Gabriel 鄰苯二甲醯亞胺合成：反應機構、限制與 JEE/NEET 考題
簡短回答：鄰苯二甲醯亞胺被 KOH 去質子化（其 N–H 的 pKa ≈ 8.3），陰離子被一級鹵烷烷基化（SN2），再以聯胺（或水解）釋出一級胺。由於 N-烷基鄰苯二甲醯亞胺無法再被烷基化，所以不會生成二級或三級胺。
什麼是 Gabriel 鄰苯二甲醯亞胺合成？
氨與鹵烷反應會得到一級、二級、三級胺與四級銨鹽的混合物。Gabriel 合成以鄰苯二甲醯亞胺作為只能接上一個烷基的受保護 NH2，因而避開了這個問題。
範本畫出了去質子化、SN2 烷基化與聯胺的第一次進攻。開啟範本，就能把苄基溴換成其他一級鹵烷。
反應一覽
| 起始物 | 鄰苯二甲醯亞胺（苯-1,2-二甲醯亞胺） |
|---|---|
| 步驟 1 | KOH（乙醇溶液）→ 鄰苯二甲醯亞胺鉀 |
| 步驟 2 | R–X（甲基、一級；SN2）→ N-烷基鄰苯二甲醯亞胺 |
| 步驟 3 | N2H4（Ing–Manske 法）或 H3O+/OH− → R–NH2 |
| 產物 | 只得到純的脂肪族一級胺 |
逐步反應機構
- 去質子化。氫氧根移去 N–H 質子。陰離子的負電荷可非定域到兩個羰基氧上而得到穩定，這就是鄰苯二甲醯亞胺具有酸性的原因。
- N-烷基化（SN2）。醯亞胺的氮從背面進攻鹵烷的碳，取代溴離子。產物 N-烷基鄰苯二甲醯亞胺上已經沒有 N–H。
- 聯胺分解。聯胺先進攻一個羰基（加成–脫去），再於分子內進攻另一個羰基。六員環的鄰苯二甲醯肼被排出，一級胺隨之釋出。
範本中的每一步都逐一核對過電子：彎箭頭恰好得到圖中所畫的結構。在 MolDraw 中開啟，一步步跟著箭頭走。
範例解析
- 苄基溴 → 苄胺。範本中的例子。
- 溴乙烷 → 乙胺。任何甲基鹵或一級鹵烷都可以。
- 溴乙酸乙酯 → 甘胺酸。Gabriel–丙二酸酯變化法可製備 α-胺基酸。
- 無法製備：苯胺、三級丁胺。芳基鹵化物不進行 SN2；三級鹵烷則會發生脫去反應。
JEE 與 NEET 練習題
Q1.下列哪一種胺無法用 Gabriel 鄰苯二甲醯亞胺合成製備？
顯示答案
苯胺——氯苯無法與鄰苯二甲醯亞胺陰離子進行 SN2 反應。
Q2.鄰苯二甲醯亞胺為什麼具有酸性？
顯示答案
N–H 兩側各有一個 C=O，所以共軛鹼受到共振穩定。——pKa ≈ 8.3，因此 KOH 能將它完全去質子化。
Q3.為什麼 Gabriel 合成只會得到一級胺？
顯示答案
N-烷基鄰苯二甲醯亞胺沒有 N–H，它的氮也不具親核性，所以不會發生第二次烷基化。——這與 NH3 + R–X 不同。
Q4.哪一種試劑能在溫和條件下釋出胺？
顯示答案
N2H4——聯胺分解（Ing–Manske 法）會生成胺與鄰苯二甲醯肼。
常見錯誤
- 試圖製備芳香胺——烷基化步驟是 SN2。
- 使用二級或三級鹵烷：二級的反應性差，三級則會發生脫去反應。
- 忘了最後的釋出步驟（聯胺或水解）。
在 MolDraw 中編輯這個反應機構
- 點選 Open in MolDraw。編輯器開啟後，整張圖都在畫布上：總反應、每個編號步驟與重點。
- 所有內容都是一般的結構。更換取代基、替原子重新上色或移動箭頭時，箭頭都會一直附著在原子上。
- 可下載為 PNG、SVG 或 PDF，或複製到你的筆記或投影片中。
- 同一張圖也收錄在編輯器的 Templates → Schemes → Name reactions 中。
問與答
鄰苯二甲醯亞胺鉀與鹵烷反應的產物是什麼？
N-烷基鄰苯二甲醯亞胺，經聯胺分解或水解後得到一級胺。
聯胺分解的副產物是什麼？
鄰苯二甲醯肼（2,3-二氫呔嗪-1,4-二酮）。
Gabriel 合成是 SN1 還是 SN2？
SN2：甲基鹵與一級鹵烷的效果最好。