二甲基亞砜（DMSO）是化學工業(yè)和學術(shù)研究中廣泛使用的偶極非質(zhì)子溶劑，因為它具有可溶解有機和無機化合物的理想物理性質(zhì)，又被稱為”萬能溶劑“。DMSO毒性低，在人體中，DMSO通過氧化為二甲基砜或還原為二甲基硫醚而代謝，這些二甲基硫醚會在尿液和糞便中排出。由于DMSO對人體的毒性低，因此在關(guān)于雜質(zhì)ICH指南Q3C中，DMSO被歸類為“ 3類”溶劑。正因為其普遍性，DMSO的爆炸風險仍未得到充分認識。

此前我們報道了DMSO/DMF等溶劑與NaH混合會有爆炸危險，事實上，許多物質(zhì)均可大大降低DMSO分解的起始溫度，還可能通過自催化行為增加分解反應的嚴重性，并導致失控的情況甚至爆炸。這些化合物包括酸，堿，鹵化物，金屬，親電子試劑，氧化劑和還原劑。

1. 純DMSO的熱分解

純DMSO在室溫下穩(wěn)定，但在高溫下會分解。差示掃描量熱法（DSC）評估表明，當在氮氣氛下進行實驗時，純DMSO在278°C左右檢測到分解。同時加速量熱法（ARC）表明DMSO的熱分解在其沸點189°C附近即可發(fā)生。某些物質(zhì)的存在可以大大降低DMSO分解的起始溫度，還可能加劇DMSO的熱分解，包括酸，堿，鹵化物，金屬，親電試劑，氧化劑和還原劑，并導致失控的情況甚至爆炸。

Brandes和Smith通過GC-HRMS徹底分析了DMSO分解混合物，并報告了DMSO熱分解過程中形成的產(chǎn)物的綜合摘要。

2.?酸性條件下DMSO的爆潛在爆炸危險

1983年，一個化工廠在制冷系統(tǒng)維修期間將DMSO和p-硝基甲苯磺酸的混合物在60攝氏度的2000L反應器中放置5天。在事件發(fā)生的當天，發(fā)現(xiàn)即使關(guān)閉下游自動閥上的控制器，手動蒸汽閥仍處于部分打開狀態(tài)。反應器溫度顯示為160℃，并且以3°C/5分鐘的速度持續(xù)升高，黑色反應物質(zhì)逐漸從人孔溢出，最終導致爆炸。該事件將反應容器破碎成碎片，對周圍地區(qū)造成了嚴重破壞，財產(chǎn)損失總額超過250萬美元。根本原因的調(diào)查顯示，DMSO和p-硝基甲苯磺酸的組合在> 200°C時劇烈分解。

雖然純DMSO在低溫下穩(wěn)定，但是，酸性物質(zhì)的存在會導致其在較低的溫度下分解，并可能導致DMSO自催化分解，從而導致失控的情況甚至爆炸。酸催化裂解亞砜的建議機理如下：

DMSO /酸混合物的熱分解和爆炸能量數(shù)據(jù)顯示，幾乎在所有情況下，酸的存在都會降低DMSO分解的起始溫度，并增加總能量釋放。

3.堿性條件下DMSO的潛在爆炸危險

強堿（如NaH或叔丁醇鉀（KOt-Bu）可將DMSO轉(zhuǎn)化為有效的甲基化劑二甲基離子。1966年，錫安山醫(yī)院和醫(yī)學中心的癌癥化學治療研究部發(fā)生了劇烈爆炸，當時科學家們在70°C的條件下用NaH處理DMSO制備二甲基離子進行雜芳烴的甲基化。在該實驗過程中，研究人員在3小時內(nèi)分5批將4.5 mol NaH添加到18.4 mol DMSO中。在機械攪拌下將反應混合物保持在70℃。1小時后，觀察到溫度略有升高并出現(xiàn)綠色固體沉淀。然而，當研究人員試圖冷卻反應混合物時溫度迅速升高，幾秒鐘后發(fā)生爆炸，釋放出有毒氣體和水溶性，粘稠且類似聚合物的物質(zhì)。

1992年，報道了另一起使用DMSO和鈉金屬制備二甲基離子溶液的過程中發(fā)生的爆炸，造成兩人死亡和兩人受傷。爆炸完全摧毀了實驗室，爆炸原因是14?L的DMSO在15-20分鐘內(nèi)溶解了大量鈉金屬，正常情況下，鈉需要2-3小時的溶解時間，并有溫和的放熱。

4.鹵化物存在下DMSO的潛在爆炸危險

鹵化物的存在會降低DMSO分解的起始溫度，比如烷基溴化物、?KBr、NaBr、KF、FeCl?3、六氯環(huán)三磷嗪，Br2/HBr，氟代硫酸銫（CsSO4F），對稱二氯雙（2,4,6-三氯苯基）脲，鹵代甲基酮等均有報道與DMSO接觸會引起潛在的安全隱患。1973年，Scaros和Serauskas報道了制備三甲基硫代溴銨（37）時發(fā)生的爆炸，在2 L玻璃纖維涂層的容器中，600 g的甲基溴與880 g的DMSO在66°C下反應90-130 h。該反應已經(jīng)成功地進行了10次。但是，混合物在120小時后爆炸。幸運的是，由于該反應是在偏遠地區(qū)進行的，因此沒有造成嚴重的損壞或人身傷害。

5.金屬和金屬鹽存在下DMSO的潛在爆炸危險

Merck公司在凝血酶抑制劑合成的放大過程中，使用了銅介導的2-溴吡啶（48）與溴二氟乙酸乙酯（49）的銅偶聯(lián)交叉偶聯(lián)。在該報告中，作者指出了該反應在DMSO中的潛在安全隱患。研究人員確定DMF是DMSO的更安全替代品，并成功將反應擴大至4.5 kg（48）

在DMSO中銅介導的2-溴吡啶和溴二氟乙酸乙酯的交叉偶聯(lián)

6.親電試劑存在下DMSO的潛在爆炸危險

親電物質(zhì)可活化DMSO以進行多種氧化轉(zhuǎn)化。DMSO與親電試劑劇烈反應，如氰尿酰氯，乙酰氯，苯甲酰氯，苯磺酰氯，亞硫酰氯，磷酰氯和三氯化磷。?

例如，利用草酰氯（51）活化DMSO，將醇氧化為羰基化合物。研究人員觀察到51在室溫下與DMSO發(fā)生爆炸性反應，并評論說，合成應用中必需的中間體52的制備和使用應在低溫下進行。另外，活化的中間體52分解以提供53，同時損失二氧化碳（CO?2）和一氧化碳（CO），如果不適當?shù)嘏艢?，則會在反應容器中引起壓力升高。還值得指出的是，在該反應過程中形成的氯離子還可以催化DMSO的熱分解，從而有可能導致反應失控甚至爆。

7.氧化劑存在下DMSO的潛在爆炸危險

DMSO與氧化劑，例如HIO4和高氯酸HClO4會發(fā)生劇烈反應，已經(jīng)導致了許多爆炸事件。例如，大約在1968年，有報道將70 mL DMSO和34 g HIO4中加入包裹有鋁箔的100 mL燒瓶中，搖動該混合物后5-10分鐘爆炸，釋放出濃密的白色煙霧以及碘蒸氣。研究人員能夠在相同的規(guī)模重復爆炸，但在25 mL燒瓶中以1/10的規(guī)模進行實驗時卻沒有發(fā)生爆炸。

1971年，Uemura等人描述了在HClO?4存在下涉及DMSO熱分解的爆炸。研究人員在做DMSO與HClO4的相容性測試時，將一滴70％HClO4加入10 mL DMSO中后導致爆炸。作者警告應避免使用HClO4在DMSO中進行反應。1991年，技術(shù)人員準備使用HClO4測定溴胺酸含量的實驗室滴定儀時，需要更換一個空的HClO4瓶，無意中將一瓶DMSO連接到了滴定儀上，并且將其連接到滴定儀上后立即爆炸，在實驗室起火并造成死亡。爆炸可能是由于DMSO與滴定儀中殘留的HClO4接觸而無法控制的分解所致。

另外，其他氧化劑如二氧化氮（NO2），金屬氯酸鹽，金屬高錳酸鹽等也會與DMSO劇烈反應，從而導致潛在的安全隱患。

8.還原劑存在下DMSO的潛在爆炸危險

DMSO可被某些還原劑還原為二甲基硫醚。當使用強還原劑時，該反應可能會劇烈放熱，如果放熱速率超過排熱速率，則存在潛在的安全隱患。反應中使用的還原劑和催化劑以及還原反應過程中形成的副產(chǎn)物可能會降低DMSO分解的起始溫度和/或增加嚴重性，從而導致失控的情況甚至爆炸。對DMSO，水和還原劑硼氫化鈉（NaBH4）的混合物進行的ARC分析表明，由于NaBH4或其分解副產(chǎn)物硼酸鈉（NaBO2）的存在，DMSO熱分解的起始溫度大大降低。

希望這篇與DMSO及其混合物熱分解有關(guān)的文章能引起研究人員的注意，避免此類爆炸事故的發(fā)生。如果需要DMSO與上述試劑同時使用時建議研究人員進行徹底的熱危害評估。

參考資料：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.oprd.0c00159