1,1-环己二甲醇（1,1-Cyclohexanedimethanol，CAS: 2658-60-8）是一种重要的有机中间体，常用于聚酯树脂、涂料和聚合物材料的合成。其分子结构为一个环己烷环上同时连接两个羟甲基基团（-CH₂OH），位于同一碳原子上。这种gem-二醇结构赋予其独特的反应性和物理化学性质。作为化学工业中的关键化合物，其合成方法多样，主要依赖于环己酮或其他环己烷衍生物作为起始原料。以下从化学专业角度，概述几种常见的合成路线，包括反应原理、关键步骤、实验条件及优缺点。这些方法基于有机合成原理和工业实践，旨在提供可靠的参考。
方法一：基于环己酮的氢氰化-水解-还原路线
这种方法是最经典的实验室和工业合成路径，利用环己酮的羰基进行亲核加成反应，逐步构建gem-二取代结构。反应原理涉及氰醇的形成、水解生成羧酸或酰胺，再通过还原得到二醇。
关键步骤：
- 氰醇形成：环己酮与甲醛（HCHO）和氢氰酸（HCN）在碱性条件下反应。典型条件为：将环己酮溶于甲醇中，加入37%甲醛溶液和KCN或NaCN作为氰源，pH控制在8-10，温度20-30°C，反应时间2-4小时。生成1-(羟甲基)-1-氰基环己烷（中间体A）。产率约80-90%。此步为多组分反应，类似于氰醇合成，但需注意HCN的毒性，使用通风橱并严格控制pH以避免副产物如聚合物。
- 水解：中间体A在酸或碱条件下水解为1-(羟甲基)环己烷羧酸（中间体B）。酸水解常用6N HCl，回流4-6小时；碱水解则用10% NaOH，加热至80°C。产率70-85%。此步需监控水解程度，避免过水解导致环开裂。
- 还原：中间体B使用LiAlH₄（实验室）或催化氢化（工业）还原。实验室条件：无水THF溶剂，0°C下加入LiAlH₄，室温搅拌2小时，后处理得粗品。工业上采用Raney Ni催化剂，氢气压力5-10 MPa，温度100-120°C，溶剂为乙醇或水。最终产率65-75%（总产率基于环己酮约50-60%）。
优缺点：
- 优点：起始原料廉价易得，路线成熟，适用于大规模生产。最终产物纯度高，可通过蒸馏（bp 240-245°C/10 mmHg）纯化。
- 缺点：涉及剧毒HCN，安全风险高；多步反应导致总产率中等，需要严格纯化中间体。环境影响较大，因废酸/碱处理。
此方法在制药和精细化工中广泛应用，常参考有机合成手册如《March's Advanced Organic Chemistry》中的类似gem-二醇合成。
方法二：从1-甲基环己烯的氢氧化-臭氧化还原路线
此路线利用不饱和化合物的功能化，适合从石油衍生物起始，强调绿色化学原则。原理基于烯烃的亲电加成和氧化还原转化。
关键步骤：
- 氢氧化加成：1-甲基环己烯与过氧化氢（H₂O₂）或甲酸在酸催化下（如H₂SO₄）反应，生成1-甲基-1-羟基环己烷（叔醇中间体）。条件：30% H₂O₂，5% H₂SO₄催化，温度40-50°C，搅拌6小时。产率85%以上。Prileschajew反应变体，确保选择性加成至叔位。
- 臭氧化裂解：叔醇中间体经臭氧化（O₃）处理，在CH₂Cl₂溶剂中，-78°C下通入臭氧，后用PPh₃还原，生成1-甲酰基环己醇（酮醇中间体C）。此步裂解甲基侧链，产率70-80%。需低温控制以防环己环氧化。
- 双功能还原：中间体C的羰基和羟基同时还原，使用NaBH₄或BH₃·THF复合物。在甲醇中，0°C下还原，反应1-2小时，得目标产物。产率75-85%。总产率基于1-甲基环己烯约50%。
优缺点：
- 优点：避免使用氰化物，安全性更高；反应条件温和，副产物少，符合绿色合成趋势。适用于连续流反应器优化。
- 缺点：起始原料1-甲基环己烯需从石油裂解获得，成本稍高；臭氧化设备要求高，规模化时需处理臭氧废气。纯化需柱色谱或结晶（mp 约50°C）。
这种方法在现代有机合成中流行，尤其在开发可持续路线时，常与计算化学模拟（如DFT计算过渡态）结合优化。
方法三：酯化-氢解工业路线
工业上，常采用酯中间体的氢解法，从环己酮酯衍生。原理为酯的亲核取代后氢解，类似于酯还原。
关键步骤：
- 酯形成：环己酮与氯乙酸酯（如ClCH₂CO₂Et）在碱（如NaOEt）条件下反应，生成1-(乙氧羰甲基)环己酮。条件：乙醇溶剂，回流4小时，产率80%。
- 还原环化：上述中间体用Zn/HCl或催化氢化还原羰基，同时发生环化，得1-(羟甲基)环己基甲酸酯（中间体D）。压力4 MPa，Ni催化，100°C，产率70%。
- 氢解：中间体D在高选择性氢解条件下（如Pd/C催化，H₂ 2-5 MPa，乙酸溶剂，80-100°C）裂解酯键，得1,1-环己二甲醇。总产率55-65%。
优缺点：
- 优点：一步氢解高效，工业产量大（吨级）；催化剂可回收，经济性强。
- 缺点：高压氢化需专用设备；选择性控制难，易生成1,2-异构体杂质。需GC-MS监测纯度。
此法常见于聚合物前体生产，如东丽或巴斯夫的专利路线。
合成注意事项与应用展望
在实际操作中，所有合成均需考虑立体化学（无手性中心，但易发生重排）和纯度分析（NMR、IR、HPLC）。IR谱典型特征：OH伸缩3400 cm⁻¹，CH₂ 2900 cm⁻¹。¹H NMR：δ 3.2-3.5 (s, 4H, CH₂OH)，1.2-1.8 (m, 10H, 环)。
选择方法取决于规模和安全：实验室首选方法一，工业偏好方法三。未来，随着催化不对称和生物酶催化的发展，合成效率将进一步提升。1,1-环己二甲醇在聚碳酸酯和生物降解塑料中的应用前景广阔，推动了更环保路线的研发。