CN111298834A - 一种呼吸科用药物中间体的制备方法 - Google Patents

一种呼吸科用药物中间体的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于化药技术领域,具体涉及一种呼吸科用药物中间体的制备方法。本发明首次以改性蒙脱土为载体,以1‑胺乙基‑3‑甲基咪唑六氟磷酸盐制备出负载型碱性离子液体;并用来替代无机碱催化1‑[2‑羟基‑3‑氨基‑5‑(苄氧基)苯基]乙酮与氯乙酰氯制备治疗慢性阻塞性肺病用药物的关键中间体8‑乙酰基‑6‑(苄氧基)‑2H‑苯并[b][1,4]噁嗪‑3(4H)‑酮。本发明方法收率高、反应条件简单,适合工业化生产。

Description

一种呼吸科用药物中间体的制备方法
技术领域
本发明属于化药技术领域,具体涉及一种呼吸科用药物中间体的制备方法。
背景技术
奥达特罗(Olodaterol)是由德国勃林格殷格翰公司开发的一种长效β2受体激动剂,于2014年7月经美国FDA批准上市,其商品名是:StriverdiRespimat,用于治疗慢性阻塞性肺病(COPD)。
8-乙酰基-6-(苄氧基)-2H-苯并[b][1,4]噁嗪-3(4H)-酮是制备奥达特罗的关键中间体,该化合物由1-[2-羟基-3-氨基-5-(苄氧基)苯基]乙酮与氯乙酰氯在碱性条件下关环反应而成。
目前报道的该关环反应中多是以碳酸钾为碱,在乙腈中反应,但该反应体系收率较低;如Bioorganic&Medicinal Chemistry Letters 20 (2010)1410-1414中采用梯度升温反应,首先在冰浴下反应,然后升温至室温,最后回流反应6h,收率为66%;US2005/0267106A1中反应条件与Bioorganic&Medicinal Chemistry Letters 20(2010) 1410-1414类似,后处理采用硅胶柱层析,然后采用异丙醇/二异丙基醚进行打浆纯化得纯品,但收率仅为50%;CN 107188865 A中采用改变反应温度和试剂用量,后处理采用硅胶柱层析,然后采用异丙醇 /甲基环己烷进行重结晶得到产品,收率仅为37%。
综上,目前采用传统无机碱(碳酸钾)对该步缩合反应催化效果差,均会导致后处理繁琐、反应收率低等缺陷,影响奥达特罗原料药的生产放大,并在一定程度上提高了原料药的生产成本。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中治疗慢性阻塞性肺病(COPD)药物奥达特罗关键中间体8-乙酰基-6-(苄氧基)-2H-苯并[b][1,4]噁嗪 -3(4H)-酮收率低、后处理繁琐的缺陷;本发明采用碱性离子液体替代碳酸钾来催化制备8-乙酰基-6-(苄氧基)-2H-苯并[b][1,4]噁嗪-3(4H)- 酮,该催化体系收率高,且采用改性膨润土负载后的碱性离子液体能够实现回收利用,在一定程度上降低了生产成本。
根据本发明的一个方面,本发明提供了一种负载型碱性离子液体的制备方法,所述负载型碱性离子液体中载体为改性膨润土,碱性离子液体为1-胺乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐;所述改性膨润土由膨润土依次经过盐酸水溶液和氢氧化钠水溶液处理所得;
所述负载型碱性离子液体的制备方法具体包括如下步骤:
1)改性膨润土载体的制备:
酸处理:将膨润土置于1-2mol/L的盐酸水溶液中于60-80℃下搅拌分散4-8h,然后过滤,水洗至滤液中不含氯离子,收集滤饼干燥至恒重得酸处理膨润土;采用酸处理是为了增大膨润土的比表面积;
碱处理:将酸处理膨润土分散于氢氧化钙的饱和水溶液中回流反应过夜进行离子交换,然后过滤,水洗至滤液成中性,干燥得改性膨润土;
2)离子液体的制备:
1-甲基咪唑(0.10mol)、2-溴乙胺氢溴酸盐(0.10mol)在50ml 乙腈中回流反应4h;反应液减压脱除乙腈,加入30ml乙醇超声分散均匀,然后加入40ml乙腈水溶液(1:1)、KPF6(0.1mol)室温下搅拌过夜,最后加入氢氧化钠(0.1mol)调节体系pH,脱溶得油状物;油状物依次采用***和正庚烷萃取,分液后收集离子液体层60-80℃下减压干燥得1-胺乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体;
3)离子液体的负载
将1-胺乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体10-50mmol搅拌分散在无水甲苯中,然后加入改性膨润土10g回流反应24h-48h,降温至室温过滤,干燥得负载型碱性离子液体。
本发明利用膨润土中蒙脱石的层片状结构能在有机溶剂中溶胀分散成纳米级粘粒特性,将离子液体***到层片状结构中达到离子液体负载的目的,解决了离子液体难以回收的问题,并对离子液体的催化活性起到了调节作用。
根据本发明的另一个方面,本发明提供了一种负载型碱性离子液体的用途,在溶剂的存在下,用于催化1-[2-羟基-3-氨基-5-(苄氧基) 苯基]乙酮与氯乙酰氯制备8-乙酰基-6-(苄氧基)-2H-苯并[b][1,4]噁嗪 -3(4H)-酮。申请人在研发过程中发现,采用本发明制备的负载型碱性离子液体替代碳酸钾可高效催化制备奥达特罗关键中间体8-乙酰基 -6-(苄氧基)-2H-苯并[b][1,4]噁嗪-3(4H)-酮,反应选择性高无副产生成,在室温下即可反应。本发明制备的负载型碱性离子液体部分起到碱催化的作用,相比于无机碱(碳酸钾)更容易在体系中溶解,类似于均相催化(而碳酸钾催化属于典型的多相催化),所以反应速率更快,可在室温下即可促使反应转化生成目标产物。
优选的,所述溶剂为极性非质子溶剂,所述极性非质子溶剂为乙腈(CH3CN),二甲基甲酰胺(DMF),二甲基亚砜(DMSO),六甲基磷酰三胺(HMPA)。
优选的,所述催化1-[2-羟基-3-氨基-5-(苄氧基)苯基]乙酮与氯乙酰氯制备8-乙酰基-6-(苄氧基)-2H-苯并[b][1,4]噁嗪-3(4H)-酮中加入缚酸剂;所述缚酸剂为三乙胺(TEA)、N,N-二异丙基乙胺(DIPEA)、 4-二甲氨基吡啶(DMAP);缚酸剂的加入可以大大提高反应的转化率,降低负载型碱性离子液体的用量;
具体包括如下步骤:
1)将溶剂、1-[2-羟基-3-氨基-5-(苄氧基)苯基]乙酮、缚酸剂和负载型碱性离子液体加入到反应器中搅拌均匀,控温至0-5℃;
2)向反应器中滴加氯乙酰氯,滴加结束后自然升温至室温反应;
3)HPLC检测,反应液中1-[2-羟基-3-氨基-5-(苄氧基)苯基]乙酮面积百分比小于0.5%后停止反应;
4)过滤,去除负载型碱性离子液体得滤液;
5)滤液进行后处理得8-乙酰基-6-(苄氧基)-2H-苯并[b][1,4]噁嗪 -3(4H)-酮。
优选的,所述后处理是指向滤液中滴加反溶剂进行析晶;所述反溶剂为水或碳原子数为1-7的任意烷烃。
优选的,按照摩尔比计算,所述缚酸剂:1-[2-羟基-3-氨基-5-(苄氧基)苯基]乙酮=2-5:1,本发明采用缚酸剂是为了去除关环反应生成的联产物盐酸,每1mol底物产生2mol盐酸,所以本发明缚酸剂摩尔用量大于底物摩尔量的2倍;
优选的,按照摩尔比计算,1-[2-羟基-3-氨基-5-(苄氧基)苯基]乙酮:氯乙酰氯=1:1.05-1.50;
优选的,按照重量百分比计算,1-[2-羟基-3-氨基-5-(苄氧基)苯基] 乙酮:负载型碱性离子液体=1:0.1-1.0。
本发明首次以改性蒙脱土为载体,以1-胺乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐制备出负载型碱性离子液体;并用来替代无机碱催化1-[2-羟基-3-氨基-5-(苄氧基)苯基]乙酮与氯乙酰氯制备8-乙酰基-6-(苄氧基)-2H-苯并[b][1,4]噁嗪-3(4H)-酮;与现有技术相比,具有如下有益效果:
1)本发明制备的负载型碱性离子液体兼具有多相和均相催化剂的优点,反应过程中离子液体部分可在溶剂中溶解,相当于均相催化,可实现优异的催化性能;反应结束后可回收利用,并方便从体系中分离;
2)本发明制备的负载型碱性离子液体催化选择性高,基本无副反应的生成;
3)本发明反应条件简单,低温下滴加氯乙酰氯后自然升温至室温反应,后期无需加热即可实现关环反应,且反应时间一般在4h内即可完成;
4)催化体系中加入缚酸剂可有效降低负载型碱性离子液体的用量,使底物完全转化。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面结合具体实施方式,对本发明进一步详细说明。应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本发明的范围。
实施例所用原料1-[2-羟基-3-氨基-5-(苄氧基)苯基]乙酮来自于上海喀露蓝科技有限公司,HPLC纯度大于99.8%;
反应液HPLC归一化法:色谱柱Agilent C18柱(4.6mm×250 mm,5μm);流动相A:50mmol/L磷酸二氢钠水溶液,B:乙腈,梯度洗脱(0→5min:A 65%;5→20min:A65%→35%;20 →28min:A 35%;28→35min:A 35%→65%;35→40min: A 65%);检测波长220nm;流速1.0ml/min;柱温30℃。
制造例1
制备负载型碱性离子液体:
1)改性膨润土载体的制备:
酸处理:将10.0g膨润土(西格玛奥德里奇上海贸易有限公司,产品编号为285234,比表面积为10.21m2/g)置于100ml 1mol/L的盐酸水溶液中于60-80℃下搅拌分散4-8h,然后过滤,水洗至滤液中不含氯离子,收集滤饼干燥至恒重得酸处理膨润土(比表面积为15.12 m2/g);
碱处理:将1.0g酸处理膨润土分散于50ml氢氧化钙的饱和水溶液中回流反应过夜进行离子交换,然后过滤,水洗至滤液成中性,干燥得改性膨润土(比表面积为14.58m2/g);
2)离子液体的制备:
1-甲基咪唑(0.10mol)、2-溴乙胺氢溴酸盐(0.10mol)在50ml 乙腈中回流反应4h;反应液减压脱除乙腈,加入30ml乙醇超声分散均匀,然后加入40ml乙腈水溶液(乙腈/水体积比为1:1)、KPF6(0.1mol) 室温下搅拌过夜,最后加入氢氧化钠(0.1mol)调节体系pH,脱溶得油状物;油状物依次采用***和正庚烷萃取洗涤,分液后收集离子液体层60-80℃下减压干燥得1-胺乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体;
取少量离子液体进行质谱检测:MS(ESI)m/z:126.1(100%) [M-PF6]+,397.2(100%)[2M-PF6]+
3)离子液体的负载
将1-胺乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体30mmol搅拌分散在200ml无水甲苯中,然后加入改性膨润土10g回流反应24h-48h,降温至室温过滤,干燥得负载型碱性离子液体(离子液体的重量百分比理论含量为44.8wt%,载体为55.2wt%)。
本发明在前期在对1-胺乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体进行负载时分别尝试了碱性氧化铝、MCM-41分子筛作为载体(10g载体,30mmol离子液体按照步骤3)方法进行负载),分别得到了碱性氧化铝负载的离子液体和MCM-41分子筛负载的离子液体,两种负载型离子液体中离子液体的理论含量均为44.8wt%。
实施例1
采用实施例1制备的不同载体负载的碱性离子液体催化1-[2-羟基-3-氨基-5-(苄氧基)苯基]乙酮与氯乙酰氯制备8-乙酰基-6-(苄氧基)-2H-苯并[b][1,4]噁嗪-3(4H)-酮;具体条件如下:
将底物1-[2-羟基-3-氨基-5-(苄氧基)苯基]乙酮(10mmol,2.57g) 加入到50ml乙腈中搅拌,然后添加负载型离子液体(6.0g,~10mmol 1-胺乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐)搅拌均匀后将温度控制在0-5℃,缓慢滴加氯乙酰氯(12mmol),滴加结束后室温升温至室温反应, HPLC检测反应液中1-[2-羟基-3-氨基-5-(苄氧基)苯基]乙酮面积百分比不再变化时,统计反应体系达到反应平衡时间、底物的转化率(反应后剩余1-[2-羟基-3-氨基-5-(苄氧基)苯基]乙酮的重量与反应前重量的百分比,反应后剩余的重量由反应后质量浓度计算所得)、产物8- 乙酰基-6-(苄氧基)-2H-苯并[b][1,4]噁嗪-3(4H)-酮的选择性(反应生成的产物摩尔数与底物反应的摩尔数之比),结果如表1所示:
表1不同载体负载得到的离子液体的催化效果
载体 反应时间/h 转化率/% 选择性/%
3 52.4 99.2
改性膨润土 5 68.2 99.1
碱性氧化铝 5 49.2 99.3
MCM-41 6 53.1 99.2
注“—”是指未采用载体对1-胺乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体进行负载,采用10mmol的离子液体。
试验结果表明,采用本发明制备的1-胺乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体可以替代无机碱碳酸钾用来催化1-[2-羟基-3-氨基 -5-(苄氧基)苯基]乙酮与氯乙酰氯制备8-乙酰基-6-(苄氧基)-2H-苯并[b][1,4]噁嗪-3(4H)-酮,产物选择性高达99%以上;另外载体对离子液体活性有一定影响,采用改性膨润土作为载体制备出的负载型碱性离子液体较碱性氧化铝和介孔分子筛MCM-41催化效果好。
实施例2
实施例1中的结果表明,采用本发明制造例1制备的负载型碱性离子液体作为催化剂替代无机碱碳酸钾,其催化反应的目标产物选择性高,基本无副产物的生成;但是原料的转化率仅为68.2%,无法实现工业化生产;考虑到关环反应中会生成两分子的盐酸,本发明尝试添加缚酸剂来打破反应平衡,具体方法如下:
将底物1-[2-羟基-3-氨基-5-(苄氧基)苯基]乙酮(10mmol,2.57g) 加入到50ml乙腈中搅拌,然后添加负载型离子液体(6.0g,~10mmol 1-胺乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐)和缚酸剂(20mmol)搅拌均匀后将温度控制在0-5℃,缓慢滴加氯乙酰氯(12mmol),滴加结束后室温升温至室温反应,HPLC检测反应液中1-[2-羟基-3-氨基-5-(苄氧基) 苯基]乙酮面积百分比不再变化时,统计反应体系达到反应平衡时间、底物的转化率(反应后剩余1-[2-羟基-3-氨基-5-(苄氧基)苯基]乙酮的重量与反应前重量的百分比,反应后剩余的重量由反应后质量浓度计算所得)、产物8-乙酰基-6-(苄氧基)-2H-苯并[b][1,4]噁嗪-3(4H)-酮的选择性(反应生成的产物摩尔数与底物反应的摩尔数之比),结果如表2所示:
表2不同缚酸剂种类对反应的影响
缚酸剂/mmol 反应时间/h 转化率/% 选择性/%
K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>/20 5 72.3 99.1
Cs<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>/20 6 83.4 99.2
TEA/20 4 96.8 99.4
DIPEA/20 4 99.2 99.3
DMAP/20 4 98.1 99.2
注:TEA代表三乙胺、DIPEA代表N,N-二异丙基乙胺、DMAP 代表4-二甲氨基吡啶。
试验结果表明,加入缚酸剂后能够提高转化率,但无机碱缚酸剂较有机碱缚酸剂效果要差,可能是由于无机碱在乙腈体系中无法溶解,若单纯加入无机碱作为催化剂和/或缚酸剂使用,后期往往需要加热,这也解释了在室温下无法使反应完全转化的原因;发明人发现,采用有机碱作为缚酸剂与离子液体协同作用能够获得良好的转化率,其中以N,N-二异丙基乙胺(DIPEA)效果最好。
实施例3
在选定了以N,N-二异丙基乙胺(DIPEA)作为缚酸剂,本发明对反应溶剂做了进一步优化,具体方法如下:
将底物1-[2-羟基-3-氨基-5-(苄氧基)苯基]乙酮(10mmol,2.57g) 加入到50ml溶剂中搅拌,然后添加负载型离子液体(6.0g,~10mmol 1-胺乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐)和缚酸剂(20mmol)搅拌均匀后将温度控制在0-5℃,缓慢滴加氯乙酰氯(12mmol),滴加结束后室温升温至室温反应,HPLC检测反应液中1-[2-羟基-3-氨基-5-(苄氧基) 苯基]乙酮面积百分比不再变化时,统计反应体系达到反应平衡时间、底物的转化率(反应后剩余1-[2-羟基-3-氨基-5-(苄氧基)苯基]乙酮的重量与反应前重量的百分比,反应后剩余的重量由反应后质量浓度计算所得)、产物8-乙酰基-6-(苄氧基)-2H-苯并[b][1,4]噁嗪-3(4H)-酮的选择性(反应生成的产物摩尔数与底物反应的摩尔数之比),结果如表3所示:
表3溶剂种类对反应的影响
溶剂 反应时间/h 转化率/% 选择性/%
甲醇 12 82.1 99.4
乙醇 15 86.4 99.2
乙酸乙酯 24 68.7 99.1
乙腈 4 99.2 99.3
DMF 3 100 99.3
DMSO 3 98.6 99.2
HMPA 3 100 99.1
试验结果表明,非质子性溶剂较质子性溶剂反应转化率高,其中以DMF和HMPA反应效果最好,底物可以实现完全转化,考虑到六甲基磷酰三胺(HMPA)成本较二甲基甲酰胺(DMF)高,本发明采用DMF作为溶剂。
本发明对负载型碱性离子液体的用量做了优化,发现在添加缚酸剂的前提下,可以降低负载型碱性离子液体的用量;当缚酸剂摩尔用量为底物1-[2-羟基-3-氨基-5-(苄氧基)苯基]乙酮的两倍时,负载型碱性离子液体用量为底物1-[2-羟基-3-氨基-5-(苄氧基)苯基]乙酮重量的 40%即可实现底物的完全转化。
实施例4
本发明对上述的优化方法进行了实验室规模放大,以验证工艺的可行性,具体方法如下:
1)将2L溶剂DMF、1-[2-羟基-3-氨基-5-(苄氧基)苯基]乙酮(257g, 1mol)、缚酸剂DIPEA(2mol)和负载型碱性离子液体(制造例1制备,103g,离子液体理论含量约为0.17mol)加入到反应器中搅拌均匀,控温至0-5℃;
2)向反应器中滴加氯乙酰氯(1.2mol),滴加结束后自然升温至室温反应;
3)4h后取反应液HPLC检测(归一化法),反应液中1-[2-羟基 -3-氨基-5-(苄氧基)苯基]乙酮面积百分比为0.12%停止反应;
4)过滤,去除负载型碱性离子液体得滤液;
5)滤液转移至结晶釜中升温至45-50℃得均相透明溶液,然后滴加正庚烷至体系变浑浊,保温搅拌20-30min养晶,继续滴加正庚烷至溶液中8-乙酰基-6-(苄氧基)-2H-苯并[b][1,4]噁嗪-3(4H)-酮浓度不再降低(共计加入正庚烷1.62L)析出大量固体颗粒,自然降温至室温,过滤、滤饼减压干燥得272.6g白色固体,收率为91.8%。
取少量样品进行HPLC纯度检测为99.81%(归一化法); ESI-MS(m/z):298[M+H]+1H-NMR(400MHz,DMSO-d6)δ:10.81(s,1H), 7.40~7.44(d,2H),7.37~7.39(t,2H),7.32~7.34(dd,1H),6.85~ 6.86(d,1H),6.73~6.74(d,1H),5.05(s,2H),4.63(s,2H),2.53(s,3H).
对过滤回收得到的负载型碱性离子液体采用DMF超声洗涤后干燥至恒重,回收套用,结果表明持续使用2次仍可实现底物99.5%以上的转化率、99.1%以上的选择性;但是当使用到第五次后,转化率仅为89.3%,选择性仍为99.2%。
尽管已经详细描述了本发明的实施方式,但是应该理解的是,在不偏离本发明的精神和范围的情况下,可以对本发明的实施方式做出各种改变、替换和变更。

Claims (10)

1.一种负载型碱性离子液体的制备方法,其特征在于:所述负载型碱性离子液体中载体为改性膨润土,碱性离子液体为1-胺乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐;所述改性膨润土由膨润土依次经过盐酸水溶液和氢氧化钠水溶液处理所得。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:具体包括如下步骤:
1)改性膨润土载体的制备:
酸处理:将膨润土置于盐酸水溶液中于60-80℃下搅拌分散,然后过滤,水洗至滤液中不含氯离子,收集滤饼干燥至恒重得酸处理膨润土;
碱处理:将酸处理膨润土分散于氢氧化钙的饱和水溶液中回流反应过夜进行离子交换,然后过滤,水洗至滤液成中性,干燥得改性膨润土;
2)离子液体的制备:
1-甲基咪唑、2-溴乙胺氢溴酸盐在乙腈中回流反应;反应液减压脱除乙腈,加入乙醇超声分散均匀,然后加入乙腈水溶液、KPF6室温下搅拌过夜,最后加入氢氧化钠调节体系pH,脱溶得油状物;油状物依次采用***和正庚烷萃取,收集离子液体层60-80℃下减压干燥得1-胺乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体;
按摩尔比计算,所述1-甲基咪唑、2-溴乙胺氢溴酸盐、KPF6和氢氧化钠摩尔数相同;
3)离子液体的负载
将1-胺乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体搅拌分散在无水甲苯中,然后加入改性膨润土回流反应,降温至室温过滤,干燥得负载型碱性离子液体。
3.一种权利要求1所述制备方法制备的负载型碱性离子液体的用途,其特征在于:在溶剂的存在下,用于催化1-[2-羟基-3-氨基-5-(苄氧基)苯基]乙酮与氯乙酰氯制备奥达特罗中间体8-乙酰基-6-(苄氧基)-2H-苯并[b][1,4]噁嗪-3(4H)-酮。
4.根据权利要求3所述的用途,其特征在于:催化过程中还加入缚酸剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于:所述缚酸剂为三乙胺、N,N-二异丙基乙胺或4-二甲氨基吡啶。
6.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于:所述溶剂为极性非质子溶剂。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于:所述极性非质子溶剂为乙腈,二甲基甲酰胺,二甲基亚砜或六甲基磷酰三胺。
8.根据权利要求4-7任一项所述的用途,其特征在于:包括如下步骤:
1)将溶剂、1-[2-羟基-3-氨基-5-(苄氧基)苯基]乙酮、缚酸剂和负载型碱性离子液体加入到反应器中搅拌均匀,控温至0-5℃;
2)向反应器中滴加氯乙酰氯,滴加结束后自然升温至室温反应;
3)HPLC检测,反应液中1-[2-羟基-3-氨基-5-(苄氧基)苯基]乙酮面积百分比小于0.5%后停止反应;
4)过滤,去除负载型碱性离子液体得滤液;
5)滤液进行后处理得8-乙酰基-6-(苄氧基)-2H-苯并[b][1,4]噁嗪-3(4H)-酮。
9.根据权利要求8所述的用途,其特征在于:所述后处理是指向滤液中滴加反溶剂进行析晶。
10.根据权利要求9所述的用途,其特征在于:所述反溶剂为水或碳原子数为1-7的任意烷烃。
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