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第一节醇类化合物1醇的结构、分类和命名,第八章醇、酚、醚,1.1醇的结构特征,醇、酚、醚都可以看成是水分子中的氢被烃基取代的衍生物。水中的一个氢被脂肪基取代的是醇(R-OH),被芳香基取代的是酚(Ar-OH),而二个氢被烃基取代就是醚(ROR,ROArArOAr)。,氧原子的电子结构:1S22S22Px22Py12Pz1,Sp3杂化,官能团:羟基。,1.2分类,环己醇,不饱和醇:CH2=CHCH2OH烯丙醇,一元醇,CH3OH甲醇,伯醇,仲醇,饱和醇:CH3CH2OH乙醇,1.3命名,正丙醇,异丙醇,叔丁醇,新戊醇,(1)普通命名法:根据烃基的类型称为某醇。,主链:含-OH的最长的碳链为主链,称作“某醇”;编号:使-OH位次最小。标出羟基的位置。命名:根据主链和取代基的位次,按照“次序规则”的原则命名全名。,2-苯基-1-丙醇,2,4-二甲基-3-己醇,2-甲基苯乙醇,(2)系统命名法,对于多元醇,选择主链时应含尽可能多的羟基。,3-丙基-1,2,4-戊三醇,2-羟甲基-2-乙基-1,4-丁二醇,3-丙基-4-戊烯-1-醇,对于不饱和醇,主链应包含羟基和不饱和键。编号时使羟基的位次最小。,对比双键和三键优先次序:,C14:有酒味的液体;C512:油状液体;C12以上:蜡状固体。低级醇如甲醇、乙醇等与水互溶。,原因:-OH为极性基团;可与水形成氢键。,为什么高级醇水溶性差?,2醇的物理性质,低级醇可与一些无机盐形成结晶状化合物,称为结晶醇。CaCl24CH3OH、CaCl24CH3CH2OH、MgCl26CH3OH等。可用此法除去乙醚中少量的乙醇。,为什么卤代烃分子内不能形成氢键?卤代烃与相应醇比沸点如何?,醇能以氢键缔合,分子间作用力大,醇的沸点高于烷烃。,3醇的光谱性质,3.1红外光谱IR:,O-H35003650(游离);32003400(缔合),C-O10501200cm-1,RCH2-OH1085-1050cm-1,R2CH-OH1085-1125cm-1,R3C-OH1200-1125cm-1,3.2H1核磁共振谱NMR,化学位移:3.44.0之间,由R、R决定的。,(1)-O-H的核磁共振谱,O-H的核磁共振峰由于受到分之间氢键和质子交换影响,其化学位移出现在0.5-5.5之间,也可能不出现羟基质子峰。若有质子核磁峰,一般只为单峰,不会发生自旋耦合,产生分裂峰。,(2)醇羟基连接C上质子的核磁共振谱,醇反应性的分析,CO、OH均为极性键,何处断裂取决于烃基的结构和反应条件。,4醇的化学性质,醇中-O-H上的H具有酸性.,(1)-OH的酸碱性,乙醇钠为白色易潮解的固体,易水解。C2H5ONa+H2OC2H5OH+NaOH,钠与乙醇反应比与水反应要缓和得多,醇羟基酸性较弱-可用乙醇来销毁实验中残余的钠。,4.1醇中-OH的反应,2C2H5OH+2Na2C2H5ONa+H2,醇可与活泼金属Na、Al等反应,6(CH3)2CHOH+2Al2(CH3)2CHO3Al+3H2,A:醇羟基酸性:,乙醇具有酸性,酸性比水弱。乙醇钠的碱性比NaOH强。,醇与Na反应速率:甲醇伯醇仲醇叔醇,醇的酸性强弱:,B:醇的碱性,与酸反应-生成珜盐,对应烷氧基负离子(共轭碱)碱性:,硫酸氢甲酯,硫酸二甲酯,甲基化试剂,与硫酸反应,(2).与无机酸反应成酯,无机酰氯也可与醇反应成酯,CH3OH+HOSO2ClCH3OSO2OH+HCl,CH3OSO2OH结构,剧毒!,与硝酸成酯反应,三硝酸甘油酯(硝化甘油),速效救心丸主要成分,一种炸药,亚硝酸甲酯,硝酸酯,醇与磷酸可以生成三种磷酸酯:,生物体中不但存在磷酸酯,而且还有二磷酸和三磷酸酯。,与H3PO3酯化反应,醇与有机酸生产酯反应在后面讨论。,氢卤酸的活性顺序:HIHBrHCl醇的活性顺序:叔醇仲醇伯醇,(1)与卤代酸反应,生成卤代烷,4.2羟基被卤原子取代反应,醇与卤代烃相比,较难进行亲核取代反应。因为醇的离去基团OH不是一个好的离去基团。,卤代烷水解的逆反应,是亲核取代反应。-反应条件区别。,因此,醇的亲核取代反应需在酸催化下进行,将离去基团转为H2O,促进亲核取代反应的进行。,直链伯醇:SN2机理,羟基被卤原子取代反应是典型的亲核取代机理。,仲醇、叔醇:SN1反应机理,水是极好的离去基团。,碳正离子重排反应:(SN1历程),叔醇ROH、大多数仲醇ROH和空阻大的伯醇ROH按SN1机理进行反应。,反应特点:正碳离子中间体。,可能重排:碳正离子中间体。,100%,氢卤酸取代醇羟基的重排:,86%14%,80%20%,卢卡氏试剂(Lucas):HCl(浓)+ZnCl2(无水)溶液,氯代烷不溶于水,使溶液浑浊或分层,可根据出现浑浊或分层的快慢来区分伯、仲、叔醇。,(2)醇羟基特殊卤代试剂及其反应,ROH+HCl/ZnCl2RCl+H2O,卢卡氏试剂鉴别3、2、1醇的:,(立即混浊),(片刻混浊),(室温无变化,加热后反应),反应如何?,(3)醇与卤化磷的反应,常用的含磷卤化试剂,适用范围:主要应用于伯醇和仲醇转化为卤代烷。3级叔醇ROH很少使用。,反应方程式,PCl5、PCl3、PBr3、P+I2、PI3,3ROH+PBr33RBr+H3PO4,5ROH+PX5RX+HX+POX3,说明:(i)醇与PX3作用生成卤代烃的,通常按SN2历程进行。(ii)一般不发生重排。(无碳正离子中间体)(iii)反应的立体化学特征:构型反转。,(3)醇与二氯亚砜(SOCl2)的反应,B:生成除了产物外,副产物均为气体,容易除去。,A:反应条件温和,反应速率快,产率高。,该反应的特点:,C:反应立体化学可以适当控制。,醇分子间脱水反应机理:SN2反应,(1)分子间脱水生成醚的反应,4.3.醇的脱水反应,分子间脱水,+H2O,(2)分子内脱水生成烯烃反应,选择性-H消除方向符合扎依采夫规则:,当有-OH有不同-H时,消除反应方向有选择性,从含氢较少的碳上消除氢原子,主要生成双键碳上取代基多的烯烃。,质子酸催化醇分子内脱水特点:,哪种为主要产物?,反应机理:大多按照E1消除机理。,Saytzeff产物,E1历程,中间体为碳正离子,可能先发生重排。然后再按Saytzeff规则脱去一个-H而生成烯烃。:,具有特殊结构醇的脱水反应选择性:,醇的脱水顺序叔醇仲醇伯醇,H2O46%H2SO4,87,Saytzeff产物:少量,主要产物,Al2O3催化剂时,醇在高温气相条件下脱水,不发生重排反应。,醇分子内脱水成烯与分子间脱水成醚是一对竞争反应。,叔醇主要得到消除产物烯烃,伯醇主要得到取代产物醚;,高温有利于生成烯烃,低温生成醚。,4.4醇的氧化反应(加氧和脱氢),与羟基的-碳原子可失去氢或加上氧,被氧化成为羰基化合物醇的氧化反应,有机化工应用最广泛反应之一。,与醇的类型、氧化剂种类和反应条件联系。,4.4.1醇的试剂氧化反应,(1)KMnO4和MnO2的氧化,KMnO4氧化:,伯醇:不能停留在醛阶段,通常产物为对应的羧酸。,褐色,仲醇:氧化酮,但常伴随着继续断裂副反应。,应用受到限制。,KMnO4氧化能力强,选择性差,应用较少。,叔醇:在KMnO4的中性或碱性溶液中稳定;在酸性容易中C-C键断裂分解。,活性MnO2,活性MnO2对烯丙位醇具有很好的选择性氧化作用,而不影响C=C双键和其他类型的醇-OH。,KMnO4和MnSO4在碱性条件下制得。,2KMnO4+3MnSO2+4NaOH5MnO2+K2SO4+2Na2SO4+H2O,在有机合成,特别是药物合成中应用广泛。,3RCH2OH+K2Cr2O7+4H2SO4RCHO+Cr2(SO4)3+7H2O(橙红色)O(绿色)RCOOH,(2)Cr类氧化剂,K2Cr2O7-H2SO4(40-50%)氧化体系,控制条件可得到醛产物。,伯醇:氧化为醛或酸。,反应-蒸馏(精馏)技术,叔醇:没有氢原子,用K2Cr2O7/H2SO4不能氧化。可鉴定叔醇。,仲醇:氧化为酮。,酮不会进一步断裂,在实验室常用。,可用于鉴别伯、仲与叔醇:伯、仲醇能使透明的橙色溶液变为不透明的蓝绿色;叔醇无此反应。,发生C-C键断裂的反应。,(3)HNO3氧化剂,醛易被氧化成酸,由伯醇制备醛收率很低。采用较温和的氧化剂或特殊的氧化剂。,a.沙瑞特(Sarrett)试剂,Sarrettreagent:吡啶和CrO3在盐酸溶液中的络合盐,又称PCC(pyridiniumchlorochromate)氧化剂。,PCC中吡啶是碱性,对在酸性介质中不稳定的醇类氧化成醛(或酮)时,收率高,且不影响分子中C=C、C=O、C=N等不饱和键。,(4)醇氧化的特殊氧化剂,沙瑞特(Sarrett)试剂:分子中双键、三键保留,可用于鉴别伯、仲与叔醇:伯、仲醇能使透明的橙色溶液变为不透明的蓝绿色;叔醇无此反应。,b.DCC-DMSO试剂,c.欧芬脑尔氧化法(2o醇氧化成酮,不饱和键保留),叔醇:无氢,不能脱氢。,4.2.2脱氢部分氧化反应,多元醇是自然界最重要结构单元和材料组成基础!,+H5IO6RCHO+R1CHO+HIO3+H2O,5.11,2-二醇氧化反应,5.多元醇的性质,多元醇具有一元醇的化学性质,羟基相邻的二元醇或三元醇具有一些特殊的性质。,(1)高碘酸(H5IO6)、偏高碘酸钾(KIO4)和偏高碘酸钠(NaIO4)的氧化邻二羟基C-C键断裂。,反应定量进行,可用于邻二醇的定量测定。,HIO3+AgNO3AgIO3(白色)+HNO3,反应机理,其他类型多邻羟基断裂,-羟基酸、-二酮、-氨基酮、1-氨基-2-羟基化合物也能被高碘酸氧化发生类似的反应。,反应实例,高碘酸价格昂贵,可将碘酸回收后再氧化循环利用。,(2)邻二醇被四醋酸铅氧化,当有少量水时,-羟基醛、-羟基酮、-羟基酸、-二酮、也能发生类似的反应。,反应机理,V相对3000,V相对=1,反应实例,邻二醇的氧化反应可结合-C=C-的氧化反应一起理解思考!-二者有相关性。,定义:邻二醇在酸的作用下发生重排生成酮的反应称为嚬哪醇重排。,反应式:,频哪醇频哪酮,Al2O3,420-470oC(气相),(3)邻二醇的脱水频哪醇重排反应,反应机理:,顺序迁移基团:能提供电子的基团(电子云密度大)优先迁移。,烷基,则3o2o1o,基团迁移与立体化学有关:处于脱水羟基反式位置的基团优先迁移。,H+,H+,应用螺环化合物,6醇的制备:,6.1烯烃水合,(2)间接水合,(1)直接水合,加成醇产物符合马氏规则。,6.2卤代烃的水解,6.3从羰基化合物制备,(3)硼氢化-氧化,产物醇符合反马氏规则,羰基化合物性质中学习,羰基化合物的还原和Grignard反应法等制备。,7两种最重要醇,甲醇:,工业乙醇(95.5%)无水乙醇(99.5%)绝对乙醇(99.95%)变性乙醇(含少量甲醇的乙醇),乙醇的生产,乙烯的间接水合乙烯的直接水合发酵法(12%酵母生长受抑制),乙醇的分类,乙醇:,甲醇10ml双目失明30ml致死,芳环上的氢原子被羟基取代后的化合物。通式:ArOH。-羟基直接与芳环相连接。,(1)O:sp2杂化,p轨道上有一对孤对电子。,苯酚-p、共轭示意图,第二节酚类化合物,特殊结构的醇类化合物,但是O的杂化状态不同。,1酚的结构、分类和命名,1.1酚的结构特点,(2)苯酚类共振和异构,苯酚共振结构,苯酚异构,(3)苯酚电子效应,(A)羟基对苯环的影响:致活,邻对位取代,氧原子上未共用电子对与苯环p-供电共轭氧原子的吸电诱导。,(B)苯环对羟基的影响:使酚具有酸性,苯环与氧原子未公用电子对p-共轭效应,使氧原子电子云密度降低,H+易失去;,失去H+后的氧负离子由于苯环分散负电荷而稳定。,1.2酚的分类,将酚羟基与芳环一起作为母体,含一个羟基称为酚,含二个羟基称为二酚,含三个羟基称为三酚,其它基团为取代基。-如前页,1.3酚的命名,(1)以酚为母体的命名,邻羟基苯甲酸(水杨酸),对羟基苯甲醛,如遇芳环上有“位次”高的取代基,羟基变为取代基命名。,(2)酚羟基为取代基,多官能团化合物命名,-COOH、-SO3H、-COOR、-COCl、-CONH2、-CN、-CHO、-COR、-OH、-NH2、-C=CR、-C=CHR、-OR、-R、-Cl、-NO2,当含有不同官能团时,一般按下列次序确定母体,排在前面优先。,以上顺序也应用在其他化合物命名中。,H2NCH2CH2OH,2-氨基乙醇,2-羟基丙酸,对磺基苯甲酸,4-氨基萘磺酸,注意:羟基连在侧链上为芳醇!,苯甲醇(苄醇),2-苯基乙醇-苯基乙醇,1-苯基乙醇-苯基乙醇,大多为固体,纯酚无色,久置会氧化而带粉红色、红色或暗红色。酚类化合物都具有特殊气味。沸点、熔点较分子量相近的烃高,分子间能形成氢键。在水中溶解度较大,能与水形成一定的氢键。,含酚废水毒性大,危害大,难处理,是世界性难题!,2酚的物理性质,3、酚的波谱性质,4.1结构与反应性,结构特点:O上的未公用电子与苯环共轭(p-)。,4酚的化学性质,如:酚羟基上难进行直接取代反应,(1)C-O键加强,具有部分双键的性质,羟基难以发生亲核取代反应;,(3)电子云向苯环转移,苯环邻对位亲电取代活性增大。,(2)O-H削弱,极性强H的酸性比醇强;,乙醇:pKa=17水:pKa=17苯酚:pKa=10.0碳酸:pKa=6.38,酚钠,(1)酚羟基的酸性,4.2酚羟基的反应,酚的酸性:比醇和水强,但比碳酸弱。,苯酚只能与强碱反应,而不能与弱碱NaHCO3反应。,此性质可用于酚与其他化合物间的鉴别、分离。,酸性:H2CO3PhOHH2OROHpKa:6.381014-151519,酸性强弱与应用:,又如:酚类化合物溶于碱,通入CO2或加酸又游离出来。工业上用来回收处理含酚废水。,酸性:,芳环上取代基对酚羟基酸性影响:,芳环上连接吸电子基酸性增强;,芳环上连接给电子基酸性减弱。,+CH3I,(3)酚的成醚和克莱森(Claisen)重排反应,酚醚不能用酚分子间直接失水制备,而用Williamson合成法酚钠与卤代烷作用。,苯酚与特殊醚化试剂反应,由芳卤和酚制备二芳基醚的比较困难,当卤原子邻对位有强吸电基时则比较容易。,克莱森重排,定义:烯丙基芳基醚在高温下可以重排为邻烯丙基酚或对烯丙基酚,这称为克莱森重排。,酚羟基的成酯反应,乙酸苯酯,因酚的亲核性比醇弱,不能直接与羧酸成酯。酚酯一般用酰卤和酸酐与酚或酚盐反应制备。,(3)酚羟基的成酯和Fries重排反应,酚酯的特殊性质:弗里斯(Fries)重排反应,酚酯与路易斯酸一起加热,可发生酰基重排生成邻羟基和对羟基芳酮的衍生物。,酚的芳环上带有间位定位基(吸电子基)的酯不能发生此重排。,注意:弗里斯重排的在不同条件下具有区域选择性:,动力学产物,热力学产物,前面的成酯反应与弗里斯(Fries)重排反应结合,得到酚的酰基化产物,两步反应结果类似酚类化合物直接傅-克酰基化反应。,(4)与三氯化铁的颜色反应,酚类化合物与三氯化铁的水溶液作用,生成有色物质。,大多数酚或具有烯醇式结构的脂肪族与Fe3+生成有色物质。,不同的酚所产生的颜色不相同:,化工产品颜色变深原因之一。,4.3酚芳环上的亲电取代反应,酚羟基由于p-共轭而难于被取代,但苯环上的氢原子可被取代,发生卤化、硝化和磺化等反应。并且羟基是邻、对位定位基,对苯环有活化作用,故酚比苯更容易进行亲电取代反应。,(1)卤化反应,苯酚水溶液与液溴反应立刻生成三溴苯酚白色沉淀,环境检测中常用来对苯酚定性或定量测定:,在强酸中,得到二溴苯酚,在低温下,四氯化碳中,得到一溴苯酚,控制反应条件,可得到低取代产物。,如何制备单一溴取代苯酚?需要采取一定的合成策略。,(2)磺化反应,苯酚磺化反应存在选择性,控制条件,可实现苯酚定向磺化。,定位;芳核位置保护基;引入酚羟基。,工业应用广泛:,(3)硝化和亚硝化,苯酚在室温下可被稀硝酸硝化,生成邻、对位硝基化合物:,对硝基苯酚则只能在分子间形成氢键。,邻硝基苯酚可以在分子内形成氢键。,苯酚在低温下也可发生亚硝化取代反应:,在水溶液中:,邻硝基苯酚和对硝基苯酚可以用水蒸气蒸馏方法进行分离。,决定邻硝基苯酚和对硝基苯酚在沸点和水溶性方面的差别。,邻硝基苯酚不能与水分子形成氢键。,对硝基苯酚能与水分子形成氢键。,苦味酸,强酸性黄色晶体,有苦味,浓HNO3,多硝基化合物制备:,由于苯酚易被浓硝酸氧化,制备多硝基酚时常采用先磺化再硝化的办法.,(4)傅-克烷基化和酰基化反应,产物以对位异构为主。,4-甲基-2,6-二叔丁基苯酚(BHT),常用有机物抗氧剂和食品防腐剂。,酚类芳环上的电荷密度较高,因此在较弱的催化剂作用下,容易进行Friedel-Crafts烷基化反应。,若对位有取代基则烷基进入邻位。,苯酚的羟基和苯环均可发生酰基化反应,情况如下:,95%微量,H2SO4,AlCl3-Fries重排,(5)与羰基的缩合反应:特殊的亲电取代反应,所得产物既是酚又是醇,可继续反应。,A、与甲醛缩合-合成酚醛树脂,烷基化,烷基化,酚醛树脂-非常重要高分子材料,体型结构的酚醛树脂,B、与丙酮缩合合成双酚A,2,2-二对羟苯基丙烷,双酚A,双酚A是制造环氧树脂、聚碳酸酯、聚砜的重要原料。,(6)芳环上特殊反应,A:瑞穆尔-悌曼(Reimer-Tiemann)反应,酚与氯仿在碱性溶液中加热,在酚羟基的邻位及对位引入醛基,生成邻或对位-羟基苯甲醛的反应。,20-30%,8-12%,水杨醛:工业生产方法。,缺点:选择性差,收率低,污染难处理。,在酚类-OH的邻、对位引入羧基。,机理:自学查找和理解。,干燥的酚钠(或酚钾)与二氧化碳(或一氧化碳加碳酸钾)在加温加压下生成羟基苯甲酸的反应。,B:柯尔伯-施密特Kolbe-Schmitt)反应(亲电取代反应),在酚类-OH的邻、对位引入羧基。,反应机理:,柯尔伯-施密特Kolbe-Schmitt)反应受热力学平衡控制,反应温度较低时有利于邻位产物生成;高温反应有利于对位异构体生成。,当酚羟基对位或邻位有取代基时,-COOH则引入没有取代基位置。如:,类似亲电取代反应。,4.4氧化反应,对苯醌(黄色),K2Cr2O7+H2SO4,+AgBr+2Ag+2HBr,对苯二酚,强还原剂,可作显影剂、将照相底片上感光的AgBr还原成Ag。,如果酚-OH对位有除羟基以外的取代基,氧化较慢。反之更易氧化。,酚类变色原因。,4.5酚的还原,(1)催化氢化还原:工业制备环己醇。,苯及其衍生物在金属锂(或钠)的液氨、醇混合液中反应,苯环被还原成1,4-环己二烯类化合物的反应称为伯奇还原。,(2)芳香醚的伯奇还原,5.1从异丙苯制备,5酚的制法,大规模工业苯酚合成方法苯酚联产丙酮,该技术还能用于其他苯酚类化合物生产,如对甲苯酚、-萘酚等。,5.2磺酸盐碱熔法,该法按三步进行:,碱融熔法在的奈、蒽等多环芳烃酚类染料中间体中大量应用,污染高,环境危害大。如:,5.3卤代(氯)苯水解法,当氯原子的邻、对位连有吸电子基团时,水解比较容易,不需要高压,甚至可用弱碱。,5.4从芳胺制备,反应如下:,合成结构复杂,芳环上官能团较多的酚类化合物,含氮化合物一章详细介绍。,醚结构:水分子中的两个氢原子被烃基取代后的化合物。通式:ROR1,O:sp3杂化,有两个sp3杂化轨道为孤电子对所占据。分子的极性很小。,第三节醚类化合物,1醚的结构和命名,1.1醚的结构特征,1.2醚类化合物分类和命名,(1)单醚氧原子上两个取代基相同,单醚:(二)取代烃(基)+醚,二苯醚,(二)乙醚,(二)乙烯基醚,(2)混和醚类-氧原子上两个取代基不相同,A:简单命名混醚:小取代基+大取代基+謎,“较优(大)”基团置后。,烯丙基缩水甘油醚,把较小的烷氧基作为取代基来命名。,B:复杂混醚命名:,C6H5OCH3苯甲醚,芳醚:芳基写在脂肪基前面。,(3)多元醚,(4)环醚命名,一般称为环氧某烃,或按杂环化合物命名。,(HTF),冠醚,含有多个氧的大环醚,形状似王冠。,12-冠(醚)-4,m:碳、氧原子总数n:氧原子数,18-冠(醚)-6,苯并-15-冠(醚)-5,m-冠-n,沸点:分子量相近时,醇远大于醚,醚与烷烃接近。溶解性:低级醚在水中的溶解度较大,与同碳数的醇接近。(低级醚分子与水分子间能够形成氢键)醚是一种有机溶剂,能溶解许多有机化合物。,2醚的物理性质,3醚的波谱性质,IR:C-O伸缩振动1275-1020cm-1,1HNMR,例如:CH3CH2OCH2CH3,4醚的制备,4.1醇的分子间脱水:,反应特点:1)分子间脱水的温度低于分子内脱水;2)此法伯醇收率高(SN2机理)。,反应本质:亲核取代反应。,(i)制备简单醚的重要方法,其中以伯醇效果最好,仲醇次之,而叔醇一般得到烯烃。,原因:反应中很容易形成叔丁基正离子,使反应按SN1历程进行。,注意:,(ii)一般不适合制备混合醚,但用甲醇和叔丁醇来制备甲基叔丁基醚,却可以得到较高的收率。,SN1机理,用于制备叔丁醚(CH3)3COC(CH3)3,分子间脱水机理,4.2Williamson合成法:,是制备混醚的理想方法。,亲电取代SN2反应机理:,制备含有叔丁基的混醚的必须用叔丁醇与其他卤代烃。,除掉1-溴丁烷中的正丁醚:用浓H2SO4洗涤,正丁醚溶解,分液漏斗分离。,珜盐遇水即水解成醚:可将醚从烷烃、卤代烃等混合物中分离出来。,5.1生成珜盐,5醚的化

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