Диметил сулфоксид

Диметил сулфоксид (DMSO) е органосулфурно соединение со формулата (CH<sub>3</sub>)<sub>2</sub>. Оваа безбојна течност е сулфоксид кој најмногу се користи комерцијално. Тоа е важен поларен апротичен растворувач кој ги раствора и поларните и неполарни соединенија и се меша со широк опсег на органски растворувачи, како и вода. Има релативно висока точка на вриење. DMSO има необично својство дека многу поединци доживуваат вкус како лук во устата откако DMSO ќе дојде во контакт со нивната кожа.
Во однос на хемиската структура, молекулата има идеализирана C<sub>s</sub> симетрија. Има тригонална пирамидална молекуларна геометрија конзистентна со други трикоординатни S(IV) соединенија, со слободен електронски пар на приближно тетраедралниот атом на сулфур.
1 Синтеза и производство
Диметил сулфоксидот првпат бил синтетизиран во 1866 година од страна на рускиот научник Александар Зајцев, кој ги пријавил своите наоди во 1867 година. Диметил сулфоксид се произведува индустриски од диметил сулфид, нуспроизвод на процесот Крафт, со оксидација со кислород или азот диоксид.
2 Реакции
2.1 Реакции со електрофили
Центарот на сулфур во DMSO е нуклеофилен кон меките електрофили, а кислородот е нуклеофилен кон тврдите електрофили. Со метил јодид формира триметилсулфоксониум јодид, [(CH<sub>3</sub>)<sub>3</sub>SO]I:
:(CH<sub>3</sub>)<sub>2</sub>SO + CH<sub>3</sub>I → [(CH<sub>3</sub>)<sub>3</sub>SO]I
Оваа сол може да се депротонира со натриум хидрид за да се формира сулфур илид:
:[(CH<sub>3</sub>)<sub>3</sub>SO]I + NaH → (CH<sub>3</sub>)<sub>2</sub>S(CH<sub>2</sub>)O + NaI + H<sub>2</sub>
2.2 Киселост
Метил групите на DMSO се само слабо кисели, со . Поради оваа причина, базноста на многу слабо базни органски соединенија се испитани во овој растворувач.
Депротонацијата на DMSO бара силни бази како литиум диизопропиламид и натриум хидрид. Стабилизацијата на резултантниот карбанјон е обезбедена од групата S(O)R. Натриумовиот дериват на DMSO формиран на овој начин се нарекува димсил натриум. Тоа е база, на пр., за депротонација на кетоните за да се формираат натриум енолати, соли на фосфониум за да се формираат реагенси на Витиг и соли на формамидиниум за да се формираат диаминокарбени. Тоа е исто така моќен нуклеофил.
2.3 Оксидант
Во органската синтеза, DMSO се користи како благ оксиданс. Тој ја формира основата на неколку селективни реакции на оксидација базирани на сулфониум, вклучувајќи ја оксидацијата на Пфицнер-Мофат, оксидацијата на Кори-Ким и Сверновата оксидација.[10] Оксидацијата Корнблум е концептуално слична. Сите тие вклучуваат формирање на среден вид сулфониум (R<sub>2</sub>S<sup>+</sup>X каде X е хетероатом).
2.4 Лиганд и Луисова база
Поврзано со неговата способност да раствори многу соли, DMSO е вообичаен лиганд во координативната хемија Илустративен е комплексот дихлоротетракис(диметилсулфоксид)рутениум(II) (RuCl<sub>2</sub>(dmso)<sub>4</sub>). Во овој комплекс, три DMSO лиганди се поврзани со рутениум преку сулфур. Четвртиот DMSO е поврзан преку кислород. Општо земено, режимот на врзување со кислород е почест.
Во растворите на јаглерод тетрахлорид, DMSO функционира како Луисова база со разновидни Луисови киселини како што се I<sub>2</sub>, феноли, триметилкалај хлорид, металопорфирини и димерот Rh<sub>2</sub>Cl<sub>2</sub>(CO)<sub>4</sub>. Својствата на донорот се дискутирани во моделот ECW. Релативната јачина на донорот на DMSO кон серија киселини, наспроти другите Луисови бази, може да се илустрира со C-B графици.
3 Употреба
3.1 Растворувач
DMSO е поларен апротичен растворувач и е помалку токсичен од другите членови од оваа класа, како што се диметилформамид, диметилацетамид, N-метил-2-пиролидон и хексаметилфосфорамид (HMPA). DMSO често се користи како растворувач за хемиски реакции кои вклучуваат соли, особено Финкелштајн реакции и други нуклеофилни замени. Исто така, широко се користи како екстракт во биохемијата и клеточната биологија. Бидејќи DMSO е само слабо кисел, тој толерира релативно силни бази и како таков е широко користен во проучувањето на карбанјони. Збир на неводени вредности на pKa (C-H, O-H, S-H и N-H киселост) за илјадници органски соединенија се утврдени во растворот на DMSO.
Поради високата точка на вриење, 189 °C (372 °F), DMSO полека испарува при нормален атмосферски притисок. Примероците растворени во DMSO не можат лесно да се обноват во споредба со другите растворувачи, бидејќи е многу тешко да се отстранат сите траги од DMSO со конвенционално ротирачко испарување. Една техника за целосно враќање на примероците е отстранување на органскиот растворувач со испарување проследено со додавање вода (за растворање на DMSO) и криодесикација за отстранување и на DMSO и на водата. Реакциите спроведени во DMSO често се разредуваат со вода за да се таложат или да се одделат фази производи. Релативно високата точка на замрзнување на DMSO, 18,5 °C (65,3 °F), значи дека на собна температура или веднаш под, тој е цврста супстанца, што може да ја ограничи неговата корист во некои хемиски процеси (на пр., кристализација со ладење).
Во својата деутерирана форма (DMSO-''d''<sub>6</sub>), тој е корисен растворувач за NMR спектроскопија, повторно поради неговата способност да раствори широк опсег на аналити, едноставноста на сопствениот спектар и неговата соодветност за високотемпературни NMR спектроскопски студии. Недостатоци на употребата на DMSO-''d''<sub>6</sub> се неговиот висок вискозитет, кој ги проширува сигналите и неговата хигроскопност, што доведува до огромна резонанца H<sub>2</sub>O во спектарот <sup>1</sup>H-NMR. Често се меша со CDCl<sub>3</sub> или CD<sub>2</sub>Cl<sub>2</sub> за помал вискозитет и точки на топење.
DMSO исто така се користи за растворање на тест соединенија во ин витро програмите за скрининг за откривање лекови и дизајн на лекови вклучувајќи програми за скрининг со висок пропус. Тоа е затоа што може да ги раствори и поларните и неполарни соединенија, може да се користи за одржување на залихите раствори на тест соединенија (важно кога се работи со голема хемиска библиотека), лесно се меша со вода и медиум за клеточна култура и има висока точка на вриење (ова ја подобрува точноста на концентрациите на тест соединението со намалување на испарувањето на собна температура). Едно ограничување со DMSO е тоа што може да влијае на растот и одржливоста на клеточната линија, при што ниските концентрации на DMSO понекогаш го стимулираат растот на клетките, а високите концентрации на DMSO понекогаш ги инхибираат или убиваат клетките.
DMSO се користи и како средство за ''in vivo'' студии на тест соединенија. На пример, тој е употребен како ко-растворувач за да помогне во апсорпцијата на флавонол гликозидот Икариин во нематодниот црв ''Caenorhabditis elegans''. Како и со неговата употреба во ин витро студии, DMSO има некои ограничувања во животинските модели. Може да се појават плеиотропни ефекти и доколку контролните групи на DMSO не се внимателно планирани, тогаш ефектите на растворувачите лажно може да се припишат на потенцијалниот лек. На пример, дури и многу мала доза на DMSO има моќен заштитен ефект против повреда на црниот дроб предизвикана од парацетамол (ацетаминофен) кај глувци.
Покрај горенаведеното, DMSO наоѓа зголемена употреба во производствените процеси за производство на микроелектронски уреди. Широко се користи за соголување на фотоотпорност во TFT-LCD „рамни панели“ дисплеи и напредни апликации за пакување (како што се пакување на ниво на обланда / шаблони на испакнатини за лемење). DMSO е исто така ефикасен симнувач на бои, кој е побезбеден од многу други, како што се нитрометан и дихлорометан.
3.2 Биологија
DMSO се користи во полимеразна верижна реакција (PCR) за да ги инхибира секундарните структури во шаблонот на ДНК или во ДНК прајмерите. Се додава во мешавината на PCR пред да се реагира, каде што се меша со самокомплементарноста на ДНК, минимизирајќи ги интерферентните реакции.
DMSO во PCR е применлив за супернамотани плазмиди (за релаксација пред засилување) или шаблони за ДНК со висока содржина на GC (за намалување на термостабилноста). На пример, 10 % конечна концентрација на DMSO во мешавината на PCR со Phusion ја намалува температурата на анилирање на прајмерот (т.е. температурата на топење на прајмерот) за 5,5 - 6,0 °C (9,9 - 10,8 °F)
Тој е добро познат како реверзибилен одводник на клеточниот циклус во фазата G1 на човечките лимфоидни клетки.
DMSO, исто така, може да се користи како криопротектор, додаден во клеточните медиуми за да се намали формирањето на мраз и со тоа да се спречи смртта на клетките за време на процесот на замрзнување. Приближно 10 % може да се користи со метод на бавно замрзнување, а клетките може да се замрзнат на -80 °C (-112 °F) или безбедно да се складираат во течен азот.
Во клеточната култура, DMSO се користи за да предизвика диференцијација на клетките на ембрионскиот карцином P19 во кардиомиоцити и клетки на скелетните мускули.
3.3 Лек
Употребата на DMSO во медицината датира од околу 1963 година, кога тим на Медицинскиот факултет на Универзитетот за здравје и наука во Орегон, предводен од Стенли Џејкоб, откри дека може да навлезе во кожата и другите мембрани без да ги оштети и може да носи други соединенија во биолошкиот систем. Во медицината, DMSO претежно се користи како локален аналгетик, средство за локална примена на фармацевтски препарати, како антиинфламатор и антиоксиданс. Бидејќи DMSO ја зголемува стапката на апсорпција на некои соединенија преку биолошките ткива, вклучително и кожата, тој се користи во некои системи за трансдермална испорака на лекови. Неговиот ефект може да се засили со додавање на EDTA. Често се комбинира со противгабични лекови, овозможувајќи им да навлезат не само во кожата, туку и во ноктите на нозете и рацете.
DMSO е испитуван за третман на бројни состојби и заболувања, но Управата за храна и лекови на САД (FDA) ја одобрила неговата употреба само за симптоматско олеснување на пациентите со интерстицијален циститис. Студија од 1978 година заклучи дека DMSO донесе значително олеснување кај повеќето од 213 пациенти со воспалителни генитоуринарни нарушувања кои беа проучувани. Авторите препорачаа DMSO за генитоуринарно воспалителни состојби кои не се предизвикани од инфекција или тумор во кои симптомите беа тешки или пациентите не реагираа на конвенционалната терапија.
Во интервентната радиологија, DMSO се користи како растворувач за етилен винил алкохол во течниот емболичен агенс Onyx, кој се користи за емболизација, терапевтска оклузија на крвните садови.
Во криобиологијата DMSO се користи како криопротектор и сè уште е важна состојка на криопротекторните смеси за витрификација што се користат за зачувување на органи, ткива и клеточни суспензии. Без него, до 90m% од замрзнатите клетки ќе станат неактивни. Тоа е особено важно за замрзнување и долгорочно складирање на ембрионски матични клетки и хематопоетски матични клетки, кои често се замрзнуваат во мешавина од 10 % DMSO, медиум за замрзнување и 30% фетален говедски серум. При криогенско замрзнување на хетероплоидни клеточни линии (MDCK, VERO, итн.) се користи мешавина од 10 % DMSO со 90 % EMEM (70% EMEM + 30% фетален говедски серум + мешавина на антибиотици). Како дел од автологна трансплантација на коскена срцевина, DMSO повторно се инфузира заедно со сопствените хематопоетски матични клетки на пациентот.
DMSO се метаболизира со диспропорција на диметил сулфид и диметил сулфон. Тоа е предмет на ренална и белодробна екскреција. Затоа, можен несакан ефект на DMSO е покачен диметил сулфид во крвта, што може да предизвика симптом на халитоза што се пренесува преку крв.
3.4 Алтернативна Медицина
DMSO се продава како алтернативен лек. Неговата популарност како алтернативен лек е наведено дека произлегува од документарниот филм „60 минути“ во 1980 година во кој се прикажува еден ран поборник. Сепак, DMSO е состојка во некои производи наведени од FDA на САД како лажни лекови за рак и FDA имаше тековна битка со дистрибутерите. Еден таков дистрибутер е Милдред Милер, кој го промовираше DMSO за различни нарушувања и последователно беше осуден за измама на Medicare.
Употребата на DMSO како алтернативен третман за рак е од особена загриженост, бидејќи се покажа дека интерферира со различни лекови за хемотерапија, вклучувајќи цисплатин, карбоплатин и оксалиплатин. Нема доволно докази за да се поддржи хипотезата дека DMSO има некаков ефект и повеќето извори се согласуваат дека неговата историја на несакани ефекти кога се тестира бара претпазливост кога се користи како додаток во исхраната, за што се продава во голема мера со вообичаеното одрекување од одговорност.
3.5 Ветеринарна медицина
DMSO најчесто се користи во ветеринарната медицина како облога за коњи, самостојно или во комбинација со други состојки. Во вториот случај, често, намената функција на DMSO е како растворувач, да ги пренесе другите состојки низ кожата. Исто така кај коњите, DMSO се користи интравенски, повторно сам или во комбинација со други лекови. Се користи сам за третман на зголемен интракранијален притисок и/или церебрален едем кај коњите.
3.6 Вкусот
Согледаниот вкус на лук при контакт со кожата со DMSO може да се должи на неолфакторното активирање на TRPA1 рецепторите во тригеминалните ганглии. За разлика од диметил и диалил дисулфидите (кои имаат мирис налик на лук), моно- и три-сулфиди (кои обично имаат непријатен мирис) и слични миризливи сулфурни соединенија, чистата хемикалија DMSO е без мирис.
4 Безбедност
4.1 Токсичност
DMSO е нетоксичен растворувач со средна смртоносна доза повисока од етанол (DMSO: LD<sub>50</sub>, орално, стаорец,14,500 mg/kg; етанол: LD<sub>50</sub>, орално, стаорец, 7,060 mg/kg).
Раните клинички испитувања со DMSO беа прекинати поради прашањата за неговата безбедност, особено неговата способност да му наштети на окото. Најчесто пријавени несакани ефекти вклучуваат главоболки и горење и чешање при контакт со кожата. Пријавени се силни алергиски реакции. DMSO може да предизвика загадувачи, токсини и лекови да се апсорбираат преку кожата, што може да предизвика неочекувани ефекти. Се смета дека DMSO ги зголемува ефектите на разредувачите на крвта, стероидите, лековите за срце, седативи и други лекови. Во некои случаи тоа може да биде штетно или опасно.
Во Австралија, беше наведен како Лек од Распоред 4 (S4) и една компанија беше кривично гонета затоа што го додаде на производите како конзерванс. Сепак, од 2018 година сега е Распоред 6 (S6) во одредени околности, вклучувајќи ги и козметичките препарати.
Бидејќи DMSO лесно продира во кожата, супстанциите растворени во DMSO може брзо да се апсорбираат. Изборот на ракавици е важен кога работите со DMSO. Се препорачуваат бутил гума, флуороеластомер, неопренови или дебели (15 mil / 0,4 mm) латекс ракавици. Нитрилните ракавици, кои многу често се користат во хемиските лаборатории, може да штитат од краток контакт, но е откриено дека брзо се разградуваат со изложување на DMSO.
На 9 септември 1965 година, The Wall Street Journal објави дека производителот на хемикалија предупредил дека смртта на една Иркиња по третман со DMSO за истегнување на зглобот можеби била поради третманот, иако не била направена обдукција, ниту пак воспоставена причинско-последична врска. Клиничкото истражување со користење на DMSO беше запрено и не започна повторно сè додека Националната академија на науките (NAS) не објави наоди во корист на DMSO во 1972 година. Во 1978 година, американската FDA го одобри DMSO за лекување на интерстицијален циститис. Во 1980 година, Конгресот на САД одржа сослушувања за тврдењата дека FDA бавно го одобрува DMSO за други медицински намени. Во 2007 година, американската FDA додели ознака „брза патека“ на клиничките студии за употребата на DMSO во намалувањето на отокот на мозочното ткиво по трауматска повреда на мозокот. Изложеноста на DMSO на мозоци на глувци во развој може да предизвика дегенерација на мозокот. Оваа невротоксичност може да се открие во дози од 0,3 mL/kg, надминато ниво кај деца изложени на DMSO за време на трансплантација на коскена срцевина.
DMSO е поврзан со смртта на Глорија Рамирес, позната и како „Токсичната дама“. На 19-ти февруари 1994 година, Рамирес се појави на лекар со тешки срцеви палпитации и додека ја лекуваа, неколку членови на персоналот се разболе, некои тешко. Некои членови на персоналот бараа продолжен престој во болница, а самата Рамирес почина во болница. Познато е дека Рамирес користела крем DMSO за справување со нејзината болка од рак, која се насобрала во нејзината крв поради откажување на бубрезите. Една лабораторија која ја истражува смртта и болестите претпоставува дека високите нивоа на DMSO во крвта на Рамирес се распаднале кога биле изложени на воздух во диметил сулфат, високо токсичен гас, предизвикувајќи болести на персоналот, а можеби и нејзината сопствена смрт..
DMSO исфрлен во канализација, исто така, може да предизвика проблеми со мирисот во комуналните ефлуенти: бактериите на отпадната вода го трансформираат DMSO под хипоксични (аноксични) услови во диметил сулфид (DMS) кој има силен непријатен мирис, сличен на расипана зелка. Сепак, хемиски чистиот DMSO е без мирис поради недостаток на врски C-S-C (сулфид) и C-S-H (меркаптан). Дезодоризацијата на DMSO се постигнува со отстранување на миризливите нечистотии што ги содржи.
4.2 Опасност од експлозија
Диметил сулфоксид може да предизвика експлозивна реакција кога е изложен на ацил хлориди; на ниска температура, оваа реакција произведува оксиданс за Свернова оксидација.
DMSO може да се распадне на температура на вриење од 189 °C при нормален притисок, што веројатно ќе доведе до експлозија. Распаѓањето се катализира од киселини и бази и затоа може да биде релевантно на уште пониски температури. Силна до експлозивна реакција, исто така, се одвива во комбинација со халогени соединенија, метални нитриди, метални перхлорати, натриум хидрид, перјодна киселина и флуорирачки агенси.
5 Поврзано
* Varying oxidation of sulfur
** Диметил сулфид (DMS), соодветниот сулфид, исто така произведен од морски фитопланктон и емитиран во океанската атмосфера каде што се оксидира до DMSO, SO<sub>2</sub> и сулфат
** Диметил сулфон, попознат како метилсулфонилметан (MSM), поврзана хемикалија која често се продава како додаток во исхраната
*Поврзани соединенија со метил на кислород
** Диметил сулфит, соодветниот сулфит
** Диметил сулфат (исто така DMS), соодветниот сулфат: мутагено алкилирачко соединение
** Метил метансулфонат, друго средство за метилирање
* Глорија Рамирес, позната и како „токсичната жена“