JPWO2006046508A1 - ルテニウム錯体及びこれを用いるtert−アルキルアルコールの製造方法 - Google Patents

ルテニウム錯体及びこれを用いるtert−アルキルアルコールの製造方法 Download PDF

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Abstract

ルテニウム錯体(S)−1と塩基の存在下、tert−アルキルケトンであるピナコロンを加圧水素で水素化することにより、対応する(S)−3,3−ジメチル−2−ブタノールが収率100%、97%eeで得られた。

Description

本発明は、新規なルテニウム錯体及びこれを用いるtert−アルキルアルコールの製造方法に関する。
ルテニウム錯体RuX2(diphosphine)(1,2−diamine)(Xは塩素、diphosphineは2,2’−ビス−(ジフェニルホスフィノ)−1,1’−ビナフチル、1,2−diamineは1,2−ジフェニルエチレンジアミン)は、塩基が存在していても存在していなくても、2−プロパノール中で迅速且つエナンチオ選択的に比較的単純なケトン(例えばアセトフェノン)を水素化して対応するアルコールに変換する(例えば特開平11−189600号公報参照)。
しかしながら、上記ルテニウム錯体を用いたtert−アルキルケトンの水素化反応は、立体的な要因のためわずかしか進行しなかった。また、これまでに膨大な努力が払われてきたにもかかわらず、tert−アルキルケトンの非対称水素化反応の実用的な手法は見いだされていない。
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、tert−アルキルケトンを効率よく水素化可能なルテニウム錯体を提供することを目的とする。また、このルテニウム錯体を用いたtert−アルキルアルコール、特に光学活性なtert−アルキルアルコールの製造方法を提供することを他の目的とする。
本発明者らは鋭意研究した結果、tert−アルキルケトンの水素化反応を促進するルテニウム錯体として、一般式(1)の化合物を見出した。
即ち、本発明のルテニウム錯体は、
一般式(1)
Figure 2006046508
(Wは、置換基を有していてもよい結合鎖であり、R1〜R4は、同じであっても異なっていてもよく置換基を有していてもよい炭化水素基であり、R5〜R11は、同じであっても
異なっていてもよく水素又は置換基を有していてもよい炭化水素基であり、X及びYは、同じであっても異なっていてもよいアニオン性基であり、Ruの各配位子はどのように配置されていてもよい)
で表されるものである。
一般式(1)におけるWは、置換基を有していてもよい結合鎖であり、結合鎖としては2価の炭化水素鎖(例えば−CH2−、−(CH22−、−(CH23−、−(CH24−等の直鎖状炭化水素鎖、−CH2CH(CH3)−、−CH(CH3)CH(CH3)−などの分岐を有する炭化水素鎖、−C64−、−C610−などの環状炭化水素など)、2価のビナフチル、2価のビフェニル、2価のパラシクロファン、2価のビピリジン、2価の環状複素環などが挙げられる。このうち、置換基を有していてもよく2位及び2’位がそれぞれホスフィンに結合した1,1’−ビナフチル基又は1,1’−ビフェニル基が好ましい。また、これらの結合鎖は、アルキル、アルケニル、シクロアルキル、アリール、アルコキシ、エステル、アシルオキシ、ハロゲン原子、ニトロ、シアノ基等の許容される各種の置換基を有していてもよく、置換基同士が炭素、酸素、窒素、硫黄等を介して結合していてもよい。また、Wは光学活性を有していることが好ましい。例えば、Wが1,1’−ビナフチル基を含む場合には(R)−1,1’−ビナフチル基か(S)−1,1’−ビナフチル基であることが好ましく、Wが1,1’−ビフェニル基を含む場合には(R)−1,1’−ビフェニル基か(S)−1,1’−ビフェニル基であることが好ましい。
一般式(1)のR1〜R4における置換基を有してもよい炭化水素基は、脂肪族、脂環族の飽和又は不飽和の炭化水素基、単環又は多環の芳香族又は脂肪族の炭化水素基、あるいは置換基をもつこれら炭化水素基であってよい。たとえばアルキル、アルケニル、シクロアルキル、シクロアルケニル、フェニル、トリル、キシリル、ナフチル、フェニルアルキル等の炭化水素基と、これら炭化水素基に、さらにアルキル、アルケニル、シクロアルキル、アリール、アルコキシ、エステル、アシルオキシ、ハロゲン原子、ニトロ、シアノ基等の許容される各種の置換基を有するもののうちから選択してもよい。そして、R1とR2、R3とR4が環を形成する場合には、R1とR2、R3とR4は、結合して炭素鎖を形成し、この炭素鎖上にアルキル、アルケニル、アリール、シクロアルキル、アルコキシ、エステル、アシルオキシ、ハロゲン原子、ニトロ、シアノ基等の許容される各種の置換基をもつものを選択してもよい。R1〜R4は、フェニル、p−トリル、m−トリル、3,5−キシリル、p−tert−ブチルフェニル、p−メトキシフェニル、シクロペンチル、シクロヘキシルが好ましい。
一般式(1)ではルテニウムに2座配位子であるジホスフィン誘導体(R12P−W−PR34)が配位していることから、R1〜R4及びWのうち好ましい具体例の説明をこのジホスフィン誘導体を例示することにより行う。即ち、ジホスフィン誘導体としては、BINAP(2,2’−ビス(ジフェニルホスフィノ)−1,1’−ビナフチル)、TolBINAP(2,2’−ビス[(4−メチルフェニル)ホスフィノ]−1,1’−ビナフチル)、XylBINAP( 2,2’−ビス[(3,5−ジメチルフェニル)ホスフィノ]−1,1’−ビナフチル)、2,2’−ビス[(4−t−ブチルフェニル)ホスフィノ]−1,1’−ビナフチル、2,2’−ビス[(4−イソプロピルフェニル)ホスフィノ]−1,1’−ビナフチル、2,2’−ビス[(ナフタレン−1−イル)ホスフィノ]−1,1’−ビナフチル、2,2’−ビス[(ナフタレン−2−イル)ホスフィノ]−1,1’−ビナフチル、BICHEMP(2,2’−ビス(ジシクロヘキシルホスフィノ)−6,6’−ジメチル−1,1’−ビフェニル)、BPPFA(1−[1,2−ビス−(ジフェニルホスフィノ)フェロセニル]エチルアミン)、CHIRAPHOS (2,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)ブタン)、CYCPHOS(1−シクロヘキシル−1,2−ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン)、DEGPHOS(1−置換−3,4−ビス(ジフェニルホスフィノ)ピロリジン)、DIOP(2,3−イソプロピリデン−2,3−ジヒドロキシ−1,4−ビス(ジフェニルホスフィノ)ブタン)、 SKEWPHOS(2,4−ビス(ジフェニルホスフィノ)ペンタン)、DuPHOS(置換−1,2−ビス(ホスホラノ)ベンゼン)、DIPAMP(1,2−ビス[(o−メトキシフェニル)フェニルホスフィノ]エタン)、NORPHOS(5,6−ビス(ジフェニルホスフィノ)−2−ノルボルネン)、PROPHOS(1,2−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン)、PHANEPHOS(4,12−ビス(ジフェニルホスフィノ)−[2,2’]−パラシクロファン)、置換−2,2’−ビス(ジフェニルホスフィノ)−1,1’−ビピリジン、SEGPHOS((4,4’−ビ−1,3−ベンゾジオキソール)−5,5’−ジイル−ビス(ジフェニルホスフィン))、BIFAP(2,2’−ビス(ジフェニルホスファニル)−1,1’−ビジベンゾフラニル)、BisbenzodioxanPhos([(5,6),(5’,6’)−ビス(1,2−エチレンジオキシ)ビフェニル−2,2’−ジイル]ビス(ジフェニルホスフィン))、P−phos(2,2’−6,6’−テトラメトキシ−4,4’−ビス(ジフェニルホスフィノ)−3,3’−ビピリジン)などが例示される。
一般式(1)のR5〜R11における置換基を有してもよい炭化水素基は、脂肪族、脂環族の飽和又は不飽和の炭化水素基、単環又は多環の芳香族又は脂肪族の炭化水素基、あるいは置換基をもつこれら炭化水素基であってよい。たとえばアルキル、アルケニル、シクロアルキル、シクロアルケニル、フェニル、トリル、キシリル、ナフチル、フェニルアルキル等の炭化水素基と、これら炭化水素基に、さらにアルキル、アルケニル、シクロアルキル、アリール、アルコキシ、エステル、アシルオキシ、ハロゲン原子、ニトロ、シアノ基等の許容される各種の置換基を有するもののうちから選択してもよい。そして、R5とR6が環を形成する場合には、R5とR6は、結合して炭素鎖を形成し、この炭素鎖上にアルキル、アルケニル、シクロアルキル、アリール、アルコキシ、エステル、アシルオキシ、ハロゲン原子、ニトロ、シアノ基等の許容される各種の置換基をもつものを選択してもよい。このうち、R5及びR6は特に限定されないが、R7は水素であることが好ましい。また、R8,R10及びR11は水素であり、R9は水素又はアルコキシ基(例えばメトキシ基、エトキシ基等)であることが好ましい。
一般式(1)のX及びYにおけるアニオン性基は、例えば、フッ素アニオン、塩素アニオン、臭素アニオン、ヨウ素アニオン、アセトキシアニオン、ベンゾイルオキシアニオン、(2,6−ジヒドロキシベンゾイル)オキシアニオン、(2,5−ジヒドロキシベンゾイル)オキシアニオン、(3−アミノベンゾイル)オキシアニオン、(2,6−メトキシベンゾイル)オキシアニオン、(2,4,6−トリイソプロピルベンゾイル)オキシアニオン、1−ナフタレンカルボン酸アニオン、2−ナフタレンカルボン酸アニオン、トリフルオロアセトキシアニオン、トリフルオロメタンスルホキシアニオン、テトラヒドロボラートアニオン、テトラフルオロボラートアニオンなどが挙げられる。このうち、フッ素アニオン、塩素アニオン、臭素アニオン、ヨウ素アニオンなどのハロゲンアニオンが好ましい。
本発明のtert−アルキルアルコールの製造方法は、上述したいずれかのルテニウム錯体と塩基の存在下、tert−アルキルケトンを加圧水素で水素化することにより、対応するtert−アルキルアルコールを得る方法である。
ここで、ルテニウム錯体は、基質であるtert−アルキルケトンとのモル比S/C(Sは基質、Cは触媒)が10〜5000000の範囲で用いることが好ましく、100〜100000の範囲で用いることがより好ましい。また、ルテニウム錯体としてWが光学活性を有する1,1’−ビナフチル基を持つものを用いた場合には、tert−アルキルケトンは対応する光学活性を有するtert−アルキルアルコールが得られるため、好ましい。また、塩基は、ルテニウム錯体に対し、モル比で0.5〜500の範囲で用いることが好ましく、40〜400の範囲で用いることがより好ましい。塩基の種類とは、例えば水酸化カリウムや水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属の水酸化物のほか、カリウムメトキシドやカリウムtert−ブトキシドなどのアルカリ金属のアルコキシドなどが挙げられる。
反応溶媒としては、適宜なものを用いることができるが、メタノール、エタノール、2−プロパノール、ブタノール、ベンジルアルコールなどのアルコール系溶媒が好ましく、このうちエタノールが特に好ましい。
加圧水素の圧力は、0.5気圧で十分でもあるが、経済性を考慮すると1〜200気圧の範囲が好ましく、3〜50気圧の範囲がより好ましい。反応温度は、0〜100℃の範囲が好ましく、15〜45℃の室温付近が好ましい。また、反応時間は反応基質濃度、温度、圧力等の反応条件によって異なるが数分から数日で反応は完結する。この水素化反応は反応形式がバッチ式においても連続式においても実施することができる。
本発明のtert−アルキルアルコールの製造方法に利用可能なtert−アルキルケトンとしては、特に限定されないが、α位に同じであっても異なっていてもよいアルキル基を3つ有するケトン(アルキル基の2つ以上が結合して環状になっているケトンを含む)、α位に同じであっても異なっていてもよいアルキル基を2つ有する環状ケトン、α位に同じであっても異なっていてもよいアルキル基を2つ有しβ位にカルボニル炭素を有するエステル(α−ジアルキル−β−ケトエステル)などが挙げられる。β−ジアルキル−β−ケトエステルを用いた場合には、β位の炭素−酸素二重結合が水素化されてα−ジアルキル−β−ヒドロキシエステルが得られる。

[実施例1]ルテニウム錯体の合成
下記化2に示すルテニウム錯体(R)−1(RuCl2[(R)−tolbinap](pica))を以下のようにして合成した。即ち、まず、105.5mg(0.21mmol)の[RuCl2(η6−benzene)]2(アルドリッチ・ケミカル社)、2当量の(R)−TolBINAP(286.0mg,0.42mmol)(アヅマックス社)及び5.0mLのDMFをアルゴン雰囲気下の10mLのシュレンク管に入れ、溶液とした。アルゴンを5分間溶液に通したあと、100℃で10分間加熱した。続いて溶媒を真空下で除去し、45.4mg(0.42mmol)の2−ピコリルアミン(PICA)(東京化成工業(株))を3.0mLの塩化メチレンと一緒に添加し、その溶液を2時間攪拌した。体積を約0.5mLに減らしヘキサン(2mL)を加えると黄色の沈殿が生成した。上澄をろ過して除き、得られた粉末を真空乾燥して、86%の収率でルテニウム錯体(R)−1を得た(322.0mg)。このルテニウム錯体(R)−1を精製せずに後述の水素化反応に用いた。融点は>150℃(分解)。
なお、ルテニウム錯体(R)−1は、ジアステレオマー混合物として得られた。これを80℃で30分間トルエン中で加熱すると、主たるジアステレオマーの含有量が相対的な積分比で>90%となった。このときのルテニウム錯体(R)−1のスペクトルデータは以下のとおり。1HNMR(400MHz,C66) δ1.78(s,3,CH3),1.90(s,3,CH3),2.28(s,3,CH3),2.33(s,3,CH3),2.86(br s,1,NHH),3.22(br s,1,NHH),3.95(br s,1,CHH),4.93(br s,1,CHH),6.19−8.36(m,32,aromatics);31PNMR(161.7MHz,C66) δ44.74(d,J=35.6Hz),41.93(d,J=35.6Hz)。但し、後述するケトンの水素化反応における反応速度やエナンチオ選択率は、当初のジアステレオマー混合物に依存しない。
また、下記化2に示すルテニウム錯体(S)−1(RuCl2[(S)−tolbinap](pica))は、(R)−TolBINAPの代わりに(S)−TolBINAPを用いることにより同様にして合成した。
Figure 2006046508
[実施例2〜15]tert−アルキルケトンの水素化反応
表1及び表2の実施例2〜15に示す種々のtert−アルキルケトンの水素化反応を行い、対応するtert−アルキルアルコールを高収率で且つ高エナンチオ選択的に得た(下記化3〜化7の反応式を参照)。以下に、水素化反応の代表的な手法を示す。即ち、まず、予めオーブンで120℃で乾燥した100mLのガラスオートクレーブ(マグネティックスターラーバーが入ったもの)に、正確に秤量したルテニウム錯体(S)−1(2.5mg,2.6μmol)と固形のKOC(CH33を入れ、少なくとも5分間高真空状態にしたあとにアルゴンを導入した。蒸留したばかりのエタノール(6.0mL)と反応基質であるtert−アルキルケトンを溶液中にアルゴンを通すことによりガス抜きし、その後アルゴン雰囲気下でオートクレーブに入れた。水素ボンベとオートクレーブを接続し、オートクレーブ内を8気圧の水素で満たし、大気圧になるまで放出する操作を数回繰り返した後に、目的とする水素圧に設定した。この反応液を25℃で激しく撹拌しながら水素消費量を監視し、水素化反応を行った。反応終了後、少量の粗生成物をキラルGC(カラム:CP−Chirasil−DEK CB、クロムパック社)で分析して変換率とエナンチオマー過剰率を決定した。生成物は、クロマトグラフィで生成するか、蒸留によって単離した。すべての生成物は少なくとも1HNMRと13CNMRによって同定し、絶対配置は旋光度又はサーキュラダイクロイズムスペクトル測定によって決定した。なお、各実施例の水素化反応は、上述した代表的な手法に準じて行い、tert−アルキルケトン(基質)とルテニウム錯体(C)とのモル比(S/C)、塩基とルテニウム錯体とのモル比(塩基/C)、水素圧及び反応時間は、表1及び表2に示したとおりとした。
Figure 2006046508
Figure 2006046508
Figure 2006046508
Figure 2006046508
Figure 2006046508
Figure 2006046508
Figure 2006046508
表1及び表2から明らかなように、新規に開発したルテニウム錯体(R)−1及びルテニウム錯体(S)−1を強塩基と共に用いると、立体的に嵩高いtert−アルキルケトンの非対称な水素化反応が進行して、対応するキラルなtert−アルキルアルコールが得られる。tert−アルキルケトンは、脂肪族ケトンでも芳香族ケトンでも環状ケトンでも非環状ケトンでも構わない。また、水素化反応は、2000〜100000のS/Cでもって、温和な条件下でスムーズに進行する。
なお、実施例2及び実施例3で用いたピナコロン2aは、アルドリッチ・ケミカル社から購入した。実施例4で用いたケトン2b(2,2−ジメチル−3−ウンデカノン)は、1−ノナナールを塩化tert−ブチルマグネシウムと反応させることにより2,2−ジメチル−3−ウンデカノールとした後、重クロム酸で酸化することにより得た。実施例5で用いたケトン2c(ピバロフェノン(tert−ブチルフェニルケトン))はアルドリッチ・ケミカル社から購入した。実施例6で用いたケトン2d(2,2−ジメチル−1−(2−フリル)−1−プロパノン)は、2−フルアルデヒドを塩化tert−ブチルマグネシウムと反応させることにより2,2−ジメチル−1−(2−フリル)−1−プロパノールとした後、TPAP(テトラプロピルアンモニウムパールテネート)触媒存在下、N−メチルモルホリン−N−オキシドで酸化することにより得た。実施例7で用いたケトン2e(2,2−ジメチル−1−(2−チエニル)−1−プロパノン)は、チオフェンと塩化ピバロイルを塩化アルミニウム存在下で反応させることにより得た。実施例8で用いたケトン2f(4,4−ジメチル−1−フェニル−3−ペンテノン)は、既に報告されている方法にしたがって合成した(Org.Syn.Coll.VolI,81−82)。実施例9で用いたケトン2g((E)−2,2−ジメチル−4−ウンデセン−3−オン)は、ピナコロンをブロム化して得た1−ブロモ−3,3−ジメチル−2−ブタノンをトリフェニルホスフィンと反応させ、続いて水酸化ナトリウムで処理することによりリンイリドとし、これを1−ヘプタナールと反応させることによりE/Z比5:1の混合物として得た。実施例10で用いたケトン4a(2,2−ジメチル−3−オキソブタン酸エチル)は、既に報告されている方法にしたがって合成した(J.Am.Chem.Soc.1988,vol110,p1539−1546)。実施例11で用いたケトン4b(2,2−ジメチル−3−オキソ−3−フェニルプロピオン酸エチル)も、既に報告されている方法にしたがって合成した(J.Chem.Soc.,Perkin Trans.I 1986,p1139−1143)。実施例12で用いたケトン6(アダマンチルメチルケトン)及び実施例13で用いたケトン7(2,2−ジメチルシクロヘキサノン)は、アルドリッチ・ケミカル社から購入した。実施例14で用いたケトン8a(2,2−ジメチル−1−インダノン)及び実施例15で用いたケトン8b(2,2−ジメチル−1−テトラロン)は、既に報告されている方法にしたがって合成した(J.Am.Chem.Soc.1975,vol97,p4667−4672)。
また、実施例2及び実施例3で得られたアルコール3aは、それぞれ[α]22 D=+5.8°及び[α]22 D=+7.8°であり、S体の文献値が[α]22 D=+8.1°であることからS体と同定した。実施例4で得られたアルコール3bは、[α]25 D=+29.1°であり、既知の方法で合成したS体の値が[α]25 D=−27.3°であることからR体と同定した。実施例5で得られたアルコール3cは、[α]25 D=+24.3°であり、R体の文献値が[α]D=+25.9°であることからR体と同定した。実施例6〜8の絶対配置は未定である。実施例9で得られたアルコール3gは、オレフィンを還元したあとのアルコール3bの旋光度が[α]25 D=−28.5°であり、そのS体の標品の値が[α]25 D=−27.3°であることからS体と同定した。実施例10で得られたアルコール5aは、[α]25 D=+9.8°であり、S体の文献値が[α]D=+6.98°であることからS体と同定した。実施例11で得られたアルコール5bは、2,2−ジメチル−3−ヒドロキシ−3−フェニルプロパン酸としたときの旋光度が[α]25 D=+6.2°であり、R体の文献値が[α]25 D=−4.7°であることからS体と同定した。実施例12で得られたアルコールは、酢酸エステル誘導体としたときの旋光度が[α]25 D=−11.3°であり、そのR体の文献値が[α]25 D=+18.1°であることからS体と同定した。実施例13で得られたアルコールは、3,5−ジニトロ安息香酸エステル誘導体としたときの旋光度が[α]D=−35.6°であり、そのS体の文献値が[α]20 D=−42.5°であることからS体と同定した。実施例14で得られたアルコール9aは、[α]20 D=+24.4°であり、S体の文献値が[α]22 D=+29.0°であることからS体と同定した。実施例15で得られたアルコール9bは、[α]24 D=+18.7°であり、R体の文献値が[α]22 D=−23.5°であることからS体と同定した。
本発明は、2004年10月25日に出願された日本国特許出願2004−309919号を優先権主張の基礎としており、その内容のすべてが編入される。
産業上の利用の可能性
本発明は、主に薬品化学産業に利用可能であり、例えば医薬品や農薬の中間体として利用される種々の光学活性なtert−アルキルアルコールを合成する際に利用することができる。

Claims (13)

  1. 一般式(1)
    Figure 2006046508
    (Wは、置換基を有していてもよい結合鎖であり、R1〜R4は、同じであっても異なっていてもよく置換基を有していてもよい炭化水素基であり、R5〜R11は、同じであっても異なっていてもよく水素又は置換基を有していてもよい炭化水素基であり、X及びYは、同じであっても異なっていてもよいアニオン性基であり、Ruの各配位子はどのように配置されていてもよい)
    で表される、ルテニウム錯体。
  2. 1〜R4はフェニル基、トリル基及びキシリル基からなる群より選ばれたものである、請求項1に記載のルテニウム錯体。
  3. 7は水素である、請求項1又は2に記載のルテニウム錯体。
  4. 8,R10及びR11は水素であり、R9は水素又はアルコキシ基である、請求項1〜3のいずれかに記載のルテニウム錯体。
  5. Wは置換基を有していてもよく2位及び2’位がそれぞれホスフィンに結合した1,1’−ビナフチル基又は1,1’−ビフェニル基である、請求項1〜4のいずれかに記載のルテニウム錯体。
  6. Wは光学活性を有する、請求項1〜5のいずれかに記載のルテニウム錯体。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載のルテニウム錯体と塩基の存在下、tert−アルキルケトンを加圧水素で水素化することにより、対応するtert−アルキルアルコールを得る、tert−アルキルアルコールの製造方法。
  8. 請求項6に記載のルテニウム錯体と塩基の存在下、tert−アルキルケトンを加圧水素で水素化することにより、対応する光学活性を有するtert−アルキルアルコールを得る、tert−アルキルアルコールの製造方法。
  9. エタノール溶媒中で水素化を行う、請求項7又は8に記載のtert−アルキルアルコールの製造方法。
  10. 前記ルテニウム錯体に対する前記tert−アルキルケトンのモル比S/Cは、100〜100000である、請求項7〜9のいずれかに記載のtert−アルキルアルコールの製造方法。
  11. 前記tert−アルキルケトンは、α位に同じであっても異なっていてもよいアルキル基を3つ有し該アルキル基の2つ以上が結合して環状になっていてもよいケトンである、請求項7〜10のいずれかに記載のtert−アルキルアルコールの製造方法。
  12. 前記tert−アルキルケトンは、α位に同じであっても異なっていてもよいアルキル基を2つ有する環状ケトンである、請求項7〜10のいずれかに記載のtert−アルキルアルコールの製造方法。
  13. 前記tert−アルキルケトンは、α−ジアルキル−β−ケトエステルであり、対応するtert−アルキルアルコールは、β位のカルボニルが水素化されたα−ジアルキル−β−ヒドロキシエステルである、請求項7〜10のいずれかに記載のtert−アルキルアルコールの製造方法。
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