Dimethylsulfaat

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Dimethylsulfaat
Structuurformule en molecuulmodel
Structuurformule van dimethylsulfaat
Structuurformule van dimethylsulfaat
Molecuulmodel van dimethylsulfaat
Molecuulmodel van dimethylsulfaat
Algemeen
Molecuulformule
     (uitleg)
C2H6O4S
IUPAC-naam dimethylsulfaat
Molmassa 126,13164 g/mol
SMILES
COS(=O)(=O)OC
InChI
1S/C2H6O4S/c1-5-7(3,4)6-2/h1-2H3
CAS-nummer 77-78-1
PubChem 6497
Beschrijving Kleurloze vloeistof
Vergelijkbaar met di-ethylsulfaat, methyltriflaat, dimethylcarbonaat
Waarschuwingen en veiligheidsmaatregelen
Corrosief Toxisch Schadelijk voor de gezondheid
Gevaar
H-zinnen H301 - H314 - H317 - H330 - H341 - H350
EUH-zinnen geen
P-zinnen P201 - P260 - P280 - P284 - P301+P310 - P305+P351+P338
Carcinogeen ja
Fysische eigenschappen
Aggregatietoestand vloeibaar
Kleur kleurloos
Dichtheid 1,33 g/cm³
Smeltpunt -32 °C
Kookpunt (ontleedt) 188 °C
Goed oplosbaar in methanol, dichloormethaan, aceton
Waar mogelijk zijn SI-eenheden gebruikt. Tenzij anders vermeld zijn standaardomstandigheden gebruikt (298,15 K of 25 °C, 1 bar).
Portaal  Portaalicoon   Scheikunde

Dimethylsulfaat is een organische verbinding met als brutoformule C2H6O4S. Als dimethylester van zwavelzuur wordt de formule ook vaak geschreven als (CH3)2SO4 of Me2SO4. Dimethylsulfaat wordt voornamelijk toegepast als methylerend reagens in de organische synthese.

Onder standaardomstandigheden is dimethylsulfaat een kleurloze, viskeuze vloeistof met een lichte ui-achtige geur (al betekent het waarnemen van de geur een ernstige blootstelling). Zoals alle sterk alkylerende reagentia is dimethylsulfaat zeer giftig. Als laboratotiumreagens is het gedeeltelijk vervangen door methyltriflaat (CF3SO3CH3), de methylester van trifluormethaansulfonzuur.

Geschiedenis[bewerken]

Dimethylsulfaat is (in een tamelijk onzuivere vorm) ontdekt in de vroege jaren van de 19e eeuw. P. Claesson heeft later de bereiding uitgebreid bestudeerd en beschreven.[1]

Synthese[bewerken]

Dimethylsulfaat kan in het laboratorium op een aantal manieren bereid worden.[2] De eenvoudigste is de directe verestering van zwavelzuur met methanol:

\mathrm{2\ CH_3OH\ +\ H_2SO_4\ \longrightarrow\ (CH_3)_2SO_4\ +\ 2\ H_2O}

Een andere mogelijkheid vormt de destillatie van methylwaterstofsulfaat:[1]

\mathrm{2\ CH_3HSO_4\ \longrightarrow\ (CH_3)_2SO_4\ +\ H_2SO_4}

De reactie van methylnitriet met methylchloorsulfonaat resulteert ook in dimethylsulfaat (hierbij komt echter nitrosylchloride vrij):[1]

\mathrm{CH_3ONO\ +\ CH_3OSO_2Cl\ \longrightarrow\ (CH_3)_2SO_4\ +\ NOCl}

Op industriële schaal is de reactie van dimethylether met zwaveltrioxide belangrijk:

\mathrm{(CH_3)_2O\ +\ SO_3\ \longrightarrow\ (CH_3)_2SO_4}

Deze laatste methode wordt in de Verenigde Staten vaak toegepast. Dimethylsulfaat is daar al sinds de jaren '20 van de 20e eeuw in productie.[3]

Toepassingen[bewerken]

Dimethylsulfaat wordt vooral gebruikt voor het methyleren van fenolen, amines en thiolen. In het algemeen reageert de eerste methylgroep snel, de reactie van de tweede methylgroep is doorgaans veel trager. Algemeen wordt aangenomen dat de overdracht van de methylgroep via een SN2-reactie verloopt.

Hoewel dimethylsulfaat effectief en ruim beschikbaar is, heeft de toxiciteit ervan de zoektocht naar andere methylerende reagentia geïnspireerd. Methyljodide wordt veel toegepast voor het methyleren van zuurstof, net als dimethylsulfaat, maar is minder schadelijk en helaas duurder.[4]

Dimethylcarbonaat is veel minder giftig, zowel in vergelijking met dimethylsulfaat als met methyljodide en kan ook in plaats van dimethylsulfaat gebruikt worden voor methylering op stikstof.[5] In het algemeen bestaat er een positieve correlatie tussen de effectiviteit als methylerend reagens en de toxiciteit van de verbindingen.

Methylering aan zuurstof[bewerken]

Dimethylsulfaat wordt veel toegepast om fenolen te methyleren. Ook sommige eenvoudige alkanolen worden in de overeenkomstige methylether omgezet, zoals uit de reactie van tert-butanol tot methyl-tert-butylether blijkt:

\mathrm{2\ (CH_3)_3COH\ +\ (CH_3)_2SO_4\ \longrightarrow\ 2\ (CH_3)_3COCH_3\ +\ H_2SO_4}

De alkoxide-zouten reageren goed met dimethylsulfaat:[6]

\mathrm{RO^-Na^+\ +\ (CH_3)_2SO_4\ \longrightarrow\ ROCH_3\ +\ NaCH_3SO_4}

De methylering van suikers staat bekend als de Haworth-methylering.[7]

Methylering aan amine-stikstof[bewerken]

Dimethylsulfaat wordt zowel toegepast in de bereiding van quaternaire ammoniumzouten als in die van de tertiaire amines. Quarternaire ammoniumverbindingen met lange alkylgroepen worden aangewend als oppervlakte-actieve stoffen of weekmakers:

\mathrm{C_6H_5CH{=}NC_4H_9\ +\ (CH_3)_2SO_4\ \longrightarrow\ [C_6H_5CH{=}N(CH_3)C_4H_9]^+\ +\ CH_3SO_4^-}

De vorming van een tertiair amine wordt geïllustreerd door:[6]

\mathrm{CH_3NH_2\ +\ (CH_3)_2SO_4\ \xrightarrow{\ \ NaHCO_3\ \ }\ (CH_3)_3N\ +\ NaHSO_4\ +\ H_2O\ +\ CO_2}

Methyleren aan zwavel[bewerken]

Op vergelijkbare wijze als de alkanolen reageren ook de mercaptide-zouten makkelijk met dimethylsulfaat tot thio-ethers:[6]

\mathrm{RS^-Na^+\ +\ (CH_3)_2SO_4\ \longrightarrow\ RSCH_3\ +\ NaCH_3SO_4}

Een ander voorbeeld is:[4]

\mathrm{CH_3C_6H_4SO_2Na\ +\ (CH_3)_2SO_4\ \longrightarrow\ CH_3C_6H_4SO_2CH_3\ +\ NaCH_3SO_4}

Via deze methode zijn ook de thio-esters toegankelijk:

\mathrm{RC({=}O)SH\ +\ (CH_3)_2SO_4\ \longrightarrow\ RC({=}O)SCH_3\ +\ CH_3HSO_4}

Andere toepassingen[bewerken]

Dimethylsulfaat kan reageren met guanine, één van de basen in DNA. De imidazoolring in guanine wordt daarbij vernietigd.[8] Deze reactie kan gebruikt worden voor het bepalen van de base-volgorde in DNA of de DNA-keten te fragmenteren.

Dimethylsulfaat is in staat adenine te methyleren in het enkelstreng-DNA (stukken van het genoom), zoals optreden tijdens het uitlezen ten behoeve van de eiwit-synthese. Als de dubbele helix van DNA weer wordt opgebouwd, treden problemen op bij de adenine-guanine-basekoppeling. Nuclease S1, een enzym, kan vervolgens worden gebruikt om het DNA in de enkelstrengsstukken (plekken met gemethyleerde adenine) te knippen. Deze techniek heeft haar waarde bewezen bij het bestuderen van de proteïne-DNA-interactie.

Veiligheid[bewerken]

Dimethylsulfaat is waarschijnlijk carcinogeen[3] en mutageen, het is giftig, corrosief, schadelijk voor het milieu en vluchtig (waardoor ook inhalatie tot de risico's behoort). Door deze combinatie van eigenschappen wordt het door sommigen als een potentieel chemisch wapen gezien. Dimethylsulfaat wordt geabsorbeerd door de huid, de slijmvliezen en in het maag-darmkanaal. De verschijnselen van vergiftiging treden pas na een tijdje op, waardoor bovendien het risico bestaat dat er al blootstelling aan een fatale dosis heeft plaatsgevonden nog voordat de eerste verschijnselen zich openbaren.[9] Symptomen kunnen pas na een vertraging van 6 tot 24 uur tot ontwikkeling komen.

Geconcentreerde oplossingen van base (ammonia, natronloog) kunnen gebruikt worden om kleine hoeveelheden dimethylsulfaat te neutraliseren (verwijderen van sporen uit gebruikt glaswerk), maar de reactie wordt heftig met grotere hoeveelheden dimethylsulfaat. Hoewel dimethylsulfaat met water reageert, is deze reactie niet snel genoeg als ontsmettingsreactie. De hydrolyseproducten, methylwaterstofsulfaat en methanol, zijn schadelijk voor het milieu. In water is het uiteindelijke hydrolyseproduct, naast methanol, zwavelzuur.

Externe links[bewerken]

Bronnen, noten en/of referenties
  1. a b c Suter, C. M. The Organic Chemistry of Sulfur Tetracovalent Sulfur Compounds John Wiley & Sons, Inc. 1944. p 49-53
  2. Shirley, D. A. Organic Chemistry. Holt, Rinehart and Winston. 1966. p. 253
  3. a b Substance Profiles - Dimethyl Sulfate. 11th Report on Carcinogens. Department of Health and Human Services
  4. a b Fieser, L. F. and Fieser, M. Reagents for Organic Synthesis. John Wiley & Sons, Inc. 1967. p. 295
  5. W. C. Shieh, S. Dell and O. Repic (2001). 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene (DBU) and Microwave-Accelerated Green Chemistry in Methylation of Phenols, Indoles, and Benzimidazoles with Dimethyl Carbonate. Organic Letters 3 (26): 4279–4281 . DOI:10.1021/ol016949n.
  6. a b c Dupont product information
  7. W. N. Haworth, J. Chem. Soc. 107, 13 (1915)
  8. Streitwieser, A., Heathcock, C. H., and Kosower, E. M. Introduction to Organic Chemistry. Prentice-Hall Inc. 1992. p. 1169
  9. Rippey, J. and Stallwood, M. Emergency Medicine Journal 2005;22:878-879