四齿胺基苯胺基配体、配体的铝化合物及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种四齿胺基苯胺基配体、该配体的铝化合物、它们的制备方法及应用，所述配体其结构式如下式A所示，式中R1为C1-C4直链或支链结构的烷基。本发明的配体及铝化合物合成简单，产品收率高，性质稳定，同时催化剂活性高，通过聚合反应条件的控制，可以调控聚合物的分子量，选择性广，能够满足市场的需要。

说明书

技术领域

本发明涉及一种四齿配体及两种内酯开环聚合用催化剂，具体的来讲，涉及一种四齿胺基苯胺基配体及该配体的两种铝化合物催化剂，以及它们的制备方法和应用。

背景技术

以石油为原料的聚烯烃具有优良的性能与价格优势，但其使用后难以分解，造成了目前比较严重的“白色污染”问题。石油资源不可再生，大量的不合理使用给人类带来了严重的资源短缺问题。可降解材料的出现，尤其是以可再生资源为原料的可降解材料的出现为解决这一问题提供了有效的手段。

迄今，研究最多和性能较好的生物可降解材料是脂肪族聚酯（如聚丙交酯、聚ε-己内酯、聚乙交酯，聚β-丁内酯、聚β-戊内酯等），其在自然界和人体内降解，最终降解为二氧化碳和水，在一定程度上可缓解对石油资源的依赖，使用后又不会对环境造成污染。聚酯材料的性能由其结构和组成决定，例如聚丙交酯在纺织、包装材料等领域有着广泛的应用，由于其具有优秀的生物相容性，它在药物控释、外科缝合线、骨折内固定材料等方面得到广泛的研究，是第一批被美国食品和药物管理局批准用于临床的可降解高分材料。当作为支撑材料，要求聚丙交酯具有高分子量和高机械强度，当作为药用膜材，则要求分子量低一些，以使聚丙交酯对药物有通透性。聚酯的结构和组成由聚合过程决定，聚酯一般是由单体环内酯经过开环聚合反应得来的，通过控制聚合过程，可以得到分子量分布窄和可预测分子量的聚合物，使聚酯具有更优异的机械性能和良好的生物可降解性。聚合反应需要特殊的选择性的催化剂才能使单体按照我们需要的结构和分子量进行聚合，辛酸亚锡虽然能催化丙交酯的开环聚合但其催化活性太低而且得到聚合物分子量不可控，分子量分布宽。因此开发新型催化剂才能更好的控制聚合反应，得到满足应用需要的材料。

发明内容

本发明提供了一种配体，该配体为四齿胺基苯胺基配体，它可以与烷基铝反应得到性能良好的催化剂。

本发明还提供了上述配体与烷基铝反应形成的两种胺基苯胺基铝化合物（简称胺基苯胺基铝，下同）以及该化合物在环内酯聚合反应中的应用，该化合物能够催化环内酯的开环聚合反应，催化活性高、所得产物分子量可控、产率高。

本发明还提供了上述配体和胺基苯胺基铝的制备方法，操作简单，便于实施。

本发明技术方案如下：

一种四齿胺基苯胺基配体，其结构式如下式A所示，式中R₁为C1-C4直链或支链结构的烷基，优选R₁为甲基或乙基；

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本发明配体的制备方法是：

1、将原料N，N-二烷基胺基苯甲醛和乙二胺在有机溶剂中发生缩合反应，反应温度为40～70^oC，反应时间为2～24小时，反应后经浓缩、重结晶得式a所示的席夫碱，反应式为：

2、将席夫碱（本发明指的是具有式a结构的席夫碱，下同）在有机溶剂中用LiAlH₄进行还原，反应的温度为0～70^oC，反应时间为1～24小时，得具有式A结构的四齿胺基苯胺基配体，反应式为：

上述配体的制备方法中，N，N-二烷基胺基苯甲醛和乙二胺的摩尔比为2-3:1。

上述配体的制备方法中，席夫碱与LiAlH₄的摩尔比为1:0.8-1。

上述配体的制备方法中，缩合反应所用的有机溶剂为四氢呋喃、甲醇、己烷、乙醇和氯仿中的一种或者两种，优选为甲醇、乙醇或己烷。

上述配体的制备方法中，还原反应所用的有机溶剂为四氢呋喃或/和乙醚，优选为四氢呋喃和乙醚。

上述配体的制备方法中，缩合反应和还原反应所用的有机溶剂作用是为了提供反应所需的环境，其用量对反应影响不大，本领域技术人员可以根据实际需要选择有机溶剂的用量，一般的，取有机溶剂用量为反应物总质量的5～40倍。

上述配体的制备方法中，缩合反应后重结晶所用的溶剂优选为己烷。

上述配体的制备方法中，还原反应在无水无氧条件下进行。

上述配体的制备方法中，缩合反应的温度优选为50～70^oC，反应时间优选为3～12小时。

上述配体的制备方法中，还原反应的温度优选为25～70 ^oC，反应时间优选为2～12小时。

上述配体与烷基铝反应还可以得到两种不同结构的铝化合物，一种是如式Ⅰ所述的单核胺基苯胺基铝化合物，另一种是如式Ⅱ所述的双核胺基苯胺基铝化合物，这两种结构的化合物都可以作为环内酯开环聚合反应的催化剂；

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上述式Ⅰ和式Ⅱ中，R₁为C1～C4直链或支链结构的烷基，优选甲基或乙基，R₂也为C1～C4直链或支链结构的烷基，优选甲基或乙基。R₁与R₂可以相同，也可以不同。

催化剂的制备方法为：将式A的配体与三烷基铝（Al(R₂)₃）在有机介质中反应，反应温度为0～120℃, 反应时间为1～36小时；反应后经过滤、浓缩、重结晶得式I或式II的催化剂。

上述催化剂的制备方法中，主要通过控制反应物的用量关系来决定所得催化剂的结构，当配体与三烷基铝的摩尔比为1：0.5～1时，合成的是式I结构的催化剂，当配体与烷基铝的摩尔比为1：2～5时，合成的是式II结构的催化剂。

上述制备方法中，三烷基铝Al(R₂)₃中的R₂为C1～C4直链或支链结构的烷基，优选甲基或乙基。

上述制备方法中，反应在惰性气体保护下进行。

上述制备方法中，合成式I结构的催化剂时，配体与烷基铝的摩尔比优选为1：0.8～1，合成式II结构的催化剂时，配体与烷基铝的摩尔比优选为1：2～3。

上述制备方法中，反应温度优选为20～110^oC, 反应时间优选为2～12小时。

上述制备方法中，配体与三烷基铝反应所用的有机介质为四氢呋喃、甲苯、己烷、苯、氯仿和二氯甲烷中的一种或者两种。

上述制备方法中，有机介质作用是为了提供反应所需的环境，其用量对反应影响不大，本领域技术人员可以根据实际需要选择有机溶剂的用量，一般的，取有机溶剂用量为反应物总质量的5～40倍。

上述制备方法中，重结晶所用溶剂优选为己烷。

本发明式Ⅰ或式Ⅱ的催化剂都能作为环内酯开环聚合反应的催化剂，所述环内酯为己内酯（即ε-己内酯）、丙交酯、乙交酯、β-丁内酯和β-戊内酯中的一种或两种。其中，乙交酯的结构式如式（Ⅲ）所示，丙交酯的结构式如式（Ⅳ）所示，β-丁内酯的结构式如式（Ⅴ）所示，β-戊内酯的结构式如式（Ⅵ）所示，ε-己内酯的结构式如式（Ⅶ）所示。

环内酯开环聚合反应具体包括以下步骤：将胺基苯胺基铝催化剂、有机溶剂、醇助催化剂和环内酯混合，在无水无氧和惰性气体保护下进行聚合开环反应，反应后将反应物进行处理得聚内酯。

上述开环聚合反应中，反应所用有机溶剂为甲苯、二氯甲烷或二甲苯，优选甲苯。

上述开环聚合反应中，醇助催化剂为苄醇或异丙醇。

上述开环聚合反应中，环内酯与胺基苯胺基铝催化剂的摩尔比为30～2000：1，醇助催化剂与催化剂的摩尔比为2～6：1。

上述开环聚合反应中，聚合反应温度为20～110℃，时间为5-1440分钟。温度高时，单体聚合结束所需时间少一些，温度低时，单体聚合结束所需时间长一些。

本发明催化剂中，配体和金属对整个催化剂的催化活性均有影响，在本发明限定的范围内（即R₁、R₂限为C1～C4直链或支链结构的烷基的范围内），催化剂催化活性有所不同，但差别不是很大。

上述开环聚合反应中，以胺基苯胺基铝作为催化剂引发环内酯的聚合，从而得到一系列聚酯聚合物。催化剂的最重要的特征是它的聚合反应中心具有活性聚合特征，其特点之一是产物分子量随单体的增加而成线性增加关系；特点之二是完成聚合反应之后，继续添加单体，聚合继续进行，并且聚合物分子量与所添加的单体总量成正比。

本发明催化剂催化活性较高，在使用时用量相对较少，所以在聚合物产品中的金属残留相对较少。另外，在现有技术中，分子量较高的聚合物开环反应是在真空条件下进行的，反应操作难度较大，并且现今一般用的催化剂为辛酸亚锡，此催化剂在催化开环聚合反应时所得聚合物的分子量分布较宽，可控性差；而本发明无需在真空条件下进行，只要保证无水、无氧和惰性条件即可，应更简单易行，此外通过控制聚合单体和催化剂的用量比可得到分子量分布较窄的聚合物，分子量在70万以下的聚合物的分子量可控性都较好，因此相对而言本发明催化剂对分子量的可控性强一些。

本发明配体及催化剂制备方法简单，产品收率高，性质稳定，所得催化剂结构变化多样、催化活性高、安全无毒，因而可以广泛用于催化内酯和交酯的开环聚合反应。由于催化体系的活性高，聚合反应可以在较低温度下发生，条件温和，且得到的产物分子量高、产率高、金属残留少。此外，聚合反应工艺简单，可采用通常的溶液聚合方法，通过聚合反应条件的控制，可以调控聚合物的分子量，选择性广。

具体实施方式

下面通过具体实施例进一步说明本发明，但本发明并不限于此，具体保护范围见权利要求。

制备四齿胺基苯胺基配体

实施例1

取 N，N-二甲基胺基苯甲醛（8.8 g, 59 mmol）溶于 30 ml 己烷中，慢慢滴加乙二胺 (1.8 g, 29.5 mmol)，滴加完后反应加热回流搅拌12小时。冷却结晶，过滤得到黄色粉末席夫碱7.2 g，产率 76%。

实施例2

在 N₂气氛下，取实施例1的席夫碱（5.0 g, 15.5 mmol）溶于 30 ml干燥的乙醚中，在0 ℃下慢慢少量多次加入氢化铝锂(0.6 g, 15.5 mmol)，加完后反应缓慢升至室温搅拌12小时。反应结束以后向反应体系中慢慢加入 1.5 mL 冰水停止反应，再加入1.5 mL NaOH（3M）水溶液，4.5 mL 水，过滤，滤饼用30 ml 乙酸乙酯洗涤，收集滤液，真空除去溶剂得到淡黄色液体A 5.3 g，产率 96%。

实施例3

取N，N-二乙基胺基苯甲醛（7.1 g, 40 mmol）溶于 40 ml 乙醇中，慢慢滴加乙二胺 (0.8 g, 13.3 mmol)，滴加完后反应加热到50℃，搅拌24小时。反应结束后浓缩溶液，加入10 mL己烷冷却结晶，过滤得到黄色粉末席夫碱3.6 g，产率 71%。

实施例4

在 N₂气氛下，取实施例3得到的席夫碱（3.0 g, 7.9 mmol）溶于 20 ml干燥的四氢呋喃中，在0 ℃下慢慢少量多次加入氢化铝锂(0.3 g, 7.9 mmol)，加完后反应缓慢升至室温，加热到70℃，搅拌2小时。反应结束以后向反应体系中慢慢加入 0.5 mL 冰水停止反应，再加入0.5 mL NaOH（3M）水溶液，1.5 mL 水，过滤，滤饼用30 ml 乙酸乙酯洗涤，收集滤液，真空除去溶剂得到淡黄色液体2.9 g，产率 97%。

实施例5

取N，N-二丙基胺基苯甲醛（10.0 g, 48.7 mmol）溶于 40 ml 四氢呋喃中，慢慢滴加乙二胺 (1.5 g, 24.4 mmol)，滴加完后反应加热到40℃，搅拌5小时。反应结束后浓缩溶液，加入20 mL己烷冷冷却结晶，过滤得到黄色粉末席夫碱6.6 g产率 62%。

实施例6

在 N₂气氛下，取实施例5得到的席夫碱（5.0 g, 11.5 mmol）溶于 20 ml干燥的乙醚中，在0 ℃下慢慢少量多次加入氢化铝锂(0.4 g, 9.2 mmol)，加完后反应缓慢升至室温，搅拌24小时。反应结束以后向反应体系中慢慢加入 0.6 mL 冰水停止反应，再加入0.6 mL NaOH（3M）水溶液，1.8 mL 水，过滤，滤饼用40 ml 乙酸乙酯洗涤，收集滤液，真空除去溶剂得到淡黄色液体4.7 g，产率 94%。

实施例7

取N，N-二异丙基胺基苯甲醛（9.0 g, 43.8 mmol）溶于 30 ml 氯仿中，慢慢滴加乙二胺 (1.3 g, 21.9 mmol)，滴加完后反应加热到70℃，搅拌3小时。反应结束后浓缩溶液，加入20 mL己烷冷冷却结晶，过滤得到黄色粉末席夫碱6.6 g，产率 62%。

实施例8

在 N₂气氛下，取实施例7得到的席夫碱（6.0 g, 13.8 mmol）溶于 20 ml干燥的乙醚中，在0 ℃下慢慢少量多次加入氢化铝锂(0.5 g, 13.8 mmol)，加完后反应缓慢升至室温，搅拌9小时。反应结束以后向反应体系中慢慢加入 0.9 mL 冰水停止反应，再加入0.9 mL NaOH（3M）水溶液，2.7 mL 水，过滤，滤饼用20 ml 乙酸乙酯洗涤，收集滤液，真空除去溶剂得到淡黄色液体5.8 g，产率 95%。

制备单核胺基苯胺基铝催化剂（I）

单核胺基苯胺铝催化剂是由配体和三烷基铝反应生成的配合物，其配体的结构式如下式（A），下面对不同配体所得到的催化剂进行举例，优选的配体是R₁为甲基，乙基，丙基的配体；R₂优选甲基，乙基。

实施例9  

所用配体结构式如上式（A），其中R₁为甲基，反应过程为：在氮气氛下,将配体1.0 g溶于20 mL甲苯中，在0℃下加入一倍摩尔量三甲基铝，升到110℃反应2小时,除去溶剂，粗产物用己烷重结晶，得纯产品0.91 g, 产率81%。

实施例10 

所用配体结构式如上式（A），其中R₁为乙基，反应过程为：在氮气氛下,将配体0.97 g溶于15 mL四氢呋喃中，在0℃下加入0.8倍摩尔量三甲基铝，升到室温以后，加热到70℃反应8小时,除去溶剂，粗产物用己烷重结晶。得纯产品0.90 g, 产率85%。

实施例11  

所用配体结构式如上式（A），其中R₁为丙基，反应过程为：在氮气氛下,将配体0.90 g溶于10 mL己烷中，在0℃下加入0.5倍摩尔量三甲基铝，升到室温以后，加热到50℃反应12小时,冷却结晶。得纯产品0.48g, 产率83%。

实施例12  

所用配体结构式如上式（A），其中R₁为异丙基，反应过程为：在氮气氛下,将配体0.80 g溶于20 mL二氯甲烷中，在0℃下加入一倍摩尔量三异丙基铝，升到室温以后，反应36小时,浓缩溶剂，加入己烷冷却结晶。得纯产品0.75 g, 产率81%。

实施例13  

所用配体结构式如上式（A），其中R₁为甲基，反应过程为：在氮气氛下,将配体1.10g溶于20 mL甲苯中，在0℃下加入一倍摩尔量三乙基铝，升到120℃反应2小时,除去溶剂，粗产物用己烷重结晶，得纯产品1.11g, 产率87%。

实施例14

所用配体结构式如上式（A），其中R₁为乙基，反应过程为：在氮气氛下,将配体0.97g溶于15 mL氯仿中，在0℃下加入一倍摩尔量三乙基铝，升到室温以后，加热到70℃反应8小时,除去溶剂，粗产物用己烷重结晶。得纯产品0.91 g, 产率85%。

实施例15  

所用配体结构式如上式（A），其中R₁为丙基，反应过程为：在氮气氛下,将配体0.85 g溶于15 mL己烷中，在0℃下加入0.9倍摩尔量三乙基铝，升到室温以后，加热到60℃反应24小时,冷却重结晶。得纯产品0.83 g, 产率87%。

实施例16  

所用配体结构式如上式（A），其中R₁为异丙基，反应过程为：在氮气氛下,将配体0.90 g溶于10 mL二氯甲烷中，在0℃下加入0.9倍量三异丙基铝，升到室温以后，加热到30℃反应36小时,除去溶剂，粗产物用己烷重结晶。得纯产品0.82 g, 产率79%。

制备双核胺基苯胺铝催化剂（II）

双核胺基苯胺铝催化剂是由配体和三烷基铝反应生成的配合物，其配体的结构式如下式（A），下面对不同配体所得到的催化剂进行举例，优选的配体是R₁为甲基，乙基，丙基的配体；R₂优选甲基，乙基。

实施例17  

所用配体结构式如上式（A），其中R₁为甲基，反应过程为：在氮气氛下,将配体1.10 g溶于20 mL甲苯中，在0℃下加入两倍摩尔量三甲基铝，升到110℃反应3小时,除去溶剂，粗产物用己烷重结晶，得纯产品1.34g, 产率91%。

实施例18 

所用配体结构式如上式（A），其中R₁为乙基，反应过程为：在氮气氛下,将配体1.05 g溶于25 mL苯中，在室温下加入三倍摩尔量三甲基铝，加热到70℃反应8小时,除去溶剂，粗产物用己烷重结晶。得纯产品1.19 g, 产率88%。

实施例19  

所用配体结构式如上式（A），其中R₁为丙基，反应过程为：在氮气氛下,将配体0.95 g溶于10 mL己烷中，在0℃下加入四倍摩尔量三甲基铝，升到室温以后，加热到50℃反应36小时,冷却结晶。得纯产品1.07 g, 产率90%。

实施例20  

所用配体结构式如上式（A），其中R₁为异丙基，反应过程为：在氮气氛下,将配体0.87 g溶于10 mL己烷中，在0℃下加入五倍摩尔量三异丙基铝，升到室温以后，反应36小时,冷却结晶。得纯产品1.10 g, 产率84%。

实施例21  

所用配体结构式如上式（A），其中R₁为甲基，反应过程为：在氮气氛下,将配体1.20 g溶于20 mL己烷中，在0℃下加入五倍摩尔量三乙基铝，升到60℃反应12小时,浓缩溶剂，重结晶，得纯产品1.32 g, 产率87%。

实施例22

所用配体结构式如上式（A），其中R₁为乙基，反应过程为：在氮气氛下,将配体1.00 g溶于15 mL苯中，在0℃下加入三倍摩尔量三甲基铝，升到室温以后，加热到60℃反应24小时,除去溶剂，粗产物用己烷重结晶。得纯产品1.07 g, 产率83%。

实施例23  

所用配体结构式如上式（A），其中R₁为丙基，反应过程为：在氮气氛下,将配体0.90g溶于15 mL 氯仿中，在0℃下加入三倍量三乙基铝，升到室温以后，加热到50℃反应10小时,除去溶剂，粗产物用己烷重结晶。得纯产品1.10g, 产率88%。

实施例24  

所用配体结构式如上式（A），其中R₁为异丙基，反应过程为：在氮气氛下,将配体0.80 g溶于15 mL 己烷中，在0℃下加入三倍量三乙基铝，升到室温以后，反应36小时,除去溶剂，粗产物用己烷重结晶。得纯产品0.89 g, 产率81%。

催化剂的应用

实施例25

在无水无氧和惰性气体保护下进行反应，在用高纯氩气洗气烘烤后的安瓶中顺序加入30 μmol R₁为甲基，R₂为甲基的单核铝催化剂、60 mL甲苯、60 μmol苄醇、以及30 mmol的rac－LA，然后置于70^oC的油浴中，反应30分钟后加入少量水终止反应并溶解聚合物，用甲醇沉淀、洗涤数次，室温下真空干燥，得4.1克，分子量21.8万，分子量分布1.19，收率96%。

实施例26

在无水无氧和惰性气体保护下进行反应，在用高纯氩气洗气烘烤后的安瓶中顺序加入10 μmol R₁为乙基，R₂为甲基的双核铝催化剂、60 mL甲苯、40 μmol苄醇、以及8 mmol的L－LA，然后置于70^oC的油浴中，反应20分钟后加入少量水终止反应并溶解聚合物，用甲醇沉淀、洗涤数次，室温下真空干燥，得1.06克，分子量28.8万，分子量分布1.13，收率92%。

实施例27

在无水无氧和惰性气体保护下进行反应，在用高纯氩气洗气烘烤后的安瓶中顺序加入20 μmol R₁为丙基，R₂为丙基的双核铝催化剂、30 mL甲苯、60 μmol异丙醇、以及6 mmol的己内酯，然后置于30^oC的油浴中，反应5分钟后加入少量水终止反应并溶解聚合物，用甲醇沉淀、洗涤数次，室温下真空干燥，得0.62克，分子量14.1万，分子量分布1.20，收率91%。

实施例28

在无水无氧和惰性气体保护下进行反应，在用高纯氩气洗气烘烤后的安瓶中顺序加入20 μmol R₁为丙基，R₂为乙基的单核铝催化剂、30 mL二甲苯、120 μmol异丙醇、以及6 mmol的乙交酯，然后加热到100^oC反应1小时后加入少量盐酸终止反应并溶解聚合物，用己烷沉淀、洗涤数次，室温下真空干燥，得0.63克，分子量11.2万，分子量分布1.17，收率90%。

实施例29

无水无氧和惰性气体保护下进行反应，在用高纯氩气洗气烘烤后的安瓶中顺序加入20 μmol R₁为乙基，R₂为甲基的双核铝催化剂、30 mL甲苯、40 μmol苄醇、以及8 mmol的β-丁内酯，然后置于70^oC的油浴中，反应60分钟后加入少量水终止反应并溶解聚合物，用乙醇沉淀、洗涤数次，室温下真空干燥，得0.65克，分子量31.4万，分子量分布1.14，收率95%。

实施例30

无水无氧和惰性气体保护下进行反应，在用高纯氩气洗气烘烤后的安瓶中顺序加入30 μmol R₁为异丙基，R₂为甲基的双核铝催化剂、60 mL二氯甲烷、90 μmol苄醇、以及60 mmol的β-戊内酯，然后置于室温中反应24小时，反应后加入少量水终止反应并溶解聚合物，用甲醇沉淀、洗涤数次，室温下真空干燥，得5.6克，分子量39.3万，分子量分布1.18，收率93%。

实施例31

无水无氧和惰性气体保护下进行反应，在用高纯氩气洗气烘烤后的安瓶中顺序加入10 μmol R₁为甲基，R₂为甲基的双核铝催化剂、60 mL甲苯、20 μmol苄醇、以及10 mmol的乙交酯， 110^oC反应0.5小时后，再加入10 mmol的L-丙交酯80^oC反应2.5小时，反应结束时加入少量盐酸终止反应，用乙醇沉淀、洗涤数次，室温下真空干燥，得2.3克，分子量60.3万，分子量分布1.23，收率88%。

实施例32

无水无氧和惰性气体保护下进行反应，在用高纯氩气洗气烘烤后的安瓶中顺序加入20 μmol R₁为乙基，R₂为乙基的双核铝催化剂、60 mL甲苯、40 μmol苄醇、以及2 mmol的L-丙交酯， 80^oC反应2.5小时后，再加入2 mmol的己内酯80^oC反应2.5小时，反应结束时加入少量盐酸终止反应，用甲醇沉淀、洗涤数次，室温下真空干燥，得0.49克，分子量21.8万，分子量分布1.11，收率95%。

实施例33

无水无氧和惰性气体保护下进行反应，在用高纯氩气洗气烘烤后的安瓶中顺序加入30 μmol R₁为异丙基，R₂为甲基的双核铝催化剂、60 mL二氯甲烷、60 μmol苄醇、以及60 mmol的L-丙交酯，然后置于室温中反应12小时，反应后加入少量水终止反应并溶解聚合物，用甲醇沉淀、洗涤数次，室温下真空干燥，得7.7克，分子量68.9万，分子量分布1.09，收率89%。