ในวิชาเคมีสารตัวกลางในปฏิกิริยาหรือสารตัวกลางคือโมเลกุลที่เกิดขึ้นในลำดับขั้นตอนของปฏิกิริยาเคมีมันถูกสร้างขึ้นเมื่อ...ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาของขั้นตอนพื้นฐานจากสารตั้งต้นและ/หรือสารตัวกลางก่อนหน้า แต่ถูกใช้ไปในขั้นตอนถัดไป ไม่ปรากฏในสมการเคมีของปฏิกิริยาโดยรวม^{[ 1 ]} ตัวอย่างเช่น พิจารณาปฏิกิริยาสมมติฐานนี้:

A + B → C + D

หากปฏิกิริยาโดยรวมนี้ประกอบด้วยสองขั้นตอนพื้นฐานดังนี้:

A + B → X

X → C + D

ดังนั้น X จึงเป็นสารตัวกลางในปฏิกิริยา

วลี " ตัวกลางปฏิกิริยา " มักจะย่อเป็นคำว่า"ตัวกลาง" เพียงคำเดียว และนี่คือ รูปแบบที่ IUPACนิยมใช้สำหรับคำนี้^{[ 2 ]}

ในกรณีส่วนใหญ่ที่ไม่ใช่ทางชีววิทยา สารตัวกลางของปฏิกิริยามักเป็นสารตัวกลางที่มีปฏิกิริยาสูง เช่นกัน กล่าวคือ เป็นสารที่มีอายุสั้น มีพลังงานสูง และมีปฏิกิริยาสูงเกินกว่าจะแยกออกมาได้ เมื่อเกิดขึ้นในปฏิกิริยาเคมีมันจะเปลี่ยนไปเป็นโมเลกุลที่เสถียรกว่าอย่างรวดเร็ว เฉพาะในกรณีพิเศษเท่านั้นที่สามารถแยกและเก็บรักษาสารประกอบเหล่านี้ได้ เช่น ที่อุณหภูมิต่ำ หรือการแยกโดยใช้เมทริกซ์ ในทาง กลับกัน สารตัวกลางที่มีปฏิกิริยาสูงสามารถสังเกตได้ด้วยวิธีการ ทางสเปกโทรสโกปีที่รวดเร็วเท่านั้นเมื่อมีการระบุถึงการมีอยู่ของสารตัวกลางที่มีปฏิกิริยาสูง สารเหล่านี้สามารถช่วยอธิบายว่าปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นได้อย่างไร^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}

หนังสือIUPAC Gold Bookนิยาม^{[ 7 ]}สารตัวกลางว่าเป็นสารประกอบที่มีอายุยืนยาวกว่าการสั่นของโมเลกุลเกิดขึ้น (โดยตรงหรือโดยอ้อม) จากสารตั้งต้น และทำปฏิกิริยาต่อไปเพื่อให้ได้ (โดยตรงหรือโดยอ้อม) ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาเคมีเงื่อนไขอายุยืนยาวนี้แยกแยะสารตัวกลางที่แท้จริงซึ่งแตกต่างกันทางเคมี ทั้งจากสถานะการสั่นและจากสถานะการเปลี่ยนผ่าน (ซึ่งตามคำนิยามแล้วมีอายุยืนยาวใกล้เคียงกับการสั่นของโมเลกุล)

ขั้นตอนต่างๆ ของปฏิกิริยาหลายขั้นตอนมักมีอัตราการเกิดปฏิกิริยา ที่แตกต่างกันอย่างมาก ใน กรณีที่ความแตกต่างมีนัยสำคัญ สารตัวกลางที่ถูกใช้ไปเร็วกว่าสารตัวกลางอื่นอาจถูกเรียกว่าสารตัวกลาง สัมพัทธ์

สารตัวกลางที่เกิดปฏิกิริยาได้ง่าย คือสารที่มีอายุสั้นและไม่คงอยู่ในส่วนผสมของผลิตภัณฑ์ สารตัวกลางที่เกิดปฏิกิริยาได้ง่ายมักมีพลังงานสูง ไม่เสถียร และมักไม่สามารถแยกออกมาได้

สารตัวกลางที่เกิดปฏิกิริยามีลักษณะร่วมกันหลายประการ:

• ความเข้มข้นต่ำเมื่อเทียบกับสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์สุดท้ายของปฏิกิริยา
• ยกเว้นคาร์บานไอออน สารตัวกลางเหล่านี้ไม่เป็นไปตามกฎออกเตตของลูอิสจึงทำให้เกิดปฏิกิริยาสูง
• มักเกิดขึ้นจากการสลายตัวทางเคมีของสารประกอบทางเคมี
• โดยทั่วไปแล้วสามารถพิสูจน์การมีอยู่ของสายพันธุ์นี้ได้ด้วยวิธีการทางสเปกโทรสโกปี
• ต้องคำนึงถึงผลกระทบจากโครงสร้างกรง ด้วย
• มักเป็นการทำให้เสถียรโดยการเชื่อมต่อหรือเรโซแนนซ์
• มักยากที่จะแยกแยะออกจากสถานะการเปลี่ยนผ่าน
• พิสูจน์การมีอยู่โดยวิธีการดักจับทางเคมี

• 
  รุนแรง
• 
  คาร์บีน
• 
  คาร์โบแคทไอออน
• 
  คาร์บาเนียน
• 
  คาร์ไบน์
• 
  เบนซีน (อะรีน)

แคตไอออนซึ่งมักจะเป็นคาร์โบแคตไอออนทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการเติมอิเล็กโทรฟิลิกไปยัง แอล คี น การ แทนที่S _N 1และ การกำจัด E1ตัวอย่างเช่น ในปฏิกิริยาการเติม HX พันธะไพของแอลคีนทำหน้าที่เป็นนิวคลีโอไฟล์และจับกับโปรตอนของโมเลกุล HX โดยที่ X คืออะตอมของฮาโลเจน ซึ่งจะก่อให้เกิดตัวกลางคาร์โบแคตไอออน จากนั้น X จะจับกับคาร์บอนบวกที่มีอยู่ ดังเช่นในปฏิกิริยาสองขั้นตอนต่อไปนี้^{[ 8 ]}

CH ₂ CH ₂ + HX → CH ₃ CH+2+ X ⁻

CH ₃ CH+2+ X ⁻ → CH ₃ CH ₂ X

กระบวนการย้อนกลับคือการกำจัด E1 อย่างแม่นยำ: ^{[ 8 ]}

คาร์บานไอออนเป็นโมเลกุลอินทรีย์ที่อะตอมคาร์บอนไม่ขาดอิเล็กตรอนแต่มีประจุลบโดยรวม คาร์บานไอออนเป็นนิวคลีโอไฟล์ที่แข็งแกร่ง ซึ่งสามารถใช้เพื่อขยายโครงสร้างคาร์บอนของแอลคีนในปฏิกิริยาสังเคราะห์ที่แสดงด้านล่าง^{[ 9 ]}

C ₂ H ₂โดยมี NaNH ₂ใน NH ₃ (l) → CHC ^-

CHC ⁻ + BrCH ₂ CH ₃ → CHC−CH ₂ CH ₃

คาร์บานไอออนอัลไคน์CHC ⁻เป็นตัวกลางปฏิกิริยาในปฏิกิริยานี้^{[ 8 ]}

อนุมูลอิสระมีปฏิกิริยาสูงและมีอายุสั้น เนื่องจากมีอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่ ทำให้ไม่เสถียรอย่างมาก อนุมูลอิสระมักทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนที่ติดอยู่กับโมเลกุลคาร์บอน ทำให้คาร์บอนกลายเป็นอนุมูลอิสระ ในขณะเดียวกันก็ทำให้เสถียรภาพของอนุมูลอิสระเดิมในกระบวนการที่เรียกว่าการแพร่กระจาย ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นคืออนุมูลอิสระคาร์บอน ซึ่งสามารถทำปฏิกิริยากับโมเลกุลที่ไม่ใช่อนุมูลอิสระเพื่อดำเนินการแพร่กระจายต่อไป หรือทำปฏิกิริยากับอนุมูลอิสระอื่นเพื่อสร้างโมเลกุลที่เสถียรใหม่ เช่น โซ่คาร์บอนที่ยาวขึ้นหรือแอลคิลเฮไลด์^{[ 8 ]}

• คาร์เบนอยด์
• สารประกอบไอออน-กลาง
• คีโตแอนไอออน
• ไนเตรนส์
• ไอออนออกโซคาร์เบเนียม
• ฟอสฟินิดีน
• ฟอสฟอริลไนไตรด์
• สารตัวกลางทรงสี่หน้าในปฏิกิริยาการเติมคาร์บอนิล

ในบริบททางชีววิทยา สารตัวกลางของปฏิกิริยามักจะเป็นโมเลกุลที่เสถียร ปฏิกิริยาเกิดขึ้นผ่านการเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ และปฏิกิริยาที่ไม่สามารถควบคุมได้จะนำไปสู่ความเสียหายของเซลล์การตรวจสอบสารตัวกลางในเส้นทางปฏิกิริยาสามารถช่วยให้เข้าใจกลไกการส่งสัญญาณและการเร่งปฏิกิริยาของเซลล์ได้ ตัวอย่างเช่นแบคทีเรียได้รับความต้านทานต่อยาปฏิชีวนะกลุ่ม β-lactamเช่นเพนิซิลลินผ่านเอนไซม์เมทัลโล-β-แลคทาเมส เทคนิคสเปกโทรสโกปีพบว่าสารตัวกลางของปฏิกิริยาของเมทัลโล-β-แลคทาเมสใช้สังกะสีในเส้นทางความต้านทาน^{[ 10 ]}

อีกตัวอย่างหนึ่งของความสำคัญของตัวกลางปฏิกิริยาพบได้ใน AAA-ATPase p97 ซึ่งเป็นโปรตีนที่ใช้ในกระบวนการเผาผลาญของเซลล์หลายชนิด p97 ยังเชื่อมโยงกับโรคเสื่อมและมะเร็งในการศึกษาที่พิจารณาตัวกลางปฏิกิริยาของการทำงานของ AAA-ATPase p97 พบว่าตัวกลางนิวคลีโอไทด์ ADP.P _i ที่สำคัญ มีความสำคัญต่อการทำงานระดับโมเลกุลของ p97 ^{[ 11 ]}

ตัวอย่างเพิ่มเติมของสารตัวกลางปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องทางชีววิทยาสามารถพบได้ในเอนไซม์ RCL ซึ่งเร่งปฏิกิริยาพันธะไกลโคไซด์เมื่อศึกษาโดยใช้เมทานอลไลซิสพบว่าปฏิกิริยาต้องอาศัยการสร้างสารตัวกลางปฏิกิริยา^{[ 12 ]}

• คอมเพล็กซ์ที่ถูกกระตุ้น
• สถานะการเปลี่ยนผ่าน

• สื่อที่เกี่ยวข้องกับสารตัวกลางปฏิกิริยาในวิกิมีเดียคอมมอนส์