Thiophen

Thiophen, auch Thiofuran genannt, ist eine organische Verbindung mit der Summenformel C₄H₄S und zählt zu den Heteroaromaten. Vier Kohlenstoffatome und ein Schwefelatom bilden einen Fünfring mit sechs π-Elektronen, vier stammen von den Doppelbindungen und zwei von einem freien Elektronenpaar des Schwefels.

Strukturformel
Allgemeines
Name	Thiophen
Andere Namen	Thiofuran
Summenformel	C4H4S
Kurzbeschreibung	farblose Flüssigkeit mit schwach benzolartigem Geruch
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 110-02-1 EG-Nummer 203-729-4 ECHA-InfoCard 100.003.392 PubChem 8030 ChemSpider 7739 Wikidata Q305364
Eigenschaften
Molare Masse	84,14 g·mol−1
Aggregatzustand	flüssig
Dichte	1,06 g·cm−3 (20 °C)
Schmelzpunkt	−38 °C
Siedepunkt	84 °C
Dampfdruck	80 hPa (20 °C) 206 hPa (40 °C) 309 hPa (50 °C)
Löslichkeit	praktisch unlöslich in Wasser löslich in Ethanol, Diethylether, Chloroform und Benzol
Dipolmoment	0,55(1) D (1,8 · 10−30 C · m)
Brechungsindex	1,5289
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung Gefahr H- und P-Sätze H: 225​‐​302​‐​319​‐​412 P: 210​‐​260​‐​262​‐​273​‐​305+351+338​‐​403+235
Toxikologische Daten	1400 mg·kg−1 (LD50, Ratte, oral)
Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf0	80,2 kJ/mol
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C

Tritt ein Thiophenring als Substituent auf, so wird dies mit dem Präfix Thienyl- angegeben. Als Anelland heißt er Thieno.

Geschichte

Thiophen wurde 1883 von Victor Meyer in Rohbenzol entdeckt, das durch Destillation von Steinkohlenteer gewonnen wurde. Während „phen“ auf das gasförmige Kokereiprodukt „Leuchtgas“ hinweisen sollte, das damals als Stadtgas zur Beleuchtung (gr. phainomei: leuchten) in den Städten diente, leitet sich „Thio“ vom Schwefel (gr. theion, vgl. auch Thioether) ab.

Das von Victor Meyer verwendete Rohbenzol bildete mit Isatin einen blauen Farbstoff, wenn es mit Schwefelsäure versetzt wurde (Indophenin-Reaktion). Daher hielt man die Bildung des Indophenins lange Zeit für eine Reaktion mit Benzol, bis ein Versuch mit reinem Benzol keine Farbreaktion ergab.

Hugo Erdmann und Jacob Volhard gelang die Thiophensynthese in der nach beiden benannten Volhard-Erdmann-Zyklisierung.

Herstellung

Technisch wird Thiophen aus Butan und Schwefel bei 560 °C synthetisiert:

$\mathrm {C_{4}H_{10}\ +\ 4\ S\ \rightleftharpoons \ C_{4}H_{4}S\ +\ 3\ H_{2}S}$

Statt Butan können auch Derivate des Butans, wie Butene, Butadien oder 1-Butanol eingesetzt werden, als Schwefelspender auch beispielsweise Schwefeldioxid oder Schwefelkohlenstoff.

Weiterhin kann Thiophen durch Erhitzen von Natriumsuccinat mit Diphosphortrisulfid oder durch Überleiten von Acetylen über erhitzten Pyrit erhalten werden.

Eigenschaften

Thiophen ist bei Raumtemperatur eine mit Wasser nicht mischbare Flüssigkeit, die benzolartig riecht und bei 84 °C siedet.

Da es sich um eine aromatische Verbindung handelt, unterscheiden sich seine Eigenschaften stark von denen konventioneller Thioether: So ist es beispielsweise nicht möglich, den Schwefel mittels Methyliodid zu alkylieren, während die diesen flankierenden CH-Gruppen empfänglich für einen elektrophilen Angriff sind. Da es sich mit Schwefelsäure leicht sulfonieren lässt, ist die Umwandlung in die wasserlösliche Thiophensulfonsäure die Basis für Abscheidung von Thiophen aus verunreinigtem Benzol. Eine Trennung des Benzol-Thiophen-Gemisches durch Destillation ist aufgrund der sich um nur 4 °C unterscheidenden Siedepunkte kaum möglich.

Sicherheitstechnische Kenngrößen

Thiophen bildet leicht entzündliche Dampf-Luft-Gemische. Die Verbindung hat einen Flammpunkt von −9 °C. Der Explosionsbereich liegt zwischen 1,5 Vol.‑% (52 g/m³) als untere Explosionsgrenze (UEG) und 12,5 Vol.‑% (435 g/m³) als obere Explosionsgrenze (OEG). Der maximale Explosionsdruck beträgt 8,4 bar. Die Grenzspaltweite wurde mit 0,91 mm (50 °C) bestimmt. Es resultiert damit eine Zuordnung in die Explosionsgruppe IIA. Die Zündtemperatur beträgt 395 °C. Der Stoff fällt somit in die Temperaturklasse T2.

Polythiophen

Polythiophene (PT) können durch elektrochemische Polymerisation von Thiophen oder dessen Derivate hergestellt werden. Auch ist die Herstellung aus Grignard-Verbindungen von 2,5-Dihalogenthiophenen oder durch Oxidation möglich. Polythiophene sind höchst stabil gegenüber Wärme, Sauerstoff oder Feuchtigkeit.

Undotiertes Polythiophen besitzt nur eine geringe Leitfähigkeit. Durch Dotieren mit geeigneten Oxidationsmitteln werden jedoch Leitfähigkeiten bis 100 S/cm erreicht. Daher finden dotierte Polythiophene als Elektrodenmaterial, Halbleiter und Lichtemitter in Organischen Leuchtdioden Verwendung. Die Polythiophene leuchten bei Anlegung einer Spannung, wobei die jeweilige Farbe mit der elektrischen Spannung variiert werden kann. Da unsubstituiertes Polythiophen unlöslich und unschmelzbar ist, werden zur besseren Verarbeitung PT-Derivate benutzt.

Vorkommen

Thiophen ist wie Benzol im Steinkohlenteer enthalten und kann auch als Verunreinigung in diesem enthalten sein.

Siehe auch

• Ersetzt man formal den Schwefel des Thiophens durch Sauerstoff, so erhält man die strukturanaloge Verbindung Furan.
• Ersetzt man formal das Schwefelatom durch Selen, so erhält man Selenophen.

Weblinks

• Eintrag zu Thiophen. In: P. J. Linstrom, W. G. Mallard (Hrsg.): NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg MD