亲核取代反应
亲核取代反应是指亲核试剂取代饱和碳原子上的离去基团，反应通过一步（SN2）或两步（SN1）途径进行。
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Definition
亲核取代反应是指亲核试剂取代碳原子上的离去基团，形成与亲核试剂之间的新σ键的反应。
Scope
本主题涵盖SN1和SN2机理、其速率定律和立体化学后果、底物结构、亲核试剂、离去基团和溶剂的影响，以及取代和消除反应之间的竞争。
Core questions
- SN1和SN2机理在动力学和立体化学上有何区别？
- 底物结构、溶剂和离去基团的离去能力如何影响这两种途径之间的平衡？
- 为什么SN2反应会发生构型翻转，而SN1反应会导致外消旋化？
Key theories
- SN2（双分子取代）
- 一个协同的、一步的取代反应，其中亲核试剂从离去基团的背面进攻碳原子；导致二级动力学和瓦尔登翻转（Walden inversion）构型。
- SN1（单分子取代）
- 一个通过平面碳正离子中间体的分步途径；由于亲核试剂可以从任一面进攻，导致一级动力学和部分到完全的外消旋化。
Mechanisms
在SN2反应中，决速步涉及底物和亲核试剂两者；三角双锥过渡态迫使亲核试剂从离去基团背面进攻，导致构型翻转。在SN1反应中，决速步是电离形成碳正离子，其稳定性（叔碳正离子 > 仲碳正离子 > 伯碳正离子）和溶剂稳定作用控制反应速率；随后的亲核捕获是快速且非立体选择性的。
Clinical relevance
亲核取代反应是许多用于药物合成的烷基化反应的基础，也是某些烷化化疗药物作用的机制基础，这些药物取代DNA中的亲核位点。
History
休斯（Hughes）和英戈尔德（Ingold）在20世纪30年代将取代反应动力学系统化，提出了SN1和SN2的命名，并将速率定律、立体化学和溶剂效应整合为一个统一的理论，成为物理有机化学的基石。
Key figures
- Christopher Kelk Ingold
- Edward D. Hughes
- Paul Walden
Related topics
Seminal works
- ingold1969
Frequently asked questions
- 哪些底物有利于SN2而非SN1？
- 伯底物和无位阻的底物有利于SN2，因为背面进攻不受阻碍；而叔底物有利于SN1，因为它们形成稳定的碳正离子，且位阻过大不利于背面进攻。
- 溶剂极性为何重要？
- 极性质子溶剂能稳定SN1反应中的碳正离子和离去基团，从而加速SN1反应；而极性非质子溶剂使亲核试剂“裸露”且更具反应性，从而加速SN2反应。