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文檔簡介

1、關(guān)于大學(xué)有機化學(xué)烯烴和炔烴制作:鄧健 出版:人民衛(wèi)生出版社1第1頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四第三章 烯烴和炔烴(Alkenes and Alkynes) 鏈狀單烯烴的通式:CnH2n 鏈狀單炔烴的通式:CnH2n-2分子中含C=C雙鍵的叫烯烴;而含CC叁鍵的叫炔烴。烯烴和炔烴都是不飽和烴(Unsaturated hydrocarbons)。第三章 烯烴和炔烴 第2頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四第一節(jié) 烯 烴一、烯烴的結(jié)構(gòu)sp2雜化 (以乙烯為例來說明)sp2雜化 3個sp2雜化軌道取平面正三角形分布,與未雜化的 p 軌道垂直。sp2 雜化軌

2、道之間的夾角為 120o. 1s22(sp2)12(sp2)12(sp2)12pz1 軌道雜化后電子排布第3頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (一、烯烴的結(jié)構(gòu)) 頭碰頭重疊形成CC鍵 鍵: 284 kJ/mole 鍵鍵能357kJ/mole肩并肩重疊形成鍵,重疊程度較小, 鍵較不牢固,不能自由旋轉(zhuǎn)。第4頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四(一) 烯烴的異構(gòu)現(xiàn)象 第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (二、烯烴的異構(gòu)) (官能團) 位置異構(gòu) 碳鏈異構(gòu)mp. -139, bp. 4 mp. -106, bp. 1順-2-丁烯反

3、-2-丁烯二、烯烴的異構(gòu)現(xiàn)象和命名第5頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四1. 產(chǎn)生順反異構(gòu)的條件只有ab 和 d e 時,才有順反異構(gòu)。任何一個雙鍵碳上若連接兩個相同的原子或基團, 則無順反異構(gòu)。(1) 分子中存在著限制碳原子自由 旋轉(zhuǎn)的因素, 如雙鍵或環(huán)(如脂環(huán));(2) 不能自由旋轉(zhuǎn)的原子上各連接 2個不相同的原子或基團。第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (二、烯烴的異構(gòu)) 第6頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (二、烯烴的異構(gòu)) 當(dāng)分子中雙鍵數(shù)目增加時,順反異構(gòu)體的數(shù)目也增加順,順-2,5-庚二烯順,反-2,5

4、-庚二烯 反,反-2,5-庚二烯第7頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四在脂環(huán)化合物中也有順反異構(gòu)現(xiàn)象(p26)順-1,4-二甲基環(huán)己烷反-1,4-二甲基環(huán)己烷第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (二、烯烴的異構(gòu)) 問題:下列化合物是否存在順反異構(gòu)?第8頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四 順反異構(gòu)的標(biāo)記 1. 順-反(cis-/trans-)標(biāo)記法 相同基團在同側(cè) cis- 或 順- 相同基團在異側(cè) trans- 或 反- 2. Z-E構(gòu)型標(biāo)記法 用cis或trans來命名順反異構(gòu)體時,有時難以確定。例如: 為此提出了Z-E構(gòu)型命名法。 第9頁,共83頁

5、,2022年,5月20日,0點15分,星期四 Z型 E型* 確定雙鍵上每一個碳原子所連接的兩個原子或原子團的優(yōu)先順序(即比大小)* 當(dāng)兩個優(yōu)先基團位于同側(cè)時,用Z(德文Zusammen的縮寫,意為“共同”)表示其構(gòu)型;位于異側(cè)時,用E(德文Entgegen的縮寫,意為“相反”)表示其構(gòu)型。甲優(yōu)先于乙,丙優(yōu)先于丁第10頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四 Z-1-氟-1-氯-2-溴乙烯 E-3-乙基-2-己烯Note:Z型并非一定是順式,E型并非一定是反式。第11頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四順反異構(gòu)體在性質(zhì)上的差異(一) 物理性質(zhì) 熔點,沸點, 溶

6、解度等都存在差異.(二) 化學(xué)性質(zhì) 順反異構(gòu)體在化學(xué)性質(zhì)上也存在某些差異,如順-丁烯二酸在140可失去水生成酸酐。 反-丁烯二酸在同樣溫度下不反應(yīng),只有在溫度增加至275時,才有部分丁烯二酸酐生成。第12頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四(三) 生理活性 順反異構(gòu)體生理活性也不相同。例如,合成的代用品己烯雌酚,反式異構(gòu)體生理活性較大,順式則很低;維生素A的結(jié)構(gòu)中具有4個雙鍵,全部是反式構(gòu)型,如果其中出現(xiàn)順式構(gòu)型,則生理活性大大降低;具有降血脂作用的亞油酸和花生四烯酸則全部為順式構(gòu)型。 順-己烯雌酚 反-己烯雌酚 第13頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期

7、四 花生四烯酸 (全順式) 造成順反異構(gòu)體性質(zhì)差異的原因,是由于兩者相應(yīng)的基團在空間的距離不同,這種不同使順反異構(gòu)體分子中原子或原子團與靶點的作用不同。 第14頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (二、烯烴的命名) (二) 烯烴的命名 1. 簡單的烯烴常用普通命名法乙烯 丙烯 異丁烯 異戊二烯ethylene propylene isobutylene isoprene 第15頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四3-butyl-6-methyl-2-heptene庚烯6-甲基-3-丁基-123672-2. 烯烴的系統(tǒng)命名

8、與烷烴相似, 只是在選主鏈和編號時要注意C=C為官能團,主鏈的選擇必須包含官能團,編號時官能團位次為低。烯烴英文名稱的詞尾為“-ene”。 例1 第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (二、烯烴的命名) 第16頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四1-十八 烯二十 烯碳碳二1,11-(1,11-eicosadiene)例2 例3 (octadecene)(3-Ethyl-2,4-hexadiene) 例4 3-乙基-2,4-已二烯 第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (二、烯烴的命名) 第17頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四烯基是烯烴分子中去掉一個H后所剩余

9、的基團。異丙烯基 2-丙烯基(烯丙基) 2-propenyl (allyl)乙烯基ethenyl(vinyl) 1-丙烯基(丙烯基) 1-propenyl 第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (二、烯烴的命名) 第18頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四課堂練習(xí): 命名 (Z)-2-氯-1-溴-1-丙烯(Z)-1-Bromo-2-chloropropene(E)-3-乙基-2-己烯(E)-3-Ethyl-2-hexene第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (二、烯烴的異構(gòu)) 第19頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (三、烯

10、烴的性質(zhì)) 三、烯烴的性質(zhì)與烷烴相似, 常溫下4 碳以下的烯烴是氣體, 518 碳的烯烴是液體, 高級烯烴是固體。直鏈烯烴比帶有支鏈的同系物沸點高。順式異構(gòu)體的沸點比反式異構(gòu)體略高。反式異構(gòu)體的熔點比順式異構(gòu)體高。烯烴都不溶于水, 而溶于有機溶劑。相對密度都小于1。第20頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (三、烯烴的性質(zhì)) 第21頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四 加成反應(yīng)就是將雙鍵中的鍵打開,雙鍵的兩個碳原子上各加一個原子或基團,形成兩個新的鍵,使不飽和的烯烴變成飽和的化合物。 碳原子sp2 雜化平面型結(jié)構(gòu)碳原子s

11、p3 雜化四面體型結(jié)構(gòu)第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (三、烯烴的性質(zhì)) (一) 親電加成反應(yīng)(electrophilic addition reaction) 第22頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (三、烯烴的性質(zhì)) 第23頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四1. 加鹵素 第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (三、烯烴的性質(zhì)) 溴水褪色,可用于鑒別不飽和鍵鄰二鹵代烴鹵素的活潑性次序:F2Cl2Br2I2 (不反應(yīng))Note: 烯烴與氟加成太劇烈,往往使反應(yīng)物完全分解,與碘則難發(fā)生加成反應(yīng)。第24頁,共83頁,202

12、2年,5月20日,0點15分,星期四以上實驗事實表明: 極性分子的存在可以加速反應(yīng)的進行。 烯烴與鹵素的反應(yīng)歷程第25頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四以上實驗事實表明: 該加成反應(yīng)一定是分步進行的。否則,不會有1-氯-2-溴乙烷和2-溴乙醇生成。 第26頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四問題 :在反應(yīng)體系中存在 Cl-、Br+、Br- 三種離子,是哪一種離子首先進攻? Br+首先進攻反-1,2-二溴環(huán)戊烷公認(rèn)的反應(yīng)歷程:第一步:第27頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四第二步:第28頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15

13、分,星期四2. 加鹵化氫 (HX) 第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (三、烯烴的性質(zhì)) 烯烴與鹵化氫同樣發(fā)生分步的、親電性加成反應(yīng)不同的是:(1) 第一步進攻的是H+ ;(2) 不生成鎓離子,而是生成碳正離子中間體;(3) 第二步X的進攻也不一定是反式加成。第29頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四 HX對烯烴加成的相對活性:HI HBr HCl (與極化度有關(guān))不對稱烯烴(如丙烯)與不對稱試劑 (鹵化氫)發(fā)生加成反應(yīng)時:實驗證明主要產(chǎn)物是()。馬爾可夫尼可夫(Markovnikov)總結(jié)了其中的規(guī)律:不對稱烯烴與鹵化氫等極性試劑加成時,氫原子總是加到含氫較多的雙鍵碳原子

14、上。這就是馬爾可夫尼可夫最初提出的規(guī)則,簡稱馬氏規(guī)則。第30頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四第31頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四 Markovnikov規(guī)則的理論解釋: 分子中原子相互影響的實質(zhì),一般可用電子效應(yīng)(electric effect)和立體效應(yīng)(stereo effect)來描述。電子效應(yīng)指分子中電子密度分布的改變對性質(zhì)產(chǎn)生的影響。它又可分為誘導(dǎo)效應(yīng) (Inductive effect) 和 共軛效應(yīng) (Conjugative effect)兩類。立體效應(yīng)指分子的空間結(jié)構(gòu)對性質(zhì)所產(chǎn)生的影響。第32頁,共83頁,2022年,5月20日

15、,0點15分,星期四電負(fù)性 X H Y其強度和方向取決于基團電負(fù)性大小,一般以CH 鍵中的H作為比較標(biāo)準(zhǔn): 誘導(dǎo)效應(yīng): 多原子分子中,由于原子和基團電負(fù)性的不同,引起鍵的極性并通過通過靜電誘導(dǎo)作用依次影響分子中不直接相連的鍵,使之發(fā)生極化,從而引起整個分子中電子云分布發(fā)生改變的作用。用符號 I 表示。第33頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四特點:通過 碳鏈傳遞,3個碳原子后基本消失;傳導(dǎo)過程中電性不變;傳導(dǎo)過程中電子云的轉(zhuǎn)移方向相同。由于原子電負(fù)性不同引起的靜電誘導(dǎo)作用,永久效應(yīng)。常見I 基團: 常見I 基團 C(CH3)3 CH(CH3)2 C2H5CH3帶正電荷基團具

16、有I 效應(yīng) 帶負(fù)電荷基團具有I 效應(yīng)5. I 效應(yīng):sp sp2 sp36. 分為靜態(tài)誘導(dǎo)效應(yīng)和動態(tài)誘導(dǎo)效應(yīng)第34頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四不對稱烯烴與不對稱試劑加成時:馬氏規(guī)則可以進一步表達為:不對稱試劑與不對稱烯烴加成時,試劑中的帶有部分正電荷的原子或基團主要加到雙鍵中電子云密度較高的碳原子上。第35頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四 第二種解釋是碳正離子的穩(wěn)定性。各種烷基的碳正離子的穩(wěn)定性如下:叔碳正離子如(CH3)3C+仲碳正離子如(CH3)2CH+ 伯碳正離子如CH3CH2+ CH3+ 。第36頁,共83頁,2022年,5月20日,

17、0點15分,星期四馬氏規(guī)則第三種敘述:不對稱烯烴的加成反應(yīng)總是趨向于生成最穩(wěn)定的碳正離子中間體的方向進行。第37頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四3. 加硫酸 第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (三、烯烴的性質(zhì)) 不對稱烯烴與濃H2SO4的加成,按馬氏規(guī)則進行。 將產(chǎn)物水解,是工業(yè)制備醇的一個方法(間接法)。第38頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四1. 除乙烯經(jīng)該法可制備乙醇(伯醇),其它烯烴都將得到仲醇或叔醇2. 反應(yīng)經(jīng)碳正離子中間體3. 烷烴與硫酸一般不作用,可用此法除去烷烯混合物中的烯烴。第39頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,

18、星期四 通常烯烴不易與水直接反應(yīng),但在硫酸等強酸存在下,烯烴可與水加成生成醇。加成時遵循馬氏規(guī)則。4. 加水 第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (三、烯烴的性質(zhì)) 第40頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四(二) 催化加氫(可定量反應(yīng))用途:將汽油中的烯烴轉(zhuǎn)化為烷烴; 不飽和油脂的加氫; 用于烯烴的化學(xué)分析.第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (三、烯烴的性質(zhì)) 第41頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (三、烯烴的性質(zhì)) * 主要得順式加成產(chǎn)物* 烯烴順反異構(gòu)體的穩(wěn)定性是:反式 順式* 通過氫化熱可比較烯烴的穩(wěn)定性雙鍵碳

19、原子連有烷基數(shù)目,氫化熱,穩(wěn)定性。* 烯烴加氫的相對速率為: 乙烯 一烷基取代烯烴 二烷基取代烯烴 三烷基取代烯烴 四烷基取代烯烴第42頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四(三) 烯烴的自由基加成反應(yīng)第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (三、烯烴的性質(zhì)) 過氧化物效應(yīng)只局限于烯烴與溴化氫的反應(yīng) 當(dāng)不對稱烯烴與溴化氫加成時,如有過氧化物存在,其主要產(chǎn)物是反馬氏規(guī)則的。 這種現(xiàn)象又稱為過氧化物效應(yīng),又稱卡拉施(Kharasch)效應(yīng)。這時烯烴與溴化氫發(fā)生的不是離子型的親電性加成反應(yīng),而是自由基加成反應(yīng)。第43頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四鏈引發(fā):(1)

20、R-OO-R 2RO H162.7kj/mol鏈增長:(3) R-CH=CH2 + Br R-CH-CH2Br + R-CHBr-CH2(4) R-CH-CH2Br + HBr R-CH2-CH2Br + Br (3) (4)反應(yīng)繼續(xù)循環(huán),直到鏈終止。(仲游離基比伯游離基穩(wěn)定)(2) RO + HBr ROH + Br H-54.5kj/mol 第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (三、烯烴的性質(zhì)) 第44頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四(四) 氧化反應(yīng)(oxidation reaction) 有機化學(xué)中,氧化反應(yīng)通常指的是有機化合物分子中得氧或去氫的反應(yīng)。烯烴的雙鍵易被

21、許多氧化劑所氧化。常見的氧化劑有高錳酸鉀、過氧化物及臭氧等,空氣中的氧也可使烯烴氧化。 第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (三、烯烴的性質(zhì)) 第45頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四1. 高錳酸鉀氧化 用稀的堿性高錳酸鉀水溶液,在較低溫度下與烯烴反應(yīng),生成順式-二醇。 此反應(yīng)使高錳酸鉀的紫色消失,故可用來鑒別不飽和鍵。第46頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四烯烴結(jié)構(gòu)不同,氧化產(chǎn)物也不同,此反應(yīng)可用于推測原烯烴的結(jié)構(gòu)。第47頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四2. 臭氧化反應(yīng) 該反應(yīng)也可用于推測原烯烴的結(jié)。第48頁,共83頁,202

22、2年,5月20日,0點15分,星期四3. 過氧酸氧化反應(yīng) 烯烴與過氧酸反應(yīng)生成 1,2-環(huán)氧化物的反應(yīng),稱為環(huán)氧化反應(yīng)。第49頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (四、共軛烯烴) 四、共軛烯烴聚集二烯(Cumulenes): CH2=C=CH2 (allene)隔離二烯(Isolated dienes): CH2=CH-(CH2)n-CH=CH2n1共軛二烯(Conjugated dienes): CH2=CH-CH=CH2 (一) 分類 二烯烴是含有兩個雙鍵的不飽和烴,具有與單炔烴相同的通式CnH2n-2。第50頁,共83頁,2022年,

23、5月20日,0點15分,星期四CH2=CHCH=CH2(二) 共軛二烯的結(jié)構(gòu) C2-C3間的p軌道的重疊使4個p電子的運動范圍不再局限在C1-C2及C3-C4之間,而是擴展到4個碳原子的范圍,這樣形成的鍵稱為大鍵或共軛鍵。 第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (四、共軛烯烴) 第51頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四 鍵長平均化,C2-C3有部分雙鍵的性質(zhì)1. 鍵長平均化 第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (四、共軛烯烴) 第52頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四2. 共軛體系能量降低,分子穩(wěn)定性增加 254kJ/mol226kJ/mol28kJ/mo

24、lEnergy 共軛能第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (四、共軛烯烴) 第53頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四3. 共軛效應(yīng) 第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (四、共軛烯烴) 共軛體系形成條件:共平面(碳sp2雜化);p軌道;p電子 由于共軛體系(電子離域作用)的存在而引起分子中原子間的相互作用共軛效應(yīng),用符號C表示。共軛效應(yīng)的特點: 1. 鍵長平均化,內(nèi)能降低,分子穩(wěn)定 2. 沿共軛鏈傳遞; 強度一般不因共軛鏈的長度 而受影響 3. 當(dāng)電子云發(fā)生偏移時,出現(xiàn)交替極化 4. 分為靜態(tài)共軛效應(yīng)和動態(tài)共軛效應(yīng)第54頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四

25、共軛體系中,電子云傳遞的方向、強度取決于共軛體系的組成原子或基團的性質(zhì)及組成形式。共軛體系的分類:斥電子共軛效應(yīng)用C 表示,吸電子共軛效應(yīng)用C表示第55頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四(三) 共軛體系的類型 1. - 共軛CH2CHCHCH2CH2CHCCH第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (四、共軛烯烴) 第56頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四2. p- 共軛起因于 鍵與鄰近 p 軌道的重疊第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (四、共軛烯烴) 第57頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四相關(guān)鍵長比較34第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié)

26、 烯烴 (四、共軛烯烴) 第58頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四起因于鍵與相鄰 C-H鍵的重疊3. - 超共軛 -+非共軛超共軛第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (四、共軛烯烴) 第59頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四起因于p軌道與相鄰 C-H鍵的重疊4. -p 超共軛 3 (- p) 超共軛第三章 烯烴和炔烴 第一節(jié) 烯烴 (四、共軛烯烴) 第60頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四6 (- p) 9 (- p) +正碳離子穩(wěn)定性 sp2 sp3 )。因此,炔氫顯示較弱程度的酸性,可以被一些金屬離子取代。乙炔、乙烯和乙烷的酸

27、性強弱次序如下: pKa 25 44 50 第三章 烯烴和炔烴 第二節(jié) 炔 烴(三、炔烴的性質(zhì)) 第74頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四 乙炔及 RCCH 類型的炔烴在液氨溶液中與氨基鈉反應(yīng),生成相應(yīng)的炔化鈉: 乙炔及端炔烴與硝酸銀或氯化亞銅的氨溶液反應(yīng),可生成白色的炔化銀沉淀及紅棕色的炔化亞銅沉淀:第三章 烯烴和炔烴 第二節(jié) 炔 烴(三、炔烴的性質(zhì)) 金屬炔化物稱為“炔凎”, 上述反應(yīng)也稱為“炔凎反應(yīng)” 可用來鑒別具有RCCH結(jié)構(gòu)的端炔烴。 干燥的炔凎受熱或受震動時易發(fā)生爆炸,試驗結(jié)束后應(yīng)及時加入稀HNO3將其分解。 第75頁,共83頁,2022年,5月20日,0點15分,星期四(二) 加成反應(yīng) 在鉑或鈀等催化劑存在下,炔烴可以發(fā)生加氫反應(yīng),但反應(yīng)通常不能

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