Тиофен относится к гетероциклическим соединениям с пятичленной ароматической системой, содержащей один атом серы в цикле. Молекулярная формула тиофена — C₄H₄S. Цикл состоит из четырех атомов углерода и одного атома серы, где электронная система π делокализована по всему кольцу, обеспечивая ароматичность по правилу Хюккеля (4n+2 π-электронов, n=1). Атом серы в тиофене обладает двумя неподелёнными электронными парами, одна из которых участвует в делокализации π-электронов, а вторая располагается вне плоскости кольца, что обуславливает уникальные химические свойства соединения.
Геометрия молекулы почти плоская, угол C–S–C составляет примерно 93–95°, длины связей C–C и C–S промежуточные между одиночными и двойными связями, что подтверждает значительную делокализацию π-электронов.
Тиофен представляет собой бесцветную жидкость с характерным запахом. Он плохо растворим в воде, но хорошо растворяется в органических растворителях, таких как бензол, толуол и эфир. Точка кипения составляет около 84°C, а точка плавления — −38°C. Благодаря высокой термической стабильности, тиофен может выдерживать нагрев до 200–250°C без значительных разрушений.
1. Дегидратация тиокислот или тиолов:
2. Реакция Пауча (Pauly) и аналоги циклизаций:
3. Классическая пиролиза серосодержащих производных:
Тиофен проявляет свойства ароматического соединения и подвержен реакциям электрофильного замещения преимущественно в позиции 2 и 5 (α-позиции), что связано с большей электронной плотностью на этих атомах углерода.
Тиофен способен образовывать α-литиевые производные под действием алкиллитиевых реагентов. Эти интермедиаты служат для дальнейшего ацилирования, алкилирования или реакций с электрофилами, что расширяет возможности функционализации гетероцикла.
Тиофеновые производные применяются в производстве политиофенов, полимеров с электрической проводимостью. Полимеризация протекает через электрофильное замещение с образованием сопряжённой системы, обладающей высокой устойчивостью к химическим воздействиям.
Тиофен устойчив к слабым основаниям и кислотам, однако при длительном воздействии сильных окислителей или при высоких температурах возможна деструкция кольца. Ароматическая природа тиофена обеспечивает его стабильность к радикальным реакциям при обычных условиях, что делает его удобным для синтетических трансформаций.
Некоторые производные тиофена проявляют антимикробную, противовоспалительную и противоопухолевую активность. Химические модификации кольца позволяют регулировать фармакологические свойства, создавая основу для разработки новых лекарственных соединений.
Тиофен, как гетероароматический пятичленный цикл с серой, сочетает в себе высокую химическую устойчивость и возможность функционализации, что делает его ключевым соединением в органической, полимерной и фармацевтической химии.