在有机和无机化学中，亲核取代是一类基本反应，其中富电子亲核试剂选择性地键合或攻击原子或原子团的正或部分正电荷以取代离去基团 ; 正或部分正原子被称为亲电试剂。亲电试剂和离去基团所在的整个分子实体通常称为基质。亲核试剂基本上试图取代离去基团作为反应本身的主要取代基，作为另一个分子的一部分。

最一般的反应形式如下：

• Nuc ： + R-LG→R-Nuc + LG ：

电子对（：）从所述亲核试剂（NUC）攻击形成新键的底物（R-LG），而该离去基团（LG）与电子对离开。在这种情况下，主要产品是R-Nuc。亲核试剂可以是电中性的或带负电的，而基质通常是中性的或带正电的。

亲核取代的实例是在水解的的烷基 溴化物，- [R -Br，在碱性条件下，其中，所述攻击亲核试剂为OH ^-和离去基团是溴^- 。

• R-Br + OH ^- →R-OH + Br ^-

亲核取代反应在有机化学中是常见的，并且它们可以大致分类为在饱和 脂族碳处或在（较不常见地）芳族或其他不饱和碳中心处发生。

饱和碳中心

S _N 1和S _N 2反应

显示不同烷基卤化物对S _N 1和S _N 2反应的相对反应性的图（也参见表1）。

1935年，Edward D. Hughes和Sir Christopher Ingold研究了烷基卤化物和相关化合物的亲核取代反应。他们提出有两种主要机制在起作用，它们都相互竞争。两种主要机制是S _N 1反应和S _N 2反应。S代表化学取代，N代表亲核，数字代表反应的动力学顺序。^[4]

在S _N 2反应中，亲核试剂的加入和离去基团的消除同时发生（即协同反应）。S _N 2发生在亲核试剂容易接近中心碳原子的地方。^[5]

碳上的亲核取代
S N 2机制

在S _N 2反应中，存在一些影响反应速率的条件。首先，S _N 2中的2意味着有两种浓度的物质会影响反应速度：底物和亲核试剂。该反应的速率方程式为Rate = k [Sub] [Nuc]。对于S _N 2反应，非质子溶剂是最好的，例如丙酮，DMF或DMSO。非质子溶剂不会将质子（H +）离子加入溶液中; 如果质子存在于S _N 2反应中，它们会与亲核试剂反应并严重限制反应速率。由于该反应一步发生，因此具有空间效应提高反应速度。在中间步骤中，亲核试剂与离去基团成180度，并且当亲核试剂键合时立体化学反转以制备产物。而且，因为中间体部分键合到亲核试剂和离去基团上，所以基质没有时间自行重排：亲核试剂将与离去基团连接的相同碳键合。影响反应速率的最后一个因素是亲核性; 亲核试剂必须攻击氢以外的原子。

相比之下，S _N 1反应包括两个步骤。当底物的中心碳原子被庞大的基团包围时，S _N 1反应倾向于重要，因为这些基团与S _N 2反应（如上所述）在空间上干扰，并且因为高度取代的碳形成稳定的碳阳离子。

碳上的亲核取代
S N 1机制

与S _N 2反应一样，有很多因素会影响S _N 1反应的反应速率。不是有两种影响反应速率的浓度，而是只有一种底物。对此的速率方程是Rate = k [Sub]。由于反应速率仅由其最慢步骤决定，因此离去基团“离开”的速率决定了反应速度。这意味着离去组越好，反应速率越快。制造良好离去基团的一般规则是共轭碱越弱，离去基团越好。在这种情况下，卤素将成为最好的离去基团，而诸如胺，氢和烷烃的化合物将离开基团非常差。作为S _N.2个反应受到空间S _N的影响1个反应由附着在碳阳离子上的庞大基团决定。由于存在实际含有正电荷的中间体，所以附着的庞大基团将通过共振和电荷分布来帮助稳定碳阳离子上的电荷。在这种情况下，三级碳阳离子反应比二级反应更快，二级反应比初级反应快得多。也是由于这种碳阳离子中间体，产物不必具有反转。亲核试剂可以从顶部或底部攻击，因此产生外消旋产物。重要的是使用质子溶剂，水和醇，因为非质子溶剂可能会攻击中间体并导致不需要的产物。

反应

有机化学中有许多反应涉及这种机制。常见的例子包括

• 例如，使用氢化物进行有机还原

• • RX → RH使用LiAlH ₄   （S _N 2）

• 水解反应如

• • R-Br + OH ^- → R-OH + Br ^- （S _N 2）或

  • R-Br + H ₂ O→R-OH + HBr   （S _N 1）

• 威廉姆森醚合成

• • R-Br + OR' ^- → R-OR' + Br ^-   （S _N 2）

• 的wenker合成，氨基醇的闭环反应。

• 的芬克尔斯坦反应，卤化物交换反应。在Perkow反应和Michaelis-Arbuzov反应中出现磷亲核试剂。

• 所述的Kolbe腈合成，烷基卤化物与氰化物反应。

边界机制

通过Hughes和Ingold ^[6]最初研究的所谓的临界机理发生的取代反应的实例是1-苯基乙基氯与甲醇钠在甲醇中的反应。 

的反应速率发现S的总和_Ñ 1和S _Ñ 2个组分与61％（3,5-男，70℃）通过后者的发生。

其他机制

除了S _N 1和S _N 2之外，其他机制是已知的，尽管它们不太常见。该小号_Ñ我机制在的反应中观察到的亚硫酰氯与醇，它是类似至S _Ñ 1不同之处在于亲核试剂是从同一侧递送作为离去基团。

亲核取代可伴随烯丙基重排，如在诸如Ferrier重排的反应中所见。这种类型的机制称为S _N 1'或S _N 2'反应（取决于动力学）。例如，对于烯丙基卤化物或磺酸盐，亲核试剂可以攻击γ不饱和碳代替带有离去基团的碳。这可以在1-氯-2-丁烯与氢氧化钠的反应中看出，得到2-丁烯-1-醇和1-丁烯-3-醇的混合物：

• CH ₃ CH = CH-CH ₂ -Cl→CH ₃ CH = CH-CH ₂ -OH + CH ₃ CH（OH）-CH = CH ₂

的单分子共轭碱亲核取代反应将出现在无机化学。存在竞争机制。^[7] [8]

在有机金属化学中，亲核取代反应以亲核取代机理发生。

不饱和碳中心

通过S _N 1或S _N 2机理的亲核取代通常不会发生在乙烯基或芳基卤化物或相关化合物上。在某些条件下，可以通过其他机制发生亲核取代，例如在亲核芳族取代文章中描述的那些。

当取代发生在羰基时，酰基可以进行亲核酰基取代。这是用羧酸衍生物如酰氯，酯和酰胺取代的常规方式。