底物结构效应（substrate structure effect）

把烧瓶递给化学家,问“这会走 SN1 还是 SN2?”,他第一眼看的就是底物本身的形状——具体说,就是带离去基团的那个碳周围挤了几个碳基团。这一项特征,即底物结构效应,往往就是决定因素,因为两种机理有着相反的结构偏好。

关键在这里。SN2 想要一个开阔、不拥挤的碳,好让亲核试剂从背面进攻;所以它在甲基和伯底物上跑得最好,在仲底物上吃力,在叔底物上则因位阻被关掉。SN1 则相反,它依赖的不是“能否接近”,而是它将要生成的碳正离子有多稳定——而碳正离子的稳定性随取代程度升高(叔 > 仲 > 伯 > 甲基),这要归功于超共轭和相连烷基的供电子推力。所以叔底物——根本容不下 SN2——却是 SN1 的完美搭档。两组顺序正好相反:SN2 偏爱甲基 > 伯 > 仲;SN1 偏爱叔 > 仲。

仲底物处在争夺的中间地带——它两边都能走,结果就由另外三个杠杆(亲核试剂强度、离去基团、溶剂)来定夺。结构效应也解释了为什么甲基和伯底物基本上从不走 SN1:它们的阳离子太不稳定,根本形不成。它还解释了两个特例(烯丙基和苄基底物),因其阳离子有共振稳定,即便在伯碳中心也能走 SN1。先读底物,再引入其他杠杆,是预测取代反应通道与立体化学结果的实用方法。