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有機(jī)化學(xué)第九章醛和酮1第一頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日
醛(aldehyde)和酮(ketone)是分子中含有羰基(carbonylgroup)官能團(tuán)的有機(jī)物。羰基至少和一個(gè)氫原子結(jié)合的為醛(-CHO又叫醛基),羰基和兩個(gè)烴基結(jié)合的為酮。第九章醛和酮第九章醛和酮醛和酮互為異構(gòu)體。飽和一元醛酮具有通式CnH2nO。醛酮上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)2第二頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日第一節(jié)分類(lèi)和命名一、分類(lèi)芳香醛酮的羰基直接連在芳香環(huán)上。第九章醛和酮第一節(jié)分類(lèi)和命名(一、分類(lèi))甲基酮上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)3第三頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日二、命名第九章醛和酮第一節(jié)分類(lèi)和命名(二、命名)(一)習(xí)慣命名法
醛類(lèi)按分子中碳原子數(shù)稱(chēng)某醛(與醇相似)。包含支鏈的醛,支鏈的位次用希臘字母α,β,γ…表明。γ-甲基戊醛γ-methylpentanal2-丁烯醛2-butenal苯甲醛Benzaldehyde上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)4第四頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日
簡(jiǎn)單酮按羰基所連的兩個(gè)烴基來(lái)命名(與醚相似)。含有芳烴基的酮,命名時(shí)把芳烴基作為取代基,且放在名稱(chēng)的前面。甲(基)乙(基)酮methylethylketone
甲基環(huán)己基酮methylcyclohexylketone二苯酮diphenylketone
甲基芐基酮benzylmethylketone第九章醛和酮第一節(jié)分類(lèi)和命名(二、命名)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)5第五頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日
結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的醛、酮,多用系統(tǒng)命名法命名。選含羰基的最長(zhǎng)碳鏈為主鏈,從靠近羰基一端給主鏈編號(hào)。(二)系統(tǒng)命名法2-甲基丁醛2-methylbutanal4-甲基-2-戊酮4-methyl-2-pentanone苯乙酮acetophenone3-庚酮5-乙基-6-羥基-第九章醛和酮第一節(jié)分類(lèi)和命名(二、命名)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)6第六頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日
命名多元醛、酮時(shí),應(yīng)選取含羰基盡可能多的碳鏈為主鏈,注明羰基的位置和羰基的數(shù)目。命名脂環(huán)酮時(shí),從羰基碳原子開(kāi)始編號(hào),在名稱(chēng)前加“環(huán)”字。戊二醛(pentanedial)2,4-戊二酮(乙酰丙酮)2,4-pentanedione3-甲基環(huán)己酮3-methylcyclohexanone1,4-環(huán)己二酮1,4-cyclohexanedione第九章醛和酮第一節(jié)分類(lèi)和命名(二、命名)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)7第七頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日4-戊烯-2-酮4-甲基-3-丙基-4-甲基-1,3-環(huán)己二酮課堂練習(xí):命名2-甲基-5-氯己醛3-penten-2-one第九章醛和酮第一節(jié)分類(lèi)和命名(二、命名)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)8第八頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日第二節(jié)結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)第九章醛和酮第二節(jié)結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)(一、結(jié)構(gòu))比較平面分子
羰基碳為sp2雜化,碳原子的3個(gè)sp2雜化軌道分別與氧及其它2個(gè)原子形成3個(gè)σ
鍵,這3個(gè)σ
鍵處于一個(gè)平面,羰基碳余下的1個(gè)未雜化的p軌道與氧的2p軌道彼此平行重疊,形成π鍵。上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)9第九頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日羰基平面C=O極性較大,醛、酮是強(qiáng)極性分子(μ=2.3~2.8D).第九章醛和酮第二節(jié)結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)(一、結(jié)構(gòu))上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)10第十頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日
醛、酮沸點(diǎn)比相對(duì)分子質(zhì)量相同的烴類(lèi)高,比相應(yīng)的醇低。除甲醛是氣體外,12C以下的脂肪醛、酮是液體,高級(jí)醛、酮是固體。
醛、酮的水溶度比相應(yīng)的烴或醚大。低級(jí)醛酮如甲醛、乙醛、丙酮能與水混溶,其它醛酮水溶度隨相對(duì)分子質(zhì)量增加而下降。
某些中級(jí)醛和一些芳香醛具有愉快的香味。第九章醛和酮第二節(jié)結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)(一、物理性質(zhì))上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)11第十一頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日親核加成
氧化反應(yīng)還原反應(yīng)α-C及α-H的反應(yīng)d+d-
醛、酮分子中含有活潑的羰基,可以發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng)。第二節(jié)醛、酮的化學(xué)性質(zhì)第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)12第十二頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日一、親核加成反應(yīng)第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(一、親核加成)
H
:CN
H
:SO3Na
H
:OR
H
:OH
H
:NH-G
XMg:R—H
上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)13第十三頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日親核試劑:NuA與羰基C=O發(fā)生親核加成反應(yīng)的機(jī)制如下:Nu: (—)d+d-動(dòng)畫(huà)模擬:親核加成反應(yīng)的機(jī)制
親核加成的難易程度除了與Nu的親核能力有關(guān)之外,尚與羰基碳的正電性以及空間位阻有關(guān)。酮通常比醛難加成。第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(一、親核加成)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)14第十四頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(一、親核加成)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)15第十五頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日1.
加HCN——a-羥腈(又叫氰醇cyanohydrins)
α-羥基丙腈第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(一、親核加成)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)16第十六頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日+外消旋體第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(一、親核加成)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)17第十七頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日
親核加成的難易與親核試劑的親核能力、羰基碳的正電性以及空間位阻有關(guān),后者影響更大。
立體效應(yīng):取代基的體積將影響反應(yīng)速率和平衡。醛、脂肪族甲基酮及8C以下環(huán)酮可與HCN加成,其它酮特別是芳香酮實(shí)際上不反應(yīng)。反應(yīng)活性第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(一、親核加成)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)18第十八頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日HCN與醛酮的加成反應(yīng)為接長(zhǎng)碳鏈的方法之一。-CN經(jīng)水解可形成羧酸,經(jīng)還原又可生成胺類(lèi)化合物。第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(一、親核加成)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)19第十九頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日
由于HCN是一種極易揮發(fā)的劇毒液體,一般采用NaCN或KCN水溶液與醛酮混合,再慢慢滴加硫酸。這樣可使反應(yīng)產(chǎn)生的HCN隨即與醛酮反應(yīng)。即使這樣操作也必須在通風(fēng)柜中進(jìn)行。第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(一、親核加成)
*也可采用以下方法制備氰醇:上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)20第二十頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日2.加醇——形成縮醛(或縮酮)
在干燥HCl存在下,醇與醛的羰基加成生成半縮醛,半縮醛還可以與另一分子醇反應(yīng),失水生成縮醛(acetal)。苯甲醛縮二乙醇(60%)(hemiacetal)第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(一、親核加成)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)21第二十一頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日
酮與醇反應(yīng)生成縮酮(ketal)比醛困難。但酮容易與乙二醇作用,生成具有五員環(huán)狀結(jié)構(gòu)的縮酮。第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(一、親核加成)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)22第二十二頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日
盡管多數(shù)半縮醛易釋放出醇并轉(zhuǎn)變?yōu)轸驶衔?但是γ-或δ-羥基醛(酮)易自發(fā)地發(fā)生分子內(nèi)的親核加成,且主要以穩(wěn)定的環(huán)狀半縮醛(酮)的形式存在。第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(一、親核加成)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)23第二十三頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日
縮醛或縮酮對(duì)堿、氧化劑、還原劑穩(wěn)定,但易被酸的水溶液水解為原來(lái)的醛酮。因此常常用生成縮醛或縮酮的方法來(lái)保護(hù)羰基,保護(hù)完畢再用稀酸水解脫掉保護(hù)基。第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(一、親核加成)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)24第二十四頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日S的親核能力比O強(qiáng),
故硫醇與羰基的加成比醇容易。
縮硫醛酮很難分解為原來(lái)的醛酮,但可經(jīng)催化加氫還原為烴。這是將羰基轉(zhuǎn)變成亞甲基的簡(jiǎn)便方法。第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(一、親核加成)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)25第二十五頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日3.加水——形成水合醛(酮)
水與羰基加成形成醛、酮的水合物。由于H2O的親核能力比ROH弱,生成的偕二醇一般是不穩(wěn)定的,容易失水,水的加成反應(yīng)平衡主要偏向反應(yīng)物一方。偕二醇H+orOH-第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(一、親核加成)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)26第二十六頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日
甲醛在水溶液中幾乎全部變成水合物,但它在分離過(guò)程中容易失水,所以無(wú)法分離出來(lái)。
當(dāng)羰基與強(qiáng)吸電子基團(tuán)連接時(shí),由于羰基碳的正電性增大,可以生成較穩(wěn)定的水合物。第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(一、親核加成)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)27第二十七頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日
作為α-氨基酸和蛋白質(zhì)顯色劑的水合茚三酮(ninhydrin)也是羰基的水合物。(ninhydrin)茚三酮H2O第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(一、親核加成)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)28第二十八頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日4.加Grignard試劑——制備醇第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(一、親核加成)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)29第二十九頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日Grignard試劑對(duì)醛酮的加成是不可逆反應(yīng)。利用此反應(yīng)可以制備具有更多碳原子及新碳架的醇。伯醇仲醇叔醇第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(一、親核加成)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)30第三十頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日5.
與氨衍生物的加成——
加成-消除機(jī)制
醛或酮的羰基與氨的衍生物(H2N-G)加成,并進(jìn)一步失水,生成含有>C=N-結(jié)構(gòu)的
N-取代亞胺。這種加成-消除實(shí)際上可以看成由分子間脫去1分子水:第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(一、親核加成)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)31第三十一頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日
這些氨衍生物(H2N-G)是含N的親核試劑。第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(一、親核加成)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)32第三十二頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日
由于上述N-取代亞胺容易通過(guò)結(jié)晶進(jìn)行純化,并且又可經(jīng)酸水解得到原來(lái)的醛或酮,所以這些羰基試劑也用于醛、酮的分離及精制。第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(一、親核加成)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)33第三十三頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日環(huán)己酮肟(白色結(jié)晶
mp90℃)丙酮2,4-二硝基苯腙(黃色結(jié)晶mp126℃)苯甲醛縮氨脲第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(一、親核加成)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)34第三十四頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日親核加成-消除機(jī)制:第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(一、親核加成)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)35第三十五頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日二、α-碳及α-氫的反應(yīng)第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(二、α-碳及α-氫的反應(yīng))
羰基使α-H變得活潑,易成為質(zhì)子離去。這一離去傾向也因s-p超共軛效應(yīng)而加強(qiáng)。α-H離解后,醛、酮可通過(guò)形成負(fù)碳離子或負(fù)烯醇離子將負(fù)電荷離域到O和α-C上而趨于穩(wěn)定。α-Cα-H上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)36第三十六頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日OH-sp2-Csp3-C不同類(lèi)型化合物中氫的酸性比較:第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(二、α-碳及α-氫的反應(yīng))上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)37第三十七頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日1.醇醛縮合(aldolcondensation)
在稀堿溶液中,含α-H的醛的α-碳可以與另一醛的羰基碳加成形成新的碳碳鍵,生成β-羥基醛類(lèi)化合物,該反應(yīng)稱(chēng)為醇醛縮合。β-羥基丁醛第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(二、α-碳及α-氫的反應(yīng))上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)38第三十八頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日
反應(yīng)速度隨醛的相對(duì)分子質(zhì)量增加而降低。升高溫度能加速反應(yīng),但易使產(chǎn)物脫水。故7C以上的醛進(jìn)行醇醛反應(yīng)時(shí)只能得到縮水產(chǎn)物—α,β-不飽和醛/酮。2-丁烯醛第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(二、α-碳及α-氫的反應(yīng))上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)39第三十九頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日
無(wú)α-H的醛不能發(fā)生羥醛縮合,但它可與含α-H的醛發(fā)生“交叉”羥醛縮合反應(yīng)。含α-H的酮也可發(fā)生類(lèi)似反應(yīng),但一般產(chǎn)率很低。第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(二、α-碳及α-氫的反應(yīng))上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)40第四十頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日堿催化的醇醛縮合反應(yīng)機(jī)制:第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(二、α-碳及α-氫的反應(yīng))上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)41第四十一頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(二、α-碳及α-氫的反應(yīng))2.酮式—烯醇式互變異構(gòu)(tautomerism)酮式烯醇式烯醇負(fù)離子
醛、酮在溶液中總是通過(guò)烯醇負(fù)離子而以酮式和烯醇式平衡共存,并互相轉(zhuǎn)化。同分異構(gòu)體之間以一定比例平衡共存并相互轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象稱(chēng)為互變異構(gòu)。酮式和烯醇式互為互變異構(gòu)體。上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)42第四十二頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日
理論上,具有以下結(jié)構(gòu)的化合物都可能存在酮式和烯醇式兩種互變異構(gòu)體,但比例各有差異。第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(二、α-碳及α-氫的反應(yīng))上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)43第四十三頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日100%烯醇式的平衡含量:0.0001%溶劑、濃度和溫度等因素也影響烯醇化的程度。76%
各種化合物酮式和烯醇式存在的比例大小主要取決于分子結(jié)構(gòu),烯醇式異構(gòu)體的穩(wěn)定性取決于羰基和烯鍵之間的π-π共軛效應(yīng)和六元螯環(huán)的形成等因素。第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(二、α-碳及α-氫的反應(yīng))上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)44第四十四頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日寫(xiě)出CH3COCH2CHO的穩(wěn)定烯醇式結(jié)構(gòu)。問(wèn)題:4.平衡時(shí),2,4-戊二酮的另一種烯醇式異構(gòu)體(CH2=C(OH)-CH2-CO-CH3)的含量很少,試解釋。2.烯醇化程度最高的化合物是:3.能與2,4-戊二酮作用的試劑是:HCN (B)苯肼 (C)C2H5MgBr(D)溴水 (E)FeCl3 (F)Na第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(二、α-碳及α-氫的反應(yīng))上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)45第四十五頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日3.鹵代反應(yīng)
堿催化下,鹵素(Cl2、Br2、I2)與含有α-H的醛或酮反應(yīng),生成α-C完全鹵代的鹵代物。第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(二、α-碳及α-氫的反應(yīng))上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)46第四十六頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日
α-C含有3個(gè)α-H的醛或酮(乙醛和甲基酮等)與鹵素的氫氧化鈉溶液(常用次鹵酸鈉的堿溶液)作用,首先生成α-三鹵代物。
α-三鹵代物在堿性溶液中立即分解成三鹵甲烷(俗稱(chēng)鹵仿)和羧酸鹽,該反應(yīng)又稱(chēng)為鹵仿反應(yīng),其中以碘仿反應(yīng)最常用。第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(二、α-碳及α-氫的反應(yīng))上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)47第四十七頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日常用碘仿反應(yīng)來(lái)鑒定乙醛和甲基酮等:碘仿反應(yīng)可用來(lái)鑒別:第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(二、α-碳及α-氫的反應(yīng))上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)48第四十八頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日問(wèn)題:下列哪些化合物能發(fā)生碘仿反應(yīng)?
(1)乙醇; (2)2-戊醇; (3)3-戊醇; (4)1-丙醇;(5)2-丁酮; (6)異丙醇;(7)丙醛; (8)苯乙酮第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(二、α-碳及α-氫的反應(yīng))上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)49第四十九頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日三、氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(三、氧化和還原)(一)氧化反應(yīng)
醛容易被氧化成羧酸,酮?jiǎng)t難被氧化。實(shí)驗(yàn)室中,可利用弱氧化劑氧化醛而不能氧化酮的特性,方便地鑒別醛與酮。A.CuSO4溶液
B.酒石酸鉀鈉+NaOH溶液CuSO4+Na2CO3+檸檬酸鈉溶液AgNO3的氨溶液
醛都能還原Tollens試劑,芳醛不能還原Fehling試劑,甲醛不能還原
Bennedict試劑
上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)50第五十頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日Tollens試劑與醛作用時(shí),Ag(NH3)2+被還原成金屬銀沉積在試管壁上形成銀鏡,故稱(chēng)銀鏡反應(yīng)。動(dòng)畫(huà)模擬:銀鏡反應(yīng)Fehling試劑與醛一起加熱,Cu2+被還原成磚紅色的氧化亞銅沉淀析出。第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(三、氧化和還原)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)51第五十一頁(yè),共五十八頁(yè),編輯于2023年,星期日
酮不與上述弱氧化劑作用(a-羥基酮除外),但在劇烈氧化條件下,在羰基的兩側(cè)斷裂,生成小分子羧酸。工業(yè)上由環(huán)己酮制備己二酸:第九章醛和酮第二節(jié)化學(xué)性質(zhì)(三、氧化和還原)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)52第五十
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