親核反應

由親核試劑進攻反應物而引起的反應稱為親核反應。親核反應又可以進一步分為親核加成反應，親核取代反應。親核取代反應又包括單分子親核取代和雙分子親核取代。

親核加成反應是由親核試劑與底物發生的加成反應。反應發生在碳氧雙鍵、碳氮叄鍵、碳碳叄鍵等等不飽和的化學鍵上。反應過程中，一般是親核試劑中帶負電荷的部分（即親核部分）先進攻底物中不飽和化學鍵帶部分正電荷一端原子，並與之成鍵，π鍵斷開形成另一端原子的負離子中間體，然後試劑中的親電部分與負離子中間體結合，形成親核加成產物。

最有代表性的反應是醛或酮的羰基與格氏試劑加成的反應。

RC=O + R'MgCl → RR'C-OMgCl

再水解得醇，這是合成醇的良好辦法。在羰基中，O稍顯電負性；在格氏試劑中，C-Mg相連，Mg稍顯電正性，C是親核部位。於是格式試劑的親核碳進攻親電的羰基碳，雙鍵打開，新的C-C鍵形成。

水、醇、胺類以及含有氰離子的物質都可以與羰基加成。碳氮叄鍵(氰基)的親核加成主要表現為水解生成羧基。此外，端炔的碳碳叄鍵也可以與HCN等親核試劑發生親核加成，如乙炔和氫氰酸反應生成丙烯腈。

羰基碳正電性強的活性強，空間阻礙小的活性強，連有吸電子基可使正電性加強，推電子基減弱，這部分不會考活性比較的，重點是親核取代，即先加成再消除的機理 還要有負碳離子反應。親核加成反應活性最強的化合物是: 。

單分子親核取代反應（unimolecular nucleophilic substitution,SN1）是只有一種分子參與了決定反應速率關鍵步驟的親核取代反應，簡寫為SN1，其中S表示取代反應，角標N表示親核，1表示只有一種分子參與速控步驟。

SN1反應的反應機理可概述為：反應物首先解離為碳正離子與帶負電荷的離去基團，這個過程需要能量，是控制反應速率的一步。分子解離后，碳正離子立即與親核試劑結合，是快的一步。以叔丁基溴在鹼性溶液中的水解反應為例，其反應步驟如下：

反應的第一步是叔丁基溴緩慢解離形成叔丁基正碳離子和溴負離子，這一過程需要的能量大，是控制反應速率的一步，也是慢的一步。第一步生成的正碳離子性質活潑，稱為活性中間體。而正碳離子的穩定性是影響SN1速率的主要因素，越穩定的正碳離子越容易形成，形成的速度也越快，所以SN1反應中，鹵代烷的反應活性與正碳離子的穩定性次序相同。正碳離子一旦形成，立即與親核試劑OH-結合生成產物，並釋放能量，這就是反應的第二步，是快的一步。第二步反應較慢，是決定整個反應速率的步驟。由於整個反應僅與叔丁基溴的濃度有關，而且發生共價鍵變化的也只有叔丁基溴一種分子，而與親核試劑的濃度無關，所以稱為單分子親核取代反應(SN1)。

①SN1反應為一級反應。

②反應分步進行，有碳正離子中間體生成，常發生重排。

③反應物中心碳原子是手性碳原子時，產物外消旋化(旋光性部分或全部消失)。

雙分子親核取代反應反應（SN2）是親核取代反應的一類，其中S代表取代（Substitution），N代表親核（Nucleophilic），2代表反應的決速步涉及兩種分子。與SN1反應相對應，SN2反應中，親核試劑帶著一對孤對電子進攻具親電性的缺電子中心原子，形成過渡態的同時，離去基團離去。反應中不生成碳正離子，速率控制步驟是上述的協同步驟，反應速率與兩種物質的濃度成正比，因此稱為雙分子親核取代反應。無機化學中，常稱雙分子親核取代反應類型的反應機理為“交換機理”。

SN2反應最常發生在脂肪族sp3雜化的碳原子上，碳原子與一個電負性強、穩定的離去基團（-X）相連，一般為鹵素陰離子。親核試劑（Nu）從離去基團的正後方進攻碳原子，Nu-C-X角度為180°，以使其孤對電子與C-X鍵的σ反鍵軌道可以達到最大重疊。然後形成一個五配位的反應過渡態，碳約為sp2雜化，用兩個垂直於平面的p軌道分別與離去基團和親核試劑成鍵。C-X的斷裂與新的C-Nu鍵的形成是同時的，-X很快離去，形成含C-Nu鍵的新化合物。

SN2反應也可以在分子內發生，合成的環系一般為五元環、六元環和三元環。分子內的Williamson合成得到環氧化合物，即是這類反應的一個例子。

相比下，四元環張力太大，空間上也不利，很難生成；七元、八元之類的大環可以生成，但分子間反應處於優勢，需要將反應物以高稀溶液的形式反應，以增大分子內產物的比例。

SN2反應一般發生在伯碳原子上，很難成為有位阻分子的反應機理，並且取代基越多，按SN2機理反應的可能性越小。基團在空間上比較擁擠的分子一般採用SN1機理，可以緩解一部分的位阻，也可生成較穩定的碳正離子（通常為三級碳正離子）。

由於親核試劑是從離去基團的背面進攻，故如果受進攻的原子具有手性，則反應後手性原子的立體化學發生構型翻轉，也稱“瓦爾登翻轉”。這也是SN2反應在立體化學上的重要特徵。反應過程類似於大風將雨傘由里向外翻轉。

1）離去基團的鹼性越強，其離去能力越弱，反之亦然。離子的鹼性隨著所在周期的增加而降低。對於鹵素離子而言，碘離子的鹼性最弱，因此碘離子是一個很好的離去基團；氟離子則相反，氟代烴也因此很難發生SN2反應。鹼性 F-> Cl-> Br-> I-，離去能力與上述順序相反。

2）親核性需要與上面的鹼性相區別。鹼性是試劑對質子的親和能力，而親核性是試劑形成過渡態時，對碳原子的親和能力。一般來講，試劑的負電性、鹼性和可極化性越強，其親核性也越強。實際上通常需要綜合考慮這幾個因素以及溶劑的影響。

3）SN2反應在質子溶劑中進行時，一方面，溶劑化作用有利於離去集團的離去；另一方面，溶劑也會與親核試劑發生作用，使親核試劑與底物的接觸變得困難。最後的影響是這兩種因素的綜合結果。相對而言，非極性溶劑分子很少包圍負離子，因此對SN2反應是有利的。

4）位阻（含體積大的取代基）會使親核試劑的親核性下降。雖然乙醇的酸性比叔丁醇強，但叔丁氧基負離子的親核性弱於乙氧基負離子，就是因為這個緣故。