烯胺氮原子上所连接取代基的数目,α,β-不饱和烯胺可以分为简单α,β-不饱和烯胺、N-单取代-α,β-不饱和烯胺和N,N-二取代-α,β-不饱和烯胺,但简单α,β-不饱和烯胺和N-单取代-α,β-不饱和烯胺结构不稳定,即使是N,N-二取代-α,β-不饱和烯胺,因为N=C双键的存在使得这类化合物的合成也比较困难。目前合成α,β-不饱和烯胺结构化合物主要有下面三种方法:
一种方法是端基炔烃与仲胺化合物的反应:
这种方法需要金和铜的催化,产物为N,N-二取代-α,β-不饱和烯胺和N,N-二取代-β,β-不饱和端烯胺的混合物。
第二种方法是端基卤代烯烃与仲胺化合物反应:
这种方法需要贵金属Pd的催化,原料需要用到端基卤代烯烃。端基卤代烯烃,除了卤代乙烯以外,大都需要用到特殊的制备方法,原料来源困难。
合成N,N-二取代-α,β-不饱和烯胺的第三种方法是在贵金属Pd的催化下,使用甲基芳基酮对甲苯磺酰肼作为原料与仲胺化合物反应:
该反应的原料甲基芳基酮对甲苯磺酰肼来源困难,不稳定,并且反应收率一般小于40%。
上述制备N,N-二取代-α,β-不饱和烯胺的方法使用的原料端基炔烃或者端基卤代烯烃或者甲基芳基酮对甲苯磺酰肼都不是常见的基本化学原料,催化剂都需要使用贵金属,并且反应需要用特殊的工艺条件,不适合工业生产应用。所得产物N,N-二取代-α,β-不饱和烯胺结构中的碳原子数与其原料的碳原子数相同。
发明内容
针对现有N,N-二取代-α,β-不饱和烯胺合成方法存在的使用原料难得到、使用昂贵金属催化剂以及反应条件苛刻的缺陷,本发明的目的是在于提供一种由芳酮和仲胺化合物为原料,亚砜为溶剂和反应试剂在温和反应条件下一锅反应高产率合成比原来芳酮多一个双键碳原子的α,β-不饱和烯胺的方法,该方法原料来源广泛易得,绿色环保,价格低廉,操作简单,有利于工业化生产。
为了实现上述技术目的,本发明提供了一种N,N-二取代-α,β-不饱和烯胺的合成方法,该方法是在大气气氛下,芳香酮和仲胺结构化合物为原料,在碱存在下,在DMSO溶液体系中进行一锅反应,即得N,N-二取代-α,β-不饱和烯胺。产物结构中,原料芳酮的碳氧双键转变为碳碳双键,仲氮化合物分子中的氮原子与碳碳双键连接形成N,N-二取代-α,β-不饱和烯胺,反应得到的N,N-二取代-α,β-不饱和烯胺化合物的芳烯基比原来的酮原料增加了一个双键碳原子。所述芳酮具有式1结构:
所述仲胺化合物具有式2结构:
所述N,N-二取代-α,β-不饱和烯胺具有式3结构:
其中,
式1中Ar1和Ar2为苯基、萘、噻吩、喹啉或者它们的取代衍生物,芳环Ar1和Ar2上的取代基可以为氢、甲基、乙基、丙基、丁基、异丁基、异丙基、叔丁基、苄基、环己甲基、氯、亚甲二氧基的一个或者多个,取代基可以位于芳环中的不同位置;
式2所述的仲胺化合物可以是氮杂环化合物或者氮杂芳环化合物或者非环状的仲胺化合物,优选的氮杂环化合物为氮杂环戊烷;优选的非环状化合物为二苯胺;优选的氮杂芳环为吡咯、吲哚、7-氮杂吲哚、5-氮杂吲哚、1,2-二氮唑、3,4-苯并二氮唑、1,3-二氮唑、4,5-苯并二氮唑、1,2,3-三氮唑、1,2,4-三氮唑。
芳香酮中的芳基Ar与羰基形成p-π共轭,明显增加羰基碳原子的反应活性,比较常见的Ar是苯基、萘、噻吩、喹啉或者它们的取代衍生物。取代苯基或者取代萘的芳环上可以包含1~3个取代基,最好是包含一个取代基。取代基的位置不限,可以为邻位、间位或对位。芳环上取代基的种类选择对目标产物的合成影响并不很大,具有较大的选择范围,如可以选自烷基(如C1~C5的短链烷基,具体来说,如甲基、乙基、丙基、异丙基、异丁基等等)、卤素取代基(如氟、氯、溴或碘)、氰基、硝基、氨基、烷氧基(如C1~C5的短链烷氧基)或烷氧酰基(如甲氧甲酰基、乙氧酰基)。Ar选自芳杂环基时,Ar可以选自含氧、氮、硫中至少一种的芳杂环,如常见的噻吩、呋喃、吡咯、吡啶、喹啉。
最优选的芳香酮包括:二苯甲酮、4-甲基二苯甲酮、4-氯二苯甲酮。
芳酮和仲胺也可以通过式4所示的2-酰基苯胺结构存在于同一个分子中,得到式5所示的取代吲哚产物:
其中:式4和式5中R1和R2可以是氢、烃基、芳基,优选氢、甲基和苯基。该方法可以用于合成式5所示结构中R1和R2为烃基或者芳基的各种吲哚衍生物。
优选的方案,所述碱包含至少一种无机碱或者有机碱,例如,氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、叔丁醇钠、叔丁醇钾,优选氢氧化钾。
优选的方案,酮与仲胺化合物的摩尔比例为1:2。
本发明的含氧气氛可以为空气,也可以是纯氧气氛。
反应温度和反应时间对本反应的发生和产物的形成有重要影响。在10分钟时间内,反应温度低于80℃时几乎不能反应;而反应温度达到120℃时,反应5分钟就可以达到最高收率,再提高温度或者延长反应时间,反应产物收率不再增加。
优选的方案,所述反应的条件为:在空气或氧气气氛下,于80-160℃温度下,反应3~10分钟。较优选的方案,所述反应的条件为:在空气气氛下,于120℃温度下,反应5分钟。
本发明的N,N-二取代-α,β-不饱和烯胺合成过程中,二甲亚砜同时作为溶剂和反应底物,可以大量过量。
优选的方案,反应结束后采用柱层析法分离提纯产物;所述柱层析采用的洗脱液为石油醚和乙酸乙酯的混合溶剂,其中石油醚和乙酸乙酯之间的体积比为(20~40):1。
本发明提出的合成N,N-二取代-α,β-不饱和烯胺的方法,反应方程式如下:
上述反应的产物中的二芳基乙烯基来源于原料芳香酮,但比酮多一个碳原子,这个碳原子来自DMSO。该反应的原理可以通过二苯甲酮与吡咯得到产物N-[2,2-二苯乙烯基]吡咯的过程予以说明:在碱性环境下,二苯甲酮与DMSO发生Aldol反应生成中间体1-甲基亚硫酰基-2,2-二苯乙烯A,接着,空气将亚硫酰中间体A氧化成硫酰中间体B,然后,吡咯作为亲核试剂与中间体B发生亲核加成生成中间体C,吡咯的仲氮原子与甲基磺酰基连接在同一个双键碳原子上,最后,在碱作用下,中间体C发生甲基硫酰基离去生成比原来酮化合物原料增加了一个碳原子的N-[2,2-二苯乙烯基]吡咯。DMSO对该反应能形成N-[2,2-二苯乙烯基]吡咯起到了至关重要的作用:一是提供一个亲核碳原子将酮的碳氧双键转化成碳碳双键;二是向双键碳原子提供一个甲基亚硫酰基,而甲基亚硫酰基被氧化成甲基硫酰基以后是一个很好的离去基团。上述过程中的中间体A、B、C都能在反应体系中检测到,并且,分别以中间体A、B、C作为起始原料都能得到产物N-[2,2-二苯乙烯基]吡咯。
实验发现,如果用醛代替酮,或者用伯胺和叔胺代替仲胺,都无法得到相应结构的产物;含α-甲基氢的酮在反应条件下会发生自身Aldol反应也无法得到目标产物。
对于2-酰基苯胺在二甲亚砜中反应生成取代吲哚,反应条件完全一样,反应过程也基本相同:
与酮和仲胺反应不同的是,中间体B发生分子内氨基与双键的加成关环,这个过程的R1和R2可以同时是氢原子,也可以同时是取代基,还可以是任意一个为氢原子或者取代基。尤其是,简单地将原料邻氨基苯甲醛与溶有一定量氢氧化钾的DMSO一起加热即可以78%的收率得到吲哚,这是目前最简单制备吲哚的方法之一。
相对于现有的合成方法和技术,本发明具有以下优点和效果:
1)本发明首次实现了以酮与仲胺结构化合物为原料合成N,N-二取代-α,β-不饱和烯胺和吲哚的反应,产物中氮原子上的不饱和双键结构比酮化合物原料增加了一个碳原子,该增加的碳原子来自DMSO;
2)本发明采用简单且常见的酮、含仲胺结构的化合物、DMSO作为原料,原料来源广,成本低,满足工业生产要求;
3)本发明的反应过程反应温度适中,反应时间短,产物收率高,适合工业生产;
4)本发明的反应过程中没有使用毒性的原料、溶剂和添加剂、反应条件温和,溶剂同时是反应物,符合绿色环保要求;
5)本发明的合成过程通过一锅法反应,反应步骤少,操作简单。
实施方案:
以下结合具体实施例对本发明作进一步地具体详尽的描述,但本发明的实施方式不限于此,对于未特别注明的工艺参数,可参照常规技术进行。
除另有说明外,所有反应均在Schlenk试管中进行。
所有反应原料溶剂从商业来源获得,并且不经进一步纯化而使用。
产品分离采用硅胶色谱柱,硅胶(粒度300目~400目)。
1H NMR(400MHz)和13C NMR(100MHz)检测采用Bruker ADVANCE III光谱仪,以CDCl3为溶剂,以TMS为内标,化学位移以百万分率(ppm)计,以四甲基硅烷的0.0ppm为参考位移。使用以下缩写(或其组合)来解释多重性:s=单峰,d=双峰,t=三重峰,q=四重峰,m=多重峰,br=宽峰。偶合常数J的单位为赫兹(Hz)。化学位移以ppm表示,参考氘代氯仿在77.0ppm三重态的中心线或参考氘代DMSO在39.52ppm七重态的中心线。
1、实施过程:
实施过程1:称取0.5mmol芳基酮化合物,1.0mmol仲胺化合物,2equiv.KOH于25mL带有搅拌子的封管中,并加入2mL DMSO。把反应封管放进120℃的油浴锅中加热,持续反应5min取出反应封管,停止反应,将反应液冷却至室温之后,向反应液中加入6mL饱和的NaCl水溶液和10mL左右的乙酸乙酯(EtOAc),通过振荡,静置数分钟之后,取出上层有机相,下层的液体按上述步骤重复萃取3次。用无水硫酸钠将有机相中的水分除去,得到的混合物放进旋转蒸发仪蒸干后装入填充硅胶的柱层析进行分离提纯,得到产物,计算产率。
实施过程2:称取1mmol邻氨基苯甲醛(酮)化合物,2equiv.KOH于25mL带有搅拌子的封管中,并加入2mL DMSO。把反应封管放进120℃的油浴锅中加热,持续反应5min取出反应封管,停止反应,将反应液冷却至室温之后,向反应液中加入6mL饱和的NaCl水溶液和10mL左右的乙酸乙酯(EtOAc),通过振荡,静置数分钟之后,取出上层有机相,下层的液体按上述步骤重复萃取3次。用无水硫酸钠将有机相中的水分除去,得到的混合物放进旋转蒸发仪蒸干后装入填充硅胶的柱层析进行分离提纯,得到产物,计算产率。
2、实施效果:
芳基酮和仲胺化合物按照实施过程1所获的产物及其收率:
邻氨基苯甲醛化合物按照实施过程2所获的产物及其收率:
3、部分产物的氢谱和碳谱数据:
1-(2,2-diphenylvinyl)-1H-pyrrole(1)
按照实施过程1制备,白色固体。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.49–7.36(m,4H),7.34–7.28(m,4H),7.25(d,J=6.4Hz,2H),7.16(s,1H),6.51(s,2H),6.09(s,2H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ141.17,138.52,130.15,129.67,128.81,128.34,127.76,127.37,127.34,124.76,121.49,109.28.
1-(2,2-diphenylvinyl)-1H-indole(2)
按照实施过程1制备,黄色固体。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.64(d,J=8.0Hz,1H),7.53(d,J=8.0Hz,1H),7.43–7.37(m,9H),7.34–7.20(m,4H),6.72(d,J=3.4Hz,1H),6.42(d,J=3.4Hz,1H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ141.23,138.54,136.56,131.34,130.25,128.74,128.38,128.33,127.80,127.77,127.55,127.12,122.39,121.49,120.87,120.86,109.84,103.86.
1-(2,2-diphenylvinyl)-1H-pyrrolo[2,3-b]pyridine(3)
按照实施过程1制备,黄色固体。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.39(d,J=4.4Hz,1H),7.99(s,1H),7.88(d,J=7.6Hz,1H),7.45–7.28(m,10H),7.20–7.12(m,1H),6.71(d,J=3.2Hz,1H),6.31(d,J=3.6Hz,1H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ147.98,143.19,141.08,138.64,130.33,129.83,128.94,128.80,128.22,127.85,127.54,127.33,126.97,120.41,120.01,117.11,101.80.
1-(2,2-diphenylvinyl)-1H-pyrrolo[3,2-c]pyridine(4)
按照实施过程1制备,黄色固体。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.87(d,J=10.8Hz,1H),8.34(d,J=5.6Hz,1H),7.36–7.29(m,10H),7.14(d,J=4.0Hz,2H),6.70(d,J=2.4Hz,1H),6.45(s,1H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ143.56,141.50,140.43,140.24,137.80,134.53,129.95,128.83,128.48,128.31,128.18,128.11,127.91,124.97,120.27,105.36,102.88.
1-(2,2-diphenylvinyl)-1H-pyrazole(5)
按照实施过程1制备,白色固体。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.55(d,J=6.8Hz,2H),7.41(d,J=6.0Hz,3H),7.31(s,5H),7.23(d,J=6.8Hz,2H),6.83(s,1H),6.09(s,1H).13CNMR(101MHz,CDCl3)δ140.11,140.02,137.89,130.96,129.86,129.10,128.41,128.13,127.77,127.33,125.51,106.53.
1-(2,2-diphenylvinyl)-1H-indazole(6)
按照实施过程1制备,白色固体。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.03(s,1H),7.67(d,J=8.0Hz,1H),7.44(s,1H),7.39(s,5H),7.24–7.03(m,8H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ140.79,138.89,138.40,136.67,135.42,129.91,128.54,128.34,128.14,128.12,127.62,126.55,124.11,122.48,121.32,120.79,110.29.
1-(2,2-diphenylvinyl)-1H-imidazole(7)
按照实施过程1制备,白色固体。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.37(d,J=13.6Hz,7H),7.32–7.27(m,2H),7.20–7.17(m,3H),6.93(s,1H),6.64(s,1H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ139.77,137.58,137.28,134.80,129.56,128.99,128.91,128.43,128.34,128.15,127.48,120.28,118.85.
1-(2,2-diphenylvinyl)-1H-benzo[d]imidazole(8)
按照实施过程1制备,白色固体。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.79–7.74(m,1H),7.46(s,2H),7.39(s,5H),7.31(d,J=4.0Hz,5H),7.23(s,1H),7.15(d,J=4.0Hz,2H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ142.76,142.12,139.88,137.46,137.36,133.72,129.58,129.16,128.58,128.53,128.50,127.95,123.61,122.93,120.34,118.17,109.91.
1-(2,2-diphenylvinyl)-1H-1,2,3-triazole(9)
Purified by column chromatography(petroleum ether/ethyl acetate=6:1).White solid;actual mass 80.3mg,yield 65%.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.82(s,1H),7.44(d,J=12.4Hz,4H),7.36(s,5H),7.20(s,2H),6.88(s,1H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ138.84,136.75,135.75,133.06,129.40,129.35,128.83,128.74,128.63,127.54,122.78,121.29.
1-(2,2-diphenylvinyl)-1H-1,2,4-triazole(10)
按照实施过程1制备,白色固体。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.91(s,1H),7.46(s,1H),7.40(d,J=6.0Hz,4H),7.33(d,J=6.8Hz,5H),7.20–7.14(m,2H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ151.11,142.80,138.75,136.88,136.41,129.40,129.17,128.73,128.61,128.53,127.47,121.41.
按照实施过程1制备,白色固体。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.56(s,2H),7.52(s,2H),7.40(d,J=6.0Hz,3H),7.32(s,5H),7.25–7.18(m,6H),7.15–7.10(m,4H),6.90(s,1H),6.83(s,1H),6.09(d,J=8.4Hz,2H),2.41(s,3H),2.37(s,3H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ140.34,139.92,139.89,138.03,137.92,137.70,137.25,134.81,131.09,131.02,129.83,129.78,129.70,129.12,129.09,129.02,128.35,128.03,127.69,127.35,127.24,125.31,124.83,106.42,106.39,21.28,21.07.
1-(2-(4-chlorophenyl)-2-phenylvinyl)-1H-pyrazole(14)
按照实施过程1制备,白色固体。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.57–7.54(m,2H),7.52(s,1H),7.49(s,1H),7.42–7.35(m,5H),7.33–7.26(m,7H),7.24–7.18(m,4H),7.15(d,J=7.6Hz,2H),6.92(s,1H),6.82(s,1H),6.14(s,1H),6.09(s,1H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ140.31,140.19,139.74,138.65,137.43,136.36,134.12,133.68,131.32,130.35,129.78,129.66,129.31,129.23,129.06,128.59,128.51,128.40,128.35,128.03,127.44,127.32,125.75,106.78,106.73.
1H-indole(15)
按照实施过程2制备。黄色固体。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.98(s,1H),7.64(d,J=8.0Hz,1H),7.34(d,J=8.4Hz,1H),7.19(t,J=7.5Hz,1H),7.15–7.07(m,2H),6.54(s,1H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ135.72,127.79,124.10,121.93,120.68,119.76,110.99,102.53.
1-methyl-1H-indole(16)
按照实施过程2制备。黄色固体。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.61(d,J=4.3Hz,1H),7.29(d,J=8.0Hz,1H),7.21(d,J=3.6Hz,1H),7.10(d,J=4.4Hz,1H),7.00(d,J=2.0Hz,1H),6.47(d,J=2.6Hz,1H),3.73(s,3H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ136.66,128.71,128.44,121.42,120.81,119.21,109.12,100.84,32.70.
1-phenyl-1H-indole(17)
按照实施过程2制备。黄色固体。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.76(d,J=7.6Hz,1H),7.64(d,J=8.0Hz,1H),7.57(d,J=3.2Hz,4H),7.40(s,2H),7.31–7.22(m,2H),6.75(s,1H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ139.81,135.84,129.57,129.30,127.91,126.40,124.34,122.31,121.09,120.32,110.47,103.54.
3-phenyl-1H-indole(18)
按照实施过程2制备。黄色固体。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.21(s,1H),7.94(d,J=7.6Hz,1H),7.67(d,J=7.2Hz,2H),7.43(dd,J=16.2,8.0Hz,3H),7.34(s,1H),7.31–7.13(m,3H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ136.65,135.54,128.73,127.47,125.95,125.74,122.38,121.73,120.29,119.79,118.35,111.37。
Claims (7)
1.一种由芳酮与仲氮化合物制备N,N-二取代-α,β-不饱和烯胺的方法,其特征在于:在大气条件下,芳酮和酰胺或环酰胺在二甲亚砜中反应生成N,N-二取代-α,β-不饱和烯胺:
所述芳酮具有式1结构:
所述仲胺化合物具有式2结构:
所述N,N-二取代-α,β-不饱和烯胺具有式3结构:
其中,
式1中Ar1和Ar2为苯基、萘、噻吩、喹啉或者它们的取代衍生物,芳环Ar1和Ar2上的取代基可以为氢、甲基、乙基、丙基、丁基、异丁基、异丙基、叔丁基、苄基、环己甲基、氯、亚甲二氧基的一个或者多个,取代基可以位于芳环中的不同位置;
式2所述的仲胺化合物可以是氮杂环化合物或者氮杂芳环化合物或者非环状的仲胺化合物,优选的氮杂环化合物为氮杂环戊烷;优选的非环状化合物为二苯胺;优选的氮杂芳环为吡咯、吲哚、7-氮杂吲哚、5-氮杂吲哚、1,2-二氮唑、3,4-苯并二氮唑、1,3-二氮唑、4,5-苯并二氮唑、1,2,3-三氮唑、1,2,4-三氮唑。
3.根据权利要求1所述的一种由芳酮与仲氮化合物制备N,N-二取代-α,β-不饱和烯胺的方法,其特征在于:所选碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、叔丁醇钠,优选氢氧化钾。
4.根据权利要求1所述的一种由芳酮与仲氮化合物制备N,N-二取代-α,β-不饱和烯胺的方法,其特征在于:反应温度从80-160℃,优选温度为120℃。
5.根据权利要求1所述的一种由芳酮与仲氮化合物制备N,N-二取代-α,β-不饱和烯胺的方法,其特征在于:反应时间为3-15分钟,优选时间为5分钟。
6.根据权利要求1所述的一种由芳酮与仲氮化合物制备N,N-二取代-α,β-不饱和烯胺的方法,其特征在于:二甲亚砜既作为溶剂,又作为反应试剂。
7.根据权利要求1所述的一种由芳酮与仲氮化合物制备N,N-二取代-α,β-不饱和烯胺的方法,其特征在于:芳酮与仲氮化合物的当量比例为1:2。
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