噻吩
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噻吩（Thiophene），系統(tǒng)名1-硫雜-2,4-環(huán)戊二烯，CAS號110-02-1。從結(jié)構(gòu)式上看，噻吩是一種雜環(huán)化合物，也是一種硫醚。分子式C4H4S，分子量84.14。熔點-38℃，沸點84℃，密度1.051g/cm3。在常溫下，噻吩是一種無色、有惡臭、能催淚的液體。噻吩天然存在于石油中，含量可高達數(shù)個百分點。工業(yè)上，用于乙基醇類的變性。和呋喃一樣，噻吩是芳香性的。硫原子2對孤電子中的一對與2個雙鍵共軛，形成離域Π鍵。噻吩的芳香性僅略弱于苯。
目錄 |
噻吩簡介
噻吩（thiophene），含有一個硫雜原子的五元雜環(huán)化合物。分子式C4H4S。存在于煤焦油和頁巖油中；由煤焦油分餾得到的粗苯和粗萘中，含有少量的噻吩。
無色、有刺激性氣味液體。熔點－38.2℃，沸點84.2℃ ，相對密度1.0649（20／4℃）。溶于乙醇、乙醚、丙酮、苯等。噻吩具有芳香性 ，與苯相似，比苯更容易發(fā)生親電取代反應(yīng) ，主要取代在2位上。噻吩2位上的氫也很容易被金屬取代 ，生成汞和鈉等的衍生物。噻吩環(huán)系對氧化劑具有一定的穩(wěn)定性，例如，烷基取代的噻吩氧化后可以形成噻吩羧酸。用金屬鈉在液氨和甲醇溶液內(nèi)還原噻吩，可得二氫噻吩，以及某些開環(huán)化合物。用催化氫化法還原噻吩，可得四氫噻吩。工業(yè)上噻吩用丁烷與硫作用制取。實驗室中噻吩用1，4-二羰基化合物與三硫化二磷反應(yīng)制取。乙酰基丁酮與硫化磷反應(yīng)，能生成2，5-二甲基噻吩。噻吩在許多場合可代替苯，用作制取染料和塑料的原料，但由于性質(zhì)較為活潑，一般不如由苯制造出來的產(chǎn)品性質(zhì)優(yōu)良。噻吩也可用作溶劑。
CAS No.： 110-02-1
理化特性
| 分子式：C H S | 分子量：84.13 |
| 外觀與性狀：無色液體，有類似苯的氣味 | |
| Ph值： | 熔點(℃)：一38.3℃ |
| 相對密度(水=1)：1.06 | 沸點(℃)：84.2 |
| 相對密度(空氣=1)：2.9 | 飽和蒸汽壓(kPa)：5.33/12.5 |
| 燃燒熱(Kj/mol)：2802.7 | 臨界溫度(℃)：96.8 |
| 臨界壓力(MPa)：無資料 | 辛醇／水分配系數(shù)：無資料 |
| 閃點(℃)：一9 | 自燃溫度(℃)： 395 |
| 爆炸下限[%(V/V)]：1.5～ | 爆炸上限[%(V/V)]：12.5 |
| 最小點火能(mJ)：0.31 | 最大爆炸壓力(MPa)：0.843 |
| 溶解性：本品不溶于水，可混溶于乙醇、乙醚等多種有機溶劑 |
噻吩提取法
噻吩存在于煉焦生成的粗苯餾分中，為焦油雜質(zhì)。因噻吩與苯的沸點接近，難以用一般的分餾法將二者分開。目前世界上的精餾提取方法主要是加氫精制法、硫酸精制法和溶劑萃取法。
加氫精制法成本高、投資大，工業(yè)化生產(chǎn)不可取；硫酸法污染嚴(yán)重、收率低、后處理困難，也屬落后工藝，目前僅有少量焦化廠采用此法生產(chǎn)少量噻吩；溶劑萃取法投資小、收率高、產(chǎn)品純度高，適于規(guī)模化生產(chǎn)。
目前我國還未能很好地對噻吩進行提取、精制，浪費了有限的資源，并對環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。在很多以苯為溶劑的化學(xué)合成中，因有微量噻吩存在而嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至報廢。
噻吩化學(xué)合成法
世界上第一套生產(chǎn)噻吩的工業(yè)化裝置采用丁烷與硫的氣相催化法工藝（nobiloil法，soccong－vaccum 公司開發(fā)），收率為40%，此方法于1950年獲專利， 60年代因收率低、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、污染環(huán)境而停產(chǎn)。較新的方法有：①氣相催化法，由丁烯、丁二烯、正丁醇、丁烯醛連續(xù)與二硫化碳或二氧化硫在堿促進的金屬氧化物催化劑存在下于500℃反應(yīng)，得到噻吩及其衍生物；②由呋喃或甲基呋喃與二硫化碳在雜多酸催化下于400℃反應(yīng)，制備噻吩和甲基噻吩，收率可達93%，催化劑壽命長，不必周期再生，是一種有前途的合成工藝；③丁烷與硫氣相混合，于600℃ 快速反應(yīng)；④在氧化鐵存在下，乙炔通過加熱至 300℃的黃鐵礦反應(yīng)；⑤無水丁二酸鈉與三硫化二磷在高溫和二氧化碳氣流中反應(yīng)。
工業(yè)上，噻吩用丁烷與硫作用制取，丁烷首先脫氫，然后再與硫關(guān)環(huán)，形成噻吩。實驗室中，噻吩用 1,4-二羰基化合物與三硫化二磷反應(yīng)制取。乙酰基丁酮與硫化磷反應(yīng)，能生成2,5-二甲基噻吩。
α-噻吩衍生物
用途
α-噻吩衍生物廣泛應(yīng)用于合成醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料、化學(xué)試劑、高分子助劑等。
帶有噻吩環(huán)的抗生素比苯基同系物具有更好的療效。一些消炎鎮(zhèn)痛新藥，如對羥麻黃堿、舒洛芬、噻布洛酸、噻洛芬酸、苯噻啶、舒芬太尼等10余種療效顯著的消炎鎮(zhèn)痛藥均為噻吩的衍生物。噻吩的衍生物還可以用于合成解痙攣藥替喹溴胺、驅(qū)蟲藥噻乙吡啶、抗膽堿藥環(huán)己甲醇、利尿藥阿唑噻米、氯吡咯、抗膽胺藥噻哌苯胺、噻苯二胺、美沙吡啉、噻吩二胺等數(shù)百種藥物。噻吩-α-乙酸主要用于合成先鋒霉素Ⅰ、先鋒霉素Ⅱ、頭孢西丁、頭孢三唑、頭孢尼特羅、呋煙腙等20余種抗菌素，還用于心血管藥、降血脂藥、抗潰瘍藥、血小板凝集抑制劑、心血管舒張藥、 5-脂氧含酶抑制劑等多種醫(yī)藥產(chǎn)品的合成。
由二氨基噻吩可合成一系列黃、紅、紫色調(diào)的染料，適用于聚丙烯腈、聚酯等纖維的著色；烷氨基噻吩的衍生物是一次成像照相乳劑的敏感劑；某些α- 噻吩衍生物是目前世界上性能最好的螯合劑，若控制適當(dāng)?shù)腜H值及配合恰當(dāng)?shù)妮腿捎糜阡啞⑩?-釷等數(shù)十種貴重金屬離子的分離以及直接作為人民幣的防偽劑。
β-二酮配合物的抗腫瘤作用已引起人們的極大關(guān)注，是繼順鉑用于臨床之后惟一進入抗腫瘤臨床研究的過渡金屬配合物，對結(jié)腸癌、直腸癌有明顯療效，毒性小、無骨髓抑制作用、無誘變性，即將上市。
α-噻吩衍生物在其他精細化工領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。如2，5-雙（5-叔丁基-2苯并惡唑基）噻吩可用作塑料、注塑成型材料、EVA發(fā)泡及橡膠制品、合成纖維、軟塑料、轉(zhuǎn)光農(nóng)膜、天然漆、油漆、涂料等的熒光增白劑。
制備
α-噻吩衍生物主要是通過噻吩環(huán)上的親電取代反應(yīng)獲得。噻吩的α位取代很容易進行，主要衍生物有α-乙酰噻吩、α-氯代噻吩、α-碘代噻吩、α-氯甲基噻吩、α-乙烯噻吩、噻吩-α-甲醛、噻吩-α-乙酸、噻吩 -α-乙醇、噻吩-α-乙腈、噻吩-α-乙胺、α-硝基噻吩等。
目前世界上有關(guān)噻吩及其衍生物的生產(chǎn)能力和產(chǎn)量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)均不完整，估計世界年生產(chǎn)總量為 3000t左右，其中用量最大的是噻吩-α-乙酸，年用量約為所有噻吩類產(chǎn)物總量的1/3，在1000t左右，其次為α-氯甲基噻吩、α-乙酰噻吩、噻吩-α-甲醛。
噻吩-α-乙酸
噻吩-α-乙酸的制備反應(yīng)分步進行：①噻吩用乙酐乙酰化；②用氨水進行酰胺化反應(yīng)；③用酸水解得產(chǎn)物。
α-氯甲基噻吩
噻吩的氯甲基化比較容易進行，一步即可完成。
將噻吩溶于濃鹽酸中，通入HCI氣體進行氯化，再加入37%甲醛水溶液進行甲基化反應(yīng)。分取有機層，精餾即可獲得產(chǎn)物，也可用溶劑提取。α-氯甲基噻吩很不穩(wěn)定，不宜長期存放，只能低溫儲存，密閉時有爆炸危險。
β-噻吩衍生物
用途
合成醫(yī)藥
β-噻吩衍生物與α-噻吩衍生物-樣，主要用途也是藥物合成，由于β-噻吩有特殊的活性，在新藥開發(fā)中充當(dāng)著重要角色。
近年上市的很多含有β-噻吩衍生物的新藥均屬于療效顯著、結(jié)構(gòu)新穎的特效藥，如抗生素最新藥物配能系列，多種配能類新藥均含有β-噻吩衍生物；再如羧酸芐酯噻吩青霉素、替卡西林、替卡西林鈉、羧酸對硝基芐酯噻吩青霉素、腎上腺素藥物等。
被譽為劃時代抗精神分裂癥藥物olanzapine上市3年銷售額即達到20億美元。由2-氨基-5-甲基 -3-氰基噻吩為原料合成的新一代抗精神分裂藥物奧氮平（olanzapine）由美國Lilly公司研制，1996年底上市，是一種雙重的5HT2和多巴胺D2拮抗劑。臨床試驗表明，奧氮平比氟哌啶醇等抗精神病藥物有更優(yōu)異的療效和更低的體外副作用，原料藥國際市場價格為6萬～8萬元/kg，噻吩衍生物中間體的價格為1.2萬元/kg。
據(jù)國外文獻報道，含有噻吩衍生物的化合物還具有較強的抗病毒作用，并已有此類新藥上市，用于抗乙肝病毒和艾滋病毒。
用β-氯噻吩-2-羧酸合成的氯諾昔康是目前世界上最好的消炎鎮(zhèn)痛藥之一；4-噻吩基取代二氫吡啶新衍生物比目前廣泛應(yīng)用的鈣通道阻滯劑地平系列具有更高的活性，更好的療效，而且可增加化合物的水溶性，提高生物利用率，增強光穩(wěn)定性等，廣泛用于治療心律失常、高血壓和外周血管性疾病。以 β-溴代噻吩為原料合成的血管擴張藥和腦活性藥替諸多君也是目前療效獨特的藥物。
β-噻吩衍生物還廣泛應(yīng)用于多種驅(qū)蟲藥、抗艾滋病毒藥、抗乙肝病毒及抗感冒藥、抗風(fēng)濕藥、抗組胺藥、抗糖尿病藥及抗癌癥藥等數(shù)萬種藥物合成中。
合成農(nóng)藥
β-噻吩衍生物廣泛用于農(nóng)藥合成，如合成2-甲氧羧基-β-噻吩磺酰氯（用于制備超高效除草劑噻磺隆）等。在2000年國召開的Brighton植保會上，被推薦的第一個廣譜、內(nèi)吸殺蟲劑噻蟲啉（thiaclo prid）就是由Bayer公司用噻吩衍生物合成的煙堿類新農(nóng)藥，可防治水稻、水果、蔬菜、棉花等作物的多種害蟲，高效低毒、結(jié)構(gòu)新穎；高效水田除草劑NSK－ 850是以β-甲氧基噻吩為原料合成的；由四氯噻吩合成的含有噻吩基的吡咯類殺蟲劑是具有很高的殺蟲活性和高效、低毒、與環(huán)境相容性好的新農(nóng)藥；2- 硝基亞氨基咪唑烷類殺蟲劑是近年來發(fā)展起來的一種廣譜、低毒、高效、內(nèi)吸活性的殺蟲劑，引入噻吩環(huán)后，活性更優(yōu)異，形成了一系列結(jié)構(gòu)新穎的高效低毒農(nóng)藥。
其他
β-噻吩衍生物近年來還用于食用香料合成，有十余種調(diào)味劑就含有噻吩環(huán)，由于其香味獨特，留香時間長，廣泛用于各種香水、化妝品和食品中。如 2-乙酰基-β-甲基噻吩具有濃烈的咖啡味，硫架噻吩具有鮮肉氣味，高效甜味劑具有相當(dāng)于糖精2倍以上的甜味。β-噻吩還廣泛應(yīng)用于新型染料、高分子材料、化學(xué)試劑、功能新材料等領(lǐng)域中。
制備
β-噻吩衍生物的主要品種有β-氯甲基噻吩、β- 溴代噻吩、β-甲基噻吩、β-碘代噻吩、噻吩-β-甲醛、噻吩-β-甲酸、β-3-噻吩丙酸、β-溴甲基噻吩、β-噻吩甲基丙二酸、β-噻吩乙酸乙酯、β-噻吩甲基丙二酸二乙酯、β-噻吩丙二酸單芐酯、β-噻吩丙二酸對硝基芐酯、2-氨基-5-甲基-β-氨基噻吩、β-噻吩乙腈、β-甲氧基噻吩、2，3，5-三溴噻吩、2，5-二氯-β-噻吩甲酸、2， 5-二氯-β-乙酰噻吩、2-乙酰-β-甲基噻吩、2-甲氧羧基 -β-噻吩磷酰氯。
α-噻吩衍生物多以噻吩為原料直接制備，β-噻吩衍生物則不同，除β-溴代噻吩是以噻吩為原料經(jīng)溴化、脫溴2步合成外，大多數(shù)β-噻吩衍生物是以 β-甲基噻吩為原料合成，如噻吩-β-甲醛、噻吩-β-甲酸、噻吩-β-乙腈、β-噻吩甲基氯、β-溴甲基噻吩、β-噻吩乙酸乙酯、噻吩-β-乙酸等。
β-甲基噻吩
生產(chǎn)β-甲基噻吩的工業(yè)化方法在國內(nèi)未見文獻報導(dǎo)，亦無生產(chǎn)廠家。國外文獻報道的較為可行的主要有4條合成工藝路線。
（1）甲基琥珀鹽與硫化磷在CO2氣流下一步合成β-甲基噻吩，得到精制β-甲基噻吩的產(chǎn)率可達 60%以上。
（2）3-甲基丁醇和CS2氣相合成。
（3）在高溫液體硫中加入異戊二烯合成。
（4）2-甲基-2-丁烯與SO2在金屬鹽催化下合成。
β-噻吩甲醛
工業(yè)化較為可行的路線是β-甲基噻吩與溴代琥珀酰亞胺進行溴代反應(yīng)，生成的溴代物再與烏洛托品反應(yīng)，得產(chǎn)物。
β-噻吩甲醛的合成方法還有β-噻吩甲酸還原、 β-碘代噻吩與原甲酸乙酯反應(yīng)、β-溴噻吩和二甲基甲酰胺在烷基鋁存在下反應(yīng)等。用β-氯代噻吩代替β-溴代噻吩以相同工藝也可制得產(chǎn)物。
噻吩-β-乙酸乙酯
噻吩先在光照條件下與NaCH2COOEt發(fā)生反應(yīng)，再與HCI與MeOH進行反應(yīng)得產(chǎn)物。
其他的合成方法還有β-噻吩乙腈和乙醇在硫酸存在下反應(yīng)、β-噻吩乙酸和乙醇在硫酸存在下直接進行酯化反應(yīng)。
β-溴噻吩
β-溴噻吩的合成必須先在噻吩2，3，5-位上進行三溴化反應(yīng)，然后再于酸性條件下用還原劑脫溴制得β-溴代噻吩。反
β-噻吩衍生物均具有很高的附加值，絕大多數(shù)品種市場售價在50萬元/t以上，有的高達1000萬元/t，如β-溴代噻吩的售價為55萬元/t；β-噻吩甲醛的售價為86萬元/t；2-（鄰硝基苯胺基）-5-甲基-β- 氰基噻吩的售價為1.2萬元/kg。
噻吩用途
噻吩在許多場合可代替苯，作為制取染料和塑料的原料，但由于性質(zhì)較為活潑，一般不如由苯制造出來的產(chǎn)物性質(zhì)優(yōu)良。噻吩也可用作溶劑。 噻吩類雜環(huán)化合物的新用途不斷被開發(fā)出來。貝爾實驗室不久前發(fā)現(xiàn)了噻吩聚合后可成為具有超導(dǎo)性質(zhì)的塑料，而且成本低，有望廣泛用于量子計算機及超導(dǎo)電子設(shè)備等領(lǐng)域。改變噻吩聚合物的分子構(gòu)造提高超導(dǎo)溫度，可制成各種超導(dǎo)塑料，應(yīng)用于航空、航天、軍工等高科技領(lǐng)域。
危險性概述
本品是中閃點易燃液體。其危險性符合《常用危險化學(xué)品的分類及標(biāo)志》（GB13690-92）危險特性第5.97、5.109、5.110。即其蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。與氧化劑能發(fā)生強烈反應(yīng)。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴散到相當(dāng)遠的地方，遇火源引著回燃。若遇高熱，容器內(nèi)壓增大，有開裂和爆炸的危險。按危險化學(xué)品包裝標(biāo)志為：標(biāo)志7“易燃液體”標(biāo)志。《危險化學(xué)品安全標(biāo)簽編寫規(guī)定》GB15258-1999中應(yīng)以“警告”為警示用語。
對人體危害及個體防護措施
毒性及健康危害
本品侵入途徑為吸入、食入、經(jīng)皮吸收。
LD =1400mg/kg(大鼠經(jīng)口)，LC =9500mg/m32小時（小鼠吸入）。
麻醉劑，也具有引起興奮和痙攣的作用，其蒸氣刺激呼吸道粘膜。對造血系統(tǒng)亦有毒性作用（刺激骨髓中白細胞的生命）。
個體防護措施：
生產(chǎn)過程密閉，全面通風(fēng)；可能接觸其蒸氣時，應(yīng)該佩帶防毒口罩，必要時帶自給式呼吸器；戴化學(xué)安全防護眼鏡；穿相應(yīng)的防護服；戴防化學(xué)品手套；工作現(xiàn)場嚴(yán)禁吸煙，工作后，淋浴更衣，注意個人清潔衛(wèi)生。
安全措施
消防
滅火用泡沫、二氧化碳、干粉、砂土。
急救
皮膚接觸：脫去污染的衣服，立即用流動清水徹底沖洗；
眼睛接觸：立即提起眼瞼，立即用流動清水徹底沖洗。
吸入：迅速脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處。呼吸困難時給輸氧，呼吸停止時，立即進行人工呼吸，就醫(yī)。
食入：誤服者給飲大量溫水，催吐，就醫(yī)。
儲運與運輸
儲存于陰涼、通風(fēng)倉庫內(nèi)，遠離火種、熱源。倉溫不宜超過30℃。防止陽光直射。包裝要求密封，不可與空氣接觸。應(yīng)與氧化劑、酸類分開存放。儲存間內(nèi)的照明、通風(fēng)等設(shè)施應(yīng)采用防爆型，開關(guān)設(shè)在倉外，配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材。罐儲時要有防火防爆技術(shù)措施。禁止使用易產(chǎn)生火花的機械設(shè)備和工具。灌裝時應(yīng)注意流速（不超過3m/s），且有接地裝置，防止靜電積聚。搬運時要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞。
泄漏處理方法
疏散泄漏污染區(qū)人員至安全區(qū)，禁止無關(guān)人員進入污染區(qū)，建議應(yīng)急處理人員戴好防毒面具，穿一般消防防護服。在確保安全的情況下堵漏。噴水霧減慢揮發(fā)（或擴散），但不能降低泄漏物在受限制空間內(nèi)的易燃性，用活性炭或其它惰性材料吸收，然后使用無火花工具收集運至廢物處理場所處置。也可以用不燃性分散劑制成的乳液刷洗，經(jīng)稀釋的洗水放入廢水系統(tǒng)。如大量泄漏，利用圍堤收容，然后收集、轉(zhuǎn)移、回收或無害處理后廢棄。
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