TW567190B - Catalytic system based on a rare earth and magnesium, novel neodymium alcoholate, use in polymerising unsaturated compounds - Google Patents
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Description
567190 五、發明說明(l) _____ 本發明係關於一種基於稀土 鈥醇化物及其聚合不飽和化人、、:之催化系統、一種新穎 丨U σ物之用 含有乙烯型不飽和鍵(烯烴、— & ° 聚合化合物如乙烯或甲基丙萨、/ (甲基)丙烯酸酯)之 聚合現為巨大工業進行。為此,或後者與烯烴之共 媒或引發劑,對於成本及效率且f需要對該聚合之觸 金屬茂型引發劑為已知,其為二肌肀性。 且昂貴之缺點。 、^ ,但卻具有難以製備 因此,本發明之目的為發展一 統。 展種製備簡單之有效催化系 關:::本發明之催化系統具有特徵 鎮化合物間之反應產物所構成之化合物 本4月之π統具有效率,較佳具體實例可人 物,其可被均勻分散並具有高度間同立構規正度。、 化:鈥醇化物,▲具有特徵為,醇:第三丁基 化物或第二戊基化物,且其不包括共價敍_氯鍵。 ,^下說明及各種例示本發明之不受限制之實例當 白本舍明之進一步特徵、細節及優點。 遍及說明,術語I,稀土"(RE)意指由釔構成之群之 週期表中具有原子數為57至71之元素。 素及 如上所示’本發明之催化系統包含以下將詳述之一 應物之反應產物所組成之化合物。 種反 第一種反應物為稀土醇化物。術語"醇化物"意指I 式(l)(RE)x(〇Ri)y(x)z(s)t之產物,其_R1表示有機基、通 土 ,人表
567190 五、發明說明(2) 示鹵基,S表示共規格溶劑 術語丨’醇化物”在本發明 以X〜1,y》l,Z》〇及Q0。 基之式(1)之醇化物。特別、曰° 用於具·有包含許多不同R1 潮:鈽、鉉或彭。較佳使用疋敍酵化物之稀土可為紀、 醇化物為乙醇或多元醇 由脂族或壤狀烴所衍生,特別 更特別是C4-C8。特別述及可 例如’第三丁基化物或第三戊 是直線或分支Ci_Ci()脂族烴 由第三醇化物或聚醇化物 基=物所製成。 私或夕紛型化合物之衍生物。 盼化物係使用以下將詳述之特 醇化物亦可為酚鹽,即 在本發明之較佳實施中 定製程製備。 特:7製程涉及將稀土*化物與鹼或鹼土醇化物反岸。更 特,:齒化物可為氯化物而驗可為鈉或:化物反應更 應係於無水溶劑及空畜X + 四氣呋咗rTH以+ Λ 9虱不存在下貫施。溶劑介質係由 j南(THF)或與另一溶劑混合之四氫呋喃所構成。其 可為含有3至12個碳原子之液態煙如庚燒、環己 類。或裱狀或芳香烴類如苯、甲苯或二甲苯,亦可述及醚 俨反應通常可在範圍為周圍溫度(2〇。〇至1〇〇它下實施一 忾寺間,可在範圍為約1 2小時至約9 6小時。在製備酚鹽之 月’兄下,反應混合物被加熱至回流,歷相同數量級。 固f反應結束時,讓反應介質沈降,蒸發出上清液,可得 t態產物’呈粉狀,其構成稀土醇化物。 第一特定製程包程將稀土 ig化物與THF(REX3,XTHF)之
567190 五、發明說明(3) 加成物與鹼或 之性質之說明 土鹵化物,例 真空及2 0 °c下 空氣不存在下 為上述所示相 可述及另一 應。醇可為乙 義。醯胺為具 例如甲基。反 介質亦由四氫 四氫D夫σ南。其 庚烷、環己烷 笨。亦可述及 周圍溫度。反 最後,可說 上述定義之稀 上述加成物相 述者相同類型 本發明亦關 要特性在於其 稀土醇化物顯 劑,或二者。 或第三戊基化 鹼土醇化物反應。上述有關醇化物與齒化物. 亦可應用於此。加成物可藉加熱THF内之稀 如至5 0 C ’然後洛發出溶劑而得。蒸發可在 貫施。與醇化物之反應亦發生於無水溶劑及 以及在如前述製程所述有相同條件下。溶劑 同類型,特別可引述甲笨。 特定製程。此製程包括將醇與稀土醯胺反 醇、多元醇或酚或多酚型化合物,如上定 有式RE(N(SiR23)2)3之化合物,R2表示烷基, 應亦在無水溶劑及空氣不存在下實施。溶劑 咲喃(THF)所構成或包含與另一溶劑混合之 他溶劑可為含有3至1 2個碳原子之液態烴如 、或環狀或芳香族烴類如苯、甲苯或二甲 醚。反應溫度可為—2 〇 °c至1 〇 〇 π,但通常為 應期間可為1 5分鐘至9 6小時,例如2 4小時。 明最後特定製程。其包括將上述定義之酵與 土醯胺與THF之加成物反應。加成物可以對 同方式製備。製程之其餘部份亦為如醯胺所 〇 於鈥醇化物作為新穎產物。此歛醇化物之主 結構内不含氣。須知由於其製備方式,習知 不氣’其本身包含於原子結構内,或配位溶 此外,關於此產物,醇化物為第三丁基化物 物。本發明之钕醇化物可具有式
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Nd3( //30叩1〇2( #2-(^11)3( 〇fBu)4(THF)2 · nTHF 或式 Nd3( //3〇'Απι)2( //2-04111)3( a -〇tAm)4(THF)2 · nTHF,n 等於〇 或1 ο 氣之不存在可由X射線分析證實。 本發明之鈦醇化物可藉使用上述特定製程,使用第二 基化物或第三戍基化物或第三丁醇製備。 其中產物包括本發明催化系統之化合物之反應所用之 二反應物為有機鎂化合物。 $ 術語有機鎂”思指一種產物,其為二烷基鎂化合物d 格納德(G r i g n a r d )試劑。 ’ 烷基鎂化合物之情況下,即,具有式(2)之化厶 -R,,其中R及R,矣壬、σ 里 在 ^ , 叫 丹頁式U)之化合 ,R-Mg-R’ ,其中R及R’表示烷基,R ,特別可 ,=支C「C8基,其可相同或不同。更特別是R ,可、下 己;二更特別的是,可述及具有式⑵之產物,复^ 刀別為丁基及乙基。R及/或!^,基亦 ς中^
Sl。特別可述及-CH2-Sl(CH3)je Τ 了負載雜原子如 ::鎂化合物亦可為格里格納德試劑,即 峨化=’R-Mg-X,其中X表示㈣;函素可為淳有式?〕 質。:ί特別是使用其中函素為演者。"具有任饤:或 基。,別是’R可為脂環族或芳香族、飽和或::何性 "'稀更特別基,1?可為烷基如乙基或笨基。/ 和脂猫 可=土醇化物錢化合物可以不同各個比例 不為^/Mg比。此比率彳莫| η μ 此比 ι祜使用無 567190 五、發明說明(5) 出上述範圍之比率。此比率可根據欲聚合之不飽和化人 之功能而不同。須知使用以上具有式(2)之有機鎂化入σ 物,其中R及R,分別為丁基及乙基,可使RE比σ 泛範圍内使用。 伯田廣 因此,已說明之二種反應物之反應產物構成本發明 化系統。術語”由二種反應物之反應產物所構成"意指^ 他化合物或元素,其作為反應物參與此反廣。 本發明之催化系統通常呈溶液形式,其^常藉混合 得,然後將第一反應物之第一溶液與第二又 液反應,再搜掉之。此等溶液於如上述相同二=溶 2三自上述—種溶液獲得之混合物,在使用前可用攪 =範圍為-8Qt^11Qt溫度下幾分鐘至幾小時,例如1、 本發明之系統可被使用以聚合或共聚合說明書 類型之不飽和化合物(稀烴、二稀、(甲基)丙^/述 可述及之類化合物為乙烯及丁二烯。本發明之 :於上烯聚合。亦可引述(甲基)丙稀酸酿、内醋或交::佳 圭,較佳為甲基丙烯酸甲酯之極性單體之聚合。·曰 明之系統適於乙烯與極性單體,特別是 、 發 嵌段共聚合。 W疋甲基丙烯酸甲醒之 聚,可在習知條件下實施。聚合溫度範圍為_ f。較佳的是,使用大氣壓力,但亦可在壓 110 應通常在溶劑存在下實施,溶劑特 :,作。反 、、曰人仏, J造自脂族烴_式甘 3物如丁烷、己烷、環己烷或芳香烴類如曱苯。、戍其
第9頁 567190
^在合之情況下,可在氫作為轉移劑之存在下樣 w特別使形成之聚合物鏈之長度能得到控制。 現提供若干實例。 實例1 此實例係關於不同稀土之第三丁基化物之製備。 對鈦之情況現將提供操作程序。 古秤出第二丁基化鈉(30毫莫耳)及無水氣化鈥(ΙΙΙ)
笔莫耳)並放入手套式工作箱内之二個100ml Schlenk管 内。然後其在氬氣下放置,分別加入4〇mi thf (在K上蒸 顧並使用冰點技術除氣)。因此獲得第三丁基化鈉之溶液 與氣化欽之懸浮液。NdCh懸浮液以最低容量為3〇〇nU轉移 入Schlenk管内,然後加入tBu0Na溶液。二個小型Schlenk 管係用被加入先前8 0 m 1之2 0 m 1 T H F清洗。混合物在周圍溫 度下保持7 2小時並強力攪拌,然後在過濾溶液前讓殘餘 NaC 1隔夜沈降出,以得澄清藍色溶液。然後溶劑在真空 (l〇-2mmHg)在周圍溫度下自此溶液蒸發5至6小時。可得以 範圍為8 0 %至9 0 %之產率之高度可溶於甲笨之淺藍粒狀粉。
所得粉狀產物可在-5 °C下於溶劑如甲苯或甲苯/戊烷混 合物(1 / 1)内再晶化。由質子NMR分析相關之X射線衍射分 析確定化合物具有式類型為Nd3( //3〇tBu)2( -〇tBu)3(//-
OtBiOJTHF)〗· THF。因此,化合物不含氣。此化合物於 Pbcn基内之正交晶系統内晶化,具有晶格參數a = 17.0538(10)A ;b=20.0343(12)A ,c=17.7400(ll)A 。 淺藍粉狀產物及晶化產物具有相同催化特性。
第10頁 567190 五、發明說明(7) 對鈽、紀、鑭及釤第三丁基化物實施相同程序。 下列貫例例示使用本發明之系統聚合不同化合物。此等 實例中所用之不用縮寫之意義提供如下。 N(RE):所用稀土之毫莫耳數;
Tmel ··在實施醇化物與有機鎂化合物間之反應之溫度; T polym :在實施聚合之溫度; t ρ ο 1 y m :聚合期間; T m :聚合物之溶點(由D T A測定); Y 1 d :聚合產率;. %rr :間同立構規正度之百分比(由1H NMR測定); 0/〇mr :無規立構規正度之百分昆(由iH NMR測定); 0/〇mm :全同立構規正度之百分比(由NMR測定); I P :聚分子性指數(由GPC測定); Μ η :數目平均分子量(由G P C測定);
CrystU):結晶度%(由DTA測定)。 實例2至1 0 此等實例例示使用本發明之系統聚合甲基丙烯酸甲酯 (MMA)。 貫例1所得之稀土第三丁基化物(1毫莫耳)放入手套式工 作箱内之一個Schlenk管内,20%於庚烷t之溶液内鎂化合 物放入第二管内。其在氬氣下;分別加入1〇(111甲苯(在Na 上蒸顧並除氣),所得溶液帶至所欲烷化溫度。然後稀土 第三丁基化物溶液加入鎂化合物者内。所得混合物被保持 在所欲溫度下歷1小時,然後在聚合溫度下注入另一含有
第11頁 567190 五、發明說明(8) ' ----- 8〇ml甲笨之Schlenk管内。然後注入MMA (5〇毫莫耳)並攪 拌1小時。反應係藉加入小量乙醇(1至2(111)而停止,聚人 物於酸化乙醇溶液内沈澱。所得聚合物被過濾並再用酸°化 乙醇再洗滌,過濾並在60 t下爐乾燥24小時。 下表1顯不所用催化系統之化合物之性質及聚合物條 件。 表1 實例 稀土 (RE) 錢 化合物 RE/Mg n(RE) (毫莫耳) Tmel (°C) T polym (°C) t polym (min) 2 Nd PhMgBr 5.0 0.25 -20 -20 60 3 Nd EtMgBr 5.0 0.25 -20 -20 60 4 Ce Mg(n-Hex)2 5.0 0.25 -20 -20 60 5 Y Mg(n-Hex)2 2.0 0.25 -20 -20 60 6 Nd Mg(n-Hex)2 33 1.0 1 20 0 60 7 Nd Mg(n-Hex)2 5.0 1.0 20 0 60 8 Nd Mg(n-Hex)2 1.0 0.25 0 0 60 9 Nd Mg(n-Hex)2 3.3 1.0 0 0 60 10 Sm Mg(n-Hex)2 3.0 0.25 0 0 60
下表2顯示聚合之結果及所得聚合物之特性。
第12頁 567190 五、發明說明(9) 表2 實例 產率(%) PMMA 立構規正度 IP Μη %rr %mr %rnm 2 3〜 60 82 14 f V1IU11 4 9.0 38000 92 80 17 3 3.0 124000 4 100 19 26 ——- 13 __55 一 — 5 6 — 7〜 ---— 8 9 10 100 --------^ 82 〜5 7.0 43000 100 77 16~ --------— 7 3.1 150000 100 — 72 22 6 1.11 60000 100 78 15 6 3.5 57000 100 76 18 ----- 〜6 1.04 23500 96 80 Τδ~' 5 氺 氺 木非溶性聚合物 實例11至1 8 此等實例係關於使用本發明系統於乙烯聚合。 使用如實例2至1 0所述相同方法,但稀土第三丁基化物 與鎂化合物之混合物在1巴乙烯下注入80ml甲苯内,產生 所欲反應溫度。乙烯消耗量係藉瞬時流量計及累加器監 透 視。聚合物沈澱於酸化甲醇之溶液(5% HC1)内。然後其 過玻璃料過濾及在6〇 °C下爐乾燥24小時。
567190 五、發明說明(ίο) 下表3顯示所用催化系統之化合物之性質及聚合條件。 在所有情況下,烷化溫度為0 °c。 表3
實例 稀土 (RE) 鎂化合物 RE/Mg n(RE) (毫莫耳) T polym (°C) t polym (分鐘) 11 Nd Mg(n_Hex)2 1.0 1.0 0 90 12 Nd Mg(n-Hex)2 1.25 1.0 0 60 13 Sm Mg(n-Hex)2 1.0 1.0 0 60 14 Nd Mg(n-Hex)2 1.0 1·0 40 60 15 Nd MgBuEt 1.0 1.0 0 60 16 Nd MgBuEt 2.0 1.0 0 60 17 La Mg(n-Hex)2 1.0 1.0 0 60 18 Nd Mg(CH2SiMe3)2 1.0 0.5 0 60 下表4顯示聚合之結果及所得聚合物之特性。
567190 五、發明說明(11) 表4 實例 _PE(g) Tm(°C)尖峯(開始) 結晶度00 11 8. 50 143(133) 79 12 3. 22 140(129) 88 13 1.59 141(123) 66 14 2. 75 131(121) 68 15 1· 19 143(125) 65 16 1.13 139(119) 79 17 0.43 50, 60, 90,124* 18 0.90 150(131) 63 *若干尖峯 在低溫(0 °C )下於Nd存在下實例中製備之聚乙烯之熔點 有利地高於傳統所得之聚合物之熔點。物理化學分析 (NMR ’ GPC及溶解度)顯示在此等條件下所得之聚合物為具 有高分子質量之高線性聚合物。例如,實例11之樣品之 GPC分析顯示Μη為390000而IP為2.1。 實例1 9 此實例例示乙烯與曱基丙烯酸曱酯之雙嵌段聚合。 第三丁基化鈥與二(正己基)鎂係以Nd/Mg比為1使用。使 用實例2至1 0之程序,但具有下列修改。在〇。〇下保持1小
第15頁 567190 五、發明說明(12) 時之溶液之混合物在聚合溫度((TC)下注入另一含有8〇{^ ‘ 用乙烯(1巴)飽和之甲苯之Schlenk管内。實施乙烯聚合12 分鐘。然後停止乙烯之供應,介質用氬氣清除並注入MMA (50毫莫耳)°其係在〇 °c下靜置並攪拌1小時。反應藉加入 小量乙醇(1至2ml)停止,聚合物沈澱於庚烷内。然後所得 共聚物透過玻璃料過濾並在6 〇 °C下爐乾燥2 4小時。6. 〇 g此 物用丙酮萃取(在其沸點)於Kumagawa裝置内歷48小時。然 後均質PMMA自均質PE及共聚物分離。僅丨· 0g溶解於丙明… 内’意指在聚合物内僅得均質PMMA之17%。
下表5顯示所得之結果。 表5 實例 m(C2H4)cons. (g) mt〇tP〇lym(g) 10 5.0 3. 75 6.3 實例2 0 i ?? 此等實例例示氫作為轉移劑之存在下乙烯之聚合。除了 在不同氫濃度下加入乙烯/氫混合物(1. 0 a t m)以外,使 用實例11至1 8所述相同方法。 下表6顯示所用催化系統之稀土的性質及聚合條件。在 所有情況下,所用有機鎂化合物為Mg(n-Hex)2,實施醇化 物與有機鎂化合物間之反應之溫度為〇 °C。
第16頁 567190 五、發明說明(13) 表6 實例 稀土 i_(RE) %vol H2 in c2h4 RE/Mg T polym (°C) t polym (分鐘) ------ 20 Nd 10 1.0 0 30 ^21 Nd 2 1.0 0 30 一22 —_·—'— Sm 2 1.0 0 60 下表7顯示聚合之結果及所得聚合物之特性。 表7 [3例 PE(g) Tm(°C)尖峯(開始) Μη IP ^一20 4.40 138(127) 27000 10.25 '^21 4.80 139(128) 312000 2.38 —— - 22 2.58 139(130) * 氺 木#溶性聚合物 此實例係關於歛三個(紛鹽)N d (0 ( 2, 6 -1B u - 4 _ M e - C6 H2) 3) 之製備及其用於聚合乙烯。 使用酚酸鈉取代三乙基化鈉,如實例1所述盤製備斂三 個(紛鹽)。其他差異為反應混合物在THF回流下保特72小 時。町得產率為80- 90%之細紫藍色粉。 關於聚合,使實例2之程序。鈥三個(酚鹽)與鎂化合物 之混合溫度為2 0 °C。聚合溫度亦為2 0 °C,反應時間為j ^
567190 五、發明說明(14) 時。 在此反應期間,消耗75 0mg乙烯,在沈澱及過濾後,可 得450mg聚乙烤。 §k 年P月 :89113221 修正 *C〇 發明專利說明書 567190 發明名稱 中文 以稀土族與鎂為主之催化系統,新穎之鈦醇化物,於聚合不飽和化合物之用途 英文 CATALYTIC SYSTEM BASED ON A RARE EARTH AND MAGNESIUM, NOVEL NEODYMIUM ALCOHOLATE, USE IN POLYMERISING UNSATURATED COMPOUNDS 二 發明人 姓名 〔中文) 1. 琴_法蘭克斯卡彭迪爾 2. 湯瑪斯成龍 3. 傑洛米葛洛麥達 4. 安卓墨翠克斯 姓名 (英文) 1. JEAN-FRANCOIS CARPENTIER 2. THOMAS CHENAL 3. JEROME GROMADA 4. ANDRE MORTREUX 國籍 1.法國2.法國3.法國4.法國 住、居所 1. 法國拜塞克斯市琴蒙特路56號 2. 法國敏龍維戴斯奎市波尼爾路24號 3. 法國理律市舒芙龍路14號 4. 法國漢姆市坎伯塔路17號 姓名 (名稱) (tx) ι·法商隆迪亞泰瑞賴爾公司 姓名 (名稱) (英文)
1. RHODIA TERRES RARES 國籍 1.法國 申請人 住、居所 (事務所) 1·法國拉羅薛爾市工業區柴夫帝拜路26號 代表人 姓名 (中文) 1.菲利普杜布魯克 代表人 姓名 (英文)
1. PHILIPPE DUBRUC
O:\65\65123-911227.ptc 第1頁
Claims (1)
- % 力 9 _____—,—---------------- ★蠢號愈uj3221 q丨年、Μ 9每.s修正々 '_ 六、申 “ώυυί—…±:.上j w 令 -------- 1 . 一種催化系統,其特徵在於其包含由下列之反應產物 所構成之化合物: •稀土醇化物; •有機鎮化合物; 且其中該稀土醇化物係藉由在一由四氫呋喃所構成或 包含四氫呋喃之無水溶劑中,使一稀土鹵化物或稀土醯胺 與鹼金屬或鹼土金屬醇化物反應而獲得。 2 . —種催化系統,其特徵在於其包含由下列之反應產物 所構成之化合物: •稀土醇化物; •有機鎂化合物; 且其中該稀土醇化物係藉由在無水溶劑中,使鹼金屬 或鹼土金屬醇化物與稀土鹵化物及四氫呋喃之加成物或者 稀土醯胺與四氫呋喃之加成物反應而獲得。 3. 根據申請專利範圍第1或2項之催化系統,其特徵在於 該稀土為記、鋼、錦、欽或釤。 4. 根據申請專利範圍第1或2項之催化系統,其特徵在於 該醇化物係源自紛或多紛型化合物或源自衍生自直線或分 支脂族Ci-CM烴之醇或多元醇。 5. 根據申請專利範圍第4項之催化系統,其特徵在於·該 醇化物係源自衍生自直線或分支脂族(:4-(:8烴之醇或多元 醇0 6 ..根據申請專利範圍第1或2項之催化系統,其特徵在於 該醇化物源自第三多元醇或醇。O:\65\65123-911227.ptc 第20頁 567190 _案號89113221 Θ丨年月 日 修正__ 六、申請專利範圍 7. 根據申請專利範圍第1或2項之催化系統,其特徵在於 該有機鎂化合物為具有式R-Mg-R’之二烷基鎂化合物,其 中R及R ’係代表可為相同或不同之直線或分支烷基。 8. 根據申請專利範圍第7項之催化系統,其特徵在於R及 R,代表q-Cs烷基。 9 ·根據申請專利範圍第7項之催化系統,其特徵在於該R 及R’為正己基或R及R’分別為丁基及乙基。 1 0 .根據申請專利範圍第9項之催化系統,其特徵在於該 至少一個R或R ’基團係帶有一雜原子。 1 1 .根據申請專利範圍第1 0項之催化系統,其特徵在於 至少一個R或R ’基團係帶有石夕。 1 2 .根據申請專利範圍第1或2項之催化系統,其特徵在 於該有機鎂化合物為係一格里格納德(G r i g n a r d)試劑。 1 3 .根據申請專利範圍第1或2項之催化系統,其特徵在 於該醇化物與有機鎂化合物係以各別量反應,而使稀土 /Mg莫耳比係介於0.5至5之範圍内。 1 4.根據申請專利範圍第1或2項之催化系統,其特徵在 於該稀土醇化物係藉由使稀土鹵化物與鹼金屬或鹼土金屬 醇化物反應而獲得。 1 5 .根據申請專利範圍第1或2項之催化系統,其特徵在 於該鹼金屬醇化物為鈉或鉀醇化物。 1 6. —種鈦醇化物,其特徵在於該醇化物係一第三丁基 化物或第三戊基化物,及特徵在於其結構中不含氣,且其 中該醇化物係藉由在一由四氫咲喃所構成或包含四氫咲喃O:\65\65123-911227.ptc 第21頁 567190 _案號89113221 分丨年月 日_^_ 六、申請專利範圍 之無水溶劑中,使一敛iS化物或鈥醯胺與鹼金屬或驗土金 屬醇化物反應而獲得;或者藉由在無水溶劑中,使鹼金屬 或鹼土金屬醇化物與鈥i化物及四氫呋喃之加成物或者鈥 醯胺與四氫咲喃之加成物反應而獲得。 1 7. —種聚合或共聚合不飽和化合物之方法,其特徵在 於使用根據申請專利範圍第1或2項之催化系統。 1 8.根據申’請專利範圍第1 7項之方法,其特徵在於該不 飽和化合物係乙烯、丁二烯或甲基丙烯酸曱酯。 19. 一種聚合乙烯、丙烯或丙烯酸類單體或共聚合乙烯 與甲基丙烯酸甲酯其特徵在於使用一種催化系統,其包含 由稀土醇化物及有機鎂化合物之反應產物所構成之化合 物。O:\65\65123-911227.ptc 第22頁
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