Hofmann 溴醯胺反應：反應機構、異氰酸酯步驟與 JEE/NEET 考題
簡短回答：一級醯胺 R–CONH2 與 Br2 及 NaOH 反應，會得到少一個碳的一級胺 R–NH2。醯胺先被 N-溴化，陰離子重排成異氰酸酯（Br− 離去時 R 由 C 移到 N），異氰酸酯再水解並失去 CO2。
什麼是 Hofmann 溴醯胺反應？
Hofmann 溴醯胺反應（Hofmann 降解或 Hofmann 重排）是在製備一級胺的同時讓碳鏈縮短一個碳的標準方法。它是 JEE 與 NEET 的熱門考點，因為在了解異氰酸酯這一步之前，產物看起來會出人意料。
MolDraw 範本畫出了乙醯胺 → 甲胺的全部七個步驟。開啟範本並把甲基換成苯基，就能看到苯甲醯胺 → 苯胺。
反應一覽
| 受質 | 一級醯胺，R–CONH2 |
|---|---|
| 試劑 | Br2 + 4 NaOH（水溶液），溫熱 |
| 關鍵中間體 | 異氰酸酯，R–N=C=O |
| 產物 | R–NH2（少一個 C）+ Na2CO3 |
| 方程式 | RCONH2 + Br2 + 4NaOH → RNH2 + Na2CO3 + 2NaBr + 2H2O |
逐步反應機構
- 去質子化。氫氧根移去醯胺上的一個 N–H 質子。
- N-溴化。醯胺陰離子進攻 Br2，生成 N-溴醯胺與溴離子。
- 第二次去質子化。剩下的 N–H 酸性變強了（Br 與 C=O 會拉走電子密度）；氫氧根將它移去。
- 重排成異氰酸酯。在同一步中，R 基由碳移到氮，同時溴離子離去，N 的孤電子對形成 C=N：R–N=C=O。遷移的基團保持原有構型。
- 氫氧根加成到異氰酸酯上。進攻中心碳，生成胺甲酸根型陰離子。
- 質子轉移。負電荷移到氧上：得到胺甲酸鹽。
- 去羧。失去 CO2（在鹼中以碳酸根形式），水使氮質子化而得到胺。
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
- 乙醯胺 → 甲胺。CH3CONH2 → CH3NH2。
- 苯甲醯胺 → 苯胺。C6H5CONH2 → C6H5NH2——製備芳香胺的常見路線。
- 丙醯胺 → 乙胺。CH3CH2CONH2 → CH3CH2NH2。
- 立體化學保持不變。(S)-2-甲基丁醯胺得到 (S)-丁-2-胺：遷移的碳保持原有構型（此例中 CIP 標記也不變）。
JEE 與 NEET 練習題
Q1.丙醯胺與 Br2/NaOH 反應會得到：
顯示答案
乙胺——少一個碳：羰基碳以 CO2 的形式失去。
Q2.每莫耳醯胺會消耗多少莫耳 NaOH？
顯示答案
4——RCONH2 + Br2 + 4NaOH → RNH2 + Na2CO3 + 2NaBr + 2H2O。
Q3.Hofmann 溴醯胺反應中會生成哪一種中間體？
顯示答案
異氰酸酯——R–N=C=O，在重排步驟中生成。
Q4.哪一種醯胺會得到苯胺？
顯示答案
苯甲醯胺，C6H5CONH2——苯基遷移到氮上。
常見錯誤
- 把羰基碳留在產物中——胺其實少一個碳。
- 使用二級醯胺（R–CONHR′）：它沒有第二個 N–H，不會反應。
- 把遷移畫成經過碳陽離子——遷移與 Br− 的離去是協同進行的。
- 忘了遷移的基團會保持其立體化學。
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
為什麼稱為降解？
碳鏈少了一個碳：羰基碳以 CO₂ 的形式離開。
Hofmann 溴醯胺反應與 Hofmann 脫去有什麼不同？
溴醯胺反應把醯胺轉變成胺。Hofmann 脫去則把四級銨氫氧化物轉變成取代較少的烯類。
哪些相關反應會經過同樣的異氰酸酯？
Curtius 重排（醯基疊氮）與 Lossen 重排（異羥肟酸）。