一对孤对电子，两份差事：碱与亲核试剂
胺所做的一切，都可以追溯到一个你早已熟悉的特征：坐在氮上的那对孤对电子。正是这对孤对电子让胺成为一种碱——它伸出去抓一个质子——也正是它让胺成为一个亲核试剂，伸出去抓一个带部分正电的碳。碱性和亲核性不是两种不同的本事；它们是同一对孤对电子瞄准了两个不同的目标。把它瞄向 H+，你管它叫碱性；把它瞄向一个碳，你管它叫亲核性。整个胺化学，不过是在记一笔账：那对孤对电子去了哪里。
作为碱，一个典型的烷基胺，其共轭酸 R-NH3+ 的 pKa 大约在 10-11——所以胺本身是一种相当不错的碱，远比苯胺强，因为苯胺的孤对电子有一部分被吸进了苯环。这种碱性不只是图表上的一个数字；它有一处实实在在的痛点。把一个胺质子化，你就关掉了它的亲核性，因为 R-NH3+ 已经没有自由的孤对电子可供进攻。这个简单的事实——被质子化的胺是个失活的亲核试剂——正是本篇一半反应背后那个隐藏的枢纽，也正是你曾看到它主宰亚胺生成那条钟形 pH 曲线的那同一个权衡。
酰化：把胺变成酰胺和磺酰胺
把那个亲核的氮瞄准一个酰氯的碳，你就跑出了一个教科书式的亲核酰基取代：胺的孤对电子进攻羰基碳，四面体中间体塌缩，氯离子离去。产物是一个[[amide|酰胺]]——一个 C(=O)-N 连接，正是把每一个蛋白质缝合在一起的那种键。由于胺在反应中被消耗掉（它变成了酰胺，不再有碱性和亲核性），你通常会再加一种碱，比如吡啶或一点多余的胺，去清理释放出来的 HCl，免得它把你的起始胺质子化得一无用处。
把基于碳的酰氯换成基于硫的——一个磺酰氯 R-SO2-Cl——同样的逻辑照样上演。氮进攻亲电的硫，氯离子离去，你就得到一个[[sulfonamide|磺酰胺]]，一个 R-SO2-N 连接。这并非奇谈：开启抗生素时代的最初那批“磺胺类药物”就是磺酰胺，而它们所含的那根 S-N 键，正是这个反应里生成的那根键。要带走的模式是：胺会在任何带着良好离去基团、饥渴的亲电中心上轻易地发生酰化——无论那个中心是一个羰基碳，还是一个磺酰硫。
把这两个酰化写成朴素的关系式，它们就是一对双胞胎：酰胺是 'R-NH2 + R'-C(=O)-Cl -> R'-C(=O)-NH-R + HCl'，磺酰胺是 'R-NH2 + R'-SO2-Cl -> R'-SO2-NH-R + HCl'。两者之中，氮的孤对电子都进攻那个亲电中心（羰基碳或磺酰硫），氯离子作为离去基团离开，一个质子被一种多余的碱夺走。一个动作，两种风味的产物——而正如下一节将展示的，这同一个酰化会变成一个巧妙的诊断工具。
兴斯堡试验：分辨伯、仲、叔胺
磺酰胺的生成不只是用来造药——它还给了化学家一个巧妙的办法，在没有光谱仪的情况下分辨出伯、仲、叔胺，这就是[[hinsberg-test|兴斯堡试验]]。这个把戏立足于一个简单的计数：这个胺带来了几根 N-H 键？用苯磺酰氯在水相碱（NaOH）中处理你的未知胺，然后用肉眼读出结果。其中的逻辑，就是你刚学过的那个亲核取代，只不过对着三种不同的胺看了三遍。
- 伯胺（R-NH2，两根 N-H）。它反应后生成一个仍保留“一根”N-H 的磺酰胺。那根剩下的 N-H 紧挨着拉电子的 SO2 基团，所以它酸到足以被 NaOH 夺去质子。生成的负离子带电荷、溶于水：混合物保持澄清的溶液。事后加酸，一种固体磺酰胺便会析出。
- 仲胺（R2N-H，一根 N-H）。它也会反应、生成磺酰胺——但这一回，取代之后氮上“没有”N-H 可留了（两个 R 基都还在，所以产物氮上不带可解离的酸性氢）。既然没有 N-H 可被夺去质子，这个磺酰胺就是中性而不溶的：哪怕在碱中，也会直接出现固体沉淀。
- 叔胺（R3N，零根 N-H）。它的氮仍然可以进攻磺酰氯，但它会形成的那个中间体上有一个带正电、且没有 N-H 可脱的氮，于是它干脆又散开——根本不形成稳定的磺酰胺。在碱中，叔胺就那么原封不动地待着：碱性条件下没有沉淀，而一旦酸化，它（以其铵盐的形式）就溶解了。
于是你读出三个不同的故事：一份澄清的溶液、只在酸化时才沉淀（伯胺），一份在碱中就立刻形成的沉淀（仲胺），还有一层油状物、在碱中不反应却在酸化时溶解（叔胺）。不过要诚实地看待这个试验的局限——经典的描述是理想化的，真实的胺可能把界限弄模糊，而现代实验室会转而求助于红外和核磁。兴斯堡试验之所以有它的一席之地，不是因为它是个主力，而是因为它漂亮地说明了：数一数 N-H 键就能预言行为——当初决定亚胺还是烯胺的那同一个计数，如今又决定了溶液还是沉淀。
霍夫曼消除：当更少取代的烯烃胜出
一个中性的胺拒绝从分子里离去——一个氨基负离子 R2N- 是个糟糕的离去基团，太不稳定了。但有一个办法可以“收买”氮、让它离去：不停地给它甲基化，直到它带上四个碳基和一个正电荷，成为一个季铵离子（用过量 CH3I 进行彻底甲基化就能做到）。如今氮能以一个中性的三甲胺 R3N 的形式离去，而那是一个相当体面的离去基团。把这个盐转化成它的氢氧化物形式，加热，氢氧根作为碱去夺走一个β 氢，引发一个E2 消除，把胺逐出、生成一个烯烃。这就是[[hofmann-elimination|霍夫曼消除]]。
现在到了让这个反应出名的转折。早在消除那一阶梯，你学过扎依采夫规则：寻常的消除偏爱“更”取代、更稳定的烯烃。霍夫曼消除打破了那条规则——它反而给出“更少”取代的烯烃，恰如霍夫曼规则所预言。原因既诚实又物理：那个离去的铵基硕大而臃肿。要够到更取代（更拥挤）的碳旁边那个质子，碱就得挤进那个胖胖的正氮周围一丛烷基的密林里。让碱去抓边缘上位阻最小的碳上的一个质子——通常是一个末端 CH3——要容易得多，于是双键便在那里生成，给出末端烯烃。
科普消除：通往同一终点的更安静路线
[[cope-elimination|科普消除]]抵达同一个更少取代的烯烃，但它绕开了霍夫曼路线的强碱和苛刻条件。第一步，你用过氧化氢把一个叔胺氧化成一个胺氧化物（R3N+-O-）——氮接上一个氧并带上一个形式正电荷，而氧带着负电。然后你只需轻轻加热。完全不需要外加的碱，因为氧化物自己的那个氧会伸过去，在同一个分子内部拔掉一个相邻的 β 氢。
由于那个夺氢的氧和那个离去的氮被拴在一起，整件事在一个平坦的五元原子环里、以一步平滑的协同方式完成——氧伸向那个 β 氢，C-H 和 C-N 键断裂，新的 C=C 同时生成。这叫做一个“顺式（syn）”消除：不像 E2 严格要求氢和离去基团反式共平面（在相反的两侧），科普消除要求氢和胺氧化物在“同”一侧，因为它们必须在那个小环内部相遇。结果是同样的霍夫曼式末端烯烃，却是在温和、无碱的加热下制成——当一个敏感的分子熬不过真正霍夫曼消除的强碱或高温时，这就很顺手。
烯胺：一个被氮稳定的亲核试剂
还有一个反应，胺在其中不再是个旁观的碱，而成了制造碳-碳键的发动机：[[enamine-formation|烯胺]]。你在羰基那一阶梯见过烯胺，作为一个仲胺加上一个羰基的产物（C=C-N）。这里要紧的是它们“为什么”这么有用。氮的孤对电子可以压进相邻的 C=C，把电子密度一路漫到远端那个碳上。那个远端的碳因而变得富含电子、真正具有亲核性——它是一个柔和、中性的烯醇负离子表亲，而要不然你就得用强碱从酮-烯醇化学里把烯醇负离子造出来。
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这正是斯托克（Stork）烯胺合成的核心。取一个酮，把它和一个仲胺缩合成一个烯胺，如今它的 α 碳就在瓶中没有任何强碱的情况下具有了亲核性。让那个碳去进攻一个亲电试剂——一个卤代烷，或一个迈克尔受体的 C=C——你就在 α 位锻造出一根新的碳-碳键。最后泼上一点水，把带 C=N 的亚胺离子水解回一个羰基（记得，那个缩合是可逆的），交给你一个 α 取代的酮，并把胺原封不动地还回来。胺扮演了一个临时的、可拆卸的活化剂：它把自己那份亲核的拳头借给了碳，然后悄悄离场。
退一步看，整篇文章彼此押韵。无论胺是作为碱抓一个质子，作为亲核试剂进攻一个羰基或磺酰基，在霍夫曼消除中作为一个臃肿的铵离去，还是把它的孤对电子借给烯胺那个遥远的碳——每一个动作都是同一对孤对电子，被换进了一个不同的角色。这就是胺化学最深处的回报：不是一串要背的人名反应，而是一对你可以忠实地跟随的电子，从碱到亲核试剂、到离去基团、再到一根新碳-碳键背后那个安静的建筑师。