取代反應(yīng)（英文名：Substitution Reaction），是指有機分子中任何一個原子或原子團被其他原子或原子團所替代的反應(yīng)，用通式表示為：R－L（反應(yīng)基質(zhì)）+A-B（進攻試劑）→R－A（取代產(chǎn)物）+L-B（離去基團）。取代反應(yīng)在有機化學(xué)中非常重要，且不僅限于有機化學(xué)，也存在于無機化學(xué)中。取代反應(yīng)包括：鹵代反應(yīng)、硝化反應(yīng)、磺化反應(yīng)、鹵代烴的水解反應(yīng)、酯化反應(yīng)、酯的水解反應(yīng)等，幾乎所有的有機物都能發(fā)生取代反應(yīng)。
取代反應(yīng)按其反應(yīng)機理可分為親核取代、親電取代和均裂取代三類，這些反應(yīng)又可根據(jù)速率決定步驟涉及的分子數(shù)目而分為單分子反應(yīng)和雙分子反應(yīng)。
基本信息
??取代反應(yīng)可分為親核取代、親電取代和均裂取代三類。如果取代反應(yīng)發(fā)生在分子內(nèi)各基團之間，稱為分子內(nèi)取代。有些取代反應(yīng)中又同時發(fā)生分子重排(見重排反應(yīng))。
??需要注意，取代反應(yīng)可以發(fā)生在無機化學(xué)中，例如：
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??在有機化學(xué)中，親電和親核性取代反應(yīng)非常重要。有機的取代反應(yīng)會依以下的特點，被歸類到若干個有機反應(yīng)類別中：
促使反應(yīng)的反應(yīng)物是路易斯酸還是親核試劑。
反應(yīng)中的中間物是一個陽離子、一個陰離子還是一個自由基或者兩步反應(yīng)同時發(fā)生。
反應(yīng)的基質(zhì)是脂肪族化合物還是芳香族化合物。
1.
促使反應(yīng)的反應(yīng)物是親電子試劑還是親核試劑。
2.
反應(yīng)中的中間物是一個陽離子、一個陰離子還是一個自由基或者兩步反應(yīng)同時發(fā)生。
3.
反應(yīng)的基質(zhì)是脂肪族化合物還是芳香族化合物。
??詳細(xì)了解反應(yīng)類別不但對預(yù)測反應(yīng)產(chǎn)物很有幫助，而且能幫助我們從諸如溫度、溶劑等變量上來優(yōu)化該反應(yīng)。
取代反應(yīng)分類
親核取代反應(yīng)
簡稱SN（S為英文"Substitution"（取代），N為"Nucleophilic"（親核），都取第一個大寫字母）。飽和碳上的親核取代很多。例如，鹵代烷能分別與氫氧化鈉、醇鈉或酚鈉、硫脲、硫醇鈉、羧酸鹽和氨或胺等發(fā)生親核取代反應(yīng)，生成醇、醚、硫醇、硫醚、羧酸酯和胺等。醇可與鹵化氫、鹵化磷或氯化亞砜作用，生成鹵代烴。鹵代被氫化鋁鋰還原為烷烴，也是氫負(fù)離子對反應(yīng)物中鹵族元素的取代。當(dāng)試劑的親核原子為碳時，取代結(jié)果形成碳-碳鍵，從而得到碳鏈增長產(chǎn)物，如鹵代烷與氰化鈉、炔化鈉或烯醇鹽的反應(yīng)。在親核取代中，鍵先斷裂，生成正碳離子再跟試劑反應(yīng)，形成鍵，這種反應(yīng)叫單分子親核反應(yīng)，記作。鍵斷裂和鍵的形成同時發(fā)生的反應(yīng)叫雙分子親核取代反應(yīng)，記作。
由于反應(yīng)物結(jié)構(gòu)和反應(yīng)條件的差異，SN有兩種機理，即單分子親核取代反應(yīng)和雙分子親核取代反應(yīng)。的過程分為兩步：第一步，反應(yīng)物發(fā)生鍵裂(電離)，生成活性中間體正碳離子和離去基團；第二步，正碳離子迅速與試劑結(jié)合成為產(chǎn)物。總的反應(yīng)速率只與反應(yīng)物濃度成正比，而與試劑濃度無關(guān)。為舊鍵斷裂和新鍵形成同時發(fā)生的協(xié)同過程。反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度和試劑濃度都成正比。能生成相對穩(wěn)定的碳正離子和離去基團的反應(yīng)物容易發(fā)生，中心碳空間阻礙小的反應(yīng)物容易發(fā)生 。如果親核試劑呈堿性，則親核取代常伴有消除反應(yīng)，兩者的比例取決于反應(yīng)物結(jié)構(gòu)、試劑性質(zhì)和反應(yīng)條件。低溫和堿性弱對SN取代有利。
鹵代烴的親核取代反應(yīng)主要有下面幾類：
水解。鹵烴加水生成醇的反應(yīng)稱為水解反應(yīng)。該反應(yīng)是可逆的：
.實際上，該反應(yīng)一般沒有制備價值。多數(shù)鹵代烴都是由相應(yīng)的醇來制備。不過，由于在某些復(fù)雜分子中導(dǎo)入一個羥基比引入一個鹵原子困難，所以有時也采用鹵烴水解的方法來合成相應(yīng)的醇。在這種情況下，常常采用鹵代烴與氫氧化鉀或氫氧化鈉的水溶液共熱來制取 .反應(yīng)能進行完全，因為比更具親核性，產(chǎn)生的鹵化氫又被堿中和。如：乙醇與乙酸的酯化反應(yīng)。
與有機磷的反應(yīng)。鹵代烴與三烴基膦作用得到鏻鹽，后者在強堿作用下失去質(zhì)子得到磷葉立德（ylide）或被稱作磷葉立因（ylene）。 其中：X為I、Br、Cl等；R為烷基或芳基。磷葉立德一般比較穩(wěn)定，但有時也很活潑。以共振式表示有兩種極限式。
1.
水解。鹵代烴加水生成醇的反應(yīng)稱為水解反應(yīng)。該反應(yīng)是可逆的：
.實際上，該反應(yīng)一般沒有制備價值。多數(shù)鹵代烴都是由相應(yīng)的醇來制備。不過，由于在某些復(fù)雜分子中導(dǎo)入一個羥基比引入一個鹵原子困難，所以有時也采用鹵代烴水解的方法來合成相應(yīng)的醇。在這種情況下，常常采用鹵烴與氫氧化鉀或氫氧化鈉的水溶液共熱來制取.反應(yīng)能進行完全，因為比更具親核性，產(chǎn)生的鹵化氫又被堿中和。如：乙醇與乙酸的酯化反應(yīng)。
2.
與化鈉反應(yīng)。鹵代烴在醇溶液中與氰化鉀或氰化鈉反應(yīng)生成，有機合成中，常常需要增長碳鏈，鹵烴與氰化鉀（鈉）的反應(yīng)是增長一個碳的方法之一。但氰化鉀（鈉）有劇毒，使用時須特別注意。通過腈基（）的轉(zhuǎn)變可合成羧酸（）及其衍生物。
3.
與醇鈉、氨、硝酸銀等的反應(yīng)，前兩個反應(yīng)是制備醚類和胺類的方法之一。后一個反應(yīng)往往用于鹵代烴的鑒別（見后），但某些不活潑的鹵烴不與硝酸銀反應(yīng)，如和等類型的鹵烴都無此反應(yīng)。
4.
與有機磷的反應(yīng)。鹵代烴與三烴基膦作用得到鏻鹽，后者在強堿作用下失去質(zhì)子得到磷葉立德（ylide）或被稱作磷葉立因（ylene）。其中：X為I、Br、Cl等；R為烷基或芳基。磷葉立德一般比較穩(wěn)定，但有時也很活潑。以共振式表示有兩種極限式。
親電取代反應(yīng)
親電取代反應(yīng)主要發(fā)生在芳香體系或富電子的不飽和碳上，就本質(zhì)而言均是較強親電基團對負(fù)電子體系進攻，取代較弱親電基團。其中有磺化反應(yīng)，硝化反應(yīng)，鹵代反應(yīng)等等
均裂取代反應(yīng)
簡稱SH（S為英文"Substitution"（取代））。為自由基對反應(yīng)物分子中某原子的進攻，生成產(chǎn)物和一個新的自由基的反應(yīng)。這種反應(yīng)通常是自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的鏈轉(zhuǎn)移步驟。一些有機化合物在空氣中會發(fā)生自動氧化，其過程也是均裂取代，如苯甲醛、異丙苯和四氫萘等與氧氣作用，可分別生成相應(yīng)的有機過氧化物。
芳香取代反應(yīng)
分芳族親電取代反應(yīng)SEAr和芳族親核取代SNAr（S代表取代,N代表親核,Ar代表芳香）兩類，Ar表示芳基。芳香烴通過硝化、鹵化、磺化和烷基化或酰基化反應(yīng)，可分別在芳環(huán)上引進硝基、鹵原子、磺基和烷基或酰基。這些都屬SEAr。芳環(huán)上已有取代基的化合物，取代劑對試劑的進攻有定位作用。苯環(huán)上的取代基為給電子基團和鹵原子時，親電試劑較多地進入其鄰位和對位；取代 基為吸電子基團時，則以得到間位產(chǎn)物為主。此外，除發(fā)生這些正常反應(yīng)外，有時試劑還可以進攻原有取代基的位置并取而代之，這種情況稱為原位取代。
SNAr需要一定條件才能進行。如鹵代芳烴一般不易發(fā)生SNAr，但當(dāng)鹵原子受到鄰或?qū)ξ幌趸幕罨瑒t易被取代。鹵代芳烴在強堿條件下也可發(fā)生取代。此外，芳香族重氮鹽由于離去基團斷裂成為穩(wěn)定的分子氮，有利于生成苯基陽離子，也能發(fā)生類似SNl的反應(yīng)。
加成與取代反應(yīng)區(qū)別
取代反應(yīng)定義：有機化合物中的一個原子或原子團被其他原子或原子團所代替的反應(yīng)。類型比較：很多參考書經(jīng)常把它與置換反應(yīng)做比較，而實際上它與復(fù)分解反應(yīng)更像。例子：以CH4與Cl2反應(yīng)為例，原理是：一個H被一個Cl取代，即鍵變?yōu)殒I。剩下的Cl與被取代的H產(chǎn)生HCl。特點就是：一個H被取代，消耗一個，產(chǎn)生一個HCl。
加成反應(yīng)定義：有機化合物分子中不飽和碳與其他原子或原子團直接結(jié)合生成新物質(zhì)的反應(yīng)。類型比較：從物質(zhì)種類上來看，類似于化合反應(yīng)。例子：以CH2=CH2與Br2反應(yīng)為例，原理是：中的雙鍵斷開其中一個，兩個C各形成一個半鍵，分別與兩個Br結(jié)合。特點就是雙鍵變單鍵，不飽和變飽和。
參考資料 >
取代反應(yīng).www.zgbk.com.2024-03-10
高溫反應(yīng):取代反應(yīng).www.microflutech.com.2024-03-12