CN101951875B - 基于乳酸薄荷醇酯的乳酰酯的生理清凉剂 - Google Patents

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Abstract

公开了一种赋予消费品生理清凉作用的方法。该方法包含向所述消费品中配制包含至少一种乳酸薄荷醇酯的乳酰酯的组合物。还公开了一种通过将皮肤或粘膜与所述乳酰酯组合物接触提供生理清凉的方法。还公开了包含所述乳酰酯和其它清凉剂的清凉剂。所述乳酰酯由薄荷醇和乳酸方便地制备。

Description

基于乳酸薄荷醇酯的乳酰酯的生理清凉剂
发明领域
本发明涉及基于乳酸薄荷醇酯的乳酰酯的生理清凉剂,及其在消费品中的应用。
发明背景
生理清凉剂赋予了皮肤或粘膜一种清凉和/或清新的感觉,从而改善了食品、糖果、化妆品、药剂和其它消费品的性能。
1-薄荷醇(1-Menthol)是一种强烈的天然生理清凉剂。然而,由于其刺激性的薄荷气味和苦味,在很多组合物中不希望有薄荷醇。目前,至少有十一种1-薄荷醇的合成替代物是商业上可获得的,并且已被FEMA批准为“GRAS”(通常被认为是安全的)组合物。其例子包括N-乙基-3-对-薄荷烷甲酰胺(“WS-3”,参见美国专利第4,150,052号)、2-异丙基-N,2,3-三甲基丁酰胺(“WS-23”,美国专利第4,153,679号)、乳酸薄荷醇酯(DE 2,608,226)、戊二酸单薄荷酯(Food Technol.55(2001)34)和N-乙氧羰基甲-3-薄荷烷甲酰胺(“WS-5”,美国专利第7,189,760号)。商用清凉剂包含许多不同的官能团,包括羧酰胺(carboxamides)、酯、醚、醇、二醇和杂环。每个官能团有其自己的性质,不仅仅包括清凉强度和感知阈值,还包括清凉作用的持久度、味道和后味、与组合物中其它成分的相容性和/或协同作用、环境条件下的物理状态、溶解度和其它属性。
乳酸薄荷醇酯(ML)通常由乳酸和薄荷醇直接酯化制备,其被广泛用作香料、口腔护理产品和化妆品的清凉剂。最常用的ML异构体,1,由1-薄荷醇和L(+)-乳酸得到:
Figure BPA00001176983900011
我们最近报道(参见美国专利第7,173,146号),乳酸和薄荷醇反应不仅产生ML,而且还有显著量ML的高级乳酰酯,包括薄荷醇基乳酰乳酸酯(MLL)和薄荷醇基乳酰乳酰乳酸酯(MLLL):
Figure BPA00001176983900021
尽管乳酰酯可以包含25%或更多的直接酯化混合物,但是早期的处理方法在用于分离ML的蒸馏过程中已将它们丢弃。我们发现,用含水碱(aqueous base)控制水解能将乳酰酯选择性地转化回ML,而不会水解ML,从而将ML的总产率最大化。乳酰酯的清凉性质尚未被研究,并且未受到注意。
由于受扩大的应用、全球消费基础,以及对具有多样化性质例如味道、香味、清新感和整体感觉的一批商品需求的推动,加速了对新型清凉剂的关注。成本往往限制了应用中清凉剂的选择,例如口香糖,其需要大量浓度的清凉剂。法规因素也十分重要。例如,日本目前不接受羧酰胺类作为食品添加剂。
总言之,需要新的清凉剂,特别是由低廉的起始原料制备的那些,并且不含有具有氮的基团,例如酰胺类。不幸的是,尽管已经尝试了部分化合物(参见例如J.Soc.Cosmet.Chem.29(1978)185),但是仍然没有办法能轻易地根据化合物的结构来预测其清凉性质。发现有用的、低廉的清凉剂大多数情形下依旧是意外的。
发明简述
一方面,本发明是一种赋予消费品生理清凉作用的方法。所述方法包括向消费品中配制包含至少一种乳酸薄荷醇酯的乳酰酯的组合物。另一方面,通过将哺乳动物的皮肤或粘膜与乳酰酯组合物接触来提供生理清凉作用。本发明包括包含至少一种乳酸薄荷醇酯的乳酰酯的消费品。还包括包含所述乳酰酯和其它清凉剂例如WS-3、WS-23、戊二酸单薄荷酯或WS-5的液体清凉组合物。
我们意外地发现,乳酸薄荷醇酯的乳酰酯具有生理清凉活性,并且与商用清凉剂戊二酸单薄荷酯相当或更强。乳酰酯很容易由低廉的乳酸制得,并且它们是因“清凉剂鸡尾酒(coolant cocktails)”闻名的液体清凉组合物的有价值组分。
发明详述
乳酸薄荷醇酯的乳酰酯通过将薄荷醇与二或更多摩尔当量的乳酸反应即可方便制备。
适用于本发明的薄荷醇可以具有任意希望的立体化学。具有三个手性中心的薄荷醇有八种可能的立体异构体。一种薄荷醇样品可能具有几种不同的立体异构体存在。例子包括1-薄荷醇、d-薄荷醇、d1-薄荷醇(即1-薄荷醇和d-薄荷醇的外消旋混合物)、新薄荷醇的异构体、异薄荷醇和新异薄荷醇,及其混合物。
1-薄荷醇、d-薄荷醇、d1-薄荷醇和其它异构体都是商业可获得的。1-薄荷醇(2)是特别优选的,因为它提供了具有优良的生理清凉性质的ML乳酰酯。
Figure BPA00001176983900031
乳酸与薄荷醇反应生成ML的乳酰酯。具有一个手性中心的乳酸有两种可能的立体异构体:L-(+)-乳酸和D-(-)-乳酸。乳酸通常以水浓缩液(例如85+wt.%乳酸)提供。一个例子是HS-88溶液,Purac的产品其含有约88wt%的乳酸水溶液。适宜在此使用的乳酸包括L-(+)-乳酸、D-(-)-乳酸、外消旋混合物(即DL-乳酸),及其混合物。L-(+)-乳酸(3)是特别优选的,因为其提供了具有优良的生理清凉性质的ML乳酰酯。
乳酸与薄荷醇酯化通常生产出包含乳酸薄荷醇酯和一种或多种乳酸薄荷醇酯的乳酰酯的混合物。将薄荷醇和乳酸一起简单加热(通常有溶剂存在,例如有助于除去因酯化生成的水的庚烷、甲苯等)即生成ML的乳酰酯,包括MLL、MLLL和痕量的更高级的酯。
乳酰酯是如何形成的并不重要。由于多余的乳酸与较低级酯缩合,因此其机理可能涉及ML、MLL、MLLL等的相继生成。当然,其它的机理也是可能的,包括先生成乳酸低聚物再与薄荷醇缩合、上述两种机理的组合,或者其它途径。
在本发明的一方面,乳酰酯通过将1-薄荷醇与过量的,优选至少二摩尔当量的光学纯的L-(+)-乳酸反应制备,以提供1-薄荷醇基L-乳酰基-L-乳酸酯(4a):
Figure BPA00001176983900041
在另一方面,1-薄荷醇与过量的外消旋混合物DL-乳酸反应,提供四种MLL立体异构体,即1-薄荷醇基L-乳酰基-L-乳酸酯(4a)、1-薄荷醇基L-乳酰基-D-乳酸酯(4b)、1-薄荷醇基D-乳酰基-L-乳酸酯(4c)和1-薄荷醇基D-乳酰基-D-乳酸酯(4d)的混合物:
制备ML乳酰酯的直接酯化过程除了生成ML和希望的乳酰酯外,通常会生成含有未反应的薄荷醇和/或乳酸环状二聚物(“丙交酯”)的反应混合物。如上所述,优选除去反应中的水来促进酯化;有利的是使用烃溶剂和巴雷特(Barrett)或迪安-斯脱克分水器(Dean-Stark trap)。
所述酯化在任何合适的温度和能有效使ML乳酰酯的生成最大化的条件下进行。通常,所述酯化在一定范围内的温度下进行,该温度取决于究竟是否包括了溶剂,如果包括,则取决于溶剂的类型和沸点。所述温度一般当反应接近结束时升高。通常,所述酯化在反应混合物的回流温度或接近反应混合物的回流温度时进行。例如,当庚烷是溶剂时,所述酯化在约80℃至约130℃的范围内进行。
优选地,不使用催化剂来促进酯化反应。但是,也可以包括催化剂。适宜的酯化催化剂通常是酸。适宜的催化剂包括,例如,硫酸、酸性离子交换树脂、有机磺酸(例如对甲苯磺酸)、碱金属二硫酸盐等,及其混合物。
如果需要,可以对含有ML乳酰酯的酯化产品用任何适宜的方式进行纯化,包括蒸馏、结晶等,或者这些技术的组合。如下文合成实施例1所示,可以通过减压蒸馏然后结晶来分离高纯度MLL。感觉评价(表1)表明,纯MLL具有纯净、温和的清凉效果,并且强度在1-乳酸薄荷醇酯和戊二酸单薄荷酯之间。
分离纯MLL的花费可能很高,因此含有MLL的产品混合物优选在进行简单的处理以除去未反应的乳酸后用于清凉剂的应用,通常用水溶液提取。所得产品混合物除了含有希望的乳酰酯外,往往还含有薄荷醇和乳酸薄荷醇酯,并且可能包括其它成分例如高级乳酰酯(例如MLLL)和丙交酯。但是,由于所述混合物的主要成分是活性清凉剂,因此通常没有必要分离纯的MLL。下文的合成实施例3和5举例说明了如何制备包含乳酸薄荷醇酯、MLL和MLLL的液体混合物。这种液体混合物的感觉评价证明,它们具有纯净、温和的清凉效果,并且强度通常和戊二酸单薄荷酯相当。
一方面,本发明是一种赋予消费品生理清凉作用的方法。该方法包括向消费品中配制包含至少一种乳酸薄荷醇酯的乳酰酯的组合物。优选地,所述乳酰酯是薄荷醇基乳酰乳酸酯(MLL)。
含有乳酰酯的组合物往往是可能包含一种或多种其它生理清凉剂的液体混合物。优选地,其它的清凉剂选自取代的环己醇及其酯、羧酰胺、薄荷酮缩酮、薄荷氧基丙二醇(menthoxypropanediols),及其混合物。其它清凉剂的特殊例子包括薄荷醇、异胡薄荷醇、乳酸薄荷醇酯、N-乙基-3-对-薄荷烷甲酰胺(WS-3)、2-异丙基-N,2,3-三甲基丁酰胺(WS-23)、N-乙氧-羰基甲基-3-对薄荷烷甲酰胺(WS-5)、戊二酸单薄荷酯、琥珀酸单薄荷酯,及其混合物。
优选地,消费品是食品、糖果、口香糖、饮料、化妆品、牙膏、漱口水、洗发水、化装用具、洗液、药剂、药物等。其它和更加特别适合于生理清凉剂的消费品应用已被描述(参见例如美国专利Nos.4,136,163和7,189,760)。本发明包括包含至少一种乳酸薄荷醇酯的乳酰酯的消费品。
在另一方面,本发明通过使哺乳动物的皮肤或粘膜与包含至少一种乳酸薄荷醇酯的乳酰酯的组合物接触来提供生理清凉作用。而且,该乳酰酯组合物可以是含有一种或多种其它上述生理清凉剂的液体混合物。该组合物可以通过任何对本领域技术人员而言已知的适宜方法应用,并且显而易见地依赖该具体应用。皮肤接触是洗液、化妆品、洗发水和局部药剂的优选途径,而粘膜接触适用于食品、糖果、口香糖、饮料、漱口水等。
当配制到消费品中或与哺乳动物的皮肤或粘膜接触时,包含至少一种乳酸薄荷醇酯的乳酰酯的组合物优选以提供生理清凉作用的量使用。实际所需的量取决于许多因素,包括具体的最终用途、希望的清凉效果(profile)、组合物中任何其它清凉剂的类型和用量,以及其它因素。一般情况下,所需用量由技术人员根据经验确定。通常,使用的量在0.1ppm至5wt%(50,000ppm)的范围内,优选5ppm至1wt%。例如,在如洗液或护手霜的局部应用中,所需的乳酸薄荷醇酯乳酰酯组合物的用量典型的为100ppm至5wt%。低浓度(0.1ppm至100ppm)更适用于饮料,而中间浓度(10ppm至5,000ppm)通常是牙膏、口香糖、糖果或漱口水所希望的。
本发明包括液体清凉剂组合物。所述组合物包含至少一种乳酸薄荷醇酯的乳酰酯和一种或多种选自WS-3、WS-23、WS-5、戊二酸单薄荷酯、琥珀酸单薄荷酯及其混合物的清凉剂。环境条件下为稳定液体的组合物通常远比固体清凉剂更容易均匀配制成希望的最终应用,并且它们往往避免或减少了对溶剂或其它稀释剂的需求。
薄荷醇基乳酰乳酸酯是液体清凉剂混合物,包括“清凉剂鸡尾酒”的有价值组分。下文的合成实施例3和5举例说明了包含薄荷醇基乳酰乳酸酯和其它相关清凉剂,例如薄荷醇和乳酸薄荷醇酯的液体混合物的制备。所述液体混合物可以被原样使用,或者它们可以与其它有用的清凉剂例如WS-3、WS-5、WS-23和戊二酸单薄荷酯组合以提供优良的清凉剂鸡尾酒(参见表2,实施例6-11)。将包含薄荷醇基乳酰乳酸酯的液体混合物与这类商用清凉剂组合使用,可以降低成本、增强清凉效果,或者使得将清凉剂混合物配制成最终应用更容易。当所述液体混合物用于清凉剂鸡尾酒时,它们优选占清凉剂鸡尾酒的至少35wt.%,更优选至少50wt.%,最优选至少80wt.%。
下述的实施例仅仅用以对本发明进行举例说明。那些本领域的技术人员将认识到,许多变型都在本发明的精神和权利要求的保护范围内。
合成实施例1
1-薄荷醇基L-乳酰基-L-乳酸酯的制备
在装有巴雷特分水器、回流冷凝器、热电偶、加热罩和磁力搅拌器的三颈瓶中装入1-薄荷醇(1000g)、L-(+)-乳酸(2000g,等级HS-88,来自Purac,水中含88%乳酸)和庚烷(500g)。将搅拌的混合物进行回流,使水在形成时由分水器中周期性地排出。在29h后和除去580mL水相后,将混合物的温度逐渐升高到123℃。混合物冷却至环境温度,并用气液色谱法(GC)分析。混合物含有:7.3%未反应的薄荷醇、50.5%的1-薄荷醇基L-乳酸酯(ML)、3.3%的丙交酯(乳酸的环状二聚物)、35.2%的1-薄荷醇基L-乳酰基-L-乳酸酯(MLL)和2.5%的1-薄荷醇基L-乳酰基-L-乳酰基-L-乳酸酯(MLLL)。
将部分(1094g)这种混合物用水(1317g)和庚烷(378g)稀释,过量的乳酸用氢氧化钠水溶液(167g 50%的NaOH)中和至pH7.1。分离各层。有机层用1%的乳酸(500g)清洗,并通过无水硫酸钠的垫片过滤。庚烷通过旋转蒸发分离,并且残留物被真空蒸馏。合并在~3mm沸点高于120℃的馏分,并用庚烷进行多次结晶,直到气相色谱法(GC)显示纯度超过99%。熔点:59℃。
1H NMR(CDCl3,300MHz),δppm:0.73d(3H,环己烷基上的甲基);0.86br.d(6H,异丙基上的甲基);1.45d和1.47d(3H和3H,两个乳酸残基上的甲基);2.81br.d(1H,OH);4.32m(1H,环己烷上的CH-O);4.68m(末端乳酸残基上的1H,CH-O);和5.09q(1H,中间乳酸残基上的CH-O)。其它来自薄荷醇基的CH信号以0.8-2.0ppm范围内的多重态出现。
13C NMR(CDCl3,75MHz),δppm:16.30(CH3),16.82(CH3),20.49(CH3),20.55(CH3),21.89(CH3),23.51(CH2),26.28(CH),31.31(CH),34.11(CH2),40.51(CH2),46.95(CH),66.62(CH-O),69.53(CH-O),75.63(CH-O),169.74(C=O),175.04(C=O)。
合成实施例2
1-薄荷醇基L-乳酰基-L-乳酸酯的制备
除了将1-薄荷醇的用量减少到500g外,重复实施例1的步骤。在回流54小时并除去水(547g)后,将反应混合物用水清洗并中和至pH 6.4。通过GC分析,混合物含有:2.6%未反应的1-薄荷醇、2.6%的丙交酯、45.9%的ML、40.6%的MLL、6.6%的MLLL。如实施例1中描述的分离和纯化MLL。
合成实施例3
包含ML、1-薄荷醇基L-乳酰基-L-乳酸酯和MLLL的液体混合物的制备
一般采用实施例1中的步骤。在常规的回流并除去水后,冷却所述混合物,将一部分(785g)用水(1900g)清洗除去未反应的乳酸。有机相(719g)用4%的NaOH水溶液(约340g)中和至pH5.8。分离各层,有机层用水(1200g)清洗1h,干燥(无水Na2SO4),并分离。为了除去痕量的庚烷,向混合物中鼓入氮气。所得的液体均匀混合物(470g)含有(GC):37.0%的1-薄荷醇基L-乳酰基-L-乳酸酯、49.0%的ML、6.0%的1-薄荷醇、4.1%的MLLL和2.6%的丙交酯。
合成实施例4
由1-薄荷醇和DL-乳酸制备MLL
除用DL-乳酸代替L-(+)-乳酸外,采用实施例2的步骤。在回流49h并除去水(547g)后,用水清洗反应混合物,并中和至pH6.4。所述混合物含有:3.0%未反应的1-薄荷醇、0.7%的丙交酯、22.2%的1-薄荷醇基L-乳酸酯、22.7%的1-薄荷醇基D-酸酯;总量为42.0%的四种1-薄荷醇基乳酰乳酸酯的异构体,包括大约相同浓度(10.5±1.0%)的1-薄荷醇基L-乳酰基-L-乳酸酯4a、1-薄荷醇基L-乳酰基-D-乳酸酯4b、1-薄荷醇基D-乳酰基-L-乳酸酯4c和1-薄荷醇基D-酰-D-乳酸酯4d。剩余的(约9%)是多种MLLL低聚物。将所述混合物蒸馏,以具有在0.5mm为约105℃至在0.5mm为145℃沸点的粘稠液体收集含有主要为四种1-薄荷醇基乳酰乳酸酯异构体的馏分。
合成实施例5
包含1-薄荷醇、1-薄荷醇基-D,L-乳酸酯和MLL异构体的液体混合物的制备
除使用500g1-薄荷醇和DL-乳酸(水中最少85%,Sigma-Aldrich,2000g)外,一般都采用实施例1中的步骤。在通常的回流和除去水后,冷却所述混合物,并用水清洗混合物除去未反应的DL-乳酸,有机相用4%的NaOH水溶液中和到pH6。分离各层,有机层用水清洗,干燥,并汽提。为了除去痕量的庚烷,向混合物中鼓入氮气。所得的液体均匀混合物(1062g)含有(GC):3.0%的1-薄荷醇;22.3%的1-薄荷醇基-L-乳酸酯;22.9%的1-薄荷醇基D-乳酸酯;总量约为44%的MLL异构体,包括大约相同浓度(11±1%)的1-薄荷醇基L-乳酰基-L-乳酸酯4a、1-薄荷醇基L-乳酰基-D-乳酸酯4b、1-薄荷醇基D-乳酰基-L-乳酸酯4c和1-薄荷醇基D-酰基-D-乳酸酯4d。剩余的(约9%)是多种MLLL低聚物。
实施例6-10
MLL和含MLL的液体混合物的感觉性能
通过由三位调味学家组成的小组来评价结晶MLL和含有MLL的液体产品(来自上述实施例1-5)的感觉性能。标准方法包括使含有20ppm清凉剂的水溶液在口中保持30秒,然后吐出,观察,并定量与一组对照标准品比较时的清凉作用。根据它们的清凉强度,对样品以1至10的等级进行评分,10是最强的。用作对照标准品的样品是戍二酸单薄荷酯(在该等级中是3.5)、1-乳酸薄荷醇酯(4.5)和N-乙基-3-对-薄荷烷甲酰胺,即WS-3(10)。结果在表1中显示。
Figure BPA00001176983900091
实施例11-18
含有MLL和其它清凉剂的鸡尾酒
制备了几种清凉剂“鸡尾酒”,即液体清凉剂混合物,并如实施例6评价了它们的感觉性能。组成和结果在表2中显示。
Figure BPA00001176983900101
上述的实施例仅仅意欲作为举例说明。下述的权利要求详细说明了本发明。

Claims (27)

1.一种赋予消费品生理清凉作用的方法,其包含向所述消费品中配制含有1-薄荷醇基L-乳酰基L-乳酸酯的组合物。
2.如权利要求1的方法,其中所述1-薄荷醇基L-乳酰基L-乳酸酯由1-薄荷醇和过量的L-(+)-乳酸反应制备。
3.如权利要求1的方法,其中所述消费品选自食品、护理品和药物。
4.如权利要求1的方法,其中所述消费品选自饮料、洗液、口香糖和药剂。
5.如权利要求3的方法,其中所述食品是糖果。
6.如权利要求3的方法,其中所述护理品是化妆品、牙膏或漱口水。
7.如权要求1的方法,其中所述组合物是液体混合物。
8.如权利要求7的方法,其中所述液体混合物进一步包含选自取代的环己醇及其酯、羧酰胺、薄荷酮缩酮、薄荷氧基丙二醇,及其混合物的清凉剂。
9.如权利要求8的方法,其中所述液体混合物包含选自薄荷醇、异胡薄荷醇、乳酸薄荷醇酯、N-乙基-3-对-薄荷烷甲酰胺(WS-3)、2-异丙基-N,2,3-三甲基丁酰胺(WS-23)、N-乙氧羰基甲基-3-对-薄荷烷甲酰胺(WS-5)、戊二酸单薄荷酯、琥珀酸单薄荷酯,及其混合物的清凉剂。
10.如权利要求3的方法,其中所述护理品是洗发水。
11.消费品,所述消费品选自食品、护理品和药物,所述消费品包含从0.1ppm到5wt.%的1-薄荷醇基L-乳酰基L-乳酸酯。
12.如权利要求11的方法,其中所述消费品选自饮料、洗液、口香糖和药剂。
13.权利要求11的消费品,其中所述食品是糖果。
14.权利要求11的消费品,其中所述护理品是化妆品、牙膏或漱口水。
15.权利要求11的消费品,其中所述护理品是洗发水。
16.权利要求11的消费品,其中所述1-薄荷醇基L-乳酰基L-乳酸酯由1-薄荷醇和过量的L-(+)-乳酸反应制备。
17.权利要求11的消费品,其包含含有1-薄荷醇基L-乳酰基L-乳酸酯的液体混合物。
18.权利要求17的消费品,其中所述液体混合物进一步包含选自取代的环己醇及其酯、羧酰胺、薄荷酮缩酮、薄荷氧基丙二醇,及其混合物的清凉剂。
19.权利要求18的消费品,其中所述液体混合物包含选自薄荷醇、异胡薄荷醇、乳酸薄荷醇酯、WS-3、WS-23、WS-5、戊二酸单薄荷酯、琥珀酸单薄荷酯,及其混合物的清凉剂。
20.权利要求18的消费品,其中所述的清凉剂是薄荷氧基丙二醇。
21.一种提供生理清凉作用的方法,其包含使哺乳动物的皮肤或粘膜与包含1-薄荷醇基L-乳酰基L-乳酸酯的组合物接触。
22.如权利要求21的方法,其中所述1-薄荷醇基L-乳酰基L-乳酸酯由1-薄荷醇和过量的L-(+)-乳酸反应制备。
23.如权利要求21的方法,其中所述组合物是液体混合物。
24.如权利要求23的方法,其中所述液体混合物进一步包含选自取代的环己醇及其酯、羧酰胺、薄荷酮缩酮、薄荷氧基丙二醇,及其混合物的清凉剂。
25.如权利要求24的方法,其中所述液体混合物包含选自薄荷醇、异胡薄荷醇、乳酸薄荷醇酯、WS-3、WS-23、WS-5、戊二酸单薄荷酯、琥珀酸单薄荷酯,及其混合物的清凉剂。
26.液体清凉组合物,包含从0.1ppm到5wt.%的1-薄荷醇基L-乳酰基L-乳酸酯和一种或多种选自WS-3、WS-23、WS-5、戊二酸单薄荷酯、琥珀酸单薄荷酯,及其混合物的清凉剂。
27.如权利要求26的组合物,其中所述1-薄荷醇基L-乳酰基L-乳酸酯由1-薄荷醇和过量的L-(+)-乳酸反应制备。
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