Dimethylsulfoxid – einfach erklärt

Stoff und grundlegende Eigenschaften

Dimethylsulfoxid, kurz DMSO, ist eine organische Verbindung aus der Stoffklasse der Sulfoxide. Die Summenformel lautet C₂H₆OS, die molare Masse 78,13 g·mol⁻¹. DMSO ist eine farb- und geruchlose, bittersüß schmeckende, stark hygroskopische Flüssigkeit; hygroskopisch bedeutet, dass sie Wasser aus der Umgebung aufnimmt.

Bei 20 °C beträgt die Dichte 1,10 g·cm⁻³. DMSO schmilzt bei 18 °C und kann daher nur wenig unterhalb der Raumtemperatur erstarren; die Schmelzenthalpie beträgt 14,37 kJ·mol⁻¹. Bei Normaldruck liegt der Siedepunkt bei 189 °C. Es ist mit Wasser in jedem Verhältnis mischbar und außerdem mit vielen organischen Lösemitteln, beispielsweise Alkoholen, Carbonsäureestern, Ketonen und chlorierten Kohlenwasserstoffen. Mit Alkanen ist es nicht mischbar.

DMSO zählt zu den nukleophilen, aprotischen und dipolaren Lösemitteln. „Aprotisch“ heißt, dass das Lösemittel keine leicht abspaltbaren Protonen besitzt; „dipolar“ weist auf die ungleiche elektrische Ladungsverteilung im Molekül hin. Das Dipolmoment beträgt 3,96(4) D (1,3 · 10⁻²⁹ C · m), der Brechungsindex bei 20 °C 1,4793.

Für pharmazeutische Qualität werden besonders die UV-Licht-Absorption bei 270–300 nm, vorzugsweise bei 275 nm, und völlige Geruchsfreiheit beurteilt. Faulige, schwefelartige oder leicht knoblauchartige Gerüche weisen auf Verunreinigungen durch andere Schwefelverbindungen hin, meist Dimethylsulfid. Dieses kann nach der Synthese zurückbleiben oder sich bei längerer Lagerung bilden. Zur Reinigung kommen Destillation, Adsorption, Extraktion, Kristallisation, Zonenschmelzen oder Kombinationen dieser Verfahren infrage.

Herstellung, Reaktionen und Sicherheit

Technisch wird DMSO aus Dimethylsulfid hergestellt, zum Beispiel durch katalytische Oxidation mit Distickstofftetroxid in Gegenwart von Sauerstoff. Im Labor lässt sich Dimethylsulfid mit stöchiometrischen Mengen Wasserstoffperoxid oder verdünnter Salpetersäure oxidieren. DMSO entsteht außerdem als Nebenprodukt bei der Zellstoffherstellung. Es kann weiter zu Dimethylsulfon oxidiert werden.

Am Normaldrucksiedepunkt von 189 °C beginnt DMSO sich thermisch zu zersetzen; dies kann heftig bis explosionsartig ablaufen. Säuren und Basen katalysieren die Zersetzung, sodass sie bereits bei deutlich niedrigeren Temperaturen relevant werden kann. Heftige bis explosionsartige Zersetzung ist auch in Gegenwart von Halogenverbindungen, Metallnitraten, Metallperchloraten, Natriumhydrid, Periodsäure und Fluorierungsmitteln möglich.

Mit Natriumhydrid oder Natriumamid kann DMSO deprotoniert werden. Dabei entsteht ein Methylsulfinylcarbanion, auch Dimsylanion genannt, das in der organischen Synthese ein sehr starkes nukleophiles Reagenz ist. Reaktionsgemische können sich oberhalb von 70 °C explosionsartig zersetzen; auch beim Isolieren des festen Natriumsalzes besteht Explosionsgefahr.

Oberhalb des Flammpunkts von 88 °C bildet DMSO entzündbare Dampf-Luft-Gemische. Die untere Explosionsgrenze beträgt 1,8 Vol.-% beziehungsweise 58 g/m³. Eine obere Explosionsgrenze kann wegen der thermischen Zersetzung nicht bestimmt werden. Bei 200 °C wurde eine Sauerstoffgrenzkonzentration von 3,9 Vol% bestimmt. Die Mindestzündenergie liegt bei 0,48 mJ, die Zündtemperatur bei 270 °C; der Stoff gehört damit zur Temperaturklasse T3. Die elektrische Leitfähigkeit beträgt 2 · 10⁻⁷ S·m⁻¹. Es sind keine GHS-Piktogramme sowie keine H- oder P-Sätze angegeben. Die LD₅₀ bei Ratten nach oraler Aufnahme beträgt 14500 mg·kg⁻¹.

Technische und wissenschaftliche Verwendung

DMSO ist ein verbreitetes Lösungsmittel in Labor und Technik. Es wird in Spinnlösungen von Polyacrylnitril, als Abbeizmittel, bei der Aromatenextraktion und als Reaktionsmedium in der organischen Synthese eingesetzt. Auch viele anorganische Salze lösen sich gut darin. In der organischen Synthese dient DMSO bei der Swern-Oxidation und der Parikh-Doering-Oxidation als Oxidationsmittel.

In der Pharmazie wird es als pharmazeutischer Hilfsstoff verwendet, etwa als Bestandteil von Salben. In der Zellkultur ist es Bestandteil von Einfriermedien zur Kryokonservierung eukaryotischer Zellen. Als Gefrierschutzmittel vermindert es beim Einfrieren die Bildung von Eiskristallen, die Zellorganellen zerstören und dadurch Zellen absterben lassen können. DMSO hemmt die Kristallbildung etwas besser als Glycerin.

Viele Substanzbibliotheken verwenden DMSO ebenfalls als Lösungsmittel. Da es nicht vollständig inert ist, also nicht immer chemisch unverändert bleibt, kann es die Probenreinheit verschlechtern. Vollständig deuteriertes DMSO, DMSO-d₆, enthält anstelle aller sechs Wasserstoffatome Deuterium und wird als Lösungsmittel in der NMR-Spektroskopie verwendet. Sein Schmelzpunkt liegt bei 18 °C und sein Siedepunkt bei 189 °C.

Arzneiliche Wirkung und Rechtslage

DMSO besitzt entzündungshemmende, also antiphlogistische, und schmerzlindernde, also analgetische, Eigenschaften. Es wird als perkutanes Arzneimittel – durch die Haut angewendet – bei lokalen Schmerzen genutzt, beispielsweise bei Sportverletzungen oder rheumatischen Beschwerden. Bei Blutergüssen kann es zum schnellen Abschwellen beitragen. Eine Studie aus Brasilien berichtete für DMSO-Gel in Kombination mit therapeutischem Ultraschall gegenüber anderen oder keinen Behandlungen signifikant bessere Ergebnisse beim Abschwellen stumpfer Verletzungen.

Wichtig ist seine Fähigkeit, leicht in die Haut einzudringen und Zellmembranen zu passieren. Daher kann es in Salben, Gelen, Pflastern und Tinkturen als Transportvermittler, Penetrationsverstärker oder Schleppersubstanz dienen: In DMSO gelöste Wirkstoffe werden leicht über die Haut aufgenommen. Diese Eigenschaft kann jedoch auch die Aufnahme unerwünschter Stoffe verstärken. Bei zwei jungen Mädchen wurde Haarausfall mit einer Warzentinktur aus Fluorouracil, Salizylsäure und DMSO in Zusammenhang gebracht; nachweisbare Fluorouracil-Serumspiegel und der Ausschluss anderer Ursachen deuteten auf die Resorption des Zytostatikums hin. Auch sonst schwach wirksame Kontaktgifte wie Cyanide können unerwünscht durch die Haut eindringen. Toxische Lösungen auf der Haut sollen deshalb sofort mit geeigneten Mitteln wie Wasser abgespült werden.

Die medizinische Verwendung wurde Anfang der 1960er Jahre von Edward E. Rosenbaum und Stanley W. Jacob beschrieben. In Deutschland war DMSO 1965 weniger als drei Monate als Einzelsubstanz zugelassen; nach Berichten über Todesfälle ohne nachgewiesenen Kausalzusammenhang und Befunden an den Augenlinsen langzeitig behandelter Tiere kam es im November 1965 zum Lieferstopp. Die damalige Datenlage wurde als qualitativ und quantitativ nicht ausreichend bezeichnet.

Der freie Handel ist nicht verboten, solange DMSO nicht als Arzneimittel angeboten wird. In Deutschland ist es laut BfArM als Arzneimittel nicht zugelassen, weil Hersteller keine Zulassungsanträge stellen; Fertigarzneimittel mit DMSO sind nicht mehr auf dem Markt. Auf ärztliche Verordnung kann es jedoch in der Apotheke als Rezeptur abgegeben werden. In der Schweiz ist DMSO als Arzneistoff nur in Kombination mit anderen Wirkstoffen im Handel; eine DMSO-Salbe 50 % wird in Apotheken hergestellt, Medikamente zur Einnahme sind nicht freigegeben. In Österreich sind antiphlogistische Lokaltherapeutika mit DMSO erhältlich. In den USA ist DMSO seit 1978 ausschließlich zur Instillation in die Harnblase bei interstitieller Zystitis von der FDA zugelassen. Für Hirnödeme gab es therapeutische Teilerfolge, aber bis 2022 keine FDA-Zulassung für diese Indikation.

Grenzen der Anwendung und Nebenwirkungen

DMSO wird auch in der Alternativmedizin vermarktet. Außerhalb dieser Alternativmedizin nennt der Artikel keine Belege für Heilwirkungen, abgesehen vom schnelleren Abschwellen bei Blutergüssen und therapeutischen Teilerfolgen bei Hirnödemen. Die FDA führt DMSO als Bestandteil einiger Produkte, die als gefälschte Krebsmedikamente gelistet sind. Eine alternative Krebsbehandlung mit DMSO gilt besonders als problematisch, weil es nachweislich mit Chemotherapeutika wie Cisplatin, Carboplatin und Oxaliplatin interferiert.

Dem Bundesinstitut für Risikobewertung waren nach Angaben an MedWatch in Deutschland Vergiftungsfälle im zweistelligen Bereich nach Hautkontakt oder Einnahme bekannt. Beobachtet wurden auch auffällige Leber- und Nierenlaborwerte. Ein bekannter Fall in Deutschland endete nach oraler Anwendung tödlich. Da Schäden an Leber, Nieren oder Gehirn nicht ausgeschlossen werden können, wird dringend von Selbstmedikation abgeraten.

Im Körper wird DMSO zu Dimethylsulfid und Dimethylsulfon metabolisiert. Das Ausscheiden von Dimethylsulfid über Lunge und Haut kann allergische Reaktionen, Rötungen, Juckreiz, Brennen, knoblauchartigen Mund- und Körpergeruch sowie Übelkeit, Erbrechen, Durchfall, Verstopfung und Appetitmangel verursachen. DMSO kann außerdem die Freisetzung von Histamin erhöhen. Für Kinder sowie in Schwangerschaft und Stillzeit gilt seine Anwendung als nicht sicher. Bei Kontakt sollen kontaminierte Kleidung entfernt, die betroffenen Körperteile mit viel Wasser gespült und bei Beschwerden ärztliche Hilfe aufgesucht werden.