霍夫曼反應

霍夫曼反應簡介

四級銨鹼加熱至100℃以上分解成烯烴、三級胺和水的反應。1881年由德國化學家A.W.von霍夫曼首先發現。霍夫曼反應可用於製備某些烯烴，還可用於測定複雜胺類和生物鹼的結構。把未知的含氮化合物與過量碘甲烷作用，使之轉變為四級銨鹽，用濕氧化銀處理即得四級銨鹼，加熱發生分解。根據所消耗碘甲烷和含氮未知物的摩爾比，可判斷該化合物是否為一級、二級或三級胺，並從所生成烯烴的結構推測該化合物的結構。霍夫曼曾用此法研究一些哌啶類化合物的結構。由於在反應中使用過量碘甲烷使未知物轉變為四級銨鹽，故又稱為徹底甲基化反應。

霍夫曼

霍夫曼反應按“接近e1cb的E2”的機理進行（見消除反應），但過程中並不生成共軛鹼負碳離子。鹼進攻四級銨正離子中的一個β碳原子上的氫(β氫原子)，並促使離去基團三級胺的斷裂和雙鍵的生成。當四級銨正離子中含有結構不等同的幾個β氫原子時,反應趨向於生成雙鍵上取代基最少的取代乙烯,即被鹼作用的速率以β碳為CH3的氫最快，為CH2R的氫次之,為CHR2的氫最慢。例如，二級丁胺經霍夫曼反應所得的烯烴中1-丁烯占95％，而 2-丁烯只占5％。這種規律性也存在於不同烷基之間的競爭中，例如丁基異丁基胺經霍夫曼反應所得烯烴中1-丁烯占64％，異丁烯只占36％。這種規律性稱霍夫曼規則。 含氮雜環中的二級胺和三級胺可通過兩次或三次霍夫曼反應，生成二烯或三烯，例如：

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霍夫曼消除反應

霍夫曼消除反應（Hofmann消去反應、Hofmann消除反應），也稱徹底甲基化反應，是胺與過量碘甲烷、氧化銀和水共熱時（100-200°C），生成三級胺和烯烴的反應。反應中間產物是四級銨鹼。如果以四甲基銨鹽作原料，產物是三甲胺和甲醇。雖不嚴格符合Hofmann反應的定義，但也屬於Hofmann反應的範疇。不對稱胺反應時，反應由動力學控制，較少烷基取代的β-碳上的氫由於酸性較強，位阻較小，因此優先被消除，產物主要是不穩定的取代較少的烯烴。這個規則與查依采夫規則相反，稱為霍夫曼規則（Hofmann規則）。β-碳上連有苯基、乙烯基、羰基等取代基時，由於共軛和吸電子效應，未取代的β-碳上氫的酸性較弱，因此反應不符合Hofmann規則。連有強吸電子基團的化合物容易按Hofmann規則發生E2消除。霍夫曼消除可用於合成用其他方法難以合成的烯烴。由於一級、二級和三級胺引入的甲基數目不一樣，故也可通過引入的甲基數目，來判斷反應物是哪一級的胺。

霍夫曼（Hofmann）降解反應

醯胺與次氯酸鈉或次溴酸鈉的鹼溶液作用時，脫去羰基生成伯胺，在反應中使碳鏈減少一個碳原子，這是霍夫曼所發現制胺的一個方法，通常稱為霍夫曼降解反應。
這個反應的過程比較複雜，其歷程如下：
步驟（1）是醯胺的鹵代，即氮原子上的氫被鹵素取代，得到N－鹵代醯胺的中間體。第（2）步是在鹼作用下，脫去鹵化氫，得到一個缺電子的氮原子（氮原子最外層只有六個電子）的中間體醯基氮烯（有關氮烯的內容將在下面作簡單介紹）。醯基氮烯很不穩定，容易發生重排。第（3）步是烷基帶著一對電子轉移到缺電子的氮原子上，生成異腈酸酯。第（4）步是異腈酸酯的水解反應，即異腈酸酯在鹼性水溶液中很容易脫去CO而生成伯胺和碳酸根離子。
在反應過程中由於發生了重排，所以又稱為霍夫曼重排反應。該反應過程雖然很複雜，但其反應產率較高。例如：還可用鄰苯二甲醯亞胺製取鄰氨基苯甲酸。