El tiofeno es un compuesto heterocíclico con la fórmula C 4 H 4 S. Consta de un anillo plano de cinco miembros y es aromático , como lo indican sus extensas reacciones de sustitución . Es un líquido incoloro con olor a benceno . En la mayoría de sus reacciones se parece al benceno . Los compuestos análogos al tiofeno incluyen furano (C 4 H 4 O), selenofeno (C 4 H 4 Se) y pirrol (C 4 H 4 NH), cada uno de los cuales varía según el heteroátomo en el anillo.
El tiofeno fue descubierto por Viktor Meyer en 1882 como un contaminante del benceno. [3] Se observó que la isatina (un indol ) forma un tinte azul si se mezcla con ácido sulfúrico y benceno crudo. Durante mucho tiempo se creyó que la formación de la indofenina azul era una reacción del propio benceno. Viktor Meyer pudo aislar el tiofeno como la sustancia responsable de esta reacción. [4]
El tiofeno y especialmente sus derivados se encuentran en el petróleo , a veces en concentraciones de hasta 1 a 3%. El contenido tiofénico del petróleo y el carbón se elimina mediante el proceso de hidrodesulfuración (HDS). En HDS, la alimentación líquida o gaseosa se hace pasar sobre una forma de catalizador de disulfuro de molibdeno bajo una presión de H2 . Los tiofenos se someten a hidrogenólisis para formar hidrocarburos y sulfuro de hidrógeno . Así, el tiofeno mismo se convierte en butano y H 2 S. Más frecuentes y más problemáticos en el petróleo son el benzotiofeno y el dibenzotiofeno .
Entre 2012 y 2017 el rover Curiosity detectó derivados de tiofeno en niveles de nanomoles en sedimentos de suelo marciano de 3.500 millones de años de antigüedad (Formación Murray, Pahrump Hills) en el cráter Gale (Marte). [5] Representa un hito importante para la misión de el Mars Science Laboratory (MSL) en la larga y esquiva búsqueda de materia orgánica en el planeta rojo. El calentamiento a alta temperatura (500 ° a 820 ° C) de muestras de lutita lacustre mediante el instrumento de Análisis de muestras en Marte (SAM) permitió análisis por cromatografía de gases y espectrometría de masas ( GC-MS ) de los gases desprendidos y la detección de moléculas aromáticas y alifáticas. incluyendo varios compuestos de tiofeno. [6] La presencia de enlaces carbono-azufre en macromoléculas podría haber contribuido a la conservación de la materia orgánica a muy largo plazo. Se estima que ~ 5 % de las moléculas orgánicas analizadas por el instrumento SAM contienen azufre orgánico. Aún se desconoce si el origen y el modo de formación de estas moléculas es biótico o abiótico , [7] pero su descubrimiento planteó la desconcertante cuestión de los compuestos tiofénicos como una posible biofirma antigua en Marte. Serán necesarios análisis detallados de isótopos de carbono (δ 13 C) a nivel de trazas por parte de una próxima generación de vehículos exploradores marcianos, como Rosalind Franklin , [8] para determinar si dichas moléculas orgánicas están enriquecidas en carbono ligero ( 12 C) como micronutrientes vivos. -Los organismos suelen estar en la Tierra.
Como reflejo de su alta estabilidad, los tiofenos surgen de muchas reacciones que involucran fuentes de azufre e hidrocarburos, especialmente los insaturados. La primera síntesis de tiofeno realizada por Meyer, publicada el mismo año en que hizo su descubrimiento, involucra acetileno y azufre elemental. Los tiofenos se preparan clásicamente mediante la reacción de 1,4-dicetonas , diésteres o dicarboxilatos con reactivos sulfurantes como P 4 S 10 , como en la síntesis de tiofeno de Paal-Knorr . Los tiofenos especializados se pueden sintetizar de manera similar utilizando el reactivo de Lawesson como agente sulfurante, o mediante la reacción de Gewald , que implica la condensación de dos ésteres en presencia de azufre elemental. Otro método es la ciclación de Volhard-Erdmann .
El tiofeno se produce en una modesta escala de alrededor de 2.000 toneladas métricas por año en todo el mundo. La producción implica la reacción en fase de vapor de una fuente de azufre, normalmente disulfuro de carbono , y una fuente de C-4, normalmente butanol . Estos reactivos se ponen en contacto con un catalizador de óxido a 500–550 °C. [9]
A temperatura ambiente, el tiofeno es un líquido incoloro con un olor ligeramente agradable que recuerda al benceno , [ cita requerida ] con el que el tiofeno comparte algunas similitudes. La alta reactividad del tiofeno hacia la sulfonación es la base para la separación del tiofeno del benceno, que son difíciles de separar por destilación debido a sus puntos de ebullición similares (diferencia de 4 °C a presión ambiente). Al igual que el benceno, el tiofeno forma un azeótropo con el etanol.
La molécula es plana; el ángulo de enlace en el azufre es de alrededor de 93°, el ángulo C – C – S es de alrededor de 109° y los otros dos carbonos tienen un ángulo de enlace de alrededor de 114°. [10] Los enlaces C-C a los carbonos adyacentes al azufre son de aproximadamente 1,34 Å , la longitud del enlace C-S es de aproximadamente 1,70 Å y el otro enlace C-C es de aproximadamente 1,41 Å. [10]
El tiofeno se considera aromático, aunque los cálculos teóricos sugieren que el grado de aromaticidad es menor que el del benceno. Los "pares de electrones" del azufre están significativamente deslocalizados en el sistema de electrones pi . Como consecuencia de su aromaticidad, el tiofeno no exhibe las propiedades observadas en los sulfuros convencionales . Por ejemplo, el átomo de azufre resiste la alquilación y la oxidación.
La oxidación puede ocurrir tanto en el azufre, dando un tiofeno S -óxido, como en el doble enlace 2,3, dando el tiofeno 2,3-epóxido, seguido de un posterior reordenamiento por desplazamiento NIH . [11] La oxidación del tiofeno por el ácido trifluoroperacético también demuestra ambas vías de reacción. La vía principal forma el S -óxido como intermediario, que sufre una posterior dimerización tipo Diels-Alder y una mayor oxidación, formando una mezcla de productos de sulfóxido y sulfona con un rendimiento combinado del 83% (basado en evidencia de RMN ): [12] [13]
En la vía de reacción menor, una epoxidación de Prilezhaev [14] da como resultado la formación de tiofeno-2,3-epóxido que rápidamente se reorganiza en el isómero tiofeno-2-ona. [12] Los experimentos de captura [15] demuestran que esta vía no es una reacción secundaria del intermedio S -óxido, mientras que el marcaje isotópico con deuterio confirma que se produce un cambio de 1,2-hidruro y, por lo tanto, que está involucrado un intermedio catiónico. [12] Si la mezcla de reacción no es anhidra , esta vía de reacción menor se suprime ya que el agua actúa como base competitiva. [12]
La oxidación de tiofenos puede ser relevante para la activación metabólica de varios fármacos que contienen tiofeno, como el ácido tienílico y el fármaco anticancerígeno en investigación OSI-930. [16] [17] [18] [19]
Aunque el átomo de azufre es relativamente poco reactivo, los centros de carbono flanqueantes, las posiciones 2 y 5, son muy susceptibles al ataque de los electrófilos . Los halógenos dan inicialmente derivados de 2-halo seguidos de 2,5-dihalotiofenos; la perhalogenación se logra fácilmente para dar C 4 X 4 S (X = Cl, Br, I). [20] El tiofeno broma 10 7 veces más rápido que el benceno. La acetilación se produce fácilmente para dar 2-acetiltiofeno , precursor del ácido tiofen-2-carboxílico y del ácido tiofen-2-acético . [9]
La clorometilación y la cloroetilación se producen fácilmente en las posiciones 2,5. La reducción del producto clorometilo da 2-metiltiofeno. La hidrólisis seguida de la deshidratación de las especies de cloroetilo da 2-viniltiofeno. [21] [22]
La desulfuración del tiofeno con níquel Raney produce butano . Cuando se combina con la fácil 2,5-difuncionalización del tiofeno, la desulfuración proporciona una ruta hacia los butanos 1,4-disustituidos.
El polímero formado uniendo tiofeno a través de sus posiciones 2,5 se llama politiofeno . La polimerización se lleva a cabo mediante oxidación utilizando métodos electroquímicos ( electropolimerización ) o reactivos de transferencia de electrones. Se muestra una ecuación idealizada:
El politiofeno en sí tiene malas propiedades de procesamiento y, por lo tanto, está poco estudiado. Más útiles son los polímeros derivados de tiofenos sustituidos en las posiciones 3 y 3 y 4, tales como EDOT (etilendioxitiofeno) . Los politiofenos se vuelven conductores de electricidad tras una oxidación parcial, es decir, obtienen algunas de las características típicamente observadas en los metales. [23]
El tiofeno muestra poco carácter sulfuroso, pero sirve como pi-ligando formando complejos de heces de piano como Cr( η 5 -C 4 H 4 S)(CO) 3 . [24]
![Tieno[3,2-b]tiofeno, uno de los cuatro tienotiofenos](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/cf/Thienothiophene251-41-2.png/1280px-Thienothiophene251-41-2.png)
Tras la desprotonación, el tiofeno se convierte en el grupo tienilo, C 4 H 3 S − . Aunque el anión per se no existe, los derivados organolitíicos sí. Así, la reacción del tiofeno con butil-litio da 2-litiotiofeno, también llamado 2-tienil-litio. Este reactivo reacciona con electrófilos para dar derivados de tienilo, como el tiol. [25] La oxidación del tienil litio da 2,2'-ditienilo, (C 4 H 3 S) 2 . El tienil litio se emplea en la preparación de cupratos mixtos de orden superior . [26] El acoplamiento de equivalentes de anión tienilo da ditienilo , un análogo del bifenilo.
La fusión del tiofeno con un anillo de benceno da benzotiofeno . La fusión con dos anillos de benceno da dibenzotiofeno (DBT) o naftotiofeno. La fusión de un par de anillos de tiofeno da isómeros de tienotiofeno .
Los tiofenos son compuestos heterocíclicos importantes que se utilizan ampliamente como componentes básicos de muchos productos agroquímicos y farmacéuticos. [9] El anillo de benceno de un compuesto biológicamente activo a menudo puede ser reemplazado por un tiofeno sin pérdida de actividad. [27] Esto se ve en ejemplos como el AINE lornoxicam , el análogo tiofeno del piroxicam , y el sufentanilo , el análogo tiofeno del fentanilo .
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