Просмотр кода страницы Реакции нуклеофильного замещения

'''Реакции нуклеофильного замещения''' ({{lang-en|nucleophilic substitution reaction}}) — [[реакции замещения]], в которых атаку осуществляет [[нуклеофил]] — реагент, несущий неподеленную [[электронная пара|электронную пару]].<ref name="march_eng">M. B. Smith, J. March, ''March's Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure'', 6th ed., Wiley-Interscience, '''2007''', ISBN 978-0-471-72091-1</ref> Уходящая группа в реакциях нуклеофильного замещения называется ''нуклеофуг''.

Все нуклеофилы являются [[основание Льюиса|основаниями Льюиса]].

Общий вид реакций нуклеофильного замещения:

: R−X + Y<sup>−</sup> → R−Y +  X<sup>−</sup> (где Y<sup>−</sup> анионный нуклеофил)

: R−X + Y−Z → R−Y + X−Z (где Y−Z нейтральный нуклеофил)

== Реакции алифатического нуклеофильного замещения ==

=== Реакции S<sub>N</sub>1 ===
Механизм реакции '''S<sub>N</sub>1''' или '''реакции мономолекулярного нуклеофильного замещения''' ({{lang-en|substitution nucleophilic unimolecular}}) включает следующие стадии:

1. Ионизация [[субстрат]]а с образованием [[карбкатион]]а (медленная стадия):

: R−X → R<sup>+</sup> + X<sup>−</sup>

2. Нуклеофильная атака карбкатиона (быстрая стадия):

: R<sup>+</sup> + Y<sup>−</sup> → R−Y

или (если в качестве нуклеофила выступает нейтральная частица):

: R<sup>+</sup> + Y−Z → R−Y<sup>+</sup>−Z

3. Отщепление [[катион]]а (быстрая стадия):

: R−Y<sup>+</sup>−Z → R−Y + Z<sup>+</sup>

Примером реакции '''S<sub>N</sub>1''' является [[гидролиз]] трет-бутилбромида:

: [[Файл:Substitutionreaction1.png|450px]]

Условный энергетический профиль реакции мономолекулярного нуклеофильного замещения представлен на диаграмме<ref name="kerry">''Керри Ф, Сандберг Р.'' Углублённый курс органической химии: пер. с англ., в 2-х томах. — М.: Химия, 1981.</ref>.

[[Файл:Sn1profile.png|250 px|thumb|Условный энергетический профиль реакции S<sub>N</sub>1]]

[[Скорость реакции]] '''S<sub>N</sub>1''' (в упрощённом виде) не зависит от концентрации нуклеофила и прямо пропорциональна концентрации субстрата<ref name="march">''Mарч Дж.'' Органическая химия, пер. с англ., т. 2, — M.: Мир, 1988</ref>:

: '''Скорость реакции = k × [RX]'''

Так как в процессе реакции образуется [[карбкатион]], его атака (в идеальных условиях без учёта фактора влияния заместителей) нуклеофилом может происходить с обеих сторон, что приводит к [[рацемизация|рацемизации]] образующегося продукта.

Важно иметь в виду, что '''S<sub>N</sub>1''' механизм реализуется только в случае относительной устойчивости промежуточного карбкатиона, поэтому по такому пути, обычно, реагируют только третичные ((R)<sub>3</sub>C-X) и вторичные ((R)<sub>2</sub>CH-X) алкилпроизводные.

=== Реакции S<sub>N</sub>2 ===
[[Файл:Sn2profile.png|250 px|thumb|Условный энергетический профиль реакции S<sub>N</sub>2]]

Механизм реакции '''S<sub>N</sub>2''' или '''реакции бимолекулярного нуклеофильного замещения''' ({{lang-en|substitution nucleophilic bimolecular }}) происходит в одну стадию, без промежуточного образования [[интермедиат]]а. При этом атака нуклеофила и отщепление уходящей группы происходит одновременно:

: R−X + Y<sup>−</sup> → [Y⋯R⋯X]<sup>−</sup> → R−Y + X<sup>−</sup>

Примером реакции '''S<sub>N</sub>2''' является [[гидролиз]] [[этилбромид]]а:

: [[Файл:BromoethaneSN2reaction.png|500px|Гидролиз бромэтана]]

Условный энергетический профиль реакции бимолекулярного нуклеофильного замещения представлен на диаграмме<ref name="kerry" />.

[[Скорость реакции]] '''S<sub>N</sub>2''' зависит как от концентрации нуклеофила, так и концентрации субстрата<ref name="march" />:

: '''Скорость реакции = k × [RX] × [Y]'''

Так как в процессе реакции атака нуклеофилом может происходить только с одной стороны, результатом реакции является стереохимическая инверсия образующегося продукта.

Ещё в [[1895 год]]у этот эффект обнаружил латышский химик [[Вальден, Пауль|Пауль Вальден]] («обращение Вальдена»), однако он не смог его объяснить<ref>{{cite web
 |author        = 
 |authorlink    = 
 |datepublished = 
 |url           = http://www.physchem.chimfak.rsu.ru/Source/History/Persones/Walden.html
 |title         = Пауль Вальден — биография
 |format        = 
 |work          = Краткий очерк истории химии
 |publisher     = Кафедра физхимии РГУ
 |accessdate    = 2009-07-22
 |lang          = 
 |description   = 
 |archiveurl    = https://web.archive.org/web/20120306021946/http://www.physchem.chimfak.rsu.ru/Source/History/Persones/Walden.html
 |archivedate   = 2012-03-06
 |deadlink      = yes
}}</ref>. В [[1935 год]]у Хьюз исследуя реакцию оптически активного 2-йодоктана с йодид-ионом обнаружил, что реакция имеет
общий второй кинетический порядок и первый по каждому из реагентов, а также, что скорость рацемизации
в два раза выше скорости внедрения [[йод]]а в молекулу йодоктана<ref name="butin">{{cite web|lang=|url=http://www.chem.msu.su/rus/jvho/2001-2/11.pdf|title=Механизмы органических реакций: достижения и перспективы|author=Бутин К. П.|authorlink=|work=Журнал Российского химического общества им. Д. И. Менделеева, № 2, 2001 год|description=|datepublished=|format=pdf|publisher=Химическая информационная сеть ChemNet|archiveurl=https://www.webcitation.org/66ekvg3UC?url=http://www.chem.msu.su/rus/jvho/2001-2/11.pdf|archivedate=2012-04-03|accessdate=2009-07-20|deadlink=no}}</ref>.
Так было сформулировано стереохимическое '''S<sub>N</sub>2''' правило:

''В реакциях бимолекулярного нуклеофильного замещения атакующий нуклеофил стереохимически инвертирует молекулу, в которой он замещает уходящую группу''.

=== Сравнение реакций S<sub>N</sub>1 и S<sub>N</sub>2 ===
{| class="standard" width=80%
 !Сравнительный фактор
 !S<sub>N</sub>1
 !S<sub>N</sub>2
|-
 !align="left" |&nbsp;Скорость реакции
 |align="center" |k × [RX]
 |align="center" |k × [RX] × [Y] 
|-
 !align="left" |&nbsp;Стереохимический результат
 |align="center" |рацемизация
 |align="center" |инверсия 
|-
 !align="left" |&nbsp;Предпочтительный растворитель
 |align="center" |полярный протонный
 |align="center" |полярный апротонный
|-
 |colspan="3" align="center"|<div style="color:navy">''Влияние структуры субстрата на скорость реакции''<ref>{{cite web
 |author        = Ненайденко В. Г.
 |authorlink    = 
 |datepublished = 2003
 |url           = http://www.chem.msu.su/rus/teaching/nen/objects/18_2005(nucleo_aliphatic).pdf
 |title         = Алифатическое нуклеофильное замещение. Лекция № 18
 |format        = pdf
 |work          = Иллюстративный материал к курсу лекций «Органическая химия»
 |publisher     = Химическая информационная сеть ChemNet
 |accessdate    = 2009-07-20
 |lang          = 
 |description   = 
 |archiveurl    = https://www.webcitation.org/66ekxRIAV?url=http://www.chem.msu.su/rus/teaching/nen/objects/18_2005(nucleo_aliphatic).pdf
 |archivedate   = 2012-04-03
 |deadlink      = no
}}</ref> </div>
|-
 !align="left" |&nbsp;CH<sub>3</sub>-Х
 |align="center" |реакция не идёт
 |align="center" |очень хорошо
|-
 !align="left" |&nbsp;R-CH<sub>2</sub>-X
 |align="center" |реакция не идёт
 |align="center" |хорошо
|-
 !align="left" |&nbsp;R<sub>2</sub>CH-X
 |align="center" |реакция идёт
 |align="center" |реакция идёт
|-
 !align="left" |&nbsp;R<sub>3</sub>C-X
 |align="center" |очень хорошо
 |align="center" |реакция не идёт
|-
 !align="left" |&nbsp;R-CH=CH-CH<sub>2</sub>-X
 |align="center" |реакция идёт
 |align="center" |хорошо
|-
 !align="left" |&nbsp;С<sub>6</sub>H<sub>5</sub>-CH<sub>2</sub>-X
 |align="center" |реакция идёт
 |align="center" |хорошо
|-
 !align="left" |&nbsp;R-CO-CH<sub>2</sub>-X
 |align="center" |реакция не идёт
 |align="center" |отлично
|-
 !align="left" |&nbsp;R-O-CH<sub>2</sub>-X
 |align="center" |отлично
 |align="center" |хорошо
|-
 !align="left" |&nbsp;R<sub>2</sub>N-CH<sub>2</sub>-X
 |align="center" |отлично
 |align="center" |хорошо
|-
 |}

=== Реакции смешанного типа S<sub>N</sub>1 — S<sub>N</sub>2 ===
Не для всех реакций можно чётко определить механизм, по которому они протекают, так как чистый '''S<sub>N</sub>1''' или '''S<sub>N</sub>2''' являются всего лишь идеальными (предельными) модельными случаями. Следует помнить, что один и тот же [[субстрат]] может реагировать с одним и тем же нуклеофилом, в зависимости от условий реакции и растворителя, как по механизму '''S<sub>N</sub>1''', так и '''S<sub>N</sub>2'''.

Например, скорость [[гидролиз]]а 2-бромпропана описывается с учётом смешанного механизма его протекания<ref name="traven">''Травень В. Ф.'' Органическая химия, М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. — ISBN 5-94628-068-6.</ref>:

: CH<sub>3</sub>−CHBr−CH<sub>3</sub> + HO<sup>−</sup> → CH<sub>3</sub>−CHOH−CH<sub>3</sub> + Br<sup>−</sup>

: '''Скорость реакции = k<sub>1</sub> × [CH<sub>3</sub>CHBrCH<sub>3</sub>] + k<sub>2</sub> × [CH<sub>3</sub>CHBrCH<sub>3</sub>] × [HO<sup>-</sup>]'''

Часто смешанный механизм провоцируется применением '''амбидентных нуклеофилов''', то есть нуклеофилов, имеющих не менее двух атомов — доноров электронных пар (например: NO<sub>2</sub><sup>−</sup>, CN<sup>−</sup>, NCO<sup>−</sup>, SO<sub>3</sub><sup>2−</sup> и пр.)

Если в субстрате имеется заместитель, находящийся рядом с атакуемым атомом и несущий свободную электронную пару, он может существенно увеличить скорость реакции нуклеофильного замещения и повлиять на её механизм (сохранение конфигурации). В этом случае говорят об '''анхимерном содействии''' соседней группы (например: COO<sup>−</sup>, COOR, OCOR, O<sup>−</sup>, OR, NH<sub>2</sub>, NHR, NR<sub>2</sub> и пр.)

Примером анхимерного содействия может служить гидролиз 2-бромпропионата:

: [[Файл:Anchimer.png|500px]]

Несмотря на формальный (с точки зрения одностадийности) механизм '''S<sub>N</sub>2''', образующийся в ходе реакции продукт имеет ту же оптическую конфигурацию, что и исходный.

=== Реакции S<sub>N</sub>i ===
Механизм реакции '''S<sub>N</sub>i''' или '''реакции внутримолекулярного нуклеофильного замещения''' ({{lang-en|substitution nucleophilic internal}}) протекает в несколько стадий по аналогии с механизмом '''S<sub>N</sub>1''', однако часть уходящей группы при этом атакует субстрат, отщепляясь от оставшейся части.

Общая схема реакции: <br />
1. Ионизация субстрата:

:<math>\mathsf{R\!\!-\!\!X\!\!-\!\!Y}\rightleftarrows\mathsf{R^++:X\!\!-\!\!Y^-}</math>

2. Нуклеофильная атака:

:<math>\mathsf{R^++:X\!\!-\!\!Y^-}\rightarrow\mathsf{R\!\!-\!\!X+Y}</math>

На первом этапе субстрат диссоциирует с образованием т. н. ''контактной ионной пары''. Компоненты такой пары находятся очень близко друг от друга, поэтому атака нуклеофила вынужденно происходит с той же стороны, где до этого находилась уходящая группа.

Реакции, протекающие по механизму '''S<sub>N</sub>i''', крайне редки. Одним из примеров может служить устаревший механизм взаимодействия [[спирты|спирта]] с [[тионилхлорид|SOCl<sub>2</sub>]]:<ref name=march_eng />

:[[Файл:Eni-mechanism.png|450px]]

Из схемы видно, что в реакций '''S<sub>N</sub>i''' конфигурация реакционного центра остается неизменной. В настоящее время доказано, что может быть как инверсия, так и сохранение конфигурации, в зависимости от растворителя (например: инверсия при использовании пиридина, сохранение в диоксане). Сохранение конфигурации в диоксане объясняется двумя подходами: первый подход состоит в том, что происходит двойное обращение, второй подход предлагает модель образование ионных пар.

=== Факторы, влияющие на реакционную способность ===

==== Влияние природы нуклеофила ====
Природа нуклеофила оказывает существенное влияние на скорость и механизм реакции замещения. Фактором, количественно описывающим это влияние является [[нуклеофильность]] — относительная величина, характеризующая способность влияния реагента на [[скорость химической реакции]] нуклеофильного замещения.

Нуклеофильность — величина ''кинетическая'', т. е. влияет исключительно на скорость реакции. Этим она принципиально отличается от [[основность|основности]], которая является ''термодинамической'' величиной<ref name="en">Химическая энциклопедия./ Нуклеофильные реакции. // Главный редактор И. Л. Кнунянц. — М.: «Советская энциклопедия», 1988 год. — Т. 3.</ref>, и определяет положение равновесия.

В идеальном случае природа нуклеофила не влияет на [[скорость реакции]] S<sub>N</sub>1, так как лимитирующая стадия этого процесса от этого не зависит. В то же время, природа реагента может оказать влияние на ход процесса и конечный продукт реакции.

Для реакций S<sub>N</sub>2 можно выделить следующие принципы, по которым определяется влияние природы нуклеофила<ref name="march" />:

* Отрицательно заряженный нуклеофил (например, NH<sub>2</sub><sup>-</sup>) всегда сильнее, чем его сопряженная кислота (NH<sub>3</sub>), при условии, что она также проявляет нуклеофильные свойства.
* При сравнении нуклеофилов, атакующие атомы которых находятся в одном периоде [[Периодическая система химических элементов|периодической системы им. Д. И. Менделеева]], изменение их силы соответствует изменению их основности:
:<math>\mathsf{CH_3^->NH_2^->OH^- >F^-}</math>
* Снизу вверх в периодической системе нуклеофильность обычно уменьшается:

:<math>\mathsf{I^->Br^->Cl^->F^-}</math>

* Исключение из предыдущего пункта:

:<math>\mathsf{(C_2H_5)_3P>(C_2H_5)_3As>(C_2H_5)_3N}</math>

* Чем свободнее нуклеофил, тем он сильнее.
* Если в положении, соседствующем с атакуемым атомом, имеются свободные электронные пары, нуклеофильность возрастает (''α-эффект''):

:<math>\mathsf{HOO^->HO^-; N_2H_4>NH_3}</math>

Следует иметь в виду, что нуклеофильность различных реагентов сравнивают по отношению к некоторому выбранному стандарту при условии соблюдения идентичности условий проведения реакции (термодинамические параметры и растворитель). На практике для реакций S<sub>N</sub>2 применяют [[уравнение Свена-Скотта]]<ref name="en" />:

:<math> \log { \left ( \frac{k}{k_0} \right ) } = S\cdot n</math>,

где: <br />
<math>k,\ k_0</math>&nbsp;— константы скорости реакции субстрата с данным нуклеофилом и водой (или иным стандартом, например — [[метанол]]ом); <br />
<math>S\ </math>&nbsp;— параметр чувствительности субстрата к изменению нуклеофила (в качестве стандартного нуклеофила, когда S = 1, выбирают CH<sub>3</sub>Br или CH<sub>3</sub>I); <br />
<math>n\ </math>&nbsp;— параметр нуклеофильности.

<!-- нижеследующий фрагмент скрыт, т.к. дублирует содержимое статьи [[Нуклеофил]]-->
<!-- 
Для стандартного нуклеофила [[бромистый метил|CH<sub>3</sub>Br]] и стандартного растворителя H<sub>2</sub>O при 25 °C параметры нуклеофильности <ref name="en" />:

{| class="simple" border="1" width=80%
 !Нуклеофил
 !Значение n
 !Нуклеофил
 !Значение n 
 !Нуклеофил
 !Значение n
|-
 |&nbsp;SO<sub>3</sub><sup>2-</sup>
 |align="center" |5,16
 |&nbsp;CN<sup>-</sup>
 |align="center" |5,10
 |&nbsp;I<sup>-</sup>
 |align="center" |5,04 
|-
 |&nbsp;SCN<sup>-</sup>
 |align="center" |4,77
 |&nbsp;HO<sup>-</sup>
 |align="center" |4,20
 |&nbsp;N<sub>3</sub><sup>-</sup>
 |align="center" |4,00 
|-
 |&nbsp;Br<sup>-</sup>
 |align="center" |3,89
 |&nbsp;HCO<sub>3</sub><sup>-</sup>
 |align="center" |3,80
 |&nbsp;Cl<sup>-</sup>
 |align="center" |3,04
|-
 |&nbsp;CH<sub>3</sub>COO<sup>-</sup>
 |align="center" |2,72
 |&nbsp;SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>
 |align="center" |2,50
 |&nbsp;F<sup>-</sup>
 |align="center" |2,00
|-
 |&nbsp;NO<sub>3</sub><sup>-</sup>
 |align="center" |1,03
 |&nbsp;CH<sub>3</sub>OH
 |align="center" |0,70
 |&nbsp;H<sub>2</sub>O
 |align="center" |0,00
 |}

Для стандартного нуклеофила CH<sub>3</sub>I и стандартного растворителя CH<sub>3</sub>OH при 25 °C параметры нуклеофильности <ref name="kerry" />:
{| class="simple" border="1" width=80%
 !Нуклеофил
 !Значение n
 !Нуклеофил
 !Значение n 
 !Нуклеофил
 !Значение n
|-
 |&nbsp;C<sub>6</sub>H<sub>5</sub>Se<sup>-</sup>
 |align="center" |10,7
 |&nbsp;C<sub>6</sub>H<sub>5</sub>S<sup>-</sup>
 |align="center" |9,9
 |&nbsp;(C<sub>2</sub>H<sub>5</sub>)<sub>3</sub>P
 |align="center" |8,7 
|-
 |&nbsp;HOO<sup>-</sup>
 |align="center" |7,8
 |&nbsp;I<sup>-</sup>
 |align="center" |7,4
 |&nbsp;(C<sub>2</sub>H<sub>5</sub>)<sub>3</sub>As
 |align="center" |7,1 
|-
 |&nbsp;CN<sub>-</sub>
 |align="center" |6,7
 |&nbsp;(C<sub>2</sub>H<sub>5</sub>)<sub>3</sub>N
 |align="center" |6,7
 |&nbsp;N<sub>2</sub>H<sub>4</sub>
 |align="center" |6,6
|-
 |&nbsp;NH<sub>2</sub>OH
 |align="center" |6,6
 |&nbsp;OH<sup>-</sup>
 |align="center" |6,5
 |&nbsp;CH<sub>3</sub>O<sup>-</sup>
 |align="center" |6,3
|-
 |&nbsp;Br<sup>-</sup>
 |align="center" |5,8
 |&nbsp;C<sub>6</sub>H<sub>5</sub>O<sup>-</sup>
 |align="center" |5,8
 |&nbsp;N<sub>3</sub><sup>-</sup>
 |align="center" |5,8
|-
 |&nbsp;NH<sub>3</sub>
 |align="center" |5,5
 |&nbsp;Cl<sup>-</sup>
 |align="center" |4,4
 |&nbsp;CH<sub>3</sub>COO<sup>-</sup>
 |align="center" |4,3
|-
 |&nbsp;F<sup>-</sup>
 |align="center" |2,7
 |&nbsp;NO<sub>3</sub><sup>-</sup>
 |align="center" |1,5
 |&nbsp;CH<sub>3</sub>OH
 |align="center" |0,0
 |}
 -->

==== Влияние уходящей группы ====
Фактором, количественно описывающим влияние уходящей группы является '''нуклеофугность''' — относительная величина, характеризующая способность влияния нуклеофуга на скорость химической реакции нуклеофильного замещения.

Для описания нуклеофугности, обычно, трудно подобрать один параметр, который исчерпывающе определил бы зависимость скорости реакции от природы уходящей группы. Часто, в качестве меры нуклеофугности для реакций '''S<sub>N</sub>1''' служат константы [[сольволиз]]а.

Эмпирически можно руководствоваться следующим правилом — уходящая группа отщепляется тем легче, чем стабильнее она как самостоятельная частица<ref name="march" />.

Хорошими нуклеофугами являются следующие группы:

<math>\mathsf{N_2^+, OClO_3^-, OTs^-, FSO_3^-, CF_3SO_3^-, CH_3SO_3^-}</math>

==== Влияние растворителя ====
Очевидно, что для реакций '''S<sub>N</sub>1''', чем выше [[полярность]] растворителя, тем выше [[скорость реакции]] замещения (для нейтральных субстратов). Если же [[субстрат]] несёт положительный заряд, наблюдается обратная зависимость — повышение полярности растворителя замедляет реакцию. Сравнивая протонные и [[апротонные растворители]], следует отметить, что если растворитель способен образовывать [[водородная связь|водородную связь]] с уходящей группой, он увеличивает скорость для нейтральных субстратов.

Для реакций '''S<sub>N</sub>2''' влияние растворителя оценить сложнее. Если в переходном состоянии заряд распределён аналогично исходному состоянию или снижен, апротонные полярные растворители замедляют реакцию. Если такой заряд возникает только в переходном состоянии, полярные растворители реакцию ускоряют<ref name="march" />. Протонные полярные растворители способны образовывать связь с анионами, что затрудняет протекание реакции<ref name="traven" />.

На скорость реакции в апротонных растворителях также оказывает влияние и размер атакующего атома: малые атомы обладают большей нуклеофильностью.

Обобщая сказанное, можно эмпирически отметить: для большинства субстратов при увеличении полярности растворителя скорость '''S<sub>N</sub>1''' реакций растёт, а '''S<sub>N</sub>2''' — снижается.

Иногда оценивают влияние растворителя рассматривая его ионизирующую силу (''Y''), используя '''уравнение Уинстейна-Грюнвальда''' ([[1948 год]])<ref name="kazan">{{cite web
 |author        = Самуилов Я. Д., Черезова Е. Н.
 |authorlink    = 
 |datepublished = 2003
 |url           = http://chem.kstu.ru/butlerov_comm/vol4/cd-a9/data/jchem&cs/russian/n2/full/appl/book_samuilov.pdf
 |title         = Реакционная способность органических соединений. Учебное пособие
 |format        = pdf
 |work          = Мультимедийный журнал «Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские  сообщения.»
 |publisher     = 
 |accessdate    = 2009-07-23
 |lang          = 
 |description   = 
 |archiveurl    = https://www.webcitation.org/66eky252c?url=http://chem.kstu.ru/butlerov_comm/vol4/cd-a9/data/jchem
 |archivedate   = 2012-04-03
 |deadlink      = yes
}}</ref>:

<math>\log { \left ( \frac{k}{k_0} \right ) } = m\cdot Y</math>

где:
<math>k,\ k_0</math>&nbsp;— константы скорости [[сольволиз]]а стандартного субстрата (в качестве стандарта используется ''трет''-бутихлорид) в заданном и стандартном растворителе (в качестве стандарта используется 80 % об. [[этанол]]).

<math>m\ </math>&nbsp;— параметр чувствительности субстрата к ионизирующей силе растворителя.

Значение ''Y'' для некоторых растворителей<ref name="kazan" />:
[[вода]]: 3,493; [[муравьиная кислота]]: 2,054; [[метанол]]: −1,090; [[этанол]] (100 %): −2,033; [[диметилформамид]]: −3,500

Существует и альтернативный ''I''-параметр, введённый в 1969 году Другаром и Декрооком. Он аналогичен ''Y''-фактору, но в качестве снандарта была выбрана '''S<sub>N</sub>2''' реакция между три-''н''-пропиламином и [[йодистый метил|йодистым метилом]] при 20°С<ref name="kazan" />.

{{начало скрытого блока |заголовок= Типовые реакции алифатического нуклеофильного замещения&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; |стиль_тела= clear:both;width:65%; |выравнивание_заголовка = left |стиль_заголовка= background-color:#FFFAF0;  font-size:larger; }}
{| class="standard"
!Название||Реакция
|-
|colspan="2"| Нуклеофилы: H<sub>2</sub>O, HO<sup>-</sup>, ROH, RO<sup>-</sup>
|-
|Гидролиз алкилгалогенидов||<math>\mathsf{R\!\!-\!\!X + HO^-}\rightarrow\mathsf{R\!\!-\!\!OH + X^-}</math>

<math>\mathsf{R\!\!-\!\!C(X)_2\!\!-\!\!R + 2HO^-}\rightarrow\mathsf{R\!\!-\!\!C(O)\!\!-\!\!R + 2X^- + H_2O}</math>

<math>\mathsf{R\!\!-\!\!CX_3 + 3HO^-}\rightarrow\mathsf{R\!\!-\!\!COOH + 3X^- + H_2O}</math>

|-
|Гидролиз ацилгалогенидов||<math>\mathsf{R\!\!-\!\!COX + H_2O}\rightarrow\mathsf{R\!\!-\!\!COOH + HX}</math>
|-
|Гидролиз сложных эфиров||<math>\mathsf{R\!\!-\!\!COOR' + HO^-}\rightarrow\mathsf{R\!\!-\!\!COO^- + R'OH}</math>
|-
|Алкилирование алкилгалогенидами||<math>\mathsf{R\!\!-\!\!X + R'O^-}\rightarrow\mathsf{ROR'+X^-}</math>
|-
|Образование и [[переэтерификация]] простых эфиров||<math>\mathsf{ROH + R'OH}\rightarrow\mathsf{ROR' + H_2O}</math>
|-
|Образование и переэтерификация сложных эфиров||<math>\mathsf{R\!\!-\!\!COX + R'OH}\rightarrow\mathsf{RCOOR' + HX}</math>

<math>\mathsf{R\!\!-\!\!COOH + R'OH}\rightarrow\mathsf{RCOOR' + H_2O}</math>

<math>\mathsf{R\!\!-\!\!COOR' + R''OH}\rightarrow\mathsf{RCOOR'' + R'OH}</math>
|-
|colspan="2"| Нуклеофилы: RCOOH, RCOO<sup>-</sup>
|-
|Реакции алкилирования||<math>\mathsf{R\!\!-\!\!X + R'COO^-}\rightarrow\mathsf{R'COOR + X^-}</math>

<math>\mathsf{R_2CN_2 + R'COOH}\rightarrow\mathsf{R'COOCHR_2 + N_2}</math>
|-
|Реакции ацилирования||<math>\mathsf{RCOOH + RCOOH}\rightarrow\mathsf{(RCO)_2O + H_2O}</math>

<math>\mathsf{RCOX + R'COO^-}\rightarrow\mathsf{RCOOCOR' + X^-}</math>
|-
|colspan="2"|Нуклеофилы: H<sub>2</sub>S, SH<sup>-</sup>, SR<sup>-</sup>
|-
|||<math>\mathsf{R\!\!-\!\!X + H_2S}\rightarrow\mathsf{R\!\!-\!\!SH + HX}</math>

<math>\mathsf{R\!\!-\!\!X + R'S^-}\rightarrow\mathsf{R\!\!-\!\!S\!\!-\!\!R' + X^-}</math>

<math>\mathsf{R\!\!-\!\!COX + R'S^-}\rightarrow\mathsf{R\!\!-\!\!COSR' + X^-}</math>
|-
|colspan="2"|Нуклеофилы: NH<sub>3</sub>, RNH<sub>2</sub>, R<sub>2</sub>NH
|-
|Алкилирование аминов||<math>\mathsf{R\!\!-\!\!X + NH_3}\rightarrow\mathsf{R\!\!-\!\!NH_2 + HX}</math>

<math>\mathsf{R\!\!-\!\!X + R'NH_2}\rightarrow\mathsf{R\!\!-\!\!NHR' + HX}</math>
|-
|Ацилирование аминов||
<math>\mathsf{R\!\!-\!\!COX + R'R''NH}\rightarrow\mathsf{R\!\!-\!\!NR'R'' + HX}</math>

<math>\mathsf{(RCO)_2O + NH_3}\rightarrow\mathsf{RCONH_2 + RCOOH}</math>

<math>\mathsf{RCOOR' + NH_3}\rightarrow\mathsf{RCONH_2 + R'OH}</math>
|-
|colspan="2"|Нуклеофилы: галогены и галогенпроизводные
|-
|Реакция обмена галогенами||<math>\mathsf{R\!\!-\!\!X + X'^-}\rightarrow\mathsf{R\!\!-\!\!X' + X^-}</math>
|-
|Получение алкилгалогенидов из спиртов||<math>\mathsf{R\!\!-\!\!OH + HX}\rightarrow\mathsf{R\!\!-\!\!X + H_2O}</math>

<math>\mathsf{R\!\!-\!\!OH + PCl_5}\rightarrow\mathsf{R\!\!-\!\!Cl + POCl_3 + HCl}</math>

<math>\mathsf{R\!\!-\!\!OH + SOCl_2}\rightarrow\mathsf{R\!\!-\!\!Cl + SO_2 + HCl}</math>
|-
|Получение алкилгалогенидов из простых и сложных эфиров||<math>\mathsf{ROR' + HI}\rightarrow\mathsf{R\!\!-\!\!I + R'OH}</math>

<math>\mathsf{R'COOR + LiI}\rightarrow\mathsf{R\!\!-\!\!I + R'COOLi}</math>
|-
|Получение ацилгалогенидов||<math>\mathsf{RCOOH + SOCl_2}\rightarrow\mathsf{RCOCl + SO_2 + HCl}</math>

<math>\mathsf{(RCO)_2O + HF}\rightarrow\mathsf{RCOF + RCOOH}</math>
|-
|colspan="2"|Прочие нуклеофилы
|-
|Реакции с металлами и металлорганическими соединениями||

<math>\mathsf{RC(COR')_3 + R''MgX}\rightarrow\mathsf{RR''C(COR')_2 + R'OMgX}</math>
|-
|Реакции с активной CH<sub>2</sub>-группой||<math>\mathsf{RX + Z\!\!-\!\!CH_2\!\!-\!\!Z}\rightarrow\mathsf{Z\!\!-\!\!CHR\!\!-\!\!Z + HX}</math>
|-
|Реакции с участием ацетиленовой группы||<math>\mathsf{RX+R'\!\!-\!\!C}\!\!\equiv\!\!\mathsf{C^-}\rightarrow\mathsf{R'\!\!-\!\!C}\!\!\equiv\!\!\mathsf{C\!\!-\!\!R+X^-}</math>
|}
{{конец скрытого блока}}

== Реакции ароматического нуклеофильного замещения ==
Для ароматических систем более характерны [[реакции электрофильного замещения]]. В реакции нуклеофильного замещения они вступают, как правило, только в случае действия сильного нуклеофила или в достаточно жёстких условиях.

=== Реакции S<sub>N</sub>Ar (Ариновый механизм) ===
Механизм реакции '''S<sub>N</sub>Ar''' или '''реакции ароматического нуклеофильного замещения''' ({{lang-en|substitution nucleophilic aromatic}}) является наиболее важным среди реакций нуклеофильного замещения ароматических соединений и состоит из двух стадий. На первом этапе происходит присоединение нуклеофила, на втором — отщепление нуклеофуга. Иначе механизм '''S<sub>N</sub>Ar''' называют механизмом ''присоединения-отщепления'':

[[Файл:SnAr-mechanism.png|500 px|thumb|Механизм реакции ароматического нуклеофильного замещения]]

Образующийся в ходе реакции промежуточный комплекс, иногда достаточно устойчивый, носит название '''комплекса Мейзенгеймера''' (Майзенхаймера).

Существуют исследования, указывающие на малую распространенность реакций с участием комплекса Мейзенгеймера и преимущественное протекание реакции замещения по одностадийному механизму. <ref name="nat2018-10">{{cite web
 | author        = Eugene E. Kwan, Yuwen Zeng, Harrison A. Besser & Eric N. Jacobsen
 | authorlink    = https://www.nature.com/articles/s41557-018-0079-7/email/correspondent/c1/new
 | datepublished = 2018-07-16
 | url           =https://www.nature.com/articles/s41557-018-0079-7| title         = Concerted nucleophilic aromatic substitutions
 | format        = 
 | work          = Nature Chemistry vol. 10, pages 917–923 (2018)
 | publisher     = Department of Chemistry & Chemical Biology, Harvard University, Cambridge, MA, USA
 | accessdate    = 2018-10-15
 | lang          = en
 | description   = 
 | archiveurl    = 
 | archivedate   = 
}}</ref>

=== Реакции S<sub>N</sub>1 ===
Реакции с механизмом '''S<sub>N</sub>1''' для ароматических соединений встречаются крайне редко и, по сути, характерны только для солей диазония:

[[Файл:Sn1ar-mechanism.png|200 px]]

=== Ариновый механизм ===
При взаимодействии арилгалогенидов, не содержащих заместителей, с сильными основаниями (например: NaNH<sub>2</sub>) замещение идёт по '''ариновому механизму''' — через стадию образования дегидробензола:

[[Файл:Substitution via benzyne.svg|500px|Ариновый механизм]]

=== Реакции S<sub>RN</sub>1 ===
'''Реакции радикально-нуклеофильного замещения''' ({{lang-en|substitution radical-nucleophilic unimolecular}}) — '''S<sub>RN</sub>1''' — достаточно распространены среди ароматических систем. Механизм этих реакций включает стадию с участием свободных радикалов:

[[Файл:Radical-nucleophilic aromatic substitution Mechanism.png|450px|Реакции S<sub>RN</sub>1]]

Реакции '''S<sub>RN</sub>1''' инициируются и стимулируются сольватированными электронами, фотохимически или электрохимически. Наличие радикального механизма не требует для стимулирования таких реакций присутствия в субстрате активирующих групп или сильного основания.

=== Типичные реакции ароматического нуклеофильного замещения ===
* Типичные реакции арилгалогенидов

: <math>\mathsf{ArX+HO^-}\rightarrow\mathsf{ArOH+X^-}</math>

: <math>\mathsf{ArX+RO^-}\rightarrow\mathsf{ArOR+X^-}</math>

: <math>\mathsf{ArBr+HNR_2}\rightarrow\mathsf{ArNR_2+HBr}</math>

* Реакции с участием солей диазония

: <math>\mathsf{ArN_2^++Nu^-}\rightarrow\mathsf{ArNu+N_2}</math>

== Примечания ==
{{примечания}}

{{Внешние ссылки}}
{{Химические реакции в органической химии}}

[[Категория:Реакции замещения|*]]