如何合成2-氨基环己醇？

2-氨基环己醇（CAS号：6850-38-0），化学式为C6H13NO，是一种重要的有机中间体，常用于制药、精细化工和材料科学领域。其分子结构为环己烷环上相邻碳原子分别连接羟基（-OH）和氨基（-NH2），通常以反式构型存在，具有手性中心，因此可分为外消旋体或单手性体。该化合物在抗生素合成、催化剂配体和表面活性剂中应用广泛。从化学专业角度看，其合成需考虑立体选择性、纯度和安全性，避免副产物生成。

合成2-氨基环己醇的主要策略基于环氧物的开环反应或还原胺化等经典有机合成原理。以下介绍几种常见工业和实验室合成路线，每种方法包括原理、操作步骤、条件和注意事项。选择路线时，应根据可用原料、设备和规模进行优化。

方法一：环氧环己烷与氨水的开环反应

这是最直接且经济的方法，利用环氧环己烷的亲核开环。环氧环己烷在碱性条件下与氨反应，氨分子攻击环氧的较少取代碳原子，导致反式2-氨基环己醇生成。该方法收率高（约70-85%），适用于大规模生产。

原理

环氧环己烷（C6H10O）结构中的三元环易被亲核试剂如NH3攻击，开环后形成trans-1,2-取代产物。反应方程式为：\( \text{C}6\text{H}{10}\text{O} + \text{NH}_3 \rightarrow \text{C}6\text{H}{13}\text{NO} \)

操作步骤

1. 准备原料：取环氧环己烷100 g（约1 mol），置于500 mL高压反应釜中。加入浓氨水（28% NH3溶液）300 mL（约7 mol），确保氨浓度过量以促进开环。
2. 反应条件：密封反应釜，加热至100-120°C，搅拌下反应4-6小时。压力约2-3 atm（由氨气产生）。可选添加少量水杨酸铵作为催化剂，以提高选择性。
3. 后处理：反应结束后，冷却至室温，减压蒸馏去除多余氨水。粗产物用乙醇重结晶，得到白色晶体。产量约90-110 g。
4. 纯化：通过真空蒸馏（bp 90-95°C/10 mmHg）或柱色谱（硅胶，乙酸乙酯/甲醇=9:1）进一步纯化。ee值（对映体过量）若需高纯度，可用手性酸拆分。

注意事项

安全性：氨水具腐蚀性和刺激性，操作在通风橱中进行。环氧环己烷易燃，避免明火。 副产物：可能生成二取代胺（如N-环己基氨基环己醇），通过控制氨过量和温度最小化。 优势与局限：简单高效，但产物为外消旋体。若需手性产物，可用酶催化开环。

方法二：硝基环己醇的还原反应

此法适用于从廉价硝基化合物起始，涉及选择性还原硝基为氨基。起始物为2-硝基环己醇，可由环己酮与硝基甲烷缩合后环化得到。该路线收率中等（60-75%），适合实验室小规模合成。

原理

硝基（-NO2）在催化氢化或金属还原下转化为氨基（-NH2），保留羟基。典型还原剂为Pd/C催化氢气或LiAlH4。

操作步骤

1. 制备起始物：合成2-硝基环己醇。将环己酮50 g与硝基甲烷30 g在NaOH催化下（5%水溶液）室温反应2小时，得硝基醇中间体。酸化后提取。
2. 还原反应：取2-硝基环己醇20 g（约0.14 mol），溶于150 mL乙醇中，加入5% Pd/C催化剂1 g。通入氢气（1 atm），室温搅拌8-12小时，直至氢气吸收停止。
3. 后处理：过滤除去催化剂，旋转蒸发浓缩。粗产物用HCl酸化至pH 2，萃取杂质后碱化（NaOH至pH 10），乙醚萃取。干燥后蒸馏，得目标物15-18 g。
4. 纯化：若用LiAlH4还原，则在无水THF中操作，回流2小时，后水解处理。纯化同上。

注意事项

安全性：氢化反应需防爆设备，Pd/C易燃。LiAlH4对水敏感，严禁潮湿。 立体化学：还原不影响手性中心，但起始物需控制构型以得目标异构体。 优势与局限：原料易得，但氢化设备要求高。副产物包括偶氮化合物，可通过TLC监测控制。

方法三：还原胺化法

从环己酮-1-醇起始，通过亚胺中间体还原。该方法灵活，可引入取代基，收率约65-80%，常用于手性合成。

原理

羟基环己酮与氨形成席夫碱（亚胺），随后用NaBH3CN选择性还原。反应为：2-羟基环己酮+NH3→亚胺NaBH3CN−−−−−−→2-氨基环己醇

操作步骤

1. 起始物制备：氧化环己烯酮或直接购买2-羟基环己酮。取10 g（约0.09 mol）。
2. 亚胺形成：在甲醇50 mL中加入氨水（25%）20 mL和分子筛，室温搅拌过夜。
3. 还原：加入NaBH3CN 6 g（pH 6-7，乙酸调节），继续搅拌24小时。
4. 后处理：过滤分子筛，蒸发溶剂。用NaOH碱化，氯仿萃取。干燥、蒸馏得产物8-9 g。
5. 纯化：硅胶柱层析，监测Rf值（CH2Cl2/MeOH=10:1）。

注意事项

安全性：NaBH3CN有毒，废液需中和处理。反应pH关键，避免过度酸化导致副产物。 立体选择性：使用手性催化剂如Ru络合物可提高ee值至>90%。 优势与局限：模块化强，但步骤较多，适用于精细调控。

合成优化与应用提示

在实际操作中，结合GC-MS或NMR验证产物纯度（1H NMR：δ 3.5-4.0 ppm为OH/NH信号）。工业放大时，注意热控和废水处理。2-氨基环己醇稳定，但易吸湿储存于干燥器中。

这些方法体现了有机合成中的环开环和功能团转化原理，选择取决于具体需求。专业化学家可进一步探索酶法或微反应器以提升绿色度。