Dimethylsulfoxid (Abkürzung DMSO) ist eine organische chemische Verbindung aus der Verbindungsklasse der Sulfoxide. Dimethylsulfoxid bildet eine farb- und geruchlose, bittersüß schmeckende, hygroskopische Flüssigkeit. Verwendet wird diese primär als Lösungsmittel für die Aromatenextraktion, als Abbeizmittel, als Gefrierschutzmittel und als Reaktionsmedium in der organischen Synthese. Weitere Verwendungen gibt es in der Pharmazie, in der Kryokonservierung und in der NMR-Spektroskopie.
Darstellung und Gewinnung Technisch wird Dimethylsulfoxid aus Dimethylsulfid z. B. durch katalytische Oxidation mit Distickstofftetroxid in Anwesenheit von Sauerstoff hergestellt. Im Labor kann der Thioether Dimethylsulfid mit stöchiometrischen Mengen Wasserstoffperoxid oder verdünnter Salpetersäure oxidiert werden. Das Dimethylsulfoxid kann allerdings weiter zu Dimethylsulfon oxidiert werden:
500px|Oxidation von Dimethylsulfoxid zu Dimethylsulfon
DMSO fällt daneben als Nebenprodukt bei der Zellstoffherstellung an.
Eigenschaften Physikalische Eigenschaften Dimethylsulfoxid ist eine farblose, geruchlose, bittersüß schmeckende, stark hygroskopische Flüssigkeit. Zur Kennzeichnung der Reinheit („pharmazeutische Qualität“) „wird häufig die UV-Licht-Absorption bei 270...300 nm, vorzugsweise bei 275 nm sowie eine völlige Geruchsfreiheit[!] herangezogen.“Dieter Martin, Hermann Hauthal: Dimethylsulfoxid. Akademie-Verlag, Berlin 1971. Jede Geruchsnote (ob „faulig“ oder „schwefelartig“Sicherheitsdatenblatt gemäß 1907/2006/EG, Artikel 31 (PDF), auf itwreagents.com oder im unreinen Zustand „leicht an Knoblauch erinnernd“GisChem: 01_0-000067-68-5-000000_1_1_95.PDF Dimethylsulfoxid, abgerufen am 28. Juli 2024) deutet auf Verunreinigungen mit anderen Schwefelverbindungen hin, meist mit Dimethylsulfid, das nach dem Syntheseprozess (s. o.) verblieben sein kann, sich aber auch bei längerer Lagerung bildet. Zur Herstellung der Reinsubstanz müssen daher geeignete Reinigungsverfahren, wie Destillation Adsorption Extraktion Kristallisation Zonenschmelzen oder eine Kombination dieser Verfahren angewendet werden.
Mit einem Schmelzpunkt bei 18 °C kann DMSO nur wenig unterhalb der Raumtemperatur erstarren.Thomas B. Douglas: Heats of Formation of Liquid Methyl Sulfoxide and Crystalline Methyl Sulfone at 18 deg. In: J. Am. Chem. Soc. 68, 1946, S. 1072–1076, doi:10.1021/ja01210a046. Die Schmelzenthalpie beträgt 14,37 kJ·mol−1.H. L. Clever, E. F. Westrum, Jr.: Dimethylsulfoxide and dimethylsulfone. Heat capacities, enthalpies of fusion, and thermodynamic properties. In: J. Phys. Chem. 74, 1970, S. 1309–1317, doi:10.1021/j100701a027. Bei Normaldruck siedet die Verbindung bei 189 °C.B. Kaczmarek, A. Radecki: Vapor-Liquid Equilibria in Binary Systems Containing Ethanol with Tetramethyldisiloxane and Dimethyl Sulfoxide. In: J. Chem. Eng. Data. 34, 1989, S. 195–197, doi:10.1021/je00056a014. Die Dampfdruckfunktion ergibt sich nach Antoine entsprechend log10(P) = A−(B/(T+C)) (P in bar, T in K) mit A = 4,49107, B = 1807,002 und C = −60,995 im Temperaturbereich von 325,5 bis 442,1 KG. Jakli, W. A. van Hook: The Vapor Pressures of Dimethyl Sulfoxide and Hexadeuterodimethyl Sulfoxide from about 313 to 453 K. In: J. Chem. Thermodyn. 4, 1972, S. 857–864, doi:10.1016/0021-9614(72)90007-9. bzw. mit A = 5,23039, B = 2239,161 und C = −29,215 im Temperaturbereich von 293 bis 323 K.Thomas B. Douglas: Vapor Pressure of Methyl Sulfoxide from 20 to 50°. Calculation of the Heat of Vaporization. In: J. Am. Chem. Soc. 70, 1948, S. 2001–2002, doi:10.1021/ja01186a005. Es ist in jedem Verhältnis mit Wasser mischbar, weiterhin mit vielen organischen Lösemitteln wie Alkoholen, Carbonsäureestern, Ketonen, und chlorierten Kohlenwasserstoffen. Es gehört der Gruppe nukleophiler, aprotischer, dipolarer Lösemittel an (wie zum Beispiel Dimethylformamid).
Chemische Eigenschaften Die Verbindung beginnt sich am Normaldrucksiedepunkt bei 189 °C thermisch zu zersetzen, was heftig bis explosionsartig erfolgen kann.Roth/Weller: Gefährliche Chemische Reaktionen. ecomed Sicherheit, Verlagsgruppe Hüthig Jehle Rehm, Landsberg/Lech, 31. Ergänzungslieferung 8/2000. Die Zersetzung wird durch Säuren oder Basen katalysiert, so dass diese schon bei wesentlich niedrigeren Temperaturen relevant werden kann. Eine heftige bis explosionsartige Zersetzung erfolgt auch in Gegenwart von Halogenverbindungen, Metallnitraten, Metallperchloraten, Natriumhydrid, Periodsäure und von Fluorierungsmitteln.
Dimethylsulfoxid kann mit Natriumhydrid oder NatriumamidE. M. Kaiser, R. D. Beard, C. R. Hauser: Preparation and reactions of the mono- and dialkali salts of dimethyl sulfone, dimethyl sulfoxide, and related compounds. In: J. Organomet. Chem. 59, 1973, S. 53. doi:10.1016/S0022-328X(00)95020-4. unter Bildung eines Methylsulfinylcarbanions (Dimsylanion) deprotoniert werden, welches als sehr starkes nucleophiles Reagenz in der organischen Synthese verwendet wird. Die Reaktionsgemische können sich oberhalb von 70 °C explosionsartig zersetzen. Es besteht auch beim Isolieren des festen Natriumsalzes Explosionsgefahr.
Sicherheitstechnische Kenngrößen Dimethylsulfoxid bildet oberhalb des Flammpunktes bei 88 °C entzündbare Dampf-Luft-Gemische. Die untere Explosionsgrenze liegt bei 1,8 Vol.‑% (58 g/m³). Eine obere Explosionsgrenze (OEG) kann wegen der thermischen Zersetzung der Substanz nicht bestimmt werden. Die Sauerstoffgrenzkonzentration wurde bei 200 °C mit 3,9 Vol% bestimmt.Paul M. Osterberg, Jeffry K. Niemeier, Christopher J. Welch, Joel M. Hawkins, Joseph R. Martinelli, Thomas E. Johnson, Thatcher W. Root, Shannon S. Stahl: Experimental Limiting Oxygen Concentrations for Nine Organic Solvents at Temperatures and Pressures Relevant to Aerobic Oxidations in the Pharmaceutical Industry. In: Org. Process Res. Dev. 19, 2015, S. 1537–1542. doi:10.1021/op500328f Mit einer Mindestzündenergie von 0,48 mJ sind Dampf-Luft-Gemische extrem zündfähig.Hsu-Fang Chen, Chan-Cheng Chen: A quantitative structure activity relationship model for predicting minimum ignition energy of organic substance in J. Loss Prev. Proc. Ind. 67 (2020) 104227, . Die Zündtemperatur beträgt 270 °C.Elisabeth Brandes, Wolfgang Möller: Sicherheitstechnische Kenngrößen. Band 1: Brennbare Flüssigkeiten und Gase. Wirtschaftsverlag NW – Verlag für neue Wissenschaft, Bremerhaven 2003, ISBN 3-89701-745-8. Der Stoff fällt somit in die Temperaturklasse T3. Die elektrische Leitfähigkeit ist mit 2·10−7 S·m−1 eher gering.Technische Regel für Gefahrstoffe TRGS 727, BG RCI Merkblatt T033 Vermeidung von Zündgefahren infolge elektrostatischer Aufladungen, Stand August 2016, Jedermann-Verlag Heidelberg, ISBN 978-3-86825-103-6.
Verwendung DMSO ist ein weitverbreitetes Lösungsmittel in Labor und Technik. So wird es in Spinnlösungen von Polyacrylnitril, als Abbeizmittel, als Lösungsmittel bei der Aromatenextraktion und als Reaktionsmedium bei organischen Synthesen verwendet. Auch viele anorganische Salze haben eine gute Löslichkeit in DMSO.Dimethyl Sulfoxide (DMSO) Solubility Data. (PDF) Gaylord Chemical Company, Bulletin 102, Juni 2014, S. 14.
In der organischen Synthesechemie dient es in der Swern-Oxidation und der Parikh-Doering-Oxidation als Oxidationsmittel. In der Pharmazie dient es als pharmazeutischer Hilfsstoff als Bestandteil von Salben (siehe Pharmakologie).
In der Zellkultur findet DMSO Verwendung in Einfriermedien bei der Kryokonservierung von eukaryotischen Zellen.X. Yao, S. Matosevic: Cryopreservation of NK and T Cells Without DMSO for Adoptive Cell-Based Immunotherapy. In: BioDrugs : clinical immunotherapeutics, biopharmaceuticals and gene therapy. Band 35, Nummer 5, September 2021, S. 529–545, doi:10.1007/s40259-021-00494-7, PMID 34427899. Als Gefrierschutzmittel verhindert es während des Einfrierprozesses die Bildung von Eiskristallen; diese können Zellorganellen zerstören und so zum Absterben der Zellen führen. DMSO hemmt die Kristallbildung etwas besser als Glycerin.
Auch die meisten Substanzbibliotheken verwenden DMSO als Lösungsmittel. Da das Lösungsmittel jedoch nicht komplett inert ist, kann dies zu einer Verschlechterung der Probenreinheit führen.
DMSO als Arzneimittel Vorgeschichte Die beiden amerikanischen Wissenschaftler Edward E. Rosenbaum und Stanley W. Jacob entdeckten Anfang der 1960er Jahre die medizinische Verwendung von DMSO.Der Spiegel 48/1965 (23. November 1965). Digitalisat Es sollte bei einer Vielzahl von Krankheiten des Bewegungsapparates sowie außerdem bei Verletzungen eine überraschende Heilwirkung entfalten. Die Datenlage dazu war dünn, „qualitativ und quantitativ bei weitem noch nicht zureichend“, sie genügte aber dem Bundesgesundheitsamt, um dem Antrag von fünf westdeutschen PharmaunternehmenSchering AG (Berlin), Squibb/von Heyden AG (München), Mack (Illertissen), Sharp & Dohme GmbH (München), Grünenthal auf Zulassung von DMSO Ende August 1965 stattzugeben.
Mitte September 1965 berichtete dann die Fachpresse über zwei nicht aufgeklärte Todesfälle nach DMSO-Therapie, ein Kausalzusammenhang war jedoch nicht nachzuweisen. Außerdem untersuchte die FDA drei Sterbefälle aufgrund fraglicher allergischer Reaktion auf DMSO.
Zwei Monate später kam aus zwei Laboren in England und den USA gleichzeitig die Nachricht, dass bei monatelang mit DMSO behandelten Tieren eine „Veränderung des Brechungsindex der Augenlinse“ aufgetreten sei.Spätere Pressemitteilung von Schering, zit. n. Der Spiegel. Die FDA reagierte als Erste sofort und konsequent mit einem Verbot aller DMSO-Tests an amerikanischen Kliniken (betroffen gewesen sein sollen etwa 50.000 Probanden). Der FDA-Chefmediziner Dr. Joseph F. Saduk konstatierte: „Weitere Versuche mit Menschen sind nicht mehr zu rechtfertigen“.Zit. n. Der Spiegel.
Erst vier Tage nach Bekanntwerden dieses Ergebnisses, am 17. November 1965, veranlassten die längst informierten westdeutschen Hersteller einen Lieferstopp des vorher als Wundermittel („Geradezu dramatische Erfolge“ (Schering))Zit. n. Der Spiegel. angepriesenen Stoffs. Das bedeutete de facto die Marktrücknahme von DMSO. Das deutsche Gesundheitssystem erfuhr von der Misere erst zwei Tage später. DMSO war also in Deutschland weniger als drei Monate als Einzelsubstanz zugelassen.
Die anbietende deutsche Pharmaindustrie war sich keines Versäumnisses bewusst. Jedoch hatte schon Wochen vor dem Lieferstopp die Arzneimittelkommission der amerikanischen Ärzteschaft gewarnt: „Bis jetzt sind weder seine positiven Wirkungen noch seine möglichen Gefahren hinreichend erforscht.“zit. n. Der Spiegel.
Aktuelle Rechtssituation Der freie Handel mit der Substanz ist weiterhin nicht verboten, solange sie nicht als Arzneimittel angeboten wird.
In Deutschland ist Dimethylsulfoxid als Arzneimittel nicht zugelassen, da die Hersteller laut Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte (BfArM) keine Zulassungsanträge stellen. Daher ist DMSO im Pharmahandel als Einzelsubstanz nicht gelistet, es sind keine Fertigarzneimittel mehr auf dem deutschen Markt.Firmennamen von dimethylsulfoxidhaltigen Externa, die während der Zulassungsphase legal in Deutschland verkauft wurden:
Infiltrina Dolicur Hyadur Somipront u. a. (s. Rote Liste 1965)