水中の塩基性溶液中における2,4-ジニトロクロロベンゼンの求核的芳香族置換反応機構は次のとおりである。
この配列では炭素は12時方向の1炭素から時計方向に1～6と番号を付け、塩化物と結合している。 ニトロ基は求核置換に対する活性化剤であり、メタ配位子であるため、結合しているベンゼン炭素が負の電荷を持つことができる。 マイゼンハイマー錯体では、カルバニオンの非結合電子が芳香族π系に結合し、イプソ炭素が水酸基（-OH）と一時的に結合できるようになる。 より低いエネルギー状態に戻るためには、水酸基が離れるか、塩化物が離れるかのどちらかである。 溶液中ではどちらの過程も起こる。 中間体のごく一部は塩化物を失って生成物（2,4-ジニトロフェノール）となり、残りは反応物に戻る。 2,4-ジニトロフェノールは低エネルギー状態にあるので、反応物に戻ることはなく、しばらくして反応は2,4-ジニトロフェノールを優先する化学平衡に達する。 塩化物の脱離は環が再び芳香族化するため速い。 最近の研究から、マイゼンハイマー錯体は必ずしも真の中間体ではなく、特に電子吸引基による安定化があまり強くない場合には、「フロントサイドSN2」プロセスの遷移状態である可能性があることが示されています。 2019年のレビューでは、このような「協奏的なSNAr」反応は以前想定されていたよりも一般的であると論じている
アリールハライドは古典的な「バックサイド」SN2反応を起こすことができない。 炭素原子が三角形の平面形状をしているため、炭素-ハロゲン結合は環の平面上にある。 このため、バックサイド攻撃は阻害され、この反応は不可能である。 SN1反応は可能であるが、非常に不利である。 この場合、脱離基の脱離とアリールカチオンの生成を伴います。 ニトロ基は最も一般的な活性化基で、その他にシアノ基やアシル基があります。 脱離基はハロゲンやスルフィドである。 電気陰性度の増加に伴い、求核攻撃の反応速度は増加する。 これは、SNAr反応の律速段階が求核剤の攻撃とそれに続く芳香族の分解であり、より速い過程は、脱離基を失った後の芳香族の好ましい再形成であるためである。 このように、SNArのハロゲン脱離基能力に関しては、次のようなパターンが見られる。 F > Cl ≈ Br > I (すなわち、SN2反応に期待される順序とは逆である)。 SN2反応の観点から見ると、C-F結合は有機化学で最も強い結合の1つなので、これは直感に反するように思えますが、実際にはC-F結合の極性により、フッ化物はSNArの理想的な脱離基となります。 求核剤は、アミン、アルコキシド、硫化物、安定化カルバニオンなどである
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