两个听起来一样的问题
到这里，你已经见过本阶的两条途径：SN2 那协同的背面进攻，以及SN1 那“先离去、后进攻”、由碳正离子驱动的过程。在这两者里，亲核试剂都是那个“带来电子”的角色。自然而然的下一个问题是：给定几个可能的亲核试剂，哪一个胜出？要回答这个问题，你必须把两个感觉一模一样、其实并不相同的概念分开。碱性问的是：一个物种夺取质子 H+ 有多急切。[[nucleophilicity|亲核性]]问的是：同一个物种进攻一个碳有多快。质子和碳是两个非常不同的靶子，所以这两个答案会分道扬镳。
最根本的区别在于，这两个词活在不同的世界里。碱性是一个*热力学*量——它是一个平衡的位置，正是其共轭酸的 pKa 所衡量的东西，是关于一场争夺质子的拔河最终停在哪里的陈述。亲核性是一个*动力学*量——它是一个速率，衡量与碳形成新键有多快，而这与产物有多稳定并无直接关系。一个讲的是终点；另一个讲的是旅途的快慢。你可以起跑很快却收尾很差，也可以起步很慢却势不可挡——而这恰恰说明了，为什么一个强碱可以是个平庸的亲核试剂，反之亦然。
沿主族向下：表亲翻脸的地方
沿周期表的一列向下走——氟到氯到溴到碘，或氧到硫——这两个趋势就干净利落地分了家，所以这里是体会两者之别最清晰的地方。碱性沿途*下降*：F- 是个比 I- 强得多的碱，因为氟很小、把负电荷攥得很紧，而碘很大、把同样的电荷薄薄地抹在一大片柔软的表面上，于是它轻易就把质子让了出去。这并不奇怪；你读酸性趋势时就遇见过它。
然而在水或醇里，亲核性走的却是反方向——它沿途*上升*：I- 进攻碳比 F- 快得多，差距悬殊。两个原因叠加在一起。其一，可极化性：碘的外层电子松散、离核很远，因而它的电子云容易变形，能早早地朝碳伸过去、在还隔着一段距离时就开始成键——一个柔软、有弹性、够得很远的亲核试剂。氟的电子则被攥得又紧又硬，向靶子伸展得很慢。其二——而且在这些溶剂里是决定性的——溶剂笼，下一节会把它展开。又小又硬又碱的 F- 被困在一层氢键壳里，必须先把它脱掉才能行动；又大又软的 I- 几乎感觉不到这个笼子，依旧灵活。
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，横跨一行时，两个趋势却齐步并进。从左往右——比方说从一个酰胺型的氮负离子，到氢氧根，再到氟负离子——电负性节节攀升，原子把电子攥得越来越紧，碱性和亲核性便一同下降。所以 H2N- 既是比 HO- 更强的碱，也是更好的亲核试剂，而 HO- 又胜过 F-。这里的教训是：行是和睦的，表亲意见一致；列才是体积和溶剂上演叛乱的地方。
另一根轴上的体积：臃肿扼住了亲核试剂
体积还有第二种作用方式，而它是“碱性与亲核性并非同一个数”这件事最干净的单一演示。比较两个碱性几乎相同的氧负离子：乙醇负离子 CH3CH2O-，和叔丁醇负离子 (CH3)3CO-。按 pKa 它们几乎是双胞胎——都是非常强的碱。可作为亲核试剂，它们却有天壤之别。乙醇负离子身形精瘦，轻松就滑到碳上。叔丁醇负离子是个肥球，氧周围竖着三个甲基；那道位阻挡得它挤不进去、够不着一个埋在里头的碳，于是尽管它身为碱很强，作为亲核试剂却笨拙而孱弱。
为什么同样的臃肿会毁掉亲核性，却几乎不损碱性？因为这两个靶子待在非常不同的街区里。质子 H+ 又小又突出，赤裸裸地暴露在分子的边缘上；连一个笨重的碱也能伸过去把它揪下来。而一个正被 SN2 进攻的碳，则埋在它另外三根键的正中间、缩在一条狭窄的进攻通道深处；只有身形苗条的亲核试剂才挤得过去。所以臃肿几乎碰不到“抢质子”那件活，却让“攻碳”那件活瘫痪——而这道差距，正是把这两个性质劈开的那枚楔子。
溶剂：质子性溶剂关笼，非质子溶剂放虎
现在轮到那根能凌驾一切的杠杆：溶剂。质子性极性溶剂是带有 O-H 或 N-H 键的溶剂——水、甲醇、乙醇、氨。它的决定性特征是：它的氢能形成氢键。非质子极性溶剂同样极性很强、同样能很好地溶解离子，却没有 O-H 或 N-H——丙酮、DMSO、DMF、乙腈。它把偶极架在一个连着碳的原子上，因而拿不出氢来形成氢键。就这一处结构差异，把亲核试剂强弱的规则整个改写了。
下面是这套机理，一个原子一个原子地讲。在质子性溶剂里，每一个负离子亲核试剂都被一圈溶剂分子围住，它们把各自的 O-H 氢朝里指，在那个负电荷外面砌起一层紧实的氢键壳——一个笼子，有时叫溶剂化层。在这个亲核试剂能进攻碳之前，它必须先把这层笼子部分剥掉，这要耗能、也就慢了下来。这笼子对像 F- 这样又小、电荷密度又高的负离子裹得最紧——它那集中的电荷拴住许多强氢键；对像 I- 这样又大、又弥散的负离子则裹得松松垮垮。这就是为什么在质子性溶剂里，亲核性沿主族向下的走向与碱性相反：最强的碱被裹得最重，因而是最慢的进攻者。
换到非质子极性溶剂，笼子就垮了。这类溶剂仍然能漂亮地溶剂化那个带正电的反离子——DMSO 用它富电子的氧从容地把一个钠或钾正离子裹起来——但因为没有 O-H，它们没法在那个*负离子*外面砌起氢键壳。亲核试剂便被晾在那里，赤身裸体、无拘无束、怒气冲冲。这下它真正的内禀强度显露了出来，沿主族向下的趋势也回到了碱性的次序：在 DMSO 里，又小又硬的 F- 重新成了一个凶猛的亲核试剂，因为没有任何东西拽着它。正因如此，非质子溶剂是 SN2 反应的一台大加速器——它们把亲核试剂放了出来。
当溶剂翻转结局
溶剂不只调节亲核试剂的强弱——它能决定哪一整条途径运行，SN2 还是 SN1，因为这两条途径对溶剂的要求恰好相反。SN2 没有带电的中间体；它只需要一个不受束缚、动作飞快的亲核试剂，而这正是非质子极性溶剂所提供的。SN1 则相反，它的成败系于那一步限速反应：一个碳正离子和一个离去的负离子，从一个中性分子里一同诞生。质子性溶剂能同时稳定这两份新生的电荷——用氢键托住那个负离子，用自己带负电的一端去抚慰那个正离子——从而降低能垒、喂养 SN1 这条路。所以，那个扼住亲核试剂的溶剂，正是那个宠着碳正离子的溶剂。
- 设想一个处于边界的仲碳底物——一个走哪条路都说得通的碳——身边有一个中等强度的亲核试剂。结局真正悬而未决，溶剂便手握那张决定性的选票。
- 把它溶在 DMSO（非质子极性溶剂）里。亲核试剂赤裸而迅捷，而电荷分离又得不到任何帮助。自由的亲核试剂在一次协同的背面进攻里扑上去——SN2 胜出，产物以干净的构型翻转出现。
- 现在把同样的这些反应物溶在含水乙醇（质子性极性溶剂）里。亲核试剂被关进笼子、变得迟钝，而离去基团和新生的碳正离子却被悉心稳定。分子先发生电离——SN1 接管，扁平的碳正离子从两个面都遭进攻，产物外消旋化。同一个分子、同一个亲核试剂，机理相反、立体化学也相反——翻转它的，不过是溶剂而已。
给一句诚实的告诫，免得你太信这套干净的说法：这些是倾向、而非定律，真实的情形往往是两条途径的混合，而不是利落的非此即彼。上面那个边界仲碳底物，恰恰就是预测变得模糊、真实烧瓶里可能两种产物都出一些的地方。溶剂只是四根杠杆之一——亲核试剂、底物、离去基团、溶剂——它通常只在其余几根把比赛拉成平局时才起决定作用。在伯碳上，几乎不论溶剂如何，SN2 都占上风；在叔碳上，SN1 占上风，一个赤裸的亲核试剂几乎无关紧要。溶剂是那个打破平局的人，恰恰在那场仗本就胶着的地方威力最大。