r>Br>Cr>Fa对于不同卤素的卤代烧，其亲核取代反应的活性次序为：
R.I>R-Br>R-Cl>R.Fa
碘代坯的反应率最快，氟代桂最慢。
例如，
RCHzX+HO-RCHzH+X
X
F
C1
Bi
I
相对反应速率
1
200
10000
30000
若离去基团的碱性较强，如HOsR0•和NH丁都是强碱，它们都不是好的离去基团，在亲核取代反应中，它们都难以直接被其他亲核试剂取代。
这种情况下，需要将它们转变为好的离去基团，才能使取代反应顺利进行。
（3）亲核试剂：
在Sn2反应中，离去基团是在亲核试剂对中心碳原子的亲核进攻下逐渐离去的,因此亲核试剂的亲核能力直接与取代反应的速率有关。
亲核试剂可以是带有负电荷的离子或带有未共用电子对的中性分子。
在多数情况下，试剂的亲核性与其碱性大小的顺序一致。
若亲核试剂中的亲核原子为同周期元素.则亲核性大小顺序与碱性强弱顺序相同，如CHs>H2N->HO>Fo但亲核性与碱性毕竟不完全一样，试剂的亲核性大小是根据它对亲核取代反应速率的影响来判断的，而碱性大小表现在结合H•的难易上，判断标准不同，结果也不完全相同。
如：
亲核性：
CH3O>CH3CH2O>（CH3）2CHO>（CHs）3COo碱性：
CHsOVCH3CH2O<（CH3）2CHOv（CH3）3CO°
可见，试剂的亲核性与碱性的强弱顺序不一定是一致的。
对于同族元素，由于亲核试剂通常是用其负离子相应的盐，而常用的溶剂是水或醇等质子溶剂，在这种质子溶剂中，负离子的亲核性大小与其相应的碱性往往表现为不一致性。
相对来说，对于带相同电荷的禽子，离子半径小的负电荷更集中，其与溶剂质子生成氢键而溶剂化的能力也强：
而离子半径大的负电荷相对较分散，其与溶剂质子生成氢键而溶剂化的能力相对较弱。
然而，负离子在发生亲核取代反应前必须克服溶剂分子的溶剂化作用，离子半径大的负离子相对较容易克服洛剂化作用而显得有较强的亲核性。
因此，对于同族元素，亲SttWI->Br->Cl>F-,RS->RO\
如果反应在非质子溶剂（如N,N■二甲基甲酰胺、二甲亚矶等）中进行，因为没有生成氢键的溶剂化效应，所以英亲核性为KBr
6./CH3
NTO=CH-N^；X_
、CH3
自由的卤素负离子（XJ亲核性比溶剂化的X大得多，故亲核取代反应在非质子极性溶剂中要快得多。
中性分子的亲核性比相应的共轨碱负离子的亲核性小，如亲核性有H0_>H20,RO->ROH,RCOOaRCOOH,NH2->NH3,RNH->RNH2o对于相同亲核原子的亲核试剂，碱性大的，亲核性也大，如ROSRCOCT。
在Sn2反应中，亲核试剂的空间因素也影响貝亲核性，空间位阻大的亲核试剂不利于与底物的史心碳原子接近，表现为较低的亲核能力。
例如，烷氧基负离子的亲核能力随烷基体积的增大而减小,即CH3O->CH3CH2O->（CH3）2CHO>（CH3）3CO\
二、单分子亲核取代反应（SN1反应）
实验证明：
3°RX.CH尸CHCHX、节卤（Ph・X）的水解是按SnI历程进行的，如：
（CH3）3C-Br+OH-^CHshC-OH+Br,>=Jt[（CH3）3C-Br]
因其水解反应速率仅与反应物卤代烧的浓度有关，而与亲核试剂的浓度无关，所以称为单分子亲核取代反应（SnI反应）。
I.SnI反应机理，SnI反应是分两步完成的：
RR
R2—c—LR2—C++L-
RiRi
反应的第一步是卤代坯电离生成活性中间体碳正离子，碳正离子再与亲核试剂进行第二步反应生成产物。
故SK1反应中有活性中面葆碳芷区宇石
3.SZ反应的立体化学：
由于反应中间体的中心碳原子为sp?
杂化，决泄了碳正离子为平而构型,空的p轨道垂直于碳正离子所在的平而，因此亲核试剂可以从该平面的两边等概率地进攻碳正离子而生成取代产物。
如果中心碳原子在取代产物中是手性碳原子.则取代产物应该是外消旋化.（箋概莖的构型翻转±构型保持L的，这是SnI反应的立体化学特征，可以作为SnI反应机理対囁矗
依据。
5.影响SnI亲核取代反应的因素：
从单分子亲核取代反应的动力学公式v=k[R丄]可以看出，SnI亲核取代反应的反应速率只与反应底物R・L有关，而与亲核试剂Nu无关。
因此.可以分别从反应底物（包括桂基的结构和离去基团的性质）和影响反应中间体碳正离子的稳泄性等方面讨论对S"亲核取代反应的影响。
（1）反应底物中绘基的结构：
SZ反应是经过碳正离子中间体的两步反应。
第一步生成碳正离子中间体是反应速率的决左步骤，因此碳正离子容易形成，反应容易进行，反应速率就快。
而碳正离子的稳立性与英正电荷的分散程度有关，凡有利于正电荷分散的因素都使碳正离子的稳宦性增加。
碳正离子的稳宅性次序为：
（C旦3）3C?
（C旦3）兀史虫鱼C旦旦3〉.
因此，对于反应底物为伯、彳中、菽面弋瓦氏SnI反血2勺弟程次斥为：
陋也＞劇旦左KC旦rkc旦迟
碳正离子中，中心碳原子为Sp?
杂化，中心碳原子及与其直接相连的三个原子在同一平而内。
如果由于几何原因，碳正离子难以达到平而结构，则S"反应很难进行。
贞素连在桥头碳原予上的卤代思由于桥环的刚性，桥头碳既不易形成平面结构的碳正离子，又亍鬲手棗核也対八由棗
•■■.••■••■■■•••■■•■••••■■■■•••••••■■■■.■•.••••■■
的背面进攻和构型的翻转，因此它们很难发生亲核取代反应。
例如，下列一些桥头碳上的枳代怪，尽管都是叔浪代绘，也难以发生SnI反应。
卤代绘与硝酸银的乙醇溶液作用生成硝酸酯和卤化银沉淀，反应是按SnI机理进行的亲核取代反应。
R-X+AgNOs>R-ONO2（硝酸酯）+AgXI
因此，根据反应中卤化银沉淀生成的速率不同，可以区别伯、仲、叔卤代烧。
（2）离去基团：
藹去基团的离去能力对SZ反应和Sn2反应的影响具有相同的趋势，但离去能力大的离去基团对S"反应的影响更大、更有利。
对于相同烧基的卤代炷，英SE反应活性为：
RI>RBr>RCl>RF.在卤代烧的SE反应中，加入AgSHg*等藹子，这时离去基团就不是卤素负离子，而是离去能力更大、溶解度极小的AgX或HgX2,在此条件下卤代烧的亲核取代反应基本上都按S"机理进行。
例如：
ch3ch3ch3ch3
CH3—C—CH2Br塑HCH3—C—CH；—CH3—£一CH2CH3竺CH3—1—CH2CH3
CH3CH3ONO2
在上述SnI反应中，可以看出碳架发生了重排，这是因为反应最初生成的伯碳正离子中间体经邻位碳原子上甲基的迁移，生成了更稳宦的叔碳正簡子。
在SnI反应中，常可观察到碗正离予的重排」
（3）溶剂：
由于在SnI反应中，通常是由中性分子经过渡态电离成带正电荷的反应中间体，其过渡态相对于反应底物而言电荷是增加的，因此极性洛剂或港剂旳极性壇加有利壬带正电荷中.间体的稳定、过渡态的稳泄以及反应活化能的降低，使反应速率加快。
中心碳原子与离去基团之间发生共价键的异裂，这时生成的碳正离子和相应的负离子仍紧密地靠在一起，构成紧密离子对，紧密离子对周例被溶剂分子包羽，并将各离子对隔离开来。
然后，有少量溶剂分子进入紧密离子对的两离子之间，但两离子仍然组成一个离子对，这称为溶剂分隔离子对。
随着溶剂分子不断渗入，正、负离子之间的距离不断扩大，正、负离子分别被溶剂分子包阳并溶剂化，这称为溶剂化自由离子，其过程可简单表示如下:
:
外返F1
i:
……内返……-：
1!
:
:
;••
RX—R；X-==^R+IIX-R++X'
紧密离子对溶剂分隔离子对溶剂化自由离子
整个过程是可逆的，反向过程称为返回。
由紧密离子对经反向过程重新结合成原来的共价化合物称为内返。
由溶剂化自由离子和溶剂分隔离子对经反向过程重新结合成原来的共价化合物均称为外返。
反应底物RX在解离过程中的各阶段除与底物的结构有关外，还与反应的溶剂有关，在非极性溶剂中，有利于形成紧密离子对和溶剂分隔离子对的状态：
在强极性溶剂中，则有利于形成溶剂化自由离子的状态。
紧密离子对、溶剂分隔离子对和溶剂化自由离子都可以与溶剂分子或其他亲核试剂结合生成取代产物。
如果取代反应发生在紧密离子对阶段，则溶剂分子或亲核试剂只能从离去基团的背而进攻，生成构型翻转的产物。
如果取代反应发生在溶剂分隔离子对阶段，由于离去基团的空间阻碍，亲核试剂从离去基团的背面进攻比正而进攻有利，概率也大，这时得到的产物中，构型翻转的比构型保持的多，即可能得到部分构型翻转和部分外消旋化产物。
只有当取代反应发生在溶剂化自由藹子阶段，溶剂分子或亲核试剂从离去基团的背而和正面进攻的概率才相等，得到完全外消旋化的产物。
因此，离子对机理可以满意地解释：
在有些动力学为一级的SnI反应中.产物不是完全外消旋化，而是构型翻转的产物多于构型保持的产物。
3.归纳总结
SnI反应与Sn2反应的区别
反应类型
反应分子
反应速率
反应过程
构型变化
有无重排
SnI反应
单分子反应
v=^fR-X]
两步反应，有中间体碳正离子生成
构型翻转+构型保持
有重排产物
S*2反应
双分子反应
v=A-[R-X][Nu]
一步反应，形成过渡态
构型翻转（瓦尔登转化）
无重排产物
1.对SnI反应，反应速率：
3°RX>2°RX>1°RX>CHsXo对Sn2反应，反应速率：
CHsX>1°RX>2°RX>3°RXo
叔卤代桂主要进行SN1反应，伯卤代绘Sn2反应，仲卤代坯两种历程都可，由反应条件而泄。
烯丙基型卤代思旦C氐X）既易进行怂】•反应丿…也易进行色2・反应,桥头卤代的桥环卤代炬既难进行d反应-也难进徨处2.反应。
2•减丽（Nu）亦能
在亲核取代反应中，亲核试剂的作用是提供一对电子与RX的中心碳原子成键，若试剂给电子的能力强，则成键快，亲核性就强。
亲核试剂的强弱和浓度的大小对SnI反应无明显的影响。
亲核试剂的浓度愈大，亲核能力愈强，越有利于S、2反应的进行。
3.溶剂极性对亲核试剂的亲核性的影响：
（1）在质子型溶剂中，亲核试剂首先与H・结合，发挥的是它的碱性，而不是亲核性.在非极性溶剂中，亲核试剂的溶解度很低，不利于发挥亲核性，所以偶极型溶剂有利于亲核性。
（2）对于Sn2反应来说，一般是电荷分散的过程，这样的过程需要极性低的溶剂才能稳左过渡态中间体。
对于S"反应来说，由于产生的是正碳离子，所以采用极性溶剂有利于稳立中间体。
因此，潘剂的极性壇加对乂L反应有利匚对22.反应丕利。
卤代坯消除反应机理
卤代绘不仅能发生Sn反应，还可以发生消除反应。
卤代姪分子中消去卤化氢生成烯婭常称为消除反应（Elimination）,用E表示。
由于卤代炷中C・X键有极性，卤素的诱导作用可通过a・C传递到P-C上，使p-H原子有一定的酸性;在碱的作用下卤代桂易消去p-H和卤原子•称为卜消除：
这种消除反应是胡融翩常尬芳吐。
如：
—C—C>—+NaOH上H3CH2OH・：
c=C〔+NaX+H20
II/、
Hx
与卤代烧的Sn反应相似，卤代烧在发生消除反应时，也有单分子和双分子消除机理，分别记为E1反应和E2反应。
一、单分子消除反应（E1反应）
1•叔卤代烷的消除反应主要按单分子机理进行。
反应动力学显示为一级反应，其反应速率仅与反应物卤代烷的浓度成正比，反应速率u胡R・X]°El反应与SnI反应有相似的机理，反应也是分两步进行。
例如，叔丁基浪在无水乙醇溶液中首先发生C・Br键的异裂，浪带着一对电子以Br•形式离去，生成碳正离子中间体，然后溶剂分子乙醇作为Lewis碱进攻p・C上的氢原子，使CH键发生异裂，原来GH键上的共用电子对与相邻的带正电荷的碳原子生成OC单键，最后得到烯婭。
在弱碱或稀碱作用下，叔卤代炷和部分仲卤代烧主要发生典型的单分子消除反应。
卤素作为离去基团，离去能力大的都对单分子消除反应有利。
极性质子洛刑如HQ、ROH、HCOOH等有利于碳正离子稳泄性增加，也对单分子消除反应有利。
2.E1反应的势能曲线图与SN1反应相似：
反应进程
由于单分子消除反应经过碳正簡子中间体，因此有时可观察到碳正离子重排后的消除产物。
ch3
ch3
1
ch3
CH3CH3
ch3c-chch3-^
甲基迁移
•ch3c—chch3
CH3C—CHCHj-2^
、c=c"
/J
11
1+
+1
ch3ch3
CH3Br•
ch3
ch3
仲碳正离子
叔碳正禽子
重排消除产物
在单分子消除反应中，如果有两个或两个以上不同的卜H,则可以在碳链的不同方向消除，生成不同的烯烧。
实验事实是从含氢最少的卜C原子上消除氢原子，而生成碳碳双键上取代基最多的烯煙是主要产物，符合Z旦趣Y（扎依采未）•规则。
例如，
CH^CH^ONa
CH3CH2CB「（CH3）2方诂而CH3CH=C（CH3）2（71%）+CH3CH2（CH3）C=CH2（29%）
二、双分子消除反应（E2反应）
1•在双分子消除反应中，卤代烷在碱作用下消除HX生成烯桂，反应动力学显示为二级反应,其反应速率与反应物卤代烷的浓度和碱的浓度成正比，化学反应速率尸灿R・X][B]
对于反应物，其G-X和Cp-H键的断裂及Q和Cp之间兀键的生成是协同进行的。
例如，2-涼丁烷在乙醇钠的乙醇溶液中的消除过程如下：
双分子消除是一步反应.过程中经过由两种分子参与的过渡态，没有反应中间体。
由于在形成E2消除反应的过渡态时,Ca・X和C>H键已逐渐变弱,Ca和C卩由sp?
杂化逐渐过渡到sp2杂化，而Ca和Cp上的p轨道也同时逐渐形成，为了使逐渐形成的p轨道能从侧面平行交盖成兀键，因此要求H-C-C-X四个原子必须在同平而上。
反式共平面的消除构象是比较稳定的对位交叉式构象,
•.■•.■••••••■.•■»••••.••■••••■•裕••
而顺式共平而的消除构象是不稳上的重叠式构象，因此E2消除通常是H・C・C・X处于反式共平而的反式消除。
在E2反应中，当有两种不同产氢时，消除时一般也是含氢较少的0・C提供卜H,生成碳碳双键上取代基相对较多的烯绘为主要产物，即产物也符合座列.（扎依采夫）规则，这个结果与E1反应相似。
例如，
ch3ch3ch3
1II
CH3—c—CH2—CH3仝业空CH3—C=CH—CH3+CH3—CH—CH=CH2
Br
2■浪2甲基丁烷2冲基2丁烯（70%）2冲基亠丁烯（30%）
由于E2反应的产物烯性符合扎依采夫规则，而叔卤代烧总是比仲卤代炷和伯卤代怪消除卤化氢后得到的烯烧在双键上的取代基多，因此在E2反应中•它们的反应活性次序为：
叔卤代坯〉仲卤代桂〉伯卤代婭，这可以从碳正禽子的稳左性的角度解释。
在某些E2反应中，如果碱的体积较大.而卜H周用的位阻环境又不一样，这时体积大的碱有利于进攻空间位阻小的P-H,王囊尹霸木符合扎依采夫规则，这种生成的主要产物是碳碳双键上取代基最少的烯炷称为朋血腰M霍夫曼滋妊」例如，
严・严严，CH3
CH3—c—CH2—CH3+CH3CO-CH2CH3+CH3—C=CH—ch3
BrCH3
2.浪・2冲基丁烷2冲基亠丁烯（72%）2冲基2丁烯（28%）
在E1和E2反应的速率决立步骤中都包含C-X键的断裂和卤原子的离去，因此对于不同卤原子的卤代绘，英消除反应速率一般来说为：
RI>RBr>RClo
三、共觇碱单分子消除反应（Elcb反应，cb代表反应物分子的共轨碱）Elcb（uninioleculareliminationfromtheconjugatebase）是指卩・H先与碱结合,生成碳快离予（作用物的共辄碱），然后碳负离子中的离去基团带一对电子离开，同时形成兀键*
在Elcb反应中，先发生C・H键的异裂，然后才是GX键的异裂。
实际上，Elcb反应的类型并不多，它要求p-C±连有吸电子的取代基，能使卩・H的酸性增强且形成的碳负离子的稳左性提髙，还要求离去基团的离去倾向小。
卩■疑基酮在碱作用下的消除反应是典型的Elcb反应（按照Elcb反应，这里与离去基团疑基相连的碳原子为*C,与*C相连的碳原子为卜C）,按基的吸电子效应使0・H的酸性增强，在碱作用下先藹去，同时形成的碳负离子又能与吸电子的按基形成pr共轨而比较稳左，且・OH又是不好的离去基团，因此反应按Elcb进行。
例如.在碱催化下两分子丙酮缩合生成*卜不饱和酮的反应（这里所指的a,卜碳原子与Elcb反应中指的不是同一碳原子）过程如下：
O
II
爭CHjC=CH^、CH3
C^C-^CH^
ch3
El反应、E2反应和Elcb反应是0-消除反应中的三种极限机理。
通常按E2机理进行的较多，但完全按协同机理进行仅是一种理想状态。
如果卩旧键的断裂先于CorL的断裂，则反应按Elcb机理进行：
如果CorL的断裂先于卩・H键的断裂，则反应按E1机理进行。
实际上E1通过E2到Elcb是一个连续变化的过程，即E2可变过渡态理论（见下图）。
该理论认为，多数消除反应的机理是介于典型的El、E2、Elcb之间的，与反应底物的结构.离去基团的性质、反应试剂的性质（如碱的强弱、位阻效应）、溶剂效应等因素有关。
过渡态中otC・L键断裂程度增加的方向
过渡态中卜H键断裂程度增加的方向
El反应.E2反应消除反应比较
反应
E1反应
E2反应
反应机理
11慢I|
H-C-C-LH-C-C^+L
1111
—C—CHB+；C-c]+L-
H-卡-*舟>=<
一步
两歩
动力学
v=A-[R-X]
v=^R-X][B]
立体化学
非立体专一性
反式共平面消除
R-X的活性
3°RX>2°RX>1°RX
3°RX>2°RX>1°RX
消除取向
Saytzerff取向
Saytzerff取向
竞争反应
SN1反应及重排
Sn2反应
4.亲核取代反应和消除反应的竞争
亲核取代反应和消除反应是在同一反应体系中，由同一亲核试剂进攻反应底物的a-C和0旧而引起的竞争反应，两种反应通常是同时发生和相互竞争的。
影响取代反应和消除反应比例的因素有反应底物的结构、试剂的亲核性（或碱性）和极性、溶剂的种类和极性、反应温度等。
但最主要的因素是卤代怪的结构和试剂的碱性。
凡有利于碳碳双键的形成和稳左性增加的因素都对消除反应有利。
对于卤代绘.卜C上连有吸电子取代基，可增强产卜H的酸性，有利于消除反应。
*C或卩・C的烷基增多，或连有能与生成的碳碳双键形成共辘体系的取
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