JP2016183132A

JP2016183132A - シクロヘキサンジカルボン酸モノエステル化合物の製造方法

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Publication number: JP2016183132A
Application number: JP2015064717A
Authority: JP
Inventors: 智史桐木; Tomoji Kiriki; 坂本　圭; Kei Sakamoto; 圭坂本
Original assignee: Nippon Zeon Co Ltd
Current assignee: Zeon Corp
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2016-10-20
Anticipated expiration: 2035-03-26
Also published as: JP6459703B2

Abstract

【課題】光学フィルムを得るための重合性化合物の製造中間体として有用な、シクロヘキサンジカルボン酸モノエステル化合物を、低コストで収率よく高純度で、工業的に有利に製造する方法の提供。【解決手段】１，４−シクロヘキサンジカルボン酸に、塩基存在下、酸ハライドを反応させることにより、混合酸無水物を得る工程（Ａ）、工程（Ａ）で得られた混合酸無水物に、塩基存在下、ヒドロキシ化合物を反応させることにより、モノエステル化合物、及び、ジエステル化合物を含む反応混合物を得る工程（Ｂ）、並びに、工程（Ｂ）で得られた反応混合物から粗結晶を得、得られた粗結晶をアルコール溶媒に溶解させ、不溶物をろ過することにより、ジエステル化合物を除去する工程（Ｃ）を有する、式（２）で表されるモノエステル化合物の製造方法。【選択図】なし

Description

本発明は、光学フィルムを得るための重合性化合物の製造中間体として有用な、シクロヘキサンジカルボン酸モノエステル化合物を、低コストで収率よく高純度で、工業的に有利に製造する方法に関する。

従来、下記式（Ｉ）

（I）

（式中、Ａは水素原子等を表し、Ｒは水素原子等を表し、Ｒ^Ｘはそれぞれ独立して水素原子等を表し、ｎは１〜２０の整数を表す。）で示される重合性化合物（以下、「重合性化合物（Ｉ）」ということがある。）は、広い波長域において一様の偏光変換が可能な光学フィルムを作製することができる重合性化合物として知られている（国際公開第２０１４／０１０３２５号）。
重合性化合物（Ｉ）は、以下の工程により製造することができる。

（式中、Ａ、Ｒ、Ｒ^Ｘ、ｎは前記と同じ意味を表す。Ｌは、水酸基、ハロゲン原子、アルキルスルホニルオキシ基、アリールスルホニルオキシ基等の脱離基を表す。）
すなわち、式（ＩＩ）で示されるアルデヒド化合物と、式（２ａ）で示されるカルボン酸又はカルボン酸誘導体とを反応させることにより、式（ＩＩＩ）で示される化合物を得、次いで、このものと、式（ＩＶ）で示されるヒドラジン誘導体とを反応させることにより、目的とする重合性化合物（Ｉ）を得ることができる。
また、上記製造方法に用いる製造中間体である、式（２ａ）で示される化合物のうち、Ｌが水酸基である化合物（化合物（２））は、例えば、以下の工程により製造することができる。さらに、Ｌが水酸基以外の化合物は、化合物（２）から誘導することができる。

（式中、Ａ、ｎは前記と同じ意味を表す。Ｒ^ｂは、メチル基等のアルキル基、又は、ｐ−メチルフェニル基等の置換基を有していてもよいアリール基を表す。）
すなわち、先ず、トリエチルアミン等の塩基存在下、式（４）で表される１，４−シクロヘキサンジカルボン酸と、スルホニルクロリドとの反応を行うことにより、混合酸無水物を含む反応混合物を得る。
次いで、得られた反応混合物に、前記式（１）で表される化合物（化合物（１））と、トリエチルアミン等の塩基を加えて、さらに反応を行うことにより、化合物（２）を得ることができる（特許文献１）。
しかしながら、この製造方法には、下記式（３）

（３）

（式中、Ａ、ｎは前記と同じ意味を表す。）で示される化合物（化合物（３））が副生成するため、化合物（３）を分離するためのカラム精製等が必要となり、目的物の化合物（２）を工業的生産規模で製造する上で問題があった。
また、化合物（２）を、保護基を用いて製造する方法が開示されているが、コスト面で工業的に有利な製造方法とは言えない（特許文献２）。

国際公開第２０１４／１２６１１３号国際公開第２０１１／０６８１３８号

本発明は、かかる実情のもとになされたものであって、前記重合性化合物（Ｉ）を工業的に有利に製造するために有用な製造中間体（化合物（２））を、低コストで収率よく、かつ、高純度で製造する方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究した。その結果、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸に、酸ハライドを反応させることにより、混合酸無水物を得、得られた混合酸無水物に、化合物（１）を反応させることにより、化合物（２）及び化合物（３）を含む反応混合物を得、得られた反応混合物の粗結晶をアルコール溶媒に溶解させ、不溶物である化合物（３）をろ取することにより、目的とする化合物（２）を、収率よく高純度で得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。

かくして本発明によれば、（１）〜（４）のシクロヘキサンカルボン酸モノエステル化合物（化合物（２））の製造方法が提供される。
（１）１，４−シクロヘキサンジカルボン酸に、塩基存在下、酸ハライドを反応させることにより、混合酸無水物を得る工程（Ａ）、
工程（Ａ）で得られた混合酸無水物に、塩基存在下、下記式（１）

（１）

（式中、Ａは、水素原子、メチル基又は塩素原子を表し、ｎは１〜２０の整数を表す。）で示されるヒドロキシ化合物を反応させることにより、下記式（２）

（２）

（式中、Ａ、ｎは前記と同じ意味を表す。）で示されるシクロヘキサンカルボン酸モノエステル化合物、及び、下記式（３）

（３）

（式中、Ａ、ｎは前記と同じ意味を表す。）で示されるシクロヘキサンカルボン酸ジエステル化合物を含む反応混合物を得る工程（Ｂ）、並びに、
工程（Ｂ）で得られた反応混合物から粗結晶を得、得られた粗結晶をアルコール溶媒に溶解させ、不溶物をろ過することにより、前記式（３）で示されるシクロヘキサンカルボン酸ジエステル化合物を除去する工程（Ｃ）を有する、
前記式（２）で示されるシクロヘキサンカルボン酸モノエステル化合物の製造方法。

（２）前記酸ハライドが、式：Ｒ^ａＳＯ_２−Ｘ（Ｒ^ａは、炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数１〜２０のハロアルキル基、又は、無置換若しくは置換基を有する炭素数１〜２０のアリール基を表し、Ｘはハロゲン原子を表す。）で表されるスルホン酸ハライドである、（１）に記載の製造方法。
（３）前記アルコール溶媒がメタノールである、（１）又は（２）に記載の製造方法。
（４）前記式（１）〜（３）中、Ａが水素原子を表し、ｎが６である、（１）〜（３）のいずれかに記載の製造方法。

本発明の製造方法によれば、光学フィルムの製造原料である重合性化合物（Ｉ）の製造中間体である化合物（２）を、低コストで収率よく、かつ、高純度で製造することができる。

以下、本発明を、詳細に説明する。
本発明の製造方法は、下記の工程（Ａ）〜工程（Ｃ）を有する化合物（２）の製造方法である。
工程（Ａ）：１，４−シクロヘキサンジカルボン酸に、塩基存在下、酸ハライドを反応させることにより、混合酸無水物を得る工程
工程（Ｂ）：工程（Ａ）で得られた混合酸無水物に、塩基存在下、前記式（１）で示されるヒドロキシ化合物を反応させることにより、前記式（２）で示されるシクロヘキサンカルボン酸モノエステル化合物（化合物（２））、及び、前記式（３）で示されるシクロヘキサンカルボン酸ジエステル化合物（化合物（３））を含む反応混合物を得る工程
工程（Ｃ）：工程（Ｂ）で得られた反応混合物から粗結晶を得、得られた粗結晶をアルコール溶媒に溶解させ、不溶物をろ過することにより、化合物（３）を除去する工程

前記式中、Ａは、水素原子、メチル基又は塩素原子を表し、水素原子又はメチル基であるのが好ましく、水素原子であるのがより好ましい。
ｎは１〜２０の整数を表し、２〜１０の整数であるのが好ましく、６であるのがより好ましい。

本発明の製造方法によって得られる化合物（２）は、前記重合性化合物（Ｉ）の製造中間体として有用である。

（工程（Ａ））
本発明の製造方法において、工程（Ａ）は、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸（４）に、塩基存在下、酸ハライドを反応させることにより、混合酸無水物を得る工程である。

１，４−シクロヘキサンジカルボン酸は、トランス体であってもシス体であっても、異性体混合物であっても構わないが、望ましい目的物を得る観点から、トランス体であるのが好ましい。

用いる酸ハライドとしては、式：Ｒ^ａＳＯ_２−Ｘで表されるスルホン酸ハライド、式：Ｒ^ａＣＯ−Ｘで表されるカルボン酸ハライドが挙げられる。ここで、Ｘは、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子を表す。Ｒ^ａは、炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数１〜２０のハロアルキル基、又は、無置換若しくは置換基を有する炭素数１〜２０のアリール基を表す。
炭素数１〜２０のアルキル基としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ−ヘキシル基、ｎ−オクチル基、ｎ−デシル基が挙げられる。
無置換若しくは置換基を有する炭素数１〜２０のアリール基としては、フェニル基、４−メチルフェニル基、２−クロロフェニル基、３−メトキシフェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基等が挙げられる。

スルホン酸ハライドの具体例としては、メタンスルホニルクロリド、エタンスルホニルクロリド、トリフルオロメタンスルホニルクロリド、ベンゼンスルホニルクロリド、パラトルエンスルホニルクロリド、メタンスルホニルフロリド、メタンスルホニルブロミド、エタンスルホニルブロミド、ベンゼンスルホニルブロミド、メタンスルホニルアイオダイド、ベンゼンスルホニルアイオダイド等が挙げられる。

カルボン酸ハライドの具体例としては、アセチルクロリド、プロピオン酸クロリド、ベンゾイルクロリド、アセチルブロミド、プロピオン酸ブロミド等が挙げられる。

これらの中でも、収率よく目的物が得られることや、入手容易性、製造コスト等の観点から、酸ハライドとしては、式：Ｒ^ａＳＯ_２−Ｘで表されるスルホン酸ハライドを用いるのが好ましく、式：Ｒ^ａＳＯ_２−Ｃｌで表されるスルホン酸クロリドを用いるのがより好ましく、メタンスルホニルクロリド、パラトルエンスルホニルクロリドを用いるのがさらに好ましい。
酸ハライドの使用量は、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸に対して、通常０．１〜０．７倍モルである。

反応は、塩基の存在下で行う。
用いる塩基としては、トリエチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、フェニルジメチルアミン、ピリジン、ピコリン、ルチジン、４−（ジメチルアミノ）ピリジン等の有機塩基；水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等の無機塩基；が挙げられる。これらは１種単独で、或いは、２種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの中でも、収率よく目的物が得られる観点から、有機塩基が好ましく、トリエチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン等の３級アミンがより好ましく、トリエチルアミンが特に好ましい。
塩基の使用量は、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸１当量に対して、通常０．１〜０．７当量である。

反応は有機溶媒中で行うのが好ましい。
用いる有機溶媒としては、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、１，２−ジメトキシエタン、１，４−ジオキサン、シクロペンチルメチルエーテル等のエーテル類；酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル等のエステル類；Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン、ヘキサメチルリン酸トリアミド等のアミド類；ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類；ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−オクタン等の脂肪族炭化水素類；シクロペンタン、シクロヘキサン等の脂環式炭化水素類；等が挙げられる。
これらの溶媒は一種単独で、或いは二種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの中でも、収率よく目的物が得られることなどの理由から、エーテル類が好ましく、ＴＨＦがより好ましい。

溶媒の使用量は、特に限定されず、用いる化合物の種類や反応規模等を考慮して適宜定めることができるが、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸１ｇに対し、通常１〜２０ｇである。

反応温度は、通常、−１０℃〜＋４０℃、好ましくは−５℃〜＋１５℃である。反応時間は、反応規模等にもよるが、通常、数分から数十時間、好ましくは数十分から数時間である。
反応が終了したことは、薄層クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー等により確認することができる。
以上のようにして、混合酸無水物を含む反応混合物を得る。混合酸無水物は、単離することもできるが、通常単離することなく反応混合物をそのまま次の工程（Ｂ）に供する。

（工程（Ｂ））
工程（Ｂ）は、工程（Ａ）で得られた混合酸無水物に、塩基存在下、化合物（１）を反応させることにより、化合物（２）及び化合物（３）を含む反応混合物を得る工程である。
化合物（１）は、従来公知の方法により製造することができる（国際公開２０１４／０１０３２５号等）。また、市販品をそのまま用いることもできる。
化合物（１）の使用量は、用いた１，４−シクロヘキサンジカルボン酸に対し、通常、０．１〜１倍モル、好ましくは、０．４〜０．６倍モルである。

用いる塩基としては、工程（Ａ）で例示したのと同様のものが挙げられる。
これらの中でも、トリエチルアミン、４−（ジメチルアミノ）ピリジン、及び、これらの混合物が好ましい。
塩基の使用量は、用いた化合物（１）に対して、通常、１〜３倍モル、好ましくは１〜１．５倍モルである。
反応は、工程（Ａ）で得られた反応混合物中に、化合物（１）及び塩基を加え、撹拌することにより行うことができる。

反応温度は、通常−１０℃〜＋４０℃、好ましくは０℃〜３０℃、より好ましくは、５〜１５℃である。
反応時間は、反応規模等にもよるが、通常、数分から数時間である。
これにより、目的とする化合物（２）、及び、副生成物である化合物（３）を含む反応混合物が得られる。

(工程（Ｃ）)
工程（Ｃ）は、工程（Ｂ）で得られた反応混合物から粗結晶を得、得られた粗結晶をアルコール溶媒に溶解させ、不溶物をろ過することにより、化合物（３）を除去する工程である。

工程（Ｂ）で得られた反応混合物から粗結晶を得る方法としては、例えば、工程（Ｂ）で得られた反応混合物に水を加え、常圧下で加熱し、或いは減圧下で有機溶媒を留去させ、得られた濃縮液を、放冷又は冷却することで、粗結晶を析出させる方法等が挙げられる。
加える水の量は、粗結晶が析出させることができる量であればよく、用いた化合物（１）１００ｇに対し、通常３００〜３０００ｇ、好ましくは５００〜１５００ｇである。
得られる析出物をろ過し、乾燥することで、粗結晶を得ることができる。
なお、加熱して有機溶媒を留去する際には、溶液に、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾール等の重合禁止剤を、化合物（１）に対し０．０１倍モル程度添加してもよい。

得られた粗結晶に加えるアルコール溶媒は、化合物（２）を溶解し易く、かつ、化合物（３）を溶解し難いものであればよい。このような溶媒を用いることにより、粗結晶中の不溶物である化合物（３）を除去でき、化合物（２）を単離することが可能となる。
用いるアルコール溶媒としては、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、t−ブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｎ−ペンタノール、ｎ−ヘキサノール等の炭素数１〜６の脂肪族アルコール；シクロペンタノール、シクロヘキサノール、シクロヘプタノール等の炭素数３〜１０の脂環式アルコール；等が挙げられる。これらの中でも、目的物をより収率よく得る観点、及び、経済的観点から、炭素数１〜３のアルコールが好ましく、メタノールが特に好ましい。

アルコール溶媒の添加量は、用いるアルコールや化合物（２）の種類、反応規模等にもよるが、用いた化合物（１）１００ｇに対し、通常１００〜３０００ｇ、好ましくは５００〜１５００ｇである。

アルコール溶媒を添加した後は、化合物（２）を速やかに溶解させるために、アルコール溶液を撹拌するのが好ましい。撹拌温度は、通常０〜４０℃、好ましくは１０〜３５℃、撹拌時間は、通常数分から数時間、好ましくは数分から１時間である。
あまりに高温で、又は長時間撹拌すると、化合物（３）がアルコール溶媒に溶解し、後に単離する化合物（２）の純度が低下するおそれがある。一方、あまりに低温では、又は撹拌時間が短いと、化合物（２）が溶解しきれず化合物（２）の収率が低下するおそれがある。
撹拌後、不溶物として残存する化合物（３）を、ろ過することにより除去することができる。
これにより、化合物（２）を高濃度で含むろ液を得ることができる。

工程（Ｃ）で得られた化合物（２）のアルコール溶液から、化合物（２）を再結晶することにより、高純度の化合物（２）の結晶を得ることができる。
再結晶の方法は特に制限されない。例えば、前記アルコール溶液に水を加えて結晶を析出させ、４５〜６０℃で加熱溶解させた後、該溶液を−２０〜０℃に冷却することにより、化合物（２）の結晶を析出させることができる。
用いる水の添加量は、化合物（１）の種類によるが、用いたアルコール１００ｇに対し、通常１０〜１０００ｇ、好ましくは２０〜５００ｇである。
水を加えて加熱する際には、溶液に、さらに、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾール等の重合禁止剤を、用いた化合物（１）に対し０．００１倍モル程度添加してもよい。

結晶が析出した溶液をろ過することで、化合物（２）の結晶を高純度で得ることができる。
得られる化合物（２）の純度は、通常８０％以上である。
得られる化合物（２）の収率は、通常、４０％以上である。
本発明によれば、重合性化合物（Ｉ）の製造中間体である化合物（２）を、低コストで収率よく高純度で、工業的に有利に製造することができる。

以下、本発明を、実施例によりさらに詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施例により何ら制限されるものではない。

（実施例１）化合物１の製造

（１ａ）

温度計を備えた３口反応器に、窒素気流中、ｔｒａｎｓ−１，４−シクロヘキサンジカルボン酸１３０．２８ｇ（７５６．６５ｍｍｏｌ）とテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）７５０ｇを加えた。次いで、反応器を氷浴に浸して反応液内温を５℃とした後、反応液に、メタンスルホニルクロリド４５．５０ｇ（３９７．２１ｍｍｏｌ）を加えた。さらに、トリエチルアミン４２．１１ｇ（４１６．１５ｍｍｏｌ）を、反応液内温を１５℃以下に保持しながら、３０分かけて滴下した。滴下終了後、全容を５℃でさらに１時間撹拌した。
得られた反応液に、４−（６−アクリロイルオキシ−ヘクス−１−イルオキシ）フェノール（ＤＫＳＨ社製）１００．００ｇ（３７８．３３ｍｍｏｌ）、及び、４−（ジメチルアミノ）ピリジン４．６２ｇ（３７．８２ｍｍｏｌ）を加えた。そこへ、トリエチルアミン４２．１１ｇ（４１６．１５ｍｍｏｌ）を、反応液内温を１５℃以下に保持しながら、３０分間かけて滴下し、滴下終了後、全容を２５℃でさらに２時間撹拌した。

反応終了後、反応液を１５℃に冷却し、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾール（ＢＨＴ）０．８３ｇ（３．７７ｍｍｏｌ）と蒸留水８００ｇを加えた。得られた溶液を常圧下で溶液内温が７５℃になるまで濃縮を行うことでＴＨＦを留去した。その後、濃縮液を６０℃まで冷却し、ろ過助剤（ロカヘルプ４２０９、三井金属鉱業社製）２０．０ｇを加え、更に５℃まで冷却した。そして、析出物をろ取し、ろ過物を真空乾燥して粗結晶を得た。

得られた粗結晶をメタノール１０８０ｇに加え、２５℃で３０分撹拌した後に不溶成分をろ過し、ろ液に、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾール（ＢＨＴ）０．０８ｇ（０．３６ｍｍｏｌ）と蒸留水５１９ｇを加えた。次いで、溶液を５５℃まで加熱した後に−５℃まで冷却して再結晶を行った。得られた結晶をろ取し、ろ過物を真空乾燥させることで白色固体として化合物１を７９．１６ｇ得た（収率＝５０％）。
目的物の構造は^１Ｈ−ＮＭＲで同定した。

^１Ｈ−ＮＭＲ（５００ＭＨｚ，ＤＭＳＯ−ｄ６，ＴＭＳ，δｐｐｍ）＝１２．１２（ｓ，１Ｈ）、６．９９（ｄ，２Ｈ，Ｊ＝９．０Ｈｚ）、６．９２（ｄ，２Ｈ，Ｊ＝９．０Ｈｚ）、６．３２（ｄｄ，１Ｈ，Ｊ＝１．５Ｈｚ，１７５Ｈｚ）、６．１７（ｄｄ，１Ｈ，Ｊ＝１０．０Ｈｚ，１７．５Ｈｚ）、５．９３（ｄｄ，１Ｈ，Ｊ＝１．５Ｈｚ，１０．０Ｈｚ）、４．１１（ｔ，２Ｈ，Ｊ＝６．５Ｈｚ）、３．９４（ｔ，２Ｈ，Ｊ＝６．５Ｈｚ）、２．４８−２．５６（ｍ，１Ｈ）、２．１８−２．２６（ｍ，１Ｈ）、２．０４−２．１０（ｍ，２Ｈ）、１．９３−２．００（ｍ，２Ｈ）、１．５９−１．７５（ｍ，４Ｈ）、１．３５−１．５２（ｍ，８Ｈ）

Claims

１，４−シクロヘキサンジカルボン酸に、塩基存在下、酸ハライドを反応させることにより、混合酸無水物を得る工程（Ａ）、
工程（Ａ）で得られた混合酸無水物に、塩基存在下、下記式（１）

（１）
（式中、Ａは、水素原子、メチル基又は塩素原子を表し、ｎは１〜２０の整数を表す。）で示されるヒドロキシ化合物を反応させることにより、下記式（２）

（２）
（式中、Ａ、ｎは前記と同じ意味を表す。）で示されるシクロヘキサンカルボン酸モノエステル化合物、及び、下記式（３）

（３）
（式中、Ａ、ｎは前記と同じ意味を表す。）で示されるシクロヘキサンカルボン酸ジエステル化合物を含む反応混合物を得る工程（Ｂ）、並びに、
工程（Ｂ）で得られた反応混合物から粗結晶を得、得られた粗結晶をアルコール溶媒に溶解させ、不溶物をろ過することにより、前記式（３）で示されるシクロヘキサンカルボン酸ジエステル化合物を除去する工程（Ｃ）を有する、
前記式（２）で示されるシクロヘキサンカルボン酸モノエステル化合物の製造方法。
前記酸ハライドが、式：Ｒ^ａＳＯ_２−Ｘ（Ｒ^ａは、炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数１〜２０のハロアルキル基、又は、無置換若しくは置換基を有する炭素数１〜２０のアリール基を表し、Ｘはハロゲン原子を表す。）で表されるスルホン酸ハライドである、請求項１に記載の製造方法。
前記アルコール溶媒がメタノールである、請求項１又は２に記載の製造方法。
前記式（１）〜（３）中、Ａが水素原子を表し、ｎが６である、請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。