Phản ứng Hofmann bromamide: cơ chế, bước isocyanate và câu hỏi ôn thi
Trả lời ngắn: Amide bậc một R–CONH2 với Br2 và NaOH cho amine bậc một R–NH2, ít hơn một carbon. Amide bị N-brom hóa, anion chuyển vị thành isocyanate (R chuyển từ C sang N khi Br− tách ra), và isocyanate bị thủy phân rồi mất CO2.
Phản ứng Hofmann bromamide là gì?
Phản ứng Hofmann bromamide (thoái phân Hofmann hay chuyển vị Hofmann) là cách tiêu chuẩn để rút ngắn mạch carbon đi một carbon đồng thời tạo amine bậc một. Đây là phản ứng được JEE và NEET ưa chuộng vì sản phẩm trông bất ngờ cho đến khi bạn biết bước isocyanate.
Mẫu MolDraw vẽ đủ bảy bước cho acetamide → methylamine. Mở mẫu và đổi methyl thành phenyl để thấy benzamide → aniline.
Tóm tắt phản ứng
| Chất nền | Amide bậc một, R–CONH2 |
|---|---|
| Thuốc thử | Br2 + 4 NaOH (dung dịch nước), đun ấm |
| Trung gian then chốt | Isocyanate, R–N=C=O |
| Sản phẩm | R–NH2 (ít hơn một C) + Na2CO3 |
| Phương trình | RCONH2 + Br2 + 4NaOH → RNH2 + Na2CO3 + 2NaBr + 2H2O |
Cơ chế từng bước
- Tách proton. Hydroxide tách một proton N–H của amide.
- N-brom hóa. Anion amide tấn công Br2, tạo N-bromoamide và bromide.
- Tách proton lần hai. N–H còn lại giờ có tính acid mạnh hơn (Br và C=O hút mật độ electron); hydroxide tách nó.
- Chuyển vị thành isocyanate. Trong một bước, nhóm R chuyển từ carbon sang nitrogen trong khi bromide tách ra và cặp electron tự do của N tạo liên kết C=N: R–N=C=O. Nhóm chuyển vị giữ nguyên cấu hình.
- Hydroxide cộng vào isocyanate. Tấn công vào carbon trung tâm tạo anion kiểu carbamate.
- Chuyển proton. Điện tích âm chuyển về oxygen: một carbamate (muối của carbamic acid).
- Decarboxyl hóa. CO2 bị tách ra (dưới dạng carbonate trong môi trường base) và nước proton hóa nitrogen tạo amine.
Mọi bước trong mẫu đều được kiểm tra theo từng electron: các mũi tên cong cho đúng các cấu trúc đã vẽ. Mở trong MolDraw để theo dõi các mũi tên từng bước một.
Ví dụ có lời giải
- Acetamide → methylamine. CH3CONH2 → CH3NH2.
- Benzamide → aniline. C6H5CONH2 → C6H5NH2 — một cách thông dụng để điều chế amine thơm.
- Propanamide → ethylamine. CH3CH2CONH2 → CH3CH2NH2.
- Giữ nguyên lập thể. (S)-2-Methylbutanamide cho (S)-butan-2-amine: carbon chuyển vị giữ nguyên cấu hình (và ở đây cả nhãn CIP).
Câu hỏi luyện thi
Câu 1. Propanamide với Br2/NaOH cho:
Xem đáp án
Ethylamine — Ít hơn một carbon: carbon carbonyl mất đi dưới dạng CO2.
Câu 2. Mỗi mol amide tiêu thụ bao nhiêu mol NaOH?
Xem đáp án
4 — RCONH2 + Br2 + 4NaOH → RNH2 + Na2CO3 + 2NaBr + 2H2O.
Câu 3. Trung gian nào được tạo thành trong phản ứng Hofmann bromamide?
Xem đáp án
Isocyanate — R–N=C=O, tạo thành ở bước chuyển vị.
Câu 4. Amide nào cho aniline?
Xem đáp án
Benzamide, C6H5CONH2 — Nhóm phenyl chuyển vị sang nitrogen.
Lỗi thường gặp
- Giữ carbon carbonyl trong sản phẩm — amine có ít hơn một carbon.
- Dùng amide bậc hai (R–CONHR′): nó không có N–H thứ hai và không phản ứng.
- Vẽ carbocation cho bước chuyển vị — sự dịch chuyển diễn ra đồng thời với việc tách Br−.
- Quên rằng nhóm chuyển vị giữ nguyên hóa học lập thể.
Chỉnh sửa cơ chế này trong MolDraw
- Nhấn Mở trong MolDraw. Trình soạn thảo mở ra với toàn bộ hình trên khung vẽ: phản ứng tổng quát, từng bước được đánh số và các điểm chính.
- Mọi thứ đều là cấu trúc thông thường. Đổi nhóm thế, tô lại màu nguyên tử hoặc di chuyển mũi tên, và mũi tên vẫn gắn với nguyên tử của chúng.
- Tải xuống dạng PNG, SVG hoặc PDF, hoặc sao chép vào ghi chú hay slide của bạn.
- Hình tương tự có trong trình soạn thảo tại Templates → Schemes → Name reactions.
Hỏi và đáp
Vì sao gọi là phản ứng thoái phân?
Mạch carbon ngắn đi một carbon: carbon carbonyl tách ra dưới dạng CO₂.
Hofmann bromamide khác phản ứng tách Hofmann thế nào?
Phản ứng bromamide chuyển amide thành amine. Phản ứng tách Hofmann chuyển ammonium hydroxide bậc bốn thành alkene ít nhóm thế hơn.
Những phản ứng liên quan nào cũng đi qua isocyanate?
Chuyển vị Curtius (acyl azide) và chuyển vị Lossen (hydroxamic acid).