Бромамидная реакция Гофмана: механизм, стадия изоцианата и экзаменационные задачи
Коротко: первичный амид R–CONH2 с Br2 и NaOH даёт первичный амин R–NH2, в котором на один атом углерода меньше. Амид N-бромируется, анион перегруппировывается в изоцианат (R переходит от C к N, пока уходит Br−), а изоцианат гидролизуется и теряет CO2.
Что такое бромамидная реакция Гофмана?
Бромамидная реакция Гофмана (расщепление или перегруппировка Гофмана) — стандартный способ укоротить углеродную цепь на один атом и одновременно получить первичный амин. Её любят на экзаменах (ЕГЭ, JEE, NEET): продукт кажется неожиданным, пока не знаешь про стадию изоцианата.
Шаблон MolDraw показывает все семь стадий для превращения ацетамид → метиламин. Откройте его и замените метил на фенил, чтобы получить бензамид → анилин.
Реакция вкратце
| Субстрат | Первичный амид, R–CONH2 |
|---|---|
| Реагенты | Br2 + 4 NaOH (водный раствор), нагревание |
| Ключевой интермедиат | Изоцианат, R–N=C=O |
| Продукт | R–NH2 (на один C меньше) + Na2CO3 |
| Уравнение | RCONH2 + Br2 + 4NaOH → RNH2 + Na2CO3 + 2NaBr + 2H2O |
Механизм по шагам
- Депротонирование. Гидроксид отщепляет протон N–H от амида.
- N-бромирование. Анион амида атакует Br2, образуя N-бромамид и бромид.
- Второе депротонирование. Оставшаяся связь N–H теперь более кислая (Br и C=O оттягивают электронную плотность); гидроксид отщепляет этот протон.
- Перегруппировка в изоцианат. В одну стадию группа R переходит от углерода к азоту, бромид уходит, а неподелённая пара N образует связь C=N: R–N=C=O. Мигрирующая группа сохраняет конфигурацию.
- Присоединение гидроксида к изоцианату. Атака по центральному атому углерода даёт анион карбаматного типа.
- Перенос протона. Отрицательный заряд переходит на кислород: образуется карбамат (соль карбаминовой кислоты).
- Декарбоксилирование. Отщепляется CO2 (в щелочной среде — в виде карбоната), и вода протонирует азот, давая амин.
Каждая стадия шаблона проверена электрон за электроном: изогнутые стрелки дают ровно те структуры, что нарисованы. Откройте его в MolDraw, чтобы проследить стрелки шаг за шагом.
Разобранные примеры
- Ацетамид → метиламин. CH3CONH2 → CH3NH2.
- Бензамид → анилин. C6H5CONH2 → C6H5NH2 — распространённый путь к ароматическим аминам.
- Пропанамид → этиламин. CH3CH2CONH2 → CH3CH2NH2.
- Стереохимия сохраняется. (S)-2-метилбутанамид даёт (S)-бутан-2-амин: мигрирующий атом углерода сохраняет конфигурацию (а здесь и дескриптор CIP).
Тренировочные задания (ЕГЭ, JEE, NEET)
Вопрос 1. Пропанамид с Br2/NaOH даёт:
Показать ответ
Этиламин — на один атом углерода меньше: карбонильный углерод уходит в виде CO2.
Вопрос 2. Сколько молей NaOH расходуется на моль амида?
Показать ответ
4 — RCONH2 + Br2 + 4NaOH → RNH2 + Na2CO3 + 2NaBr + 2H2O.
Вопрос 3. Какой интермедиат образуется в бромамидной реакции Гофмана?
Показать ответ
Изоцианат — R–N=C=O, образуется на стадии перегруппировки.
Вопрос 4. Какой амид даёт анилин?
Показать ответ
Бензамид, C6H5CONH2 — фенильная группа мигрирует к азоту.
Частые ошибки
- Сохранение карбонильного углерода в продукте — в амине на один атом углерода меньше.
- Использование вторичного амида (R–CONHR′): у него нет второй связи N–H, и он не реагирует.
- Изображение карбокатиона при миграции — сдвиг происходит согласованно с уходом Br−.
- Забывают, что мигрирующая группа сохраняет стереохимию.
Редактируйте этот механизм в MolDraw
- Нажмите Open in MolDraw. Редактор откроется со всей схемой на холсте: общее уравнение, каждая пронумерованная стадия и ключевые моменты.
- Всё это обычные структуры. Замените заместитель, перекрасьте атомы или сдвиньте стрелку — стрелки остаются привязанными к своим атомам.
- Скачайте схему в PNG, SVG или PDF либо скопируйте её в конспект или слайды.
- Та же схема есть в редакторе в разделе Templates → Schemes → Name reactions.
Вопросы и ответы
Почему её называют расщеплением?
Углеродная цепь укорачивается на один атом: карбонильный углерод уходит в виде CO₂.
Чем бромамидная реакция Гофмана отличается от элиминирования по Гофману?
Бромамидная реакция превращает амиды в амины. Элиминирование по Гофману превращает гидроксиды четвертичного аммония в наименее замещённый алкен.
Какие родственные реакции идут через тот же изоцианат?
Перегруппировки Курциуса (ацилазиды) и Лоссена (гидроксамовые кислоты).