元反應類型之一,其特點是在決定反應速率的步驟中,涉及兩個反應物分子間的變化。例如,在親核取代反應過程中,中心碳原子與離去基團L:相連的鍵斷裂,而親核試劑Nu:與中心碳原子構成瞭新鍵,在這一步反應中,親核試劑從離去基團的背面進攻中心碳原子,當親核試劑逐漸與中心碳原子接近而構成新鍵的同時,離去基團被逐漸推出中心碳原子而使原有的鍵斷裂,二者是協同進行的。

Nu:-+RL─→[[Nu…R…L]-─→Nu-R+:L-

由於有兩個反應物分子參與瞭過渡態的形成,反應速率既取決於RL,也取決於Nu,所以將按這種過程進行的反應稱為雙分子親核取代反應 S N2(S代表取代,N代表親核,2代表雙分子)。在 S N2反應中親核試劑是從離去基團的背面進攻中心碳原子,因而會引起手性碳原子的構型轉化:

隨著反應的進行,碳原子由sp3雜化變成sp2雜化,碳原子上p軌道分別與親核試劑和離去基團的電子雲重疊,然後碳原子由sp2雜化變成sp3雜化,同時發生構型轉化:

  雙分子反應的反應速率(r)與反應物的濃度和親核試劑的濃度成正比:

rk[RL][Nu]

式中 k為反應速率常數。例如,一級鹵代烴在極性較小的溶劑(如丙酮)中的堿性水解:

NaOH+CH3Cl─→CH3OH+NaCl

rk1[CH3Cl][NaOH]

在雙分子親核取代反應中,反應物不傾向於離解成 正碳離子中間體,這是結構因素和反應條件所決定的。溶劑的極性不夠強時,親核試劑易於接近碳而形成過渡態。

  在消除反應中,在試劑進攻β碳原子上的氫原子的同時,離去基團帶著一對電子離去,在兩個碳原子之間生成烯鍵,例如:

β位的H-C鍵和α位的C-Br鍵的斷裂與雙鍵的生成是協同進行的。在決定反應速率步驟中有反應物分子和試劑參加,因此稱為雙分子消除反應E2(E代表消除,2代表雙分子)。E2反應為一步反應,其速率與反應物的濃度和試劑的濃度成正比:

rk[CH3CH2Br][C2H5O-]

在E2反應中,試劑還可以進攻 α碳原子,生成取代產物。因此E2和 S N2反應常同時發生,二者相互競爭。