二苯并噻吩结构式、应用及合成方法全

一、二苯并噻吩化学结构式

二苯并噻吩（Dibenzothiophene，DBT）是一种具有特殊结构的有机化合物，其分子式为C₁₄H₁₀S。该化合物由两个苯环通过硫原子并合而成，形成稳定的平面六元环结构。其结构式可表示为：

```

S

/ \

C6H5-C-C6H5

```

其中，硫原子位于两个苯环的邻位位置，形成稳定的芳香体系。这种独特的结构使其在光电性能、热稳定性和化学惰性方面表现出显著优势。根据IUPAC命名规则，二苯并噻吩的英文名称为Dibenzothiophene，CAS登记号为86-65-7。

二、二苯并噻吩化学性质研究

1. 物理性质

- 外观：白色至浅灰色结晶性固体

- 熔点：162-165℃

- 密度：1.24 g/cm³（25℃）

- 折射率：1.632（nD）

- 溶解性：可溶于氯仿、乙醚等有机溶剂，微溶于水

2. 化学特性

（1）芳香稳定性：由于苯环与噻吩环的共轭效应，其芳香性比普通噻吩提高约30%

（2）氧化稳定性：在空气中加热至200℃仍保持结构完整

（3）光催化活性：UV-Vis吸收峰位于325-380 nm（λmax）

（4）环加成反应：在光照条件下可发生分子内环化反应

1. 传统合成路线

（1）Friedel-Crafts缩合法

以苯酚为起始原料，通过硫代硫酸钠介导的缩合反应制备。典型工艺条件：

- 催化剂：AlCl3（5-10 mol%）

- 温度：120-130℃

- 产率：65-70%

- 产物纯度：>95%（GC分析）

（2）环化偶联法

采用钯催化体系实现苯环的定向偶联：

```

Ph-S-Ph → PdCl2(dppf) → DBT

```

- 催化剂：PdCl2(dppf)（0.5 mol%）

- 碳源：苯乙炔（1.2 equiv）

- 碱：K2CO3（2 equiv）

- 产率：85-88%

2. 绿色合成技术

（1）微波辅助合成

在微波辐射（300W，5min）条件下，使用离子液体[BMIM][PF6]作为溶剂，可缩短反应时间至15分钟，产率达82%。

（2）光催化合成

利用TiO2光催化剂（100-150 nm），在可见光（365nm）照射下实现硫源的循环利用，反应选择性提高至91%。

四、应用领域及产业化进展

1. 有机光电材料

（1）钙钛矿太阳能电池（PSCs）

作为空穴传输层材料，可使器件效率提升至19.8%（NREL认证数据）

（2）OLED发光层

在蓝光发射器件中表现出优异的热稳定性和亮度（>200 cd/m²）

2. 医药中间体

（1）抗癌药物前体

在紫杉醇衍生物合成中作关键中间体，收率提高40%

（2）抗病毒活性

对HIV蛋白酶抑制活性达IC50=0.78 μM（体外实验）

3. 功能材料

（1）导电聚合物

在聚苯胺基体中添加5wt% DBT可使导电率提升2个数量级

（2）纳米复合材料

与石墨烯复合后拉伸强度达380 MPa（提升65%）

五、安全存储与处置规范

1. 危险特性

- GHS分类：急性毒性（类别4）

- 毒性数据：LD50（大鼠口服）=320 mg/kg

- 燃爆风险：爆炸下限1.5%，上限8.0%

2. 储存条件

- 温度：2-8℃（避光）

- 湿度：≤40%RH

- 隔离物：碱金属、强氧化剂

3. 废弃处置

- 焚烧处理：在1000℃以上高温氧化

- 化学降解：用次氯酸钠溶液（pH=12）处理

六、未来发展趋势

1. 新型合成路线开发

- 催化剂：开发基于MOFs的负载型催化剂（目标产率>90%）

2. 应用拓展方向

- 能源存储：作为锂硫电池的导电添加剂

- 柔性电子：用于可穿戴设备的有机半导体

- 环境监测：开发基于DBT的荧光传感器（检测限0.1ppb）

3. 绿色化学改进

- 原料循环：生物基硫源（含硫量>98%）

- 能源消耗：太阳能驱动合成（目标能耗<5 kWh/kg）

七、典型实验操作指南

1. 结构表征方法

（1）核磁共振（NMR）

- ¹H NMR（CDCl3）：δ 7.32-7.45（m，14H）

- ¹³C NMR（CDCl3）：δ 128.4-136.7（14C）

（2）质谱分析

- ESI-MS：m/z 202.1 [M+H]+

- GC-MS：保留时间8.2min（FID检测）

2. 工业放大参数

- 反应规模：50-200 kg级

- 能耗指标：综合能耗≤120 kWh/t

- 废水处理：COD<50 mg/L（GB8978-2002）