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取代反应是有机化学中最重要的反应类型之一。它是指分子中的一个原子或原子团被另一个原子或原子团所取代的化学反应。通用公式可以表示为R-X加Y生成R-Y加X，其中X是离去基团，Y是进攻的试剂。这类反应在有机合成中具有广泛的应用价值。
取代反应可以按照不同的标准进行分类。按反应机理分类，主要有亲核取代反应和亲电取代反应。亲核取代反应又分为SN1和SN2两种机理，SN1是两步机理，而SN2是一步协同机理。按底物分类，可分为脂肪族取代反应和芳香族取代反应。脂肪族化合物主要发生亲核取代，而芳香族化合物主要发生亲电取代反应。
亲核取代反应有两种主要机理。SN1机理是两步反应，首先离去基团离开形成碳正离子中间体，然后亲核试剂攻击碳正离子。这种机理的反应速率只与底物浓度有关。SN2机理是一步协同反应，亲核试剂从背面攻击碳原子，同时离去基团离开，导致构型完全翻转。立体化学效应和反应速率都受到底物结构和亲核试剂强度的显著影响。
芳香族化合物主要发生亲电取代反应。苯环具有丰富的电子云，容易被亲电试剂攻击。反应分三步进行：首先亲电试剂攻击苯环，形成σ络合物中间体，破坏了芳香性；然后失去一个质子，恢复芳香性得到取代产物。取代基的电子效应会影响反应的定位，给电子基团使反应发生在邻位和对位，吸电子基团则导向间位取代。
取代反应的速率和选择性受多种因素影响。底物结构是关键因素，空间位阻大的底物反应速率慢。离去基团的能力直接影响反应进行的难易程度。亲核试剂的强度决定了攻击能力。溶剂极性影响离子的稳定性和反应机理。温度升高通常加快反应速率。这些因素通过空间位阻效应、电子效应和溶剂化效应共同作用，决定了反应的结果。