DMSO在室温下是一种无色透明的液体，纯度较高时分子间会形成具有链式聚合物结构的缔合物，导致其熔点（18.45 ℃）及沸点（189 ℃）均较高。以下表格还列出了DMSO其他重要的物理常数及热力学数据。与DMF类似，这种化合物也可用作极性非质子型溶剂，与水及大多数常见的有机溶剂混溶，但极性比前者更大。DMSO能很好地溶解许多有机、无机化合物，加之毒性较低，在学术及工业界应用均十分广泛。目前，人们主要从二甲基硫醚（Me2S）出发，使用O2或NO2作为氧化剂工业化生产DMSO。
DMSO重要的物理常数及热力学数据
DMSO同样可作为反应物参与多种有机化学反应。早在1957年，美国普渡大学（Purdue University）的William M. Weaver教授等人将不同结构的α-溴代酮溶于DMSO中，部分底物中的C-Br键在室温下可高效转化为羰基，首次发现DMSO具有一定的氧化活性。长期以来，DMSO一直扮演着溶剂的角色。自此，人们开始深入发掘这种化合物在有机合成领域的其他应用，大家熟知的Pfitzner-Moffatt氧化、Swern氧化等有机人名反应都是利用DMSO作为氧化剂将醇氧化为相应的醛/酮。
α-溴代酮在DMSO的作用下氧化为α-羰基醛
Pfitzner-Moffatt氧化与Swern氧化
从结构上看，DMSO中包含两个甲基，理论上可作为C1合成子在母体分子中引入甲基（CH3）、亚甲基（-CH2-）乃至甲酰基（CHO）、氰基（CN）等各种片段。例如，2015年，广东药科大学的曹华教授报道了一种Cu催化咪唑并吡啶选择性3位C-H键甲酰化的方法。其中DMSO可通过单电子转移（SET）途径产生甲基自由基，与咪唑并吡啶偶联后得到甲基化中间体B，B在O2的作用下进一步发生氧化得到目标产物。另外，DMSO中的甲基亚磺酰（SOMe）部分还可作为甲硫基（-SMe）、甲磺酰基（-SO2Me）来源用于不同类型的化学转化。
DMSO作为合成砌块在有机合成中的应用
Cu催化咪唑并吡啶选择性3位C-H键甲酰化
此前我们提到，纯净的DMF具有良好的热稳定性。杨强博士利用差示扫描量热仪（DSC）对DMF在高温下放热分解的情况进行分析，发现其在N2氛围下升温至400 ℃也未出现明显的分解，而与酸、碱、含卤化合物等其他类型的反应组分混合，加热至特定温度才可能发生反应失控的情况。DMSO则不然，相比之下，借助DSC测定纯净DMSO的热稳定性，约278 ℃时便会发生明显的放热分解。换用加速量热仪（ARC），这种化合物在达到沸点（189 ℃）时同样如此。
2016年，圣莱科特（SI Group）公司的B. Todd Brandes博士结合早年其他人的研究，并利用多种量热系统及气相色谱-高分辨质谱联用仪（GC-HRMS）对DMSO热分解的热力学数据和产物进行全面的优化和分析，最终汇总出这种化合物分解可能得到的所有产物。如下表所示，其组成十分复杂。一般认为，DMSO在加热时首先会分解为HCHO和MeSH，经后续转化再得到Me2S、MeSSMe、H2O等混合产物。除此之外，DMSO也可通过自歧化反应形成Me2S、Me2SO2。
DMSO热分解可能形成的产物汇总
DMSO热分解可能的反应途径
当然，假使DMSO用作溶剂与特定的反应组分混合，放热分解的起始温度（onset temperature）将更低，由此出现安全问题的几率也会随之增加。尽管从上世纪50年代起，因DMSO引发的反应事故并不少见，但似乎并未引起足够的重视。部分期刊、书籍仍将DMSO列为安全系数很高的溶剂。早年一些企业为了节约成本，通过精馏的方式对反应后处理体系中的DMSO进行回收利用，操作不当导致人身伤亡。为此，杨强博士又在化学期刊Org. Process Res. Dev.上发表了一篇题为Potential Explosion Hazards Associated with the Autocatalytic Thermal Decomposition of Dimethyl Sulfoxide and Its Mixtures的文章，按照与DMSO混合的反应物类型进行划分，逐一讲解相应体系升温后可能存在的隐患，为大家敲响警钟。
酸
早在20世纪初，人们便意识到Brønsted酸会极大地促进DMSO的热分解。1959年，美国杜邦公司（E. I. du Pont de Nemours and Company）的Harold R. Nace博士发现一级、二级（拟）卤代烷烃（X = Cl, Br, OSO2Ph）在DMSO中加热至100~160 ℃可转化为对应的醛、酮，与此同时产生Me2S、MeSH、MeSSMe等低沸点副产物。反应过程中还会生成Brønsted酸HX，倘使不加入Na2CO3作为缚酸剂，体系中则出现大量的HCHO，侧面说明HX对DMSO的热分解具有重要的影响。
（拟）卤代烷烃在DMSO中加热转化为对应的醛、酮
上文提及的B. Todd Brandes博士分别在DMSO中加入1%（质量分数）的H2SO4、MsOH，通过DSC分析其放热分解的情况。相比DMSO纯品，两者热分解的起始温度均发生明显的下降（分别为192、226 ℃），释放的热量也一定程度增加。其他人也报道了各种不同的Brønsted酸与这种溶剂混合对上述热力学数据的影响，杨强博士将其汇总整理并绘制成表格，结果如下表所示。对于大家经常使用的浓HCl（37 wt%），混合体系在达到110 ℃时便出现显著的放热分解。
各种不同的Brønsted酸与DMSO混合对其放热分解的影响
这种问题不限于在反应中加入Brønsted酸作为添加剂，更容易被人们忽视的是反应物及其中间体分子中本身就包含具有Brønsted酸性的COOH。例如，2006年，爱克发·吉华（Agfa-GeVaert N.V）公司的Marcus Bollyn博士系统评估了以对羧基苯肼（15）作为原料构建摄影感光材料活性成分21时整个合成过程的安全性，其间涉及四步化学转化，中间体产物17-20均保留了COOH，且一直使用DMSO作为溶剂。
摄影感光材料活性成分21的合成
他利用ARC分析了每一步反应放热分解的情况，发现所有反应体系中DMSO的热分解起始温度均大幅度下降，最低可达112 ℃，尤其是最后一步，扩大合成规模将带来很大的隐患。相比之下，将苯甲酸中间体17转化为相应的钠盐再设计环化过程，体系的热稳定性明显提高。最终他们对合成工艺进行适当改进，换用分批合成的方式确保安全，同时以敞开体系开设反应并延长投料时间。最后一步反应还加入2-甲氧基丙醇作为混合溶剂。
讲到这里，不得不重提一下Pfitzner-Moffatt氧化反应。其间DMSO同时用作溶剂和氧化剂，还要加入催化剂负载量的Brønsted酸（如无水H3PO4、Cl2CHCOOH）推动反应顺利进行。可想而知，扩大反应量级时安全问题也随之而来。对于α-羟基酰胺24氧化为1,2-二酮25的过程，艾伯维（AbbVie）公司的Zhe Wang博士提出改用DMAc作为溶剂，并将DMSO的用量控制在8当量，既能高效完成目标转化，又可保证大规模合成时的安全。
Pfitzner-Moffatt氧化扩大反应规模时条件的优化
介绍这两项工作也是为了提醒大家，尽管DMSO与酸混合存在一定的隐患，但假使设计反应时无法规避，也可采取有效的措施尽可能降低其风险。
