噻吩

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噻吩(Thiophene),系统名1-硫杂-2,4-环戊二烯,CAS号110-02-1。从结构式上看,噻吩是一种杂环化合物,也是一种硫醚。分子式C4H4S,分子量84.14。熔点-38℃,沸点84℃,密度1.051g/cm3。在常温下,噻吩是一种无色、有恶臭、能催泪的液体。噻吩天然存在于石油中,含量可高达数个百分点。工业上,用于乙基醇类的变性。和呋喃一样,噻吩是芳香性的。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。

目录

噻吩简介

噻吩

噻吩(thiophene),含有一个硫杂原子的五元杂环化合物。分子式C4H4S。存在于煤焦油和页岩油中;由煤焦油分馏得到的粗苯和粗萘中,含有少量的噻吩。

无色、有刺激性气味液体。熔点-38.2℃,沸点84.2℃ ,相对密度1.0649(20/4℃)。溶于乙醇乙醚丙酮、苯等。噻吩具有芳香性 ,与苯相似,比苯更容易发生亲电取代反应 ,主要取代在2位上。噻吩2位上的氢也很容易被金属取代 ,生成汞和钠等的衍生物。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。用金属钠在液氨和甲醇溶液内还原噻吩,可得二氢噻吩,以及某些开环化合物。用催化氢化法还原噻吩,可得四氢噻吩。工业上噻吩用丁烷与硫作用制取。实验室中噻吩用1,4-二羰基化合物与三硫化二磷反应制取。乙酰基丁酮与硫化磷反应,能生成2,5-二甲基噻吩。噻吩在许多场合可代替苯,用作制取染料和塑料的原料,但由于性质较为活泼,一般不如由苯制造出来的产品性质优良。噻吩也可用作溶剂。

CAS No.: 110-02-1  

理化特性

分子式:C H S 分子量:84.13
外观与性状:无色液体,有类似苯的气味
Ph值: 熔点(℃):一38.3℃
相对密度(水=1):1.06 沸点(℃):84.2
相对密度(空气=1):2.9 饱和蒸汽压(kPa):5.33/12.5
燃烧热(Kj/mol):2802.7 临界温度(℃):96.8
临界压力(MPa):无资料 辛醇/水分配系数:无资料
闪点(℃):一9 自燃温度(℃): 395
爆炸下限[%(V/V)]:1.5~ 爆炸上限[%(V/V)]:12.5
最小点火能(mJ):0.31 最大爆炸压力(MPa):0.843
溶解性:本品不溶于水,可混溶于乙醇、乙醚等多种有机溶剂

  

噻吩提取法

噻吩存在于炼焦生成的粗苯馏分中,为焦油杂质。因噻吩与苯的沸点接近,难以用一般的分馏法将二者分开。目前世界上的精馏提取方法主要是加氢精制法、硫酸精制法和溶剂萃取法。

加氢精制法成本高、投资大,工业化生产不可取;硫酸法污染严重、收率低、后处理困难,也属落后工艺,目前仅有少量焦化厂采用此法生产少量噻吩;溶剂萃取法投资小、收率高、产品纯度高,适于规模化生产。

目前我国还未能很好地对噻吩进行提取、精制,浪费了有限的资源,并对环境造成了严重污染。在很多以苯为溶剂的化学合成中,因有微量噻吩存在而严重影响产品质量,甚至报废。  

噻吩化学合成法

噻吩

世界上第一套生产噻吩的工业化装置采用丁烷与硫的气相催化法工艺(nobiloil法,soccong-vaccum 公司开发),收率为40%,此方法于1950年获专利, 60年代因收率低、设备腐蚀严重、污染环境而停产。较新的方法有:①气相催化法,由丁烯、丁二烯、正丁醇丁烯醛连续与二硫化碳或二氧化硫在碱促进的金属氧化物催化剂存在下于500℃反应,得到噻吩及其衍生物;②由呋喃或甲基呋喃与二硫化碳在杂多酸催化下于400℃反应,制备噻吩和甲基噻吩,收率可达93%,催化剂寿命长,不必周期再生,是一种有前途的合成工艺;③丁烷与硫气相混合,于600℃ 快速反应;④在氧化铁存在下,乙炔通过加热至 300℃的黄铁矿反应;⑤无水丁二酸钠与三硫化二磷在高温和二氧化碳气流中反应。

工业上,噻吩用丁烷与硫作用制取,丁烷首先脱氢,然后再与硫关环,形成噻吩。实验室中,噻吩用 1,4-二羰基化合物与三硫化二磷反应制取。乙酰基丁酮与硫化磷反应,能生成2,5-二甲基噻吩。  

α-噻吩衍生物

用途

α-噻吩衍生物广泛应用于合成医药、农药、染料、化学试剂、高分子助剂等。

带有噻吩环的抗生素苯基同系物具有更好的疗效。一些消炎镇痛新药,如对羟麻黄碱舒洛芬、噻布洛酸、噻洛芬酸苯噻啶舒芬太尼等10余种疗效显著的消炎镇痛药均为噻吩的衍生物。噻吩的衍生物还可以用于合成解痉挛药替喹溴胺、驱虫药噻乙吡啶、抗胆碱药环己甲醇、利尿药阿唑噻米、氯吡咯、抗胆胺药噻哌苯胺、噻苯二胺、美沙吡啉、噻吩二胺等数百种药物。噻吩-α-乙酸主要用于合成先锋霉素Ⅰ先锋霉素Ⅱ头孢西丁头孢三唑、头孢尼特罗、呋烟腙等20余种抗菌素,还用于心血管药、降血脂药、抗溃疡药、血小板凝集抑制剂、心血管舒张药、 5-脂氧含酶抑制剂等多种医药产品的合成。

由二氨基噻吩可合成一系列黄、红、紫色调的染料,适用于聚丙烯腈、聚酯等纤维的着色;烷氨基噻吩的衍生物是一次成像照相乳剂的敏感剂;某些α- 噻吩衍生物是目前世界上性能最好的螯合剂,若控制适当的PH值及配合恰当的萃取剂,可用于锆、铀 -钍等数十种贵重金属离子的分离以及直接作为人民币的防伪剂。

β-二酮配合物的抗肿瘤作用已引起人们的极大关注,是继顺铂用于临床之后惟一进入抗肿瘤临床研究的过渡金属配合物,对结肠癌直肠癌有明显疗效,毒性小、无骨髓抑制作用、无诱变性,即将上市。

α-噻吩衍生物在其他精细化工领域也有广泛的应用。如2,5-双(5-叔丁基-2苯并恶唑基)噻吩可用作塑料、注塑成型材料、EVA发泡及橡胶制品、合成纤维、软塑料、转光农膜、天然漆、油漆、涂料等的荧光增白剂。  

制备

α-噻吩衍生物主要是通过噻吩环上的亲电取代反应获得。噻吩的α位取代很容易进行,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。

目前世界上有关噻吩及其衍生物的生产能力和产量的统计数据均不完整,估计世界年生产总量为 3000t左右,其中用量最大的是噻吩-α-乙酸,年用量约为所有噻吩类产物总量的1/3,在1000t左右,其次为α-氯甲基噻吩、α-乙酰噻吩、噻吩-α-甲醛。  

噻吩-α-乙酸

噻吩-α-乙酸的制备反应分步进行:①噻吩用乙酐乙酰化;②用氨水进行酰胺化反应;③用酸水解得产物。  

α-氯甲基噻吩

噻吩的氯甲基化比较容易进行,一步即可完成。

将噻吩溶于浓盐酸中,通入HCI气体进行氯化,再加入37%甲醛水溶液进行甲基化反应。分取有机层,精馏即可获得产物,也可用溶剂提取。α-氯甲基噻吩很不稳定,不宜长期存放,只能低温储存,密闭时有爆炸危险。  

β-噻吩衍生物

用途

合成医药

β-噻吩衍生物与α-噻吩衍生物-样,主要用途也是药物合成,由于β-噻吩有特殊的活性,在新药开发中充当着重要角色。

近年上市的很多含有β-噻吩衍生物的新药均属于疗效显著、结构新颖的特效药,如抗生素最新药物配能系列,多种配能类新药均含有β-噻吩衍生物;再如羧酸苄酯噻吩青霉素替卡西林替卡西林钠、羧酸对硝基苄酯噻吩青霉素、肾上腺素药物等。

被誉为划时代抗精神分裂症药物olanzapine上市3年销售额即达到20亿美元。由2-氨基-5-甲基 -3-氰基噻吩为原料合成的新一代抗精神分裂药物奥氮平(olanzapine)由美国Lilly公司研制,1996年底上市,是一种双重的5HT2和多巴胺D2拮抗剂临床试验表明,奥氮平比氟哌啶醇抗精神病药物有更优异的疗效和更低的体外副作用原料药国际市场价格为6万~8万元/kg,噻吩衍生物中间体的价格为1.2万元/kg。

据国外文献报道,含有噻吩衍生物的化合物还具有较强的抗病毒作用,并已有此类新药上市,用于抗乙肝病毒和艾滋病毒。

用β-氯噻吩-2-羧酸合成的氯诺昔康是目前世界上最好的消炎镇痛药之一;4-噻吩基取代二氢吡啶新衍生物比目前广泛应用的钙通道阻滞剂地平系列具有更高的活性,更好的疗效,而且可增加化合物的水溶性,提高生物利用率,增强光稳定性等,广泛用于治疗心律失常高血压和外周血管性疾病。以 β-溴代噻吩为原料合成的血管扩张药和脑活性药替诸多君也是目前疗效独特的药物。

β-噻吩衍生物还广泛应用于多种驱虫药、抗艾滋病毒药、抗乙肝病毒及抗感冒药、抗风湿药、抗组胺药、抗糖尿病药及抗癌症药等数万种药物合成中。  

合成农药

β-噻吩衍生物广泛用于农药合成,如合成2-甲氧羧基-β-噻吩磺酰氯(用于制备超高效除草剂噻磺隆)等。在2000年国召开的Brighton植保会上,被推荐的第一个广谱、内吸杀虫剂噻虫啉(thiaclo prid)就是由Bayer公司用噻吩衍生物合成的烟碱类新农药,可防治水稻、水果、蔬菜棉花等作物的多种害虫,高效低毒、结构新颖;高效水田除草剂NSK- 850是以β-甲氧基噻吩为原料合成的;由四氯噻吩合成的含有噻吩基的吡咯类杀虫剂是具有很高的杀虫活性和高效、低毒、与环境相容性好的新农药;2- 硝基亚氨基咪唑烷类杀虫剂是近年来发展起来的一种广谱、低毒、高效、内吸活性的杀虫剂,引入噻吩环后,活性更优异,形成了一系列结构新颖的高效低毒农药。  

其他

β-噻吩衍生物近年来还用于食用香料合成,有十余种调味剂就含有噻吩环,由于其香味独特,留香时间长,广泛用于各种香水、化妆品和食品中。如 2-乙酰基-β-甲基噻吩具有浓烈的咖啡味,硫架噻吩具有鲜肉气味,高效甜味剂具有相当于糖精2倍以上的甜味。β-噻吩还广泛应用于新型染料、高分子材料、化学试剂、功能新材料等领域中。  

制备

β-噻吩衍生物的主要品种有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-噻吩丙二酸单苄酯、β-噻吩丙二酸对硝基苄酯、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为原料直接制备,β-噻吩衍生物则不同,除β-溴代噻吩是以噻吩为原料经溴化、脱溴2步合成外,大多数β-噻吩衍生物是以 β-甲基噻吩为原料合成,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

生产β-甲基噻吩的工业化方法在国内未见文献报导,亦无生产厂家。国外文献报道的较为可行的主要有4条合成工艺路线。

(1)甲基琥珀盐与硫化磷在CO2气流下一步合成β-甲基噻吩,得到精制β-甲基噻吩的产率可达 60%以上。

(2)3-甲基丁醇和CS2气相合成。

(3)在高温液体硫中加入异戊二烯合成。

(4)2-甲基-2-丁烯与SO2在金属盐催化下合成。  

β-噻吩甲醛

工业化较为可行的路线是β-甲基噻吩与溴代琥珀酰亚胺进行溴代反应,生成的溴代物再与乌洛托品反应,得产物。

β-噻吩甲醛的合成方法还有β-噻吩甲酸还原、 β-碘代噻吩与原甲酸乙酯反应、β-溴噻吩和二甲基甲酰胺在烷基铝存在下反应等。用β-氯代噻吩代替β-溴代噻吩以相同工艺也可制得产物。  

噻吩-β-乙酸乙酯

噻吩先在光照条件下与NaCH2COOEt发生反应,再与HCI与MeOH进行反应得产物。

其他的合成方法还有β-噻吩乙腈和乙醇在硫酸存在下反应、β-噻吩乙酸和乙醇在硫酸存在下直接进行酯化反应。  

β-溴噻吩

β-溴噻吩的合成必须先在噻吩2,3,5-位上进行三溴化反应,然后再于酸性条件下用还原剂脱溴制得β-溴代噻吩。反

β-噻吩衍生物均具有很高的附加值,绝大多数品种市场售价在50万元/t以上,有的高达1000万元/t,如β-溴代噻吩的售价为55万元/t;β-噻吩甲醛的售价为86万元/t;2-(邻硝基苯胺基)-5-甲基-β- 氰基噻吩的售价为1.2万元/kg。  

噻吩用途

噻吩在许多场合可代替苯,作为制取染料和塑料的原料,但由于性质较为活泼,一般不如由苯制造出来的产物性质优良。噻吩也可用作溶剂。 噻吩类杂环化合物的新用途不断被开发出来。贝尔实验室不久前发现了噻吩聚合后可成为具有超导性质的塑料,而且成本低,有望广泛用于量子计算机及超导电子设备等领域。改变噻吩聚合物的分子构造提高超导温度,可制成各种超导塑料,应用于航空、航天、军工等高科技领域。  

危险性概述

本品是中闪点易燃液体。其危险性符合《常用危险化学品的分类及标志》(GB13690-92)危险特性第5.97、5.109、5.110。即其蒸气与空气形成爆炸性混合物,遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氧化剂能发生强烈反应。其蒸气比空气重,能在较低处扩散到相当远的地方,遇火源引着回燃。若遇高热,容器内压增大,有开裂和爆炸的危险。按危险化学品包装标志为:标志7“易燃液体”标志。《危险化学品安全标签编写规定》GB15258-1999中应以“警告”为警示用语。  

对人体危害及个体防护措施

毒性及健康危害

本品侵入途径为吸入、食入、经皮吸收。

LD =1400mg/kg(大鼠经口),LC =9500mg/m³2小时(小鼠吸入)。

麻醉剂,也具有引起兴奋痉挛的作用,其蒸气刺激呼吸道粘膜。对造血系统亦有毒性作用(刺激骨髓白细胞的生命)。  

个体防护措施:

生产过程密闭,全面通风;可能接触其蒸气时,应该佩带防毒口罩,必要时带自给式呼吸器;戴化学安全防护眼镜;穿相应的防护服;戴防化学品手套;工作现场严禁吸烟,工作后,淋浴更衣,注意个人清洁卫生。  

安全措施

消防

灭火用泡沫、二氧化碳、干粉、砂土。  

急救

皮肤接触:脱去污染的衣服,立即用流动清水彻底冲洗;

眼睛接触:立即提起眼睑,立即用流动清水彻底冲洗。

吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处。呼吸困难时给输氧,呼吸停止时,立即进行人工呼吸,就医。

食入:误服者给饮大量温水,催吐,就医。  

储运与运输

储存于阴凉、通风仓库内,远离火种、热源。仓温不宜超过30℃。防止阳光直射。包装要求密封,不可与空气接触。应与氧化剂、酸类分开存放。储存间内的照明、通风等设施应采用防爆型,开关设在仓外,配备相应品种和数量的消防器材。罐储时要有防火防爆技术措施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。灌装时应注意流速(不超过3m/s),且有接地装置,防止静电积聚。搬运时要轻装轻卸,防止包装及容器损坏。  

泄漏处理方法

疏散泄漏污染区人员至安全区,禁止无关人员进入污染区,建议应急处理人员戴好防毒面具,穿一般消防防护服。在确保安全的情况下堵漏。喷水雾减慢挥发(或扩散),但不能降低泄漏物在受限制空间内的易燃性,用活性炭或其它惰性材料吸收,然后使用无火花工具收集运至废物处理场所处置。也可以用不燃性分散剂制成的乳液刷洗,经稀释的洗水放入废水系统。如大量泄漏,利用围堤收容,然后收集、转移、回收或无害处理后废弃。

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