亲核取代反应是一类有机反应，其中亲核试剂取代了碳原子上的离去基团。在入门化学中，你通常会在卤代烷里见到它：像 或 这样的粒子取代 、 或 的位置。
识别这类反应最快的方法，是先问产物中到底变了什么。如果碳上的一个基团被另一个基团替换，而碳骨架保持不变，那么你看到的很可能就是亲核取代反应。
亲核取代反应是什么意思
亲核试剂是能够提供一对电子来形成新的共价键的粒子。离去基团则是能从原来的碳原子上带着成键电子对离开的原子或基团。
在很多入门例子中，底物是溴乙烷或氯甲烷这样的卤代烷。卤素充当离去基团，而亲核试剂与碳形成新的键。
所以，最基本的结构变化很简单：
这个方程只是一个模式，并不保证一定发生。取代是否是主要反应，还取决于底物、亲核试剂、溶剂和温度。
如何识别亲核取代反应
可以用下面这个快速检查清单：
- 找到一个连接着可能离去基团的碳，常见的是 、 或 。
- 寻找能够提供电子对的亲核试剂。
- 判断产物是否显示离去基团被取代，而不是被直接脱去。
- 在认定取代是主要反应路径之前，先检查反应条件。
如果产物中出现了新的双键，那么你看到的很可能是消除反应，而不是取代反应。
一个清晰的卤代烷例子
考虑溴乙烷与氢氧根水溶液反应：
这里， 是亲核试剂， 是离去基团。碳骨架保持不变。主要变化是溴原子被羟基取代，因此产物是乙醇。
这是一个很好的入门例子，因为它在没有额外干扰的情况下展示了核心思想。不会形成新的双键，碳链也不会重排。只是同一碳骨架上的一个基团被另一个基团取代了。
用通俗的话理解 SN1 和 SN2
你经常会看到亲核取代反应被分成 和 。对初学者更有用的问题，不是“到底总是发生哪一种？”，而是“在这些条件下，对这个底物来说，哪一种更合理？”
什么时候更可能是
反应主要在一个步骤中完成。亲核试剂与碳成键的同时，离去基团离开。
当反应碳周围位阻较小，尤其是一级底物，并且亲核试剂较强、取代比消除更有利时，这一路径更可能发生。
什么时候更可能是
反应会经过多个步骤。首先形成碳正离子，然后亲核试剂再与这个碳正离子反应。
当该碳正离子能够被稳定时，这一路径更可能发生，因此三级底物通常比一级底物更容易表现出 特征。二级底物则可能两种情况都有，要看具体条件。
亲核取代反应中的常见错误
把取代和消除混淆
如果产物中含有新的双键，这是消除反应的重要标志，而不是取代反应。取代反应是一个基团替换另一个基团，同时主要的碳连接关系保持不变。
认为亲核试剂和离去基团做的是同一件事
它们的作用正好相反。亲核试剂形成新键，离去基团离开旧键。
忽视底物的结构
一级卤代烷通常不会和三级卤代烷表现得一样。反应碳周围的拥挤程度会强烈影响哪条反应路径更可能发生。
认为条件不重要
条件非常重要。溶剂、温度、亲核试剂强弱以及底物结构，都会改变主要产物。如果一个判断依赖于反应条件，那么这些条件就必须明确说明。
亲核取代反应有什么用途
在有机合成中，亲核取代反应用于把一种官能团转变成另一种官能团。它是由卤代烷或相关底物制备醇、腈、胺以及其他有用中间体的常见方法。
对学生来说，它还能训练一种更广泛的能力：先读懂结构变化，再选择与这种变化相匹配的反应类型。
试着做一个类似反应
你可以自己试试三个卤代烷：一个一级、一个二级、一个三级。对每一个，先标出离去基团，再选择一个简单的亲核试剂，如 或 ，然后判断在给定条件下是否可能发生取代，以及哪条路径更可能。