JP2000327630A - アクリロイル基を含有する液晶モノマーを製造する一段階の方法 - Google Patents

アクリロイル基を含有する液晶モノマーを製造する一段階の方法

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JP2000327630A JP2000124503A JP2000124503A JP2000327630A JP 2000327630 A JP2000327630 A JP 2000327630A JP 2000124503 A JP2000124503 A JP 2000124503A JP 2000124503 A JP2000124503 A JP 2000124503A JP 2000327630 A JP2000327630 A JP 2000327630A
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C67/00Preparation of carboxylic acid esters
    • C07C67/30Preparation of carboxylic acid esters by modifying the acid moiety of the ester, such modification not being an introduction of an ester group
    • C07C67/31Preparation of carboxylic acid esters by modifying the acid moiety of the ester, such modification not being an introduction of an ester group by introduction of functional groups containing oxygen only in singly bound form
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    • C07C67/30Preparation of carboxylic acid esters by modifying the acid moiety of the ester, such modification not being an introduction of an ester group
    • C07C67/317Preparation of carboxylic acid esters by modifying the acid moiety of the ester, such modification not being an introduction of an ester group by splitting-off hydrogen or functional groups; by hydrogenolysis of functional groups

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクリロイル基を含有する液晶モノマーの製
造方法を提供する。 【解決手段】 一般式(1): (Z-Y1-A2-Y2-)mM(-O-A1-Acryl)n (1) で表されるアクリロイル基を含有する液晶モノマーを、
一般式(2): (Z-Y1−A2-Y2-)mM(OH)n (2) で表されるメソゲンアルコールを、一般式(3): ClPr-A1-X (3) で表される3-クロロプロピオン酸のエステルと、HC
lを分離しながら反応させることにより製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はアクリロイル基を含
有する液晶モノマーを製造する一段階の方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に所望の光学的に異方性の特徴を有
する三次元ネットワークを製造するために、メソゲン
(mesogen)単位と架橋可能な基がスペーサー単
位により互いに分離されている架橋可能な液晶モノマー
が必要である。その際スペーサーの組み込みはアクリル
基の移動性を高め、十分に高い架橋度を達成するために
必要である。更に適当なスペーサーの長さを選択するこ
とによりモノマーの液晶相を活性に作用することができ
る。
【0003】しかしながらスペーサーの必要性により、
最も容易に得られるメソゲンアルコールの簡単なアクリ
ル化(メタクリル化)により所望のモノマーは得られな
い。この場合に部分的に明らかに費用のかかる合成方法
を行わなければならない。その際多くの場合にスペーサ
ーがエーテル結合を介してメソゲン単位に結合している
場合が有利である。相当する化合物はそのかなり良好な
合成可能性、化学的安定性により、特にそのしばしばき
わめて有利な液晶特性により特に有利である。
【0004】従って文献には相当するスペーサーを有す
る架橋可能なメソゲンを合成するために適当である多数
の製造方法が記載されている。しかしながらこれらの合
成方法は例外なくそれぞれ特有の欠点または制限と結び
ついている。例えばWO96/24647号およびWO
96/23036号にはメソゲンジオールを最初にω-
ハロゲンアルコールと反応する方法が記載されている。
引き続きその際得られる中間生成物をアクリル酸(メタ
クリル酸)クロリドとともにエステル化し、最終生成物
を生じる。この方法において、一方では中間生成物とし
て製造されるアルコールは多くの場合に劣った溶解特性
により特徴づけられ、従ってその製造、特にその単離お
よび精製がきわめて費用がかかることが問題である。他
方でエダクトとして必要なω-ハロゲンアルコールがか
なり高価な化合物であり、しばしば技術的規模で得られ
ない。従ってこの合成方法は工業的製造にはあまり適さ
ない。
【0005】例えばWO98/47979号および欧州
特許第0648827号明細書に記載される他の方法に
おいてはω-ハロゲンアクリロイル(メタクリロイル)
アルカンから出発し、これをメソゲンモノ-またはジオ
ールと一つの段階でのみ反応させ、それぞれ所望の最終
生成物を得ることができる。この場合にヒドロキシル化
スペーサー単位を有するメソゲン中間生成物の労力のか
かる取得が省かれる。しかしながらこの方法の欠点はエ
ダクトとして必要なω-ハロゲンアクリロイル(メタク
リロイル)アルカンの製造であり、それというのもこれ
は好ましくない重合を生じる強い傾向があり、従って安
定剤なしでほとんど取り扱うことができないからであ
る。アクリロイル化合物の場合に重合傾向が特に明らか
に示され、従ってこの合成および精製はほとんどの場合
に困難をもってのみ可能である。更にこの種の反応の工
業的規模への適用は費用のかかる安全技術的措置を必要
とする。
【0006】最後に文献には全く異なる原理に従うなお
多くの製造方法が記載されている。しかしながらこれら
はすべて、例外なく多くの段階およびそれとともにきわ
めて費用のかかる合成方法によってのみ実現できること
が共通している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、公知
の合成方法の欠点を克服し、スペーサー結合したアクリ
ル基を有する架橋可能なメソゲン(mesogen)を
用いて、簡単で反応および安全技術的に問題のない方法
で製造できる方法を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記課題は本発明により
解決される。
【0009】本発明の対象は、一般式(1): (Z-Y1-A2-Y2-)mM(-O-A1-Acryl)n (1) で表されるアクリロイル基を含有する液晶モノマーを、
一般式(2): (Z-Y1−A2-Y2-)mM(OH)n (2) で表されるメソゲンアルコールを、一般式(3): ClPr-A1-X (3) で表される3-クロロプロピオン酸のエステルと、HC
lを分離しながら反応させることにより製造し、上記式
中、Acrylはアクリレート基であり、ClPrは3
-クロロプロピオネート基であり、A1は炭素鎖が互いに
隣接しないエーテル官能基中の酸素原子により、チオエ
ーテル官能基中の硫黄によりまたはイミノ基により中断
されていてもよい、2〜20個の炭素原子を有する同じ
かまたは異なるアルキル鎖スペーサーであり、A2は基
1または化学的単結合であり、Mはメソゲン基であ
り、Xは脱離基であり、Zはアルキル基または架橋可能
な基であり、Y1、Y2は互いに独立に化学的単結合、-
O-、-S-、-O-CO-、-CO-O-、-O-CO-O-、-C
O-NR1-、-NR1-CO-、-O-CO-NR1-、-NR1-
CO-O-、または-NR1-CO-NR1-であり、R1は水
素またはC1-C4-アルキル基であり、nは1,2,3ま
たは4の値であり、mは0,1,2または3の値であ
る、アクリロイル基を含有する液晶モノマーを製造する
一段階の方法である。
【0010】本発明の方法において、1個以上の遊離ヒ
ドロキシル基を有する一般式(2)のメソゲンから出発
する。その際本発明は、唯一の合成段階で同時に脱離基
Xを分離しながら一般式(2)のメソゲンアルコールと
一般式(3)の3-クロロプロピオン酸エステルとの間
にエーテル結合を結合し、HCl分子を除去することに
よりクロロプロピオン酸エステル基からアクリロイル基
を遊離することができるという発見にもとづく。
【0011】本発明の方法は、1〜4個のスペーサー結
合したアクリル基を有するメソゲンを製造するためにき
わめて適しており、その際nは1〜4、特に2の値を有
する。従って一方では一般式(1)の所望のメソゲン
が、良好に得られるエダクトから唯一の合成段階でのみ
製造され、他方では本発明の方法はアクリル酸官能基
が、使用される前駆物質、一般式(2)の3-クロロプ
ロピオン酸エステル中にマスクされている合成原理を可
能にする。脱マスク化を全部のメソゲン合成の最後の反
応段階、メソゲンアルコールの前記エーテル化の間には
じめて行う。従って一般式(1)のアクリル化メソゲン
を製造するための連続する合成に、もっぱら重合不可能
のエダクトを使用し、重合可能な中間生成物が形成され
ない。これにより個々の合成段階の実施、特に中間生成
物の取り扱いがかなり容易になる。
【0012】本発明の方法の他の利点は、その際エダク
トとして必要な一般式(3)の3-クロロプロピオン酸
のエステルが、適当なアルコールまたは環状エーテル
と、大量生産で製造される化学物質の3-クロロプロピ
オン酸クロリドとの反応により問題なく製造できるとい
う事実にある。例えば需要の多いアルコール誘導体を用
いる共沸エステル化による遊離3-クロロプロピオン酸
の直接的エステル化も可能である。これにより本発明の
反応は工業的使用にきわめて有利である。
【0013】本発明の方法は、一般式(1)の1個以上
のスペーサー結合したアクリル基を有する任意の液晶化
合物を製造するために適している。これは有利にはmが
0であり、nが2である一般式(2)のメソゲンジオー
ルを、一般式(3)に相当する化合物2当量と反応する
ことにより、mが0であり、nが2である一般式(1)
の液晶ビスアクリレートを製造するために使用される。
その際一般式(3)に相当する化合物の2種以上の混合
物を使用することにより、対称および非対称ビスアクリ
レートからなる化学量論の混合物を製造することができ
る。有利には一般式(3)の化合物のみを使用する。
【0014】更に本発明の方法により、すでにmが0よ
り大きく、Zが架橋可能な基である一般式(2)の架橋
可能な基を有する液晶アルコールを反応させることがで
きる。これを、2個の異なる架橋可能な基および/また
はスペーサーを有するメソゲンを製造するために利用す
ることができ、その際一般式(1)および(2)に関し
てmは1であり、nは1であり、Zは架橋可能な基であ
る。
【0015】基Mとしてすべての公知のメソゲン基が該
当する。有利にはMは一般式(4): (-T-Y3r-T- (4) に相当し、式中、Tは二価の飽和または不飽和の、同素
環状または複素環状の、場合により置換された5〜20
個の炭素原子を有する炭化水素基であり、その際ベンジ
ル基、シクロヘキシル基およびナフチル基が有利であ
り、Y3は化学的単結合、-O-、-S-、-O-CO-、-C
O-C-、-O-CO-O-、-CO-NR2-、-NR2-CO-、
-O-CO-NR2-、-NR2-CO-O-、-NR2-CO-NR
2-、-CH2-O-、-O-CH2-、-CH=N-、-N=CH-
または-N=N-であり、R2は水素またはC1-C4-アル
キル基であり、rは0,1,2,3または4の値であ
り、1または2が特に有利である。
【0016】rが0より大きい場合に基Tは架橋基Y3
と同様にそれぞれ互いに同じかまたは異なっていてもよ
い。その際基Tは、例えばC1-C4-アルキル基、フッ
素、塩素、臭素、シアノ基、ヒドロキシ基、(アルキ
ル)アミノ基、またはニトロ基により2個以上置換され
ていてもよい。
【0017】特に有利な基Tはベンジル基またはシクロ
ヘキシル基であり、これらは更に置換基を有してもよ
い。
【0018】構造式(5)または(6):
【0019】
【化2】
【0020】に相当するメソゲン基Mが特に有利であ
り、その際それぞれの環は1個以上の同じかまたは異な
る置換基を有してもよい。
【0021】特に有利な一般式(1)のメソゲンジオー
ルは、一般式(7)または(8):
【0022】
【化3】
【0023】に相当する。
【0024】これは公知の合成方法によりヒドロキノン
およびp-ヒドロキシ安息香酸もしくはこれらの化合物
の置換された誘導体から問題なく得られ、例えばPol
ym.Prep.30(2)462-3 1989に記載
されている。
【0025】一般式(1)および(2)のアルキル基Z
は有利にはC1-C4-アルキル基である。架橋可能な基Z
として当業者に知られるすべての基が機能することがで
きる。基Zとしてアルケニル基、例えばビニル基、2-
メチルビニル基およびアリル基、アルキニル基またはエ
ポキシ基が有利である。
【0026】一般式(3)の脱離基Xとして当業者に知
られるすべての基が機能することができる。ハロゲンま
たはスルホン酸誘導体が有利であり、その際後者、例え
ば式(9)のトリフレートはフッ素含有基を有してもよ
い。式(9)〜(13)はこの種の有利なスルホン酸基
の例である。
【0027】
【化4】
【0028】脱離基Xとして塩素脱離基または臭素脱離
基が特に有利であり、本発明のエーテル化を触媒量のヨ
ウ化カリウムの存在で実施することが有利である。
【0029】一般式(3)の適当な化合物を製造するた
めに、化学者は種々の方法のきわめて広い範囲の処理方
法を使用する。形式的に最も簡単な反応の場合にω-ハ
ロゲンアルコールから出発し、これを3-クロロプロピ
オン酸クロリドと反応させ、相当するエステルを形成す
る(X=ハロゲン)。しかしながらこの方法は、廉価な
ω-ハロゲンアルコールの限られた使用可能性により、
例外的な場合にしか技術的に有利でない。
【0030】この場合に一般に任意のアルキルジオール
から出発することが有利である。これを、例えば適当な
条件下で3-クロロプロピオン酸クロリドと反応させ、
相当する3-クロロプロピオン酸モノエステルを得るこ
とができる。これから引き続きなお遊離のヒドロキシル
官能基をスルホン酸クロリドとともにエステル化するこ
とにより問題なくXがスルホン酸誘導体である一般式
(3)の活性化スルホン酸誘導体を製造することができ
る。
【0031】更に前記の3-クロロプロピオン酸モノエ
ステルの遊離ヒドロキシル基を、例えば塩化チオニルと
反応することによりハロゲン原子と交換することも可能
である。これにより製造可能な化合物はXがハロゲン原
子である一般式(3)のエダクトとして適している。
【0032】一般式(3)の化合物を製造するための特
に効率がよく、洗練された反応は、3-クロロプロピオ
ン酸クロリドによるテトラヒドロフランのような環状エ
ーテルの開環である。この場合に3-クロロプロピオン
酸-4-クロロブチルエステルを唯一のきわめて簡単な反
応段階できわめて廉価なエダクトから製造する。
【0033】
【実施例】以下の実施例において、それぞれ他に記載さ
れない限り、量および%の表示はすべて質量に関し、圧
力はすべて0.10MPa(絶対圧力)で、温度はすべ
て20℃で実施する。
【0034】例1:4−クロロブチル-3-クロロプロピ
オネートの製造 3-クロロプロピオン酸クロリド89.4ml(114.
2g、0.9モル)をシクロヘキサン160mlに溶解
する。塩化亜鉛613mg(4.5ミリモル)を添加
し、得られた懸濁液を窒素で覆う。引き続き沸騰するま
で加熱し、THF80.4ml(71.4g、0.99モ
ル)を徐々に、かつ十分に撹拌しながら滴加する。反応
が強い発熱で進行し、従って反応混合物が外部の熱の供
給なしに均一に沸騰するように、THFの添加速度を調
節しなければならない。THFを全部添加後、更に30
分還流下で撹拌する。
【0035】後処理のために室温に冷却し、反応混合物
をNaOH溶液(5%)80mlで洗浄し、および蒸留
水80mlで2回洗浄する。引き続き部分的真空で60
℃でシクロヘキサンおよび残留水を除去し、生成物を蒸
留(84℃、1ミリバール)により精製する。
【0036】収量:164.6g(理論値の92%)。
【0037】例2:ヒドロキノン-ビス-[4-(4-アク
リロイルオキシブトキシ)-ベンゾエート]の製造 安定剤として炭酸カリウム292g(2.1モル)、ヨ
ウ化カリウム5g(30ミリモル)および2,6−ジ-
t-ブチル-4-(N,N-ジメチルアミノメチル)フェノ
ール0.4g(1.5ミリモル)をN-メチル-2−ピロリ
ジノン250mlに懸濁させる。引き続き十分に撹拌し
ながらヒドロキノン-ビス-(4-ヒドロキシベンゾエー
ト)105.1g(0.30モル)を添加する。100℃
の反応温度に達した後で4-クロロブチル-3-クロロプ
ロピオネート144.0g(0.722モル)を滴加す
る。最後にこの温度で更に4時間撹拌する。
【0038】後処理のために80℃に冷却し、キシレン
300mlを添加する。この温度で水400mlで一
度、水250mlで一度および水50mlで更に二度洗
浄する。引き続き有機相を部分的真空でキシレン約50
mlの共沸蒸留により乾燥する。15℃に冷却して、清
潔な生成物が晶出する。
【0039】収量:135.5g(理論値の75%)。
【0040】例3:4-(4-アクリロイルオキシブトキ
シ)-フェノール-[4-(4-アクリロイルオキシブトキ
シ)-ベンゾエート]の製造 安定剤として炭酸カリウム110.4g(0.8モル)、
ヨウ化カリウム1.7g(10ミリモル)および2,6
−ジ-t-ブチル-4-(N,N-ジメチルアミノメチル)
フェノール0.2g(0.7ミリモル)をN-メチル-2−
ピロリジノン120mlに懸濁させる。引き続き十分に
撹拌しながらヒドロキノン-モノ-(4-ヒドロキシベン
ゾエート)23.0g(0.10モル)を添加する。10
0℃の反応温度に達した後で4-クロロブチル-3-クロ
ロプロピオネート59.7g(0.3モル)を滴加する。
最後にこの温度で更に4時間撹拌する。
【0041】後処理のために50℃に冷却し、キシレン
200mlを添加する。この温度で水300mlで一
度、水150mlで一度および水25mlで更に二度洗
浄する。引き続き有機相を真空で濃縮し、得られた粗製
生成物をイソプロパノール50mlから再結晶する。
【0042】収量:37.6g(理論値の78%)。
【0043】例4:3-クロロプロピル-3-クロロプロ
ピオネートの製造 3-クロロプロピオニルクロリド101.5ml(12
9.6g、1.00モル)を90℃で3-クロロ-1-プロ
パノール86.1ml(97.4g、1.00モル)に滴
加する(時間約30分)。添加中に自然にガスが発生
し、反応温度が約70℃に低下する。添加が終了後、反
応混合物を再び100℃に加熱し、この温度で更に30
分撹拌する。冷却後、得られた粗製生成物を蒸留により
精製する。
【0044】収量:186.4g(理論値の98%)。
【0045】例5:3-クロロプロピル-3-クロロプロ
ピオネートからヒドロキノン-ビス-[4-(3-アクリロ
イルオキシプロポキシ)-ベンゾエート]の製造 安定剤として炭酸カリウム193.2g(1.40モ
ル)、ヨウ化カリウム8.3g(0.05モル)および
2,6−ジ-t-ブチル-4-(N,N-ジメチルアミノメ
チル)フェノール0.3gをN-メチル-2−ピロリジノ
ン230mlに懸濁させ、60℃に加熱する。この温度
でヒドロキノン-ビス-(4-ヒドロキシベンゾエート)
70.1g(0.20モル)を添加する。引き続き95℃
に加熱する。この温度に達した後で3-クロロプロピル-
3-クロロプロピオネート92.6g(0.48モル)を
15分以内で滴加する。その後95℃で更に5時間撹拌
する。
【0046】後処理のために80℃に冷却し、キシレン
200mlを添加する。この温度で水270mlで一
度、水180mlで一度および水40mlで更に二度洗
浄する。引き続き有機相を部分的真空でキシレン約50
mlの共沸蒸留により乾燥する。15℃に冷却し、清潔
な生成物が晶出する。これを濾過し、EtOHで洗浄す
る。
【0047】収量:76.0g(理論値の62%)。
【0048】例6:4-クロロブチル-3-クロロプロピ
オネートから(4-アクリロイルオキシブトキシ)-フェ
ノール-(4−アリルオキシベンゾエート]の製造 安定剤として炭酸カリウム162.1g(1.0モル)、
ヨウ化カリウム3.3g(20ミリモル)および2,6
−ジ-t-ブチル-4-(N,N-ジメチルアミノメチル)
フェノール0.2g(0.8ミリモル)をN-メチル-2−
ピロリジノン150mlに懸濁させる。引き続き十分に
撹拌しながら、4-アリルオキシ安息香酸ヒドロキノン
エステル54.0g(0.2モル)を添加する。100℃
の反応温度に達した後で4-クロロブチル-3-クロロプ
ロピオネート79.6g(0.4モル)を滴加する。最後
にこの温度で更に4時間撹拌する。
【0049】後処理のために80℃に冷却し、キシレン
110mlを添加する。この温度で水300mlで一
度、水200mlで一度、水100mlで一度、10%
水酸化ナトリウム溶液100mlで一度、および更に水
150mlで二度洗浄する。引き続き有機相を部分的真
空でキシレン約30mlの共沸蒸留により乾燥する。そ
の際副生成物として得られるビス-4-アリルオキシ安息
香酸ヒドロキノンエステルを50℃に冷却後濾過する。
エタノール100mlを添加後、0℃で生成物が晶出す
る。
【0050】収量:32.9g(理論値の38%)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390009003 Zielstattstraβe 20,D −81379 Munchen,F.R.Ge rmany (72)発明者 ヴォルフラム シンドラー ドイツ連邦共和国 ウンターハッヒング ビュルガーマイスター−プレン−シュトラ ーセ 8 (72)発明者 トーマス カンメル ドイツ連邦共和国 ミュンヘン インプラ ーシュトラーセ 20 (72)発明者 ノーマン ヘーベルレ ドイツ連邦共和国 ミュンヘン ヴィリバ ルトシュトラーセ 51アー

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式(1): (Z-Y1-A2-Y2-)mM(-O-A1-Acryl)n (1) で表されるアクリロイル基を含有する液晶モノマーを、
    一般式(2): (Z-Y1−A2-Y2-)mM(OH)n (2) で表されるメソゲンアルコールを、一般式(3): ClPr-A1-X (3) で表される3-クロロプロピオン酸のエステルと、HC
    lを分離しながら反応させることにより製造し、上記式
    中、 Acrylはアクリレート基であり、 ClPrは3-クロロプロピオネート基であり、 A1は、炭素鎖が互いに隣接しないエーテル官能基中の
    酸素原子により、チオエーテル官能基中の硫黄によりま
    たはイミノ基により中断されていてもよい、2〜20個
    の炭素原子を有する同じかまたは異なるアルキル鎖スペ
    ーサーであり、A2は基A1または化学的単結合であり、 Mはメソゲン基であり、 Xは脱離基であり、 Zはアルキル基または架橋可能な基であり、 Y1、Y2は互いに独立に化学的単結合、-O-、-S-、-
    O-CO-、-CO-O-、-O-CO-O-、-CO-NR1-、-
    NR1-CO-、-O-CO-NR1-、-NR1-CO-O-、ま
    たは-NR1-CO-NR1-であり、 R1は水素またはC1-C4-アルキル基であり、 nは1,2,3または4の値であり、 mは0,1,2または3の値であることを特徴とする、
    アクリロイル基を含有する液晶モノマーを製造する一段
    階の方法。
  2. 【請求項2】 nが2の値を有する請求項1記載の方
    法。
  3. 【請求項3】 mが0の値を有する請求項1または2記
    載の方法。
  4. 【請求項4】 Mが一般式(4): (-T-Y3r-T- (4) に相当し、式中、 Tは二価の飽和または不飽和の、同素環状または複素環
    状の、場合により置換された5〜20個の炭素原子を有
    する炭化水素基であり、 Y3は化学的単結合、-O-、-S-、-O-CO-、-CO-O
    -、-O-CO-O-、-CO-NR2-、-NR2-CO-、-O-
    CO-NR2-、-NR2-CO-O-、-NR2-CO-NR2-、
    -CH2-O-、-O-CH2-、-CH=N-、-N=CH-また
    は-N=N-であり、 R2は水素またはC1-C4-アルキル基であり、 rは0,1,2,3または4の値である請求項1から3
    までのいずれか1項記載の方法。
  5. 【請求項5】 メソゲン基Mが構造式(5)または
    (6): 【化1】 に相当し、その際それぞれの環は置換基を有してもよ
    い、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
  6. 【請求項6】 一般式(3)の化合物のみを使用する請
    求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
  7. 【請求項7】 基Xがハロゲンまたはスルホン酸誘導体
    である請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。
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