Il tiofene è un composto eterociclicoaromatico formato da quattro atomi di idrogeno e uno di zolfo legati in una struttura ad anello penta-atomico. Furano e pirrolo sono esempi comuni di analoghi strutturali in cui l'atomo di zolfo è rispettivamente sostituito da un atomo di ossigeno e da uno di azoto legato a un idrogeno.
Il tiofene fu originariamente scoperto da Viktor Meyer nel 1883, come contaminante del benzene.[2] Tra i suoi principali derivati degni di menzione sono il benzotiofene, nel quale un anello benzenico è fuso al tiofene, e il dibenzotiofene con due anelli benzenici fusi.
Il tiofene è una sostanza molecolare e la simmetria della molecola appartiene al gruppo puntualeC2v.[3] Attraverso indagini spettroscopiche rotazionali nella regione delle microonde è stato possibile desumere le caratteristiche salienti della molecola del tiofene. Nello scheletro dell'anello, il legame S-C(2) ha una lunghezza di 171,4 pm, quello C(2)-C(3) di 137,0 pm e quello C(3)-C(4) di 142,3 pm; l'angolo su S è di 92,2°, quello su C(2) di 111,5° e quello su C(3) di 112,5°.[4] La molecola mostra una certa polarità, il momento dipolare ammonta a 0,56 D,[5] valore decisamente minore in confronto a quello del suo analogo saturo, il tetraidrotiofene (1,89 D).[6]
Proprietà chimiche
A temperatura ambiente il tiofene si presenta come un liquido incolore dall'odore gradevole simile al benzene, composto col quale condivide l'aromaticità e le conseguenti proprietà chimiche.
Il tiofene è un composto aromatico, anche se calcoli teorici indicano una aromaticità minore rispetto a quella del benzene, perché attraverso gli orbitalip dei cinque atomi dell'anello vengono condivisi 6 elettroni: uno da ciascun atomo di carbonio e due dallo zolfo, rispettando così la regola di Hückel. La partecipazione di un doppietto solitario dello zolfo alla formazione della nuvola aromatica π è fondamentale nel determinare il carattere di aromaticità del composto. In conseguenza di tale caratteristica il tiofene è suscettibile di attacco elettrofilo sui carboni dell'anello, dando le tipiche sostituzioni elettrofile aromatiche, quali alogenazioni, nitrazioni e le reazioni di Friedel-Crafts e le solfonazioni. In particolare, quest'ultima viene sfruttata per separarlo dal benzene con cui spesso si trova in miscela nel petrolio grezzo: trattando una miscela benzene/tiofene con acido solforico si ottiene la solfonazione del solo tiofene, il cui derivato (un acido solfonico) è idrosolubile e può essere separato per estrazione con solvente. La separazione per semplice distillazione risulterebbe difficile a causa della piccola differenza di temperature di ebollizione, che è di circa 4 °C. Il tiofene, sebbene sia (formalmente) un tioetere, non viene alchilato sull'atomo di zolfo da alogenuri alchilici, a differenza del tetraidrotiofene, anch'esso tioetere, che però aromatico non è.
Il tiofene e i suoi derivati sono presenti nel petrolio, in concentrazioni variabili tra 1-3% e si possono ottenere anche dal carbone. Costituiscono dei prodotti indesiderati e vengono eliminati tramite il processo di idrodesolforazione, con la scissione in idrocarburi e solfuro di idrogeno.
Usi
I tiofeni sono importanti composti eterociclici utilizzati nella sintesi di farmaci e prodotti fitosanitari.[7] Sono inoltre utili intermedi di sintesi, dei quali viene sfruttata la reattività in reazioni che coinvolgono elettrofili. Per desolforazione con nichel Raney si ottengono butani 1,4-disostituiti. La polimerizzazione di unità monomere di tiofene produce il politiofene, materiale plastico che può essere utilizzato come polimero conduttore.