一對孤對電子，兩份差事：鹼與親核試劑
胺所做的一切，都可以追溯到一個你早已熟悉的特徵：坐在氮上的那對孤對電子。正是這對孤對電子讓胺成為一種鹼——它伸出去抓一個質子——也正是它讓胺成為一個親核試劑，伸出去抓一個帶部分正電的碳。鹼性和親核性不是兩種不同的本事；它們是同一對孤對電子瞄準了兩個不同的目標。把它瞄向 H+，你管它叫鹼性；把它瞄向一個碳，你管它叫親核性。整個胺化學，不過是在記一筆帳：那對孤對電子去了哪裡。
作為鹼，一個典型的烷基胺，其共軛酸 R-NH3+ 的 pKa 大約在 10-11——所以胺本身是一種相當不錯的鹼，遠比苯胺強，因為苯胺的孤對電子有一部分被吸進了苯環。這種鹼性不只是圖表上的一個數字；它有一處實實在在的痛點。把一個胺質子化，你就關掉了它的親核性，因為 R-NH3+ 已經沒有自由的孤對電子可供進攻。這個簡單的事實——被質子化的胺是個失活的親核試劑——正是本篇一半反應背後那個隱藏的樞紐，也正是你曾看到它主宰亞胺生成那條鐘形 pH 曲線的那同一個權衡。
醯化：把胺變成醯胺和磺醯胺
把那個親核的氮瞄準一個醯氯的碳，你就跑出了一個教科書式的親核醯基取代：胺的孤對電子進攻羰基碳，四面體中間體塌縮，氯離子離去。產物是一個[[amide|醯胺]]——一個 C(=O)-N 連接，正是把每一個蛋白質縫合在一起的那種鍵。由於胺在反應中被消耗掉（它變成了醯胺，不再有鹼性和親核性），你通常會再加一種鹼，比如吡啶或一點多餘的胺，去清理釋放出來的 HCl，免得它把你的起始胺質子化得一無用處。
把基於碳的醯氯換成基於硫的——一個磺醯氯 R-SO2-Cl——同樣的邏輯照樣上演。氮進攻親電的硫，氯離子離去，你就得到一個[[sulfonamide|磺醯胺]]，一個 R-SO2-N 連接。這並非奇談：開啟抗生素時代的最初那批「磺胺類藥物」就是磺醯胺，而它們所含的那根 S-N 鍵，正是這個反應裡生成的那根鍵。要帶走的模式是：胺會在任何帶著良好離去基團、飢渴的親電中心上輕易地發生醯化——無論那個中心是一個羰基碳，還是一個磺醯硫。
把這兩個醯化寫成樸素的關係式，它們就是一對雙胞胎：醯胺是 'R-NH2 + R'-C(=O)-Cl -> R'-C(=O)-NH-R + HCl'，磺醯胺是 'R-NH2 + R'-SO2-Cl -> R'-SO2-NH-R + HCl'。兩者之中，氮的孤對電子都進攻那個親電中心（羰基碳或磺醯硫），氯離子作為離去基團離開，一個質子被一種多餘的鹼奪走。一個動作，兩種風味的產物——而正如下一節將展示的，這同一個醯化會變成一個巧妙的診斷工具。
興斯堡試驗：分辨一、二、三級胺
磺醯胺的生成不只是用來造藥——它還給了化學家一個巧妙的辦法，在沒有光譜儀的情況下分辨出一、二、三級胺，這就是[[hinsberg-test|興斯堡試驗]]。這個把戲立足於一個簡單的計數：這個胺帶來了幾根 N-H 鍵？用苯磺醯氯在水相鹼（NaOH）中處理你的未知胺，然後用肉眼讀出結果。其中的邏輯，就是你剛學過的那個親核取代，只不過對著三種不同的胺看了三遍。
- 一級胺（R-NH2，兩根 N-H）。它反應後生成一個仍保留「一根」N-H 的磺醯胺。那根剩下的 N-H 緊挨著拉電子的 SO2 基團，所以它酸到足以被 NaOH 奪去質子。生成的負離子帶電荷、溶於水：混合物保持澄清的溶液。事後加酸，一種固體磺醯胺便會析出。
- 二級胺（R2N-H，一根 N-H）。它也會反應、生成磺醯胺——但這一回，取代之後氮上「沒有」N-H 可留了（兩個 R 基都還在，所以產物氮上不帶可解離的酸性氫）。既然沒有 N-H 可被奪去質子，這個磺醯胺就是中性而不溶的：哪怕在鹼中，也會直接出現固體沉澱。
- 三級胺（R3N，零根 N-H）。它的氮仍然可以進攻磺醯氯，但它會形成的那個中間體上有一個帶正電、且沒有 N-H 可脫的氮，於是它乾脆又散開——根本不形成穩定的磺醯胺。在鹼中，三級胺就那麼原封不動地待著：鹼性條件下沒有沉澱，而一旦酸化，它（以其銨鹽的形式）就溶解了。
於是你讀出三個不同的故事：一份澄清的溶液、只在酸化時才沉澱（一級胺），一份在鹼中就立刻形成的沉澱（二級胺），還有一層油狀物、在鹼中不反應卻在酸化時溶解（三級胺）。不過要誠實地看待這個試驗的局限——經典的描述是理想化的，真實的胺可能把界限弄模糊，而現代實驗室會轉而求助於紅外和核磁。興斯堡試驗之所以有它的一席之地，不是因為它是個主力，而是因為它漂亮地說明了：數一數 N-H 鍵就能預言行為——當初決定亞胺還是烯胺的那同一個計數，如今又決定了溶液還是沉澱。
霍夫曼消除：當更少取代的烯烴勝出
一個中性的胺拒絕從分子裡離去——一個胺基負離子 R2N- 是個糟糕的離去基團，太不穩定了。但有一個辦法可以「收買」氮、讓它離去：不停地給它甲基化，直到它帶上四個碳基和一個正電荷，成為一個季銨離子（用過量 CH3I 進行徹底甲基化就能做到）。如今氮能以一個中性的三甲胺 R3N 的形式離去，而那是一個相當體面的離去基團。把這個鹽轉化成它的氫氧化物形式，加熱，氫氧根作為鹼去奪走一個β 氫，引發一個E2 消除，把胺逐出、生成一個烯烃。這就是[[hofmann-elimination|霍夫曼消除]]。
現在到了讓這個反應出名的轉折。早在消除那一階梯，你學過扎依采夫規則：尋常的消除偏愛「更」取代、更穩定的烯烃。霍夫曼消除打破了那條規則——它反而給出「更少」取代的烯烃，恰如霍夫曼規則所預言。原因既誠實又物理：那個離去的銨基碩大而臃腫。要夠到更取代（更擁擠）的碳旁邊那個質子，鹼就得擠進那個胖胖的正氮周圍一叢烷基的密林裡。讓鹼去抓邊緣上位阻最小的碳上的一個質子——通常是一個末端 CH3——要容易得多，於是雙鍵便在那裡生成，給出末端烯烃。
科普消除：通往同一終點的更安靜路線
[[cope-elimination|科普消除]]抵達同一個更少取代的烯烃，但它繞開了霍夫曼路線的強鹼和苛刻條件。第一步，你用過氧化氫把一個三級胺氧化成一個胺氧化物（R3N+-O-）——氮接上一個氧並帶上一個形式正電荷，而氧帶著負電。然後你只需輕輕加熱。完全不需要外加的鹼，因為氧化物自己的那個氧會伸過去，在同一個分子內部拔掉一個相鄰的 β 氫。
由於那個奪氫的氧和那個離去的氮被拴在一起，整件事在一個平坦的五元原子環裡、以一步平滑的協同方式完成——氧伸向那個 β 氫，C-H 和 C-N 鍵斷裂，新的 C=C 同時生成。這叫做一個「順式（syn）」消除：不像 E2 嚴格要求氫和離去基團反式共平面（在相反的兩側），科普消除要求氫和胺氧化物在「同」一側，因為它們必須在那個小環內部相遇。結果是同樣的霍夫曼式末端烯烃，卻是在溫和、無鹼的加熱下製成——當一個敏感的分子熬不過真正霍夫曼消除的強鹼或高溫時，這就很順手。
烯胺：一個被氮穩定的親核試劑
還有一個反應，胺在其中不再是個旁觀的鹼，而成了製造碳-碳鍵的發動機：[[enamine-formation|烯胺]]。你在羰基那一階梯見過烯胺，作為一個二級胺加上一個羰基的產物（C=C-N）。這裡要緊的是它們「為什麼」這麼有用。氮的孤對電子可以壓進相鄰的 C=C，把電子密度一路漫到遠端那個碳上。那個遠端的碳因而變得富含電子、真正具有親核性——它是一個柔和、中性的烯醇負離子表親，而要不然你就得用強鹼從酮-烯醇化學裡把烯醇負離子造出來。
N: +N
\ ||
C = C <--> C - C(-) the lone pair pushes the
far carbon electron-rich
use: ketone -> enamine -> alkylate far C -> hydrolyze -> alpha-substituted ketone這正是斯托克（Stork）烯胺合成的核心。取一個酮，把它和一個二級胺縮合成一個烯胺，如今它的 α 碳就在瓶中沒有任何強鹼的情況下具有了親核性。讓那個碳去進攻一個親電試劑——一個鹵代烷，或一個邁克爾受體的 C=C——你就在 α 位鍛造出一根新的碳-碳鍵。最後潑上一點水，把帶 C=N 的亞胺離子水解回一個羰基（記得，那個縮合是可逆的），交給你一個 α 取代的酮，並把胺原封不動地還回來。胺扮演了一個臨時的、可拆卸的活化劑：它把自己那份親核的拳頭借給了碳，然後悄悄離場。
退一步看，整篇文章彼此押韻。無論胺是作為鹼抓一個質子，作為親核試劑進攻一個羰基或磺醯基，在霍夫曼消除中作為一個臃腫的銨離去，還是把它的孤對電子借給烯胺那個遙遠的碳——每一個動作都是同一對孤對電子，被換進了一個不同的角色。這就是胺化學最深處的回報：不是一串要背的人名反應，而是一對你可以忠實地跟隨的電子，從鹼到親核試劑、到離去基團、再到一根新碳-碳鍵背後那個安靜的建築師。