噻吩

**'（）是杂环化合物，化学式C4H4S。由平面五元环组成，其广泛的取代反应表明它有芳香性。它是无色液体，气味似苯。

发现与存在
噻吩最初于1882年作为苯的杂质发现。靛红与硫酸、粗苯混合形成一种蓝色染料，早期认为这是苯的反应，直到德国化学家维克托·梅耶分离出噻吩，才发现了这种杂环化合物的存在。噻吩天然存在于石油、煤焦油、石油焦和页岩油中，在石油中含量可高达数个百分点，所以石油精炼中必须脱硫，以减少二氧化硫污染物的排放，粗苯中含有的噻吩不能通过傳統的分馏除去。因此，萃取蒸馏、利用金属有机框架、沸石等孔洞材料吸附分离、利用（瓜環）等大环主体化合物材料亦是從粗苯除去噻吩的方法。

性质
噻吩与苯相似，具有芳香性。其硫原子2对孤电子中的一对与2个双键共轭，形成离域π键，噻吩的芳香性仅略弱于苯，比呋喃和吡咯稳定，这是C-S键键长较长，缓解了环张力的缘故。

親電芳香取代
五元雜環反應性如下：吡咯最活潑，呋喃次之，最不活潑為噻吩，源於硫原子3p軌域和環中碳原子2p軌域重疊較氮、氧原子2p軌域差，因此硫原子貢獻電子密度能力較差。與吡咯、呋喃相似，噻吩能參與親電芳香取代反應，同樣主要取代在2,5-位上，這是因為所生成的正電荷中間體更為共軛穩定。、氟硼酸硝酰等作為硝化試劑，而使用硝酸和浓硫酸的混合物（苯的硝化條件）硝化噻吩是極度危險的。噻吩的鹵化可以各式試劑進行，達到各異的選擇性。

例如，噻吩能與N-甲基-N-甲酰基苯胺和三氯氧磷參與Vilsmeier反應，水解所生成的鹽後，產率達到71-74%：
又如，噻吩能在氯化錫或四氯化鈦等路易斯酸存在下與1,1-二氯甲醚反應而甲酰化：

噻吩能參與傅-克酰基化反應，例如噻吩和乙酰氯在四氯化锡存在下反应可以制得2-乙酰基噻吩。

除極強酸性條件之外，噻吩一般對酸穩定。

金屬化反應
金屬離子可以配位噻吩環上硫原子，繼而活化鄰位C-H鍵，以達到鄰位金屬化。噻吩鋰可用作親核試劑，進攻親電試劑而達成鄰位官能化，例子如下：

對於2-甲基噻吩，4-位鋰化和5-位鋰化同樣會發生，而主要產物為5-位鋰化，使用不同鋰化試劑會帶來不同區域選擇性，其中使用四甲基哌啶锂能達到最高的5-位鋰化選擇性。對於2-噻吩甲酸，與LDA作用經歷双重去质子化，主要產物為5-位鋰化，可用於合成2,5-雙取代噻吩環體系。若使用配位飽和程度更低的正丁基鋰（2.2當量），用THF為溶劑，在-78°下反應，羧基則可以成為邻位定向基團，達到3-位鋰化（邻位定向鋰化）的效果。

氧化
噻吩的氧化有二：氧化噻吩硫原子，生成噻吩-S-氧化物；或者氧化2,3-碳碳雙鍵，生成噻吩-2,3-環氧化物，繼而發生NIH重排反应。

以三氟过氧乙酸（TFPAA）氧化噻吩可以觀測到兩者：主要反應為硫原子的氧化，生成S-氧化物為中間體，繼而發生狄尔斯–阿尔德反应而二聚，再進一步被氧化，生成亞碸、碸的混合物，總產率為83%（根據NMR數據）。次要反應為噻吩的Prilezhaev环氧化反应，生成噻吩-2,3-環氧化物，再迅速異構化成噻吩-2-酮，而同位素标记实验（氘代）確認该环氧化物发生了1,2-氢迁移，涉及阳离子中间体

取代噻吩可以被DMDO氧化成相應的噻吩-1,1-二氧化物（噻吩砜）。其他可用的試劑包括HOF·CH3CN，三氟乙酸酐/30% 過氧化氫，间氯过氧苯甲酸等。

除了硫原子的氧化外，除非噻吩環有推電子取代基，一般來說噻吩环系对氧化剂具有一定的稳定性，例如，烷基取代的噻吩氧化后可以形成噻吩羧酸。

還原
四氢、二氢噻吩合成
用金属鋰（3 當量）在液氨内还原2-噻吩甲酸，可得相應的二氢噻吩（產率為78%），以及一系列的開環副產物。用金属鋰（5 當量）並液氨、甲醇為質子源時，还原產物為順-5-巯基-3-戊烯酸。總的來說，噻吩毒化催化劑的機制如下：噻吩的碳-硫鍵與大約250至400K斷裂，硫原子和碳原子殘留在金屬表面，而氫氣或碳氫化合物分子從金屬表面脱附。七硒化二錸可以用作此反應的催化劑。Ru催化劑亦可應用於四氢噻吩的合成，其中可以利用[RuH2(η2-H2)2(PCy3)2] 作催化劑前驅，用此體系催化氢化噻吩生成四氢噻吩，產率為85%。

當使用双-(2-甲基烯丙基)环辛-1,5-二烯钌和手性NHC配體，這個钌-NHC配合物可以達到噻吩和苯并噻吩的不對稱氫化：。
又例如以下反應：

但这一类反应的机理至今还未有明确解释。

環加成反應
由於噻吩比較高的芳香性，噻吩和顺丁烯二酸酐一般不發生Diels-Alder反應，此反應僅在高溫、15 kbar、以二氯甲烷為溶劑之下發生。能與顺丁烯二酸酐發生Diels-Alder反應的噻吩衍生物只有噻吩-1,1-二氧化物和2,5-二甲氧基噻吩。

能與噻吩或其衍生物反應的親雙烯體有二氰乙炔、丁炔二酸二甲酯，一般先生成相對應的Diels-Alder加成物，再脫硫生成取代苯。

配位化學
噻吩與硫化物性質不同，但可以作 π 配體生成，例如Cr(η5-C4H4S)(CO)3.

鉴定
噻吩在浓硫酸的存在下，和靛红作用显蓝色。反應式如下：

合成
工業合成
工业上噻吩用丁烷与硫作用制取。或由二硫化碳和丁醇在500-550℃，氧化物催化剂作用下得到。

實驗室合成
实验室中可用Paal-Knorr合成，通過1,4-二羰基化合物与五硫化二磷反应制取製備噻吩，實驗表明反應先生成硫酮再成環，而非先生成相應的呋喃再硫化。例如，乙酰基丁酮与五硫化二磷反应，能生成2,5-二甲基噻吩。反應機理如下：

格瓦尔德反应可用於生成取代的2-氨基噻吩：

可以從1,2-二羰基化合物合成取代噻吩：
Volhard-Erdmann环化反应通过丁二酸二钠或其他1,4-二羰基化合物（如γ-酮酸、1,4-二酮、氯乙酰取代的酯）与七硫化四磷反應，生成噻吩。例子有由衣康酸合成3-甲基噻吩：

另外，可以以金屬催化反應合成噻吩。溴代炔、硫化鈉在碘化亚铜、邻二氮菲存在下反應生成2,5-二取代噻吩。1,2,3-噻二唑與炔烴在[Rh(COD)Cl]2催化劑存在下經過铑卡宾中間體，達到多取代噻吩的合成。

应用
藥物化學
许多农用化学品及药品都是噻吩的衍生物，具生物活性的化合物中的苯環被噻吩環取代，通常不會降低其生物活性。由於噻吩環多样化的结构特征和药效团性质，噻吩在藥物化學中十分重要。作為藥效團，噻吩環的芳香性和疏水性使其膜通透性比較好，使其抗炎活性提高；噻吩的亲脂性有利于提高血脑屏障通透性，有利于治疗神经系统疾病的药物活性；噻吩环的平面性可能有助于配体与受体之间的结合，有利于抗癌藥物的活性。另外，噻吩中的硫可通过参与额外的氢键，增强药物与受体之间的相互作用。含噻吩環的藥物有如替卡西林和利伐沙班。

聚噻吩
噻吩或其衍生物可用來合成聚噻吩。聚噻吩骨架單雙鍵交替，組成共軛體系，電荷可以在聚合物鏈傳播，使其擁有電導性，聚噻吩因而可以應用於電子與光學半導體元件。聚噻吩的應用有阻變式存儲器、光伏材料、有機LED、场效应管、生物传感器等。噻吩纳米复合材料亦已被發現具有光催化性質，例如Zhu等人發現聚噻吩/TiO2複合材料能降解甲基橙染料。

聚噻吩可以由噻吩單體與氯化铁在二氯甲烷中反應製備而成。聚烷基噻吩亦可由相對應的單體與氯化鐵反應製備而成。用此法合成聚噻吩的缺點為聚噻吩產物會含有鐵雜質，而鐵雜質含量會影響到场效应管的性能。反應機理如下：

聚噻吩亦可以由金屬催化的偶聯反應製備而成。2,5-二溴噻吩和鎂在四氫呋喃中反應先生成相應的格氏試劑，再在Ni(bipy)Cl₂催化下偶聯（熊田偶联反应）。此外，Pd(acac)2、Fe(acac)2、Ni(acac)2等乙酰丙酮配合物亦可作為催化劑。2,5-二溴噻吩亦可以在Ni(cod)2和三苯基膦在DMF中反應聚合生成聚噻吩。

衍生物
Thienothiophene251-41-2.svg|噻吩[3,2-b]并噻吩，一個有機中間體。富電子，用於有機半導體。
2,2'Bithiophene.svg|2,2'-联噻吩
EDOT.svg|3,4-亚乙二氧基噻吩（EDOT），聚合物PEDOT的原料，可应用于电致变色显示、太阳能光伏等。
Benzothiophene numbering.svg|苯并噻吩

相关条目

• 杂环化合物
• 芳香性
• 呋喃
• 吡咯
• 硫醚
• 聚噻吩

参考资料