霍夫曼重排反应机理

---

介绍

奥古斯特·威廉·冯·霍夫曼发现了霍夫曼重排反应机理。它也称为霍夫曼降解反应或重排反应，因为形成的胺比反应中使用的试剂少一个碳原子。该反应用于由酰胺制备伯胺和芳香胺。该反应在溴和强碱氢氧化钠或氢氧化钾存在下进行。该反应得到胺和芳香胺的最高产率，但要获得最佳的脂肪胺产率，酰胺的碳原子数应少于八个。该反应形成的产物是伯胺，不含仲胺和叔胺杂质。

霍夫曼重排反应机理 - 简介

在这个反应中，酰胺用溴和强碱（即氢氧化钠和氢氧化钾）的水溶液处理。加热后，酰胺被氢氧根基团攻击，然后溴化物与酰胺连接，通过水解，在这个反应中形成伯胺。其他产物是碳酸钠、溴化钠和水。通过该反应形成的胺总是比母体酰胺少一个碳原子。由于酰胺被还原为碳原子数较少的胺，因此该反应也称为霍夫曼降解反应。

$$\mathrm{R-CO-NH_2+Br_2+4NaOH\rightarrow R-NH_2+Na_2CO_3+2NaBr+2H_2O\ \:\:酰胺\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:伯胺}$$

机理示例

霍夫曼重排反应机理在许多反应中都有体现。以下是一些该反应的示例。

霍夫曼重排反应事实
反应命名者	奥古斯特·威廉·冯·霍夫曼
反应类型	重排反应、降解反应。
使用的试剂	酰胺
形成的产物	伯胺
介质	溴和强碱水溶液。
霍夫曼重排反应步骤	氮的溴化、氢分子的去除、阴离子的重排，然后是水解。

• 由乙酰胺制备甲胺：在这个反应中，乙酰胺在溴和氢氧化钠存在下处理，乙酰胺降解成甲胺，其他产物为碳酸钠、溴化钠和水。

• 由苯甲酰胺制备苯胺：苯胺也可以通过霍夫曼重排反应制备。在这个反应中，苯甲酰胺与溴和氢氧化钾反应生成苯胺、碳酸钾、溴化钾和水。

霍夫曼重排反应机理步骤

该反应的步骤如下：

• 第一步，酰胺与氢氧根基团反应，胺基团释放出一个氢原子形成一个水分子。氢的去除在氮上产生负电荷。

• 第二步是反应中产生的极性溴，溴的正部分与酰胺的氮连接形成 R-CO-NHBr。

• 再次，酰胺的去质子化发生，与酰胺基团相连的氢被去除，在氮上产生负电荷，并形成溴酰胺阴离子 R-CO-N^-Br。

• 现在，氮的负电荷试图与碳形成键，在这个阶段，氧拉动其电子并将其送回碳。通过这种方式，烷基从碳上脱离，形成 CO-N-Br 和 R-。

• 带负电荷的烷基攻击氮并与氮连接，溴从氮原子去除并形成异氰酸酯 C⁺O-NR。

• 烷基的重排存在立体化学，烷基并不从胺上脱离，而是以某种方式分子内或我们可以说通过桥状过渡态与试剂保持连接。

• 下一步，水分子攻击碳并与其连接，水分子的氢攻击氮原子并与其连接。

• 水分子的第二个氢也连接到氮上。

• 现在，碳有两个氧，由于热力学焓，碳形成二氧化碳并从胺基团的氮上释放出来，形成产物烷基胺、碳酸钠和水。

霍夫曼重排反应机理

霍夫曼重排反应的应用

霍夫曼重排反应有各种应用。以下列出了一些：

• 霍夫曼反应用于由邻苯二甲酸酐和尿素制备邻氨基苯甲酸。中间产物为邻苯二甲酰亚胺，与氢氧化钾和溴反应生成邻氨基苯甲酸。

• 该反应用于制备伯胺和芳基胺。

• 通过霍夫曼降解，异恶唑-4,5-羧酰胺形成异氰酸酯基团，然后通过与羧基反应转化为尿嘧啶。

• 烟酰胺通过霍夫曼重排反应转化为3-氨基吡啶。在这个反应中，烟酰胺在70°C下在溴和氢氧化钠水溶液存在下加热。如果用吸滤器收集，则形成的3-氨基吡啶产物具有吸湿性。

结论

霍夫曼重排反应机理是我们可以通过它制备伯胺和芳基胺的反应。在这个机理中，酰胺在溴存在下与强碱反应。反应中制备的胺不含其他仲胺和叔胺杂质。在这个反应中，酰胺与强碱反应并释放水，然后与溴反应，形成次溴酸钠，次溴酸钠重排后形成异氰酸酯作为中间体。这个异氰酸酯通过水解生成伯胺和碱的碳酸盐。

常见问题

1. 在霍夫曼重排反应机理中，使用了多少个溴原子？

在霍夫曼重排反应的总反应中，只使用了一个溴原子，它形成 N-溴酰胺 R-CO-NHBr。

2. 为什么霍夫曼重排反应机理也称为霍夫曼重排？

在这个反应机理中，连接到酰胺基团的烷基改变了其位置，从羧基转移到氮原子，形成 N-烷基异氰酸酯 R-N=C=O，然后水解后形成氨基甲酸，转化为最终产物胺。这就是为什么这个反应也称为霍夫曼重排。

3. 命名一些与霍夫曼降解反应类似的反应。

有一些反应遵循同样的路线，由酰胺形成胺，它们是洛森重排、柯蒂斯重排和施密特重排，在这些反应中，羧酸基团转化为异氰酸酯基团，由酰胺形成胺。

4. 通过霍夫曼反应制备的邻氨基苯甲酸有哪些用途？

由邻苯二甲酸和尿素制备的邻氨基苯甲酸在染料的商业制备和糖精的合成中使用。邻氨基苯甲酸的酯用于制备香水、药物和作为腐蚀抑制剂。

5. 在霍夫曼降解反应中，水分子加到异氰酸酯上形成氨基甲酸是什么类型的反应？

在霍夫曼重排降解反应中，水分子加到异氰酸酯基团上是亲核加成反应。