摘要
二甲基亚砜(DMSO)是一种高极性、热稳定性强的“万能溶剂”,能与多种溶剂混溶,广泛用于工业、医药、农业等多个领域。它具有弱氧化性和吸湿性,对金属腐蚀性取决于是否含水。DMSO合成方法多样,二氧化氮法较为先进。储存时需密封、避光,并按易燃有毒物品规定贮运。在医疗中,DMSO有助于药物渗透并具消炎、止痛作用;在农业中,能提高农药效果;在电子工业中,用于元件清洗;在化学反应中,能加速反应并制备新物质;在细胞冻存和PCR中,DMSO也发挥重要作用,但需注意其细胞毒性。
正文
二甲基亚砜(DMSO)是一种含硫有机化合物,常温下为无色无臭的透明液体,是一种吸湿性的可燃液体。具有高极性、高沸点、热稳定性好、非质子、与水混溶的特性,能溶于乙醇、丙醇、苯和氯仿等大多数有机物,被誉为“万能溶剂”。在酸存在时加热会产生少量甲基硫醇、甲 醛、二甲基硫、甲磺酸等化合物。在 高温下有分解现象,遇氯能发生剧烈反应,在空气中燃烧发出淡蓝色火焰。可作有机溶剂、反应介质和有机合成中间体。也可用作合成纤维的染 色溶剂、去染剂、染色载体,以及回收乙炔、二氧化硫的吸收剂。
中文名称: 二甲基亚砜;亚硫酰基双甲烷;二甲基亚砜(药用);甲基亚砜
英文名称: Dimethyl sulfoxide;sulfinylbis-Methane;DMSO;methyl sulfoxide;a 10846;deltan
分子式:(CH3)2SO(简写DMSO)
分子量:78.13
无色粘稠液体。有吸湿性。除石油醚外,可溶解一般有机溶剂。 有强烈的吸湿性。能与水、乙醇、丙酮、乙醛、吡啶、乙酸乙酯、苯二甲酸二丁酯、二恶烷和芳烃化合物等任意互溶,不溶于乙炔以外的脂肪烃类化合物。
1、无色液体,可燃,几乎无臭,带有苦味。该品是极性高的有机溶剂,可与水以任意比例混合,除石油醚外,可溶解一般有机溶剂。在20℃时能吸收氯化氢30%(重量);二氧化氮30%(重量);二氧化硫65%(重量)。有强烈吸湿性,在20℃,当相对湿度为60%时,可从空气吸收相当于自身重量70%的水分。
该品是弱氧化剂,不含水的二甲基亚砜对金属无腐蚀性。含水时对铁;铜等金属有腐蚀性,但对铝不腐蚀。对碱稳定。在酸存在时加热会产生少量的甲基硫醇;甲醛;二甲基硫;甲磺酸等化合物。在高温下有分解现象,遇氯能发生激烈反应,在空气中燃烧发出淡蓝色火焰。
二甲亚砜还原生成甲硫醚。受强氧化剂作用氧化成二甲砜;
2、二甲基亚砜与酰氯类物质如氰尿酰氯、苯酰氯、乙酰氯、苯碘酰氯、亚硫酰氯、硫酰氯、三氯化磷等接触时,发生激烈的放热分解反应。与硝酸结合,生成(CH3)2SO·NHO3。与碳酸钡作用可使二甲基亚砜再生。与浓氢碘酸作用,生成二甲硫磺化合物。
3、二甲基亚砜有吸水性,用前需要进行干燥处理。
物理数据
1、性状:无色黏稠透明油状液体或结晶体。具弱碱性,几乎无臭,稍带苦味,常用的有机溶剂。
2、相对密度(g/mL,20/4℃):1.100
3、相对蒸汽密度(g/L,空气=1):2.7
4、熔点(℃):18.45
5、沸点(℃):189
6、折射率:1.4795
7、黏度(mPa·s):1.987(25℃);2.2(20℃);1.290(50℃)
8、闪点(℃,开口):95
9、燃点:300~302℃
10、蒸发热(KJ/mol,℃):52.92
11、熔化热(KJ/mol):13.94
12、生成热(KJ/mol):-197.66
13、燃烧热(KJ/mol,定容):1793.16
14、比热容(KJ/(kg·K),℃,定压):1.95
15、电导率(S/m,℃):3×10-8
16、蒸气压(kPa,℃):0.049
17、蒸气压(kPa,℃):0.101
18、蒸气压(kPa,℃):0.376
19、蒸气压(kPa,℃):0.681
20、爆炸下限(%,V/V):2.6
21、爆炸上限(%,V/V):28.5
22、体膨胀系数(K-1):0.00088
23、溶解性:可与水以任意比例混合,除石油醚外,可溶解一般有机溶剂。在20℃时能吸收氯化氢30%(重量)、二氧化氮30%(重量)、二氧化硫65%(重量),不溶于除乙炔外的脂肪烃化合物。对多种化合物有溶解能力。溶于水、乙二醇、丙酮、苯、烃类氯化物、乙二醇的酯等。
毒理学数据
毒性较小,大鼠经口LD50:9700~28300mg/kg(大鼠经口);16500~24000mg/kg(小鼠经口)。对人体皮肤有渗透性,对眼有刺 激作用。
分子结构数据
1.摩尔折射率:20.17
2.摩尔体积(ml/mol):71.0
3.等张比容(90.2K):182.6
4.表面张力(dyne/cm):43.6
5.极化率(10-24cm3):7.99
毒性较小,LD50:9700~28300mg/kg(大鼠经口);16500~24000mg/kg(小鼠经口)。对人体皮肤有渗透性,对眼有刺 激作用。
DMSO存在一定的毒性作用,用的时候要避免其挥发,要准备1%-5%的氨水备用,皮肤沾上之后要用大量的水洗以及稀氨水洗涤。
最为常见的为恶心、呕吐、皮疹及在皮肤、和呼出的气体中发出大蒜、洋葱、牡蛎味。
吸入:高挥发浓度可能导致头痛,晕眩和镇静。
皮肤:能够灼伤皮肤并使皮肤有刺痛感,如同所见的皮疹及水泡一样。若二甲基亚砜与含水的皮肤接触会产生热反应。要避免接触含有毒性原料或物质的二甲基亚砜溶液,因其毒性不为人所知,而二甲基亚砜却可能会渗入肌肤,在一定条件下会将有毒物质带入肌肤。
吸收:吸收危险性很低。
同时,氯化铬,氯化锰等过渡金属卤化物与氯化钾,氯化钠等卤化物在DMSO中有一定溶解度,故可以应用在有机电化学中。
二甲基亚砜广泛用作溶剂和反应试剂,特别是丙烯腈聚合反应中作加工溶剂和抽丝溶剂。
作聚氨酯合成及抽丝溶剂,作聚酰胺,聚酰亚胺和聚砜树脂的合成溶剂,以及芳烃,丁二烯抽提溶剂和合成氯氟苯胺的溶剂等。
DMSO是二甲基亚砜, 用途广泛。用作乙炔、芳烃、二氧化硫及其他气体的溶剂以及腈纶纤维纺丝溶剂。是一种即溶于水又溶于有机溶剂的极为重要的非质子极性溶剂。对皮肤有极强的渗透性,有助于药物向人体渗透。也可作为农药的添加剂。也是一种十分重要的化学试剂。
DMSO也是一种渗透性保护剂,能够降低细胞冰点,减少冰晶的形成,减轻自由基对细胞损害,改变生物膜对电解质、药物、毒物和代谢产物的通透性。
但研究表明,DMSO存在一定的毒性作用,与蛋白质疏水基团发生作用,导致蛋白质变性,具有血管毒性和肝肾毒性。
1.该品应密封于阴凉干燥处避光保存。
2.该品采用铝桶、塑料桶或玻璃瓶包装。贮存于阴凉通风干燥处,按易燃有毒物品规定贮运。
二甲基亚砜一般采用二甲硫醚氧化法制得,由于所用的氧化剂和氧化方式不同,因而有不同的生产工艺。
1.甲醇二硫化碳法
甲醇和二硫化碳为原料,以γ-Al2O3作催化剂,先合成二甲基硫醚,再与二氧化氮(或硝酸)氧化得二甲基亚砜。
2.双氧水法
以丙酮作缓冲介质,使二甲硫醚与双氧水反应。用该法生产二甲基亚砜成本较高,不适于大规模生产。
3.二氧化氮法
以甲醇和硫化氢在γ-氧化铝作用下生成二甲基硫醚;硫酸与亚硝酸钠反应生成二氧化氮;二甲基硫醚再与二氧化氮在60-80℃进行气液相氧化反应生成粗二甲基亚砜,也有直接用氧气进行氧化,同样生成粗二甲基亚砜,然后经减压蒸馏,精制得二甲基亚砜成品。此法是较为先进的生产方法。
4.硫酸二甲酯法
用硫酸二甲酯与硫化钠反应,制得二甲基硫醚;硫酸与亚硝酸钠反应生成二氧化氮;二甲基硫醚与二氧化氮氧化得粗二甲基亚砜,再经中和处理,蒸馏后得精二甲基亚砜。此外,用阳极氧化的方法由二甲硫醚生产二甲基亚砜。
精制方法:将二甲亚砜减压蒸馏后,加入氧化铝放置一夜,用高50cm,填有陶制鞍形填料的蒸馏塔,于266.6~399.9Pa、50℃进行减压蒸馏,收集中间馏分。或将二甲亚砜与CaH2一起加热一日,减压蒸馏后用分子筛干燥,在氮气流下再进行减压蒸馏。也可以分步结晶精制。
5.将二甲硫醚 (由硫酸二甲酯与硫化钠反应制得)与二氧化氮(由硫酸与亚硝酸钠反应制得)在60~80℃进行气液相氧化反应制得二甲基亚砜粗品,然后减压蒸馏、采用分子筛脱水后再减压精馏,即得成品二甲基亚砜。主要反应式为:
6.以丙酮作为缓冲介质,加入相等物质量的二甲硫醚和双氧水,搅拌反应,维持温度20℃:
反应结束后,直接减压蒸馏即可得纯度较高的二甲基亚砜。
在石油加工中的应用
DMSO在芳烃抽提中作为萃取溶剂,最早是法国的 IFP法,曾在华沙三十五国化工会议上发表。它的优点是:1、对芳烃的选择性高;2、常温下对芳烃的无限制混溶;3、萃取温度低,且不与烷烃、烯烃、水反应;4、无腐蚀、无毒;5、萃取工艺简单、设备少、节能;6、不溶烯烃适合含烯高的油料;7、溶济回收可用反萃取。比壳牌公司的Sulfinol法和环球公司的Udcx法更优越。中国北京、辽阳石化公司在引进装置中已使用。
DMSO对烷烃不溶,因此用于食品蜡、食用白油的精制和治癌物的检测中。
DMSO对乙炔易溶,每升DMSO能溶解33升乙炔,而丙酮只能溶解25升乙炔DMSO沸点高,回收、再生容易。因此用于石油气乙炔回收和溶解乙炔生产中。
DMSO对有机硫化物、芳烃、炔烃易溶,常用于润滑油、柴油精制中。DMSO与水在40%时-60℃不冻。所以DMSO用于汽油、航煤防冰剂、高寒地区汽车防冻液。在燃料油添加剂二茂铁生产中用作反应溶剂,使二聚环戊二烯钠与三氯化铁的反应加速,提高收率。在硝基烷烃生产中使亚硝酸钠与氯代烷在DMSO中直接反应具有很高收率。最近在石油加工中还有许多报道,新用途在不断开发,特别是国外在柴油精制中投入了工业化生产。
在合成纤维中的应用
DMSO在腈纶纺丝中应用,最早是日本东洋人造丝株式会社申请专利,使丙烯腈在DMSO中聚合,不用分离,直接在水浴中喷丝,得到膨松、柔软、容易染色的人造羊毛。其优点是工艺简化、溶解度高、溶剂沸点高、无毒、容易回收、产品性能好、成本低。中国山西榆茨、大连、北京部分腈纶厂用此工艺生产。最近在用聚丙腈生产碳纤维中也在应用。国外在涤纶树脂生产中用于对苯二甲酸酯的精制。此外在氯纶生产中,用DMSO纺丝、丙烯腈共聚中都有使用。
在医药生产中的应用
DMSO作为反应溶剂在医药中间体合成中应用很多。如:用氟化钾与3,4―二氯硝基苯在DMSO中反应制得氟氯苯胺,被广泛用于氟哌酸生产以及三氟硝基甲苯、氧氟沙星等含氟药物。印度是生产含氟药物的主要国家之一,因此DMSO进口量每年为4500t左右。DMSO在合成黄连素、菸酸肌醇酯、蔗糖脂肪酸多酯和中药萃取生产都已应用。
在医疗中的应用
DMSO对许多药物具有溶液性、渗透性、本身具有消炎、止痛,促进血液循环和伤口愈合,并有利尿、销静作用。能增加药物吸收和提高疗效,因此在国外叫做“万能药”。
各种药物溶解在DMSO中,不用口服和注射,涂在皮肤上就能渗入体内,开辟了给药新途径。更重要的是提高了病区局部药物含量,降低身体其他 的药物危害。国外在医疗上的研究报道很多,中国由沈阳药学院、北京药物研究所、中国药物检测中心等在60年代进行了全面的毒理检验及病理解剖证明:中国的DMSO的半数量LG50值为(22.4±1.4)g/kg,与国外文献报道的21.4g/kg基本一致,属于无毒,与病理解剖所见相符。北京药物研究所用溶肉瘤素、 B518、C6323、N甲等药物研究所用溶肉瘤素、瘤局部,取得很好疗效,明显抑制肿瘤生长。在动物实验时,经过解剖检测,局部药物浓度比其他药物浓度高2~8倍。
国外研究认为癌细胞有一层角质保护膜,妨碍药物进入,DMSO具有对角质的溶解渗透能力,所以能提高疗效。60年代北京协和医院等 160个医疗单位进行临床试用,并在本溪开设专题门诊,积累了大量数据,实践证明对神经性皮炎、牛皮癣、关节炎、滑囊炎、毛囊炎、类风湿、中耳炎、鼻炎、附件炎、牙疼、带状泡疹、痔疮、扭伤、腰肌劳损、烧伤、外伤等等都具有疗效。目前生产的骨友灵、脚气药、肤氢松软膏等外用药及各大医院的外用制剂中已广泛使用。中国科学院兽医研究所用DMSO溶解“帕斯”治疗马传贫和寄生虫病。特别是在中药萃取制剂中,提高了有用组分含量,提高了药效。
在农药、农肥中的应用
DMSO是农药、农肥的溶剂、渗透剂和增效剂。国外报道用抗菌素溶入DMSO中治疗果树腐乱病、将杀虫剂溶入DMSO中杀灭树木及果实中的食心虫,用0.5‰的溶液在大豆开花期喷洒,增产10%~15%,各种肥料水溶液中加5‰DMSO后更容易引起人身中毒。
国内在果树霉菌病中已有应用。在对植物实验中将非渗透药物、染料配成DMSO水溶液,涂抹树干,12h后发现枝叶、根茎果实都含有量或着色,再经过24h检测结果消失。说明溶在DMSO中的药物、色素可以渗透、流通,也能通过新陈代谢排出、这种特性显示出DMSO在农业上的应用前景,有待于今后研究。
在染料中的应用
吉林染料厂在仁丹士林兰生产中使用DMSO后使用生产能力、收率大幅度提高,四川染料厂目前仍在使用。据报道在印染中加入DMSO使染色均匀消除色差。
在涂料中的应用
DMSO做溶剂、助溶剂、防冻剂,在水乳漆中使用较多。由于DMSO对各种树脂溶解性好,因而在某些漆中作为增溶剂。更重要的用途是作去漆剂。DMSO中加入碱或硝酸,可以除掉包括环氧树脂在内的各种漆膜。
在防冻剂中的应用
纯DMSO的冰点是18.45℃,含水40%的DMSO在-60℃不冻,而且DMSO与水、雪混合时放热。这种性质使DMSO可作为汽车防冻液、刹车油、液压液组分。乙二醇防冻液在超过-40℃低温时已不适用。而且比DMSO沸点低,有毒,易生产气阻。DMSO防冻液在北部严寒地区用于除冰剂,涂料、各种乳胶的防冻剂,汽油、航煤的防冰剂,骨髓、血液、 低温保存的防冻剂等。
在气体分离中的应用
在石油加工、化工尾气回收、气体分离中利用DMSO对芳烃、炔烃、硫化物、二氧化氮、二氧化硫的易溶物性,作为气体分离溶剂。
在合成树脂中的应用
在生产中DMSO作为聚砜树脂的聚合反应溶剂。DMSO对许多天然树脂、合成树脂具有溶解性,对尼龙、涤纶、聚氯乙烯树脂在中热可以溶解。DMSO用于人造革加工,还可用作聚氨酯反应釜清洗剂,丙烯腈共聚反应溶剂。
在焦化副产中的应用
在蒽醌生产中,用于蒽精制。在蒽油中加入DMSO萃取精蒽,一次萃取含量可达到底98%以上,用不着水反萃取回收DMSO,工艺简单。在萘精制中国外也有应用,在焦炉气分离中用于回收有机硫化物。
国道用DMSO做金、铂、铌、钽、铼和放射性元素的萃取添加剂,提高选择性、溶解性和低温晶析的防冻剂。
在电子工业中应用
DMSO用于法拉级、超大容量电容器――液体双电层电容器的电解质,目前的电容器仅为微法拉容量,而这种电容器可达到1~100法拉。如:日本3~5V 10F、美国1.6V 100F电容器,用于太阳能供电系统作为能量贮存元件,电子计算机和机器人的信息保护电源和记忆元件。在电子元件、集成线路清洗中大量使用DMSO,它具有对有机物、无机物、聚合物一次清除的功能,而且无毒、无味,容易回收。
在有机合成中的应用
DMSO在化学反应中起到反应溶剂、反应试的双重作用,对某些不能实现的反应在DMSO中能顺利进行,对某些化学反具有加速、催化作用,提高收率,改革产品性能。
1、亲核取代反应:DMSO为卤代烷及磺酸酯亲核离解溶剂,能生成加成物,反应速率比一般非质子溶剂快155倍,在烷基化反应中占有重要地位。
卤代烷与无机氰化物反应制备腈,不易反应。在DMSO中反应速度快,收率高。亚硝酸钠与卤代烷或a―卤代酯转变为硝基物,也有类似效果。
Swarts反应不易制备芳烃氟化物,但在DMSO中氟化钾与氯代芳烃等易起置换反应制得产率很高的氟交换。溴苯与叔丁醇钾在DMSO中不用热即生成苯叔丁醚。
2、消除反应:苄醇及脂肪族叔醇在DMSO中生成稀,磺酸酯及卤代烷在DMSO中加热生成烯。Cope消除反应在DMSO中室温下能顺利进行,且反应速度比在水中快105倍。
3、亲电取代反应:在DMSO中一些饱和碳原子上亲电取代反应能快速进行。如:烯醇钠盐在苯中用卤代烷烷基化时,加入0.65mol/L浓度的DMSO,能使反应,在DMSO中比在二氧六环中快20倍。有机物中氢-重氢在碱催化下交换速率在DMSO中比在醇中高109倍。在DMSO使不对称α―碳消旋速率比在叔丁醇中高106倍。
4、双建重排:在DMSO中经叔丁醇钾催化可产生双键重排,反应能在低温下均相进行。
5、其他反应:用DMSO 作为反应溶剂的研究报道很多。如:三乙胺与碘乙烷的季胺化、高级脂肪酸与甘油脂的酯交换,在醇钠存在下非还原糖酯化、醇类氰乙基化、异 氰酸苯酯与硫醇反应的催化作用等等,在DMSO中都具有加速效果。DMSO还可在酯缩合、高分子多聚物中作反应溶剂。如:Dicckmann反应、葡聚糖解聚、胰朊酶构象转变、酰化等等。
总之DMSO在化学制备中开辟了一个新途径,加快了化反应速度,提高了收率,制备出许多新物质,它不仅仅是溶剂,而且成为化学反应的一种新手段,在理论和实践上都具有重要意义。
在水热合成中的应用
在水热合成过程中,可用来做溶剂,反应釜中DMSO在120℃以上会发生分解,产生有毒气体,有头晕症状,气味非常难闻。使用时要注意防护,如果温度超过120℃,开釜的时候应在通风橱中进行,并带防毒面具。
在细胞冻存中的应用
二甲基亚砜是一种重要的渗透型细胞保护剂。在深低温(零下200度)保存细胞时冻存过程中,为防止细胞内液冰晶形成、渗透压改变、细胞结构紊乱等导致的损伤,有必要使用含有DMSO冷冻保护剂。DMSO能够快速穿透细胞膜进入细胞中,降低冰点、延缓冻存过程,同时提高细胞内离子浓度,减少细胞内冰晶的形成,从而减少细胞损伤。深低温时二甲基亚砜的细胞毒性受到抑制。复苏时动作要快,尽快洗掉二甲基亚砜,否则会造成对细胞严重的毒性。二甲基亚砜(DMSO)是目前最好的细胞冻存保护剂,但也是一种以细胞毒性很大的化学试验剂。研究结果表明,培养液中DMSO浓度为10%时,细胞生长抑制率近100%;1‰浓度时抑制率为35%,即使是0.04‰的浓度,DMSO对细胞的生长也有不利的影响。
在PCR中的应用
在PCR体系MIX中加5%的甘油或者5%的DMSO,可以增强特异性,抑制引物二聚体的形成。
来源:百度百科