En substitutions reaktion er en reaktion hvor noget bliver erstattet med noget andet – i en nukleofil substitution bliver en leaving gruppe (LG) erstattet med en nukleofil (Nu). Der findes to forskellige mekanismer som kan foregå, kaldet 1. ordens nukleofil subsitution (SN1) og 2. ordens nukleofil substitution (SN2).
SN1 (1. ordens nukleofil substitution)
En 1. ordens nukleofil substitution (SN1) foregår i to trin. Først forlader leaving gruppen hvorved der dannes en carbocation. Denne angriber nukleofilen hvorved produktet er dannet. Da der er en carbocation som mellemstadie dannes begge former for stereoisomere, hvis der er et asymmetrisk C-atom.
I nedenstående eksempel forlader Br som leaving gruppe og danner en sekundær carbocation, hvorved nukleofilen kan angribe.
SN2 (2. ordens nukleofil substitution)
En 2. ordens nukleofil substitution (SN2) foregår i et trin. Nukleofilen angriber fra den anden side af leaving gruppen, hvorved der dannes et transition state, hvor både nukleofilen og leaving gruppen er bundet. Her vil leaving gruppen så forlade molekylet, da den er en bedre leaving gruppe end nukleofilen. Under denne mekanisme sker der en invertion af stereokemien.
I nedenstående eksempel forlader Br som leaving gruppen samtidig med at nukleofilen methanoat ionen angriber. Stereokemien bliver inverteret.
SN1 vs. SN2
I og med der er to nukleofil substitutionsmekanismer, må man estimere hvilken der foregår. Nogle gange foregår der en blanding af begge. Estimationen sker udfra en række kriterier.
Et af kriterierne er efter hvilken carbocation der ville blive dannet. En tertiær carbocation er mere stabil end en sekundær carbocation der er mere stabil end en primær carbocation. Da den tertiære carbocation er mest stabil er mekanismen her altid SN1. Ved sekundær carbocation er mekanismen en blanding af SN1 og SN2. Ved primær carbocation, der er relativ ustabil, er det altid en SN2.
Herudover er SN1 favoriseret af svage nukleofiler, polære protiske solventer og gode leaving grupper. SN2 er favoriseret af polær aprotiske solventer, stærke nukleofiler og gode leaving grupper.
Bemærk også at betingelserne for nukleofil substitution ofte er de samme som elimination, så man skal tage E1 og E2 reaktioner med i sin overvejelse! SN2 vil altid konkurrere med E2 og SN1 vil altid konkurrere med E1.
Sidst opdateret 30. maj 2023