JP2022182138A - ２，５－ジヒドロキシテレフタル酸の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、アルカリ金属の含有量の少ない高純度の２，５－ジヒドロキシテレフタル酸が得られる製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、水性媒体の存在下、粗２，５－ジヒドロキシテレフタル酸を９０～２００℃の温度下で、懸濁状態で洗浄する工程を含む、高純度２，５－ジヒドロキシテレフタル酸の製造方法であって、粗２，５－ジヒドロキシテレフタル酸に含まれるアルカリ金属の含有量は１５ｐｐｍ以上であり、高純度２，５－ジヒドロキシテレフタル酸に含まれるアルカリ金属の含有量は１５ｐｐｍ未満である方法に関する。【選択図】なし
Description
本発明は、２，５－ジヒドロキシテレフタル酸の製造方法に関する。
２，５－ジヒドロキシテレフタル酸（以下、ＤＨＴＡと称する場合もある）は、ヒドロキシ基を２個有する芳香族ジカルボン酸であり、例えばポリエステル、ポリアミド、アラミド等の合成樹脂のモノマー、蛍光剤や医薬品中間体などの原料として使用され、その需要は年々高まっている。
従来、フェノール性水酸基を有する化合物にカルボキシル基を導入する方法としては、コルベシュミット反応が知られている。コルベシュミット反応としては、例えば、アルカリ金属のフェノキシド（フェノールのアルカリ金属塩）に高温・高圧で二酸化炭素を接触させてオルト位をカルボキシル化させ、酸による中和後にサリチル酸を得る化学反応が挙げられる。
ＤＨＴＡの製造に関しても、このコルベシュミット反応によって製造する方法が提案されており、例えば、アルカリ金属炭酸塩の存在下で二価フェノールを二酸化炭素と接触させ、アルカリ金属ギ酸塩の存在下でギ酸塩の融点より高い温度で反応させる方法（特許文献１）や、ハイドロキノンジアルカリ金属塩と二酸化炭素とを、フェノールまたはナフトールのアルカリ金属塩の存在下で反応させる方法（特許文献２）等、主に有機金属塩触媒を添加することによって、生成率が向上することが知られている。
しかしながら、コルベシュミット反応によって製造された粗ＤＨＴＡには、ナトリウムやカリウム等のアルカリ金属が残留するため、より高純度なものが求められる用途においては、これらを除去する精製操作が必要であった。
ＤＨＴＡの精製方法としては、コルベシュミット反応によって製造された粗ＤＨＴＡをアセチル化した後、再結晶し、加水分解することで再びＤＨＴＡを得る方法（特許文献３）が提案されている。しかし、回収率が半分以下であるなど、工業的に有利な方法とは言えないものであった。
本発明の目的は、アルカリ金属の含有量の少ない高純度の２，５－ジヒドロキシテレフタル酸が得られる製造方法を提供することにある。
本発明者らは、上記課題に鑑み、鋭意検討した結果、２，５－ジヒドロキシテレフタル酸の結晶を水性媒体の存在下、高温条件下で、懸濁状態で洗浄することによって、アルカリ金属の少ない高純度の２，５－ジヒドロキシテレフタル酸を調製し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、以下の好適な態様を包含する。
〔１〕水性媒体の存在下、粗２，５－ジヒドロキシテレフタル酸を９０～２００℃の温度下で、懸濁状態で洗浄する工程を含む、高純度２，５－ジヒドロキシテレフタル酸の製造方法であって、粗２，５－ジヒドロキシテレフタル酸に含まれるアルカリ金属の含有量は１５ｐｐｍ以上であり、高純度２，５－ジヒドロキシテレフタル酸に含まれるアルカリ金属の含有量は１５ｐｐｍ未満である、方法。
〔２〕粗２，５－ジヒドロキシテレフタル酸は、ハイドロキノンのアルカリ金属塩と二酸化炭素を反応させ、得られた２，５－ジヒドロキシテレフタル酸のアルカリ金属塩を酸析することによって得られたものである、〔１〕に記載の方法。
〔３〕水性媒体は、濃度９０質量％までの水溶性有機溶媒の水溶液である、〔１〕または〔２〕に記載の方法。
〔４〕水溶性有機溶媒は、メタノール、エタノール、イソプロパノール、２－メトキシエタノール、２－エトキシエタノール、エチレングリコール、グリセリン、ポリエチレングリコール、アセトン、テトラヒドロフラン、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホルアミドおよびＮ－メチル－２－ピロリドンからなる群から選択される１種以上である、〔３〕に記載の方法。
〔５〕洗浄は、粗２，５－ジヒドロキシテレフタル酸１００質量部に対して２００～２０００質量部の水性媒体の存在下で行う、〔１〕～〔４〕のいずれかに記載の方法。
〔６〕アルカリ金属はナトリウムおよび／またはカリウムである、〔１〕～〔５〕のいずれかに記載の方法。
〔７〕アルカリ金属の含有量が１５ｐｐｍ未満である、高純度２，５－ジヒドロキシテレフタル酸。
〔８〕アルカリ金属がナトリウムおよび／またはカリウムである、〔７〕記載の高純度２，５－ジヒドロキシテレフタル酸。
〔１〕水性媒体の存在下、粗２，５－ジヒドロキシテレフタル酸を９０～２００℃の温度下で、懸濁状態で洗浄する工程を含む、高純度２，５－ジヒドロキシテレフタル酸の製造方法であって、粗２，５－ジヒドロキシテレフタル酸に含まれるアルカリ金属の含有量は１５ｐｐｍ以上であり、高純度２，５－ジヒドロキシテレフタル酸に含まれるアルカリ金属の含有量は１５ｐｐｍ未満である、方法。
〔２〕粗２，５－ジヒドロキシテレフタル酸は、ハイドロキノンのアルカリ金属塩と二酸化炭素を反応させ、得られた２，５－ジヒドロキシテレフタル酸のアルカリ金属塩を酸析することによって得られたものである、〔１〕に記載の方法。
〔３〕水性媒体は、濃度９０質量％までの水溶性有機溶媒の水溶液である、〔１〕または〔２〕に記載の方法。
〔４〕水溶性有機溶媒は、メタノール、エタノール、イソプロパノール、２－メトキシエタノール、２－エトキシエタノール、エチレングリコール、グリセリン、ポリエチレングリコール、アセトン、テトラヒドロフラン、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホルアミドおよびＮ－メチル－２－ピロリドンからなる群から選択される１種以上である、〔３〕に記載の方法。
〔５〕洗浄は、粗２，５－ジヒドロキシテレフタル酸１００質量部に対して２００～２０００質量部の水性媒体の存在下で行う、〔１〕～〔４〕のいずれかに記載の方法。
〔６〕アルカリ金属はナトリウムおよび／またはカリウムである、〔１〕～〔５〕のいずれかに記載の方法。
〔７〕アルカリ金属の含有量が１５ｐｐｍ未満である、高純度２，５－ジヒドロキシテレフタル酸。
〔８〕アルカリ金属がナトリウムおよび／またはカリウムである、〔７〕記載の高純度２，５－ジヒドロキシテレフタル酸。
本発明によれば、アルカリ金属の含有量の少ない高純度の２，５－ジヒドロキシテレフタル酸を得ることができる。
本発明において、単に「アルカリ金属塩」という場合は、モノアルカリ金属塩および／またはジアルカリ金属塩を意味する。
本発明において使用される、粗ＤＨＴＡを得る方法は特に限定されないが、例えば、反応媒体中で、ハイドロキノンのアルカリ金属塩と二酸化炭素とを反応させる、いわゆるコルベシュミット反応の後、得られた２，５－ジヒドロキシテレフタル酸のアルカリ金属塩を酸析することによって得ることができる。
本発明において、粗ＤＨＴＡとは、アルカリ金属の含有量が１５ｐｐｍ以上のＤＨＴＡを意味し、高純度ＤＨＴＡとは、アルカリ金属の含有量が１５ｐｐｍ未満のＤＨＴＡを意味する。
コルベシュミット反応において使用される反応装置としては、通常のコルベシュミット反応において使用される反応装置であればよく、例えば、撹拌機を備え、高圧反応に対応可能なオートクレーブが好適に使用できる。さらに、温度制御機能を有し、炭酸ガスや不活性ガスの導入管、温度計支持管、圧力計および排気管などを有するものがより好ましい。
コルベシュミット反応において使用されるハイドロキノンのアルカリ金属塩としては、ハイドロキノンのリチウム塩、ハイドロキノンのナトリウム塩、ハイドロキノンのカリウム塩、ハイドロキノンのルビジウム塩、ハイドロキノンのセシウム塩が挙げられるが、入手可能性、コストおよび反応性の点から、ハイドロキノンのナトリウム塩およびハイドロキノンのカリウム塩が好ましく、さらに反応性により優れる点から、ハイドロキノンのカリウム塩がより好ましい。
ハイドロキノンのアルカリ金属塩は、ハイドロキノンを、アルカリ金属水酸化物や、アルカリ金属ｔ－ブトキシド、アルカリ金属メトキシド、アルカリ金属エトキシド、アルカリ金属ｉ－プロポキシドなどのアルカリ金属アルコキシドを用いて、アルカリ金属塩とすることにより得ることができる。特に、経済性を考慮するとハイドロキノンをアルカリ金属水酸化物を用いてアルカリ金属塩とするのが好ましい。
ハイドロキノンのアルカリ金属塩と二酸化炭素との反応に際し、有機アルカリ金属塩の存在下で反応を実施してもよい。
有機アルカリ金属塩としては、フェノール、ナフトール、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、イソ酪酸、パルミチン酸およびステアリン酸からなる群から選択される１種以上の有機化合物のアルカリ金属塩が好適に使用でき、特に、収率に優れることから、酢酸カリウムがより好適に使用できる。
ハイドロキノンのアルカリ金属塩と二酸化炭素との反応に用いる反応媒体は、反応温度および反応圧力において液体であり、ハイドロキノンのアルカリ金属塩と二酸化炭素との反応に対して不活性なものである。好ましくは、反応媒体は大気圧での沸点が２２０℃以上のものである。
反応媒体としては、脂肪族、脂環族もしくは芳香族の炭化水素またはこれらの残基を有するエーテル化合物が好適に使用され、例えば、軽油、灯油、ガソリン、潤滑油、白油、アルキルベンゼン、アルキルナフタリン、水素化トリフェニル、ジフェニルエーテル、アルキルフェニルエーテル、アルキルジフェニルエーテル、ｉｓｏ－オクチルアルコールなどの高沸点高級アルコールなど、およびこれらの混合物が挙げられる。
反応媒体の使用量は、ハイドロキノンのアルカリ金属塩に対して０．５倍質量以上、好ましくは１～１５倍質量、より好ましくは３～１２倍質量であるのがよい。
ハイドロキノンのアルカリ金属塩と二酸化炭素との反応温度は、１５０～３２０℃、好ましくは２００～３００℃、より好ましくは２３０～２９０℃である。１５０℃より低温では、反応が進行せず、３２０℃より高温では、反応が頭打ちとなりエネルギーが損失するとともに、副反応が生じるおそれがある。
ハイドロキノンのアルカリ金属塩と二酸化炭素との反応時の圧力は、通常０～１０ＭＰａであり、好ましくは０～５ＭＰａ、より好ましくは０～１ＭＰａの二酸化炭素圧力下で行う。反応時の圧力が１０ＭＰａを超えると高圧に耐える装置が必要となるなど、工業的に有利ではない。
反応時間は数分ないし１５時間、好ましくは１０分～１０時間、より好ましくは２０分～１０時間、特に好ましくは１～５時間の間で適宜選択することができる。
かかる反応により得られたＤＨＴＡのアルカリ金属塩を酸析などの常套の酸への変換手段に供することにより、本発明で使用する粗ＤＨＴＡを得ることができる。
酸析に使用される酸は特に限定されないが、鉱酸が好適に用いられる。鉱酸としては、例えば、塩酸、フッ化水素酸のような二元酸、硫酸、硝酸、リン酸、過塩素酸のようなオキソ酸が挙げられる。また、酢酸、プロピオン酸などの有機酸などを用いることもできる。これらの中でも硫酸が特に好ましい。
これらの酸析に使用される酸は、反応温度等を制御し易い点から水溶液であるものが好ましく、例えば７０質量％硫酸水溶液が好適に使用される。
これらの酸は、水性媒体溶液のｐＨが好ましくは１．０～３．０、より好ましくは１．２～２．５、さらに好ましくは１．５～２．１になるまで滴下される。
酸析時間は、反応装置のスケールなどにより異なるが、好ましくは１０～１５０分、より好ましくは３０～１２０分であるのがよい。
酸析は、窒素やヘリウムなどの不活性ガス雰囲気下に行うのが好ましい。
酸析によって析出した結晶は濾過等の常套手段により固液分離し、目的物である粗ＤＨＴＡを回収する。固液分離に際し、適宜溶媒を注いで結晶を洗浄するのが好ましい。固液分離の際に用いる溶媒としては、水が好ましい。
このようにして得られた粗ＤＨＴＡは精製工程に供される。
本発明の製造方法において、精製工程は、水性媒体の存在下、粗ＤＨＴＡを９０～２００℃の温度条件下で、懸濁状態で洗浄することによって行われる。
精製工程における温度が９０℃未満である場合、アルカリ金属の除去効果が低下する。精製工程における温度が２００℃超である場合、装置内の圧力が非常に高くなり、装置の破損や破裂などを引き起こすおそれがある。
精製工程は、密閉系で実施することが好ましい。精製工程に用いられる密閉系の装置としては、オートクレーブ等の耐熱耐圧の精製装置であることが好適であり、内部に攪拌装置を有しているものが好ましい。
精製工程における精製装置内の圧力は、好ましくは１．５ＭＰａ以下、より好ましくは１．０ＭＰａ以下である。精製装置内の圧力が１．５ＭＰａを超えると、装置の破損や破裂などを引き起こすおそれがある。
精製工程において、洗浄に用いる水性溶媒は、濃度９０質量％までの水溶性有機溶媒の水溶液であることが好ましい。
本発明で用いる水溶性有機溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、２－メトキシエタノール、２－エトキシエタノール、エチレングリコール、グリセリン、ポリエチレングリコール、アセトン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホルアミドおよびＮ－メチル－２－ピロリドンからなる群から選択される１種以上が挙げられる。不純物除去効果に優れる点から、メタノール、イソプロパノール、アセトンおよびテトラヒドロフランからなる群から選択される１種以上が好ましい。これらの水溶性有機溶媒は２種以上を組み合わせて使用してもよい。
水性媒体の使用量は、粗ＤＨＴＡ１００質量部に対して２００～２０００質量部であることが好ましい。水性媒体の使用量がＤＨＴＡ１００質量部に対して２００質量部未満である場合、アルカリ金属の除去効果が低下することがある。また、水性媒体の使用量がＤＨＴＡ１００質量部に対して２０００質量部を超える場合、過剰な水性媒体が無駄となる等、生産効率の低下を引き起こすことがある。
精製工程における洗浄時間は、１０～５００分が好ましく、３０～３６０分がより好ましい。洗浄時間が１０分未満である場合、ＤＨＴＡの結晶中からのアルカリ金属の除去効果が低下することがある。また、洗浄時間が５００分超である場合、精製効率が頭打ちとなり、エネルギーの損失となるとともに、副生成物が生じるおそれがある。
精製工程で得られたＤＨＴＡのスラリー（懸濁液）は、遠心分離、フィルタープレスによるろ過などの常套手段により、スラリーからＤＨＴＡが分離され回収される。回収されたＤＨＴＡの結晶は、必要により、冷水、温水などにより洗浄した後に乾燥させる。
このようにして得られた高純度ＤＨＴＡは、種々の化成品を調製するための原料として好適に用いられる。
本発明の方法により得られた高純度ＤＨＴＡに含まれるアルカリ金属の含有量は１５ｐｐｍ未満である。このようなアルカリ金属は、ＤＨＴＡの塩、塩酸塩、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩などとして存在し得る。
このように、本発明は、アルカリ金属の含有量が１５ｐｐｍ未満であるＤＨＴＡを提供する。
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。目的物である２，５－ジヒドロキシテレフタル酸は、以下の方法によって分析した。
［高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）］
装置： Ｗａｔｅｒｓ アライアンス ２６９０／２９９６
カラム型番： Ｌ－Ｃｏｌｕｍｎ
液量： １．０ｍＬ／分
溶媒比： Ｈ２Ｏ（ｐＨ２．３）／ＣＨ３ＣＮ＝９５／５（１０分）→８０／２０（３．５分）→５／９５（２３．５分）、グラジエント分析
波長： ２２９ｎｍ
カラム温度： ４０℃
装置： Ｗａｔｅｒｓ アライアンス ２６９０／２９９６
カラム型番： Ｌ－Ｃｏｌｕｍｎ
液量： １．０ｍＬ／分
溶媒比： Ｈ２Ｏ（ｐＨ２．３）／ＣＨ３ＣＮ＝９５／５（１０分）→８０／２０（３．５分）→５／９５（２３．５分）、グラジエント分析
波長： ２２９ｎｍ
カラム温度： ４０℃
参考例１（粗ＤＨＴＡの調製）
撹拌機および温度センサーを備えた１Ｌの四ツ口フラスコにハイドロキノン７８．２ｇ（０．７モル）および酢酸９２．４ｇ（１．４モル）を仕込み、攪拌した。窒素気流下の混合液を水浴で冷却および攪拌しながら４８質量％水酸化カリウム水溶液３３２．２ｇ（２．８モル）を２時間かけて滴下した後、５０℃で１時間保持してハイドロキノンジカリウム塩／酢酸カリウム塩水溶液を調製した。
撹拌機および温度センサーを備えた１Ｌの四ツ口フラスコにハイドロキノン７８．２ｇ（０．７モル）および酢酸９２．４ｇ（１．４モル）を仕込み、攪拌した。窒素気流下の混合液を水浴で冷却および攪拌しながら４８質量％水酸化カリウム水溶液３３２．２ｇ（２．８モル）を２時間かけて滴下した後、５０℃で１時間保持してハイドロキノンジカリウム塩／酢酸カリウム塩水溶液を調製した。
調製した水溶液および軽油５２９．３ｇを窒素で置換した２Ｌオートクレーブに移して攪拌した。次いで混合液を窒素気流下にて攪拌しながら１６０℃まで昇温した。軽油を２１８．９ｇ追加して１６０℃で２時間保持した後、密閉して２３０℃まで昇温した。窒素を炭酸ガスに置き換えて攪拌しながら０．３ＭＰａ、２３０～２５０℃で３時間反応した。
反応終了後１００℃まで冷却し、水５３２．９ｇおよび７０％硫酸２３．２ｇを追加し、内容物を撹拌機および温度センサーのついた５Ｌ底抜きフラスコに移し、水１８９６．４ｇを追加して窒素気流下、９０℃にて攪拌しながら３０分保持し、水層を取り出した。水層を撹拌機および温度センサーのついた５Ｌ底抜きフラスコに移し、活性炭５．５ｇを追加し、窒素気流下、９０℃で３０分攪拌した後、フィルターろ過にて不溶分を除去した。ろ過液を窒素気流下で９０℃まで加熱昇温し、同温度で攪拌しながら７０質量％硫酸をｐＨが２．０になるまで９０分かけて滴下し、粗ＤＨＴＡを析出させた。得られた懸濁液を７０℃まで冷却した後、固液分離し、次いで水４９３．２ｇで洗浄した。得られた粗結晶を１００℃で１２時間乾燥することにより、粗ＤＨＴＡ１０８．５ｇを得た。
得られた粗ＤＨＴＡについて、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）および結晶誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光光分析にて定量分析を行った。結果を表１に示す。
実施例１
１Ｌオートクレーブに参考例１で得られた粗ＤＨＴＡ１００．０ｇと５０質量％メタノール水５００．９ｇを加えた後、窒素置換を行い、懸濁状態で攪拌しながら１００℃まで加熱し、同温度で１時間保持した。懸濁液を３０℃まで冷却した後、固液分離し、次いで水３０１．２ｇで洗浄した。得られたＤＨＴＡを１００℃で１２時間乾燥し、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）および結晶誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光光分析にて定量分析を行った。結果を表１に示す。
１Ｌオートクレーブに参考例１で得られた粗ＤＨＴＡ１００．０ｇと５０質量％メタノール水５００．９ｇを加えた後、窒素置換を行い、懸濁状態で攪拌しながら１００℃まで加熱し、同温度で１時間保持した。懸濁液を３０℃まで冷却した後、固液分離し、次いで水３０１．２ｇで洗浄した。得られたＤＨＴＡを１００℃で１２時間乾燥し、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）および結晶誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光光分析にて定量分析を行った。結果を表１に示す。
実施例２～５、比較例１～３
表１に記す精製条件に変更した以外は実施例１と同様にしてＤＨＴＡを得た。得られたＤＨＴＡを高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）および結晶誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光光分析にて定量分析を行った。結果を表１に示す。
表１に記す精製条件に変更した以外は実施例１と同様にしてＤＨＴＡを得た。得られたＤＨＴＡを高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）および結晶誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光光分析にて定量分析を行った。結果を表１に示す。
表１に示す通り、水性媒体で粗ＤＨＴＡを懸濁洗浄する際、９０～２００℃の温度下で実施する本発明の実施例１～５は、比較例１～３と比較してアルカリ金属の含有量を有意に低下させることができる。
Claims (8)
- 水性媒体の存在下、粗２，５－ジヒドロキシテレフタル酸を９０～２００℃の温度下で、懸濁状態で洗浄する工程を含む、高純度２，５－ジヒドロキシテレフタル酸の製造方法であって、粗２，５－ジヒドロキシテレフタル酸に含まれるアルカリ金属の含有量は１５ｐｐｍ以上であり、高純度２，５－ジヒドロキシテレフタル酸に含まれるアルカリ金属の含有量は１５ｐｐｍ未満である、方法。
- 粗２，５－ジヒドロキシテレフタル酸は、ハイドロキノンのアルカリ金属塩と二酸化炭素を反応させ、得られた２，５－ジヒドロキシテレフタル酸のアルカリ金属塩を酸析することによって得られたものである、請求項１に記載の方法。
- 水性媒体は、濃度９０質量％までの水溶性有機溶媒の水溶液である、請求項１または２に記載の方法。
- 水溶性有機溶媒は、メタノール、エタノール、イソプロパノール、２－メトキシエタノール、２－エトキシエタノール、エチレングリコール、グリセリン、ポリエチレングリコール、アセトン、テトラヒドロフラン、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホルアミドおよびＮ－メチル－２－ピロリドンからなる群から選択される１種以上である、請求項３に記載の方法。
- 洗浄は、粗２，５－ジヒドロキシテレフタル酸１００質量部に対して２００～２０００質量部の水性媒体の存在下で行う、請求項１～４のいずれかに記載の方法。
- アルカリ金属はナトリウムおよび／またはカリウムである、請求項１～５のいずれかに記載の方法。
- アルカリ金属の含有量が１５ｐｐｍ未満である、高純度２，５－ジヒドロキシテレフタル酸。
- アルカリ金属はナトリウムおよび／またはカリウムである、請求項７記載の高純度２，５－ジヒドロキシテレフタル酸。
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