兩個聽起來一樣的問題
到這裡，你已經見過本階的兩條途徑：SN2 那協同的背面進攻，以及SN1 那「先離去、後進攻」、由碳正離子驅動的過程。在這兩者裡，親核試劑都是那個「帶來電子」的角色。自然而然的下一個問題是：給定幾個可能的親核試劑，哪一個勝出？要回答這個問題，你必須把兩個感覺一模一樣、其實並不相同的概念分開。鹼性問的是：一個物種奪取質子 H+ 有多急切。[[nucleophilicity|親核性]]問的是：同一個物種進攻一個碳有多快。質子和碳是兩個非常不同的靶子，所以這兩個答案會分道揚鑣。
最根本的區別在於，這兩個詞活在不同的世界裡。鹼性是一個*熱力學*量——它是一個平衡的位置，正是其共軛酸的 pKa 所衡量的東西，是關於一場爭奪質子的拔河最終停在哪裡的陳述。親核性是一個*動力學*量——它是一個速率，衡量與碳形成新鍵有多快，而這與產物有多穩定並無直接關係。一個講的是終點；另一個講的是旅途的快慢。你可以起跑很快卻收尾很差，也可以起步很慢卻勢不可擋——而這恰恰說明了，為什麼一個強鹼可以是個平庸的親核試劑，反之亦然。
沿主族向下：表親翻臉的地方
沿週期表的一列向下走——氟到氯到溴到碘，或氧到硫——這兩個趨勢就乾淨俐落地分了家，所以這裡是體會兩者之別最清晰的地方。鹼性沿途*下降*：F- 是個比 I- 強得多的鹼，因為氟很小、把負電荷攥得很緊，而碘很大、把同樣的電荷薄薄地抹在一大片柔軟的表面上，於是它輕易就把質子讓了出去。這並不奇怪；你讀酸性趨勢時就遇見過它。
然而在水或醇裡，親核性走的卻是反方向——它沿途*上升*：I- 進攻碳比 F- 快得多，差距懸殊。兩個原因疊加在一起。其一，可極化性：碘的外層電子鬆散、離核很遠，因而它的電子雲容易變形，能早早地朝碳伸過去、在還隔著一段距離時就開始成鍵——一個柔軟、有彈性、夠得很遠的親核試劑。氟的電子則被攥得又緊又硬，向靶子伸展得很慢。其二——而且在這些溶劑裡是決定性的——溶劑籠，下一節會把它展開。又小又硬又鹼的 F- 被困在一層氫鍵殼裡，必須先把它脫掉才能行動；又大又軟的 I- 幾乎感覺不到這個籠子，依舊靈活。
DOWN A GROUP (halides, in water/alcohol)
F- Cl- Br- I-
basicity strongest ------------> weakest (DOWN)
nucleophilic weakest ------------> strongest (UP, protic)
small + hard + tightly held --> big + soft + polarizable
ACROSS A ROW (same row, left to right: more electronegative)
H2N- > HO- > F- both basicity AND nucleophilicity
fall together left-to-right
(the electrons are held more tightly by the pull of EN)相比之下，橫跨一行時，兩個趨勢卻齊步並進。從左往右——比方說從一個醯胺型的氮負離子，到氫氧根，再到氟負離子——電負性節節攀升，原子把電子攥得越來越緊，鹼性和親核性便一同下降。所以 H2N- 既是比 HO- 更強的鹼，也是更好的親核試劑，而 HO- 又勝過 F-。這裡的教訓是：行是和睦的，表親意見一致；列才是體積和溶劑上演叛亂的地方。
另一根軸上的體積：臃腫扼住了親核試劑
體積還有第二種作用方式，而它是「鹼性與親核性並非同一個數」這件事最乾淨的單一演示。比較兩個鹼性幾乎相同的氧負離子：乙醇負離子 CH3CH2O-，和叔丁醇負離子 (CH3)3CO-。按 pKa 它們幾乎是雙胞胎——都是非常強的鹼。可作為親核試劑，它們卻有天壤之別。乙醇負離子身形精瘦，輕鬆就滑到碳上。叔丁醇負離子是個肥球，氧周圍豎著三個甲基；那道位阻擋得它擠不進去、夠不著一個埋在裡頭的碳，於是儘管它身為鹼很強，作為親核試劑卻笨拙而孱弱。
為什麼同樣的臃腫會毀掉親核性，卻幾乎不損鹼性？因為這兩個靶子待在非常不同的街區裡。質子 H+ 又小又突出，赤裸裸地暴露在分子的邊緣上；連一個笨重的鹼也能伸過去把它揪下來。而一個正被 SN2 進攻的碳，則埋在它另外三根鍵的正中間、縮在一條狹窄的進攻通道深處；只有身形苗條的親核試劑才擠得過去。所以臃腫幾乎碰不到「搶質子」那件活，卻讓「攻碳」那件活癱瘓——而這道差距，正是把這兩個性質劈開的那枚楔子。
溶劑：質子性溶劑關籠，非質子溶劑放虎
現在輪到那根能凌駕一切的槓桿：溶劑。質子性極性溶劑是帶有 O-H 或 N-H 鍵的溶劑——水、甲醇、乙醇、氨。它的決定性特徵是：它的氫能形成氫鍵。非質子極性溶劑同樣極性很強、同樣能很好地溶解離子，卻沒有 O-H 或 N-H——丙酮、DMSO、DMF、乙腈。它把偶極架在一個連著碳的原子上，因而拿不出氫來形成氫鍵。就這一處結構差異，把親核試劑強弱的規則整個改寫了。
下面是這套機理，一個原子一個原子地講。在質子性溶劑裡，每一個負離子親核試劑都被一圈溶劑分子圍住，它們把各自的 O-H 氫朝裡指，在那個負電荷外面砌起一層緊實的氫鍵殼——一個籠子，有時叫溶劑化層。在這個親核試劑能進攻碳之前，它必須先把這層籠子部分剝掉，這要耗能、也就慢了下來。這籠子對像 F- 這樣又小、電荷密度又高的負離子裹得最緊——它那集中的電荷拴住許多強氫鍵；對像 I- 這樣又大、又彌散的負離子則裹得鬆鬆垮垮。這就是為什麼在質子性溶劑裡，親核性沿主族向下的走向與鹼性相反：最強的鹼被裹得最重，因而是最慢的進攻者。
換到非質子極性溶劑，籠子就垮了。這類溶劑仍然能漂亮地溶劑化那個帶正電的反離子——DMSO 用它富電子的氧從容地把一個鈉或鉀正離子裹起來——但因為沒有 O-H，它們沒法在那個*負離子*外面砌起氫鍵殼。親核試劑便被晾在那裡，赤身裸體、無拘無束、怒氣沖沖。這下它真正的內稟強度顯露了出來，沿主族向下的趨勢也回到了鹼性的次序：在 DMSO 裡，又小又硬的 F- 重新成了一個兇猛的親核試劑，因為沒有任何東西拽著它。正因如此，非質子溶劑是 SN2 反應的一台大加速器——它們把親核試劑放了出來。
當溶劑翻轉結局
溶劑不只調節親核試劑的強弱——它能決定哪一整條途徑運行，SN2 還是 SN1，因為這兩條途徑對溶劑的要求恰好相反。SN2 沒有帶電的中間體；它只需要一個不受束縛、動作飛快的親核試劑，而這正是非質子極性溶劑所提供的。SN1 則相反，它的成敗繫於那一步限速反應：一個碳正離子和一個離去的負離子，從一個中性分子裡一同誕生。質子性溶劑能同時穩定這兩份新生的電荷——用氫鍵托住那個負離子，用自己帶負電的一端去撫慰那個正離子——從而降低能壘、餵養 SN1 這條路。所以，那個扼住親核試劑的溶劑，正是那個寵著碳正離子的溶劑。
- 設想一個處於邊界的仲碳底物——一個走哪條路都說得通的碳——身邊有一個中等強度的親核試劑。結局真正懸而未決，溶劑便手握那張決定性的選票。
- 把它溶在 DMSO（非質子極性溶劑）裡。親核試劑赤裸而迅捷，而電荷分離又得不到任何幫助。自由的親核試劑在一次協同的背面進攻裡撲上去——SN2 勝出，產物以乾淨的構型翻轉出現。
- 現在把同樣的這些反應物溶在含水乙醇（質子性極性溶劑）裡。親核試劑被關進籠子、變得遲鈍，而離去基團和新生的碳正離子卻被悉心穩定。分子先發生電離——SN1 接管，扁平的碳正離子從兩個面都遭進攻，產物外消旋化。同一個分子、同一個親核試劑，機理相反、立體化學也相反——翻轉它的，不過是溶劑而已。
給一句誠實的告誡，免得你太信這套乾淨的說法：這些是傾向、而非定律，真實的情形往往是兩條途徑的混合，而不是俐落的非此即彼。上面那個邊界仲碳底物，恰恰就是預測變得模糊、真實燒瓶裡可能兩種產物都出一些的地方。溶劑只是四根槓桿之一——親核試劑、底物、離去基團、溶劑——它通常只在其餘幾根把比賽拉成平局時才起決定作用。在伯碳上，幾乎不論溶劑如何，SN2 都佔上風；在叔碳上，SN1 佔上風，一個赤裸的親核試劑幾乎無關緊要。溶劑是那個打破平局的人，恰恰在那場仗本就膠著的地方威力最大。