親核取代反應(yīng)是指有機分子中與碳相連的某原子或基團被作為親核試劑的某原子或基團取代的反應(yīng)。在反應(yīng)過程中，取代基團提供形成新鍵的一對電子，而被取代的基團則帶著舊鍵的一對電子離去。

定義

親核取代反應(yīng)，或稱親核性取代反應(yīng)，通常發(fā)生在帶有正電或部份正電荷的碳上，碳原子被帶有負電或部分負電的親核試劑(Nu:−)進攻，與該碳原子相連的某原子或基團被取代。常分為兩種反應(yīng)機構(gòu):

單分子親核取代反應(yīng)(SN1)

雙分子親核取代反應(yīng)(SN2)

這類反應(yīng)是有機化學(xué)中非常重要的一類反應(yīng)，不論在理論研究中還是在有機合成實際中都是極其有用的一類反應(yīng)。

折疊編輯本段SN1反應(yīng)

折疊定義

第一步是原化合物的解離生成碳正離子和離去基團，然后親核試劑與碳正離子結(jié)合。由于速控步為第一步，只涉及一種分子，親核取代反應(yīng)
親核取代反應(yīng)
故稱 SN1 反應(yīng)。

常發(fā)生于:

碳上取代基較多(如:(CH3)3CX)，使得相應(yīng)碳正離子的能量更低，更加穩(wěn)定。同時位阻效應(yīng)也限制 SN2 機理中親核試劑的進攻。

對碳陽離子生成有利條件:有許多釋電子基團幫助穩(wěn)定碳陽離子的正電荷(3級碳>2級碳>1級碳)，一級碳幾乎不能夠單獨存在，而會立刻和周遭發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成內(nèi)能更低的分子。

折疊反應(yīng)特點

反應(yīng)速率決定步驟在于離解一步(第一步)，所以根據(jù)動力學(xué)理論推斷該反應(yīng)為一級速率反應(yīng)，反應(yīng)物。

從立體化學(xué)觀點來看，該反應(yīng)的反應(yīng)物若為光學(xué)異構(gòu)物之一，則產(chǎn)物反轉(zhuǎn)機率略大于50%。在碳陽離子形成時，整個分子略呈現(xiàn)平面三角形，親核體可以由平面三角形上下兩側(cè)進行攻擊，形成新分子。故理論上反轉(zhuǎn)機率為50%，但因原先脫離的陰離子影響碳陽離子，故親核劑傾向由反側(cè)攻擊形成反轉(zhuǎn)的產(chǎn)物。

該反應(yīng)適合在高極性稍有質(zhì)子性溶劑中進行，高極性有助于利用本身極性帶有的部份負電穩(wěn)定碳陽離子，稍有質(zhì)子性溶劑提供質(zhì)子與較強親核劑(通常是被脫離的)化合有助于反應(yīng)平衡往產(chǎn)物移動。

SN2反應(yīng)

定義

較強親核劑直接由背面進攻碳原子，并形成不穩(wěn)定的一碳五鍵的過渡態(tài)，隨后離去基團離去，完成取代反應(yīng)。

常發(fā)生于:碳原子取代較少(如:CH3X)，可較容易使 SN2 反應(yīng)發(fā)生。(原因是碳原子上有烷基取代時會有供電效應(yīng)使被進攻的碳正電性減弱，且烷基取代會產(chǎn)生空間位阻，阻礙進攻)

對碳正離子生成有不利條件的環(huán)境下:有許多拉電子基或較少推電子基(1級碳>2級碳>3級碳)。

反應(yīng)特點

反應(yīng)速率決定在兩個因素上:強親核劑的濃度高低與反應(yīng)物的濃度高低，所以根據(jù)理論推斷該反應(yīng)為典型的二級速率反應(yīng)，反應(yīng)物親核試劑。

從立體化學(xué)觀點來看，該反應(yīng)反應(yīng)物若為光學(xué)異構(gòu)物之一，則產(chǎn)物構(gòu)型翻轉(zhuǎn)機率為100%(完全反轉(zhuǎn))，因為只能從反側(cè)攻擊，故產(chǎn)物必定反轉(zhuǎn)。

反應(yīng)適合在高極性非質(zhì)子性溶劑中進行，高極性有助于穩(wěn)定反應(yīng)中間體，非質(zhì)子性溶劑則不會與強親核劑化合而導(dǎo)致反應(yīng)平衡往反應(yīng)物移動。

影響因素

1.底物的烴基結(jié)構(gòu):反應(yīng)底物的分子烴基中C上的支鏈越多，SN2的反應(yīng)越慢。通常，伯碳上最容易發(fā)生SN2，仲碳其次，叔碳最難。

2.離去基團 (L):一般來說，離去基團越容易離去，SN2越快。反應(yīng)時，L是帶著原來與-C公用的一對電子離去的。通常，L 的堿性愈弱、愈穩(wěn)定，就愈容易離去。

3.親核試劑(Nu:):親核試劑的親核性愈強, 濃度愈高,反應(yīng)速度愈快。

4.溶劑的種類:極性溶劑中，sn1反應(yīng)容易發(fā)生。對sn2反應(yīng)不利。非極性溶劑則相反。碳正離子在極性溶劑中比在非極性溶劑中穩(wěn)定。sn2的中間體電荷分散，在非極性溶劑中更穩(wěn)定。