Sulfotlenek dimetylu - Dimethyl sulfoxide

Dimetylosulfotlenek
dimetylosulfotlenek.svg
Stereofoniczny wzór strukturalny dimetylosulfotlenku z wyraźną parą elektronów i różnymi wymiarami
Model wypełnienia przestrzeni sulfotlenku dimetylu
Próbka dimetylosulfotlenku 01.jpg
Próbka dimetylosulfotlenku
Nazwy
Preferowana nazwa IUPAC
(Metanosulfinylo)metan
Systematyczna nazwa IUPAC
(Metanosulfinylo)metan (substytut)
Dimetylo(oksydo)siarka (dodatek)
Inne nazwy
Methylsulfinylmethane
Sulfotlenek
Identyfikatory
Model 3D ( JSmol )
Skróty DMSO, Me2SO
506008
CZEBI
CHEMBL
ChemSpider
DrugBank
Karta informacyjna ECHA 100.000.604 Edytuj to na Wikidata
Numer WE
1556
KEGG
Siatka Dimetylo + sulfotlenek
Identyfikator klienta PubChem
Numer RTECS
UNII
  • InChI=1S/C2H6OS/c1-4(2)3/h1-2H3 sprawdzaćTak
    Klucz: IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N sprawdzaćTak
  • InChI=1/C2H6OS/c1-4(2)3/h1-2H3
    Klucz: IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYAR
  • CS(=O)C
  • CS(C)=O
Nieruchomości
C 2 H 6 O S
Masa cząsteczkowa 78,13  g·mol -1
Wygląd zewnętrzny Bezbarwna ciecz
Gęstość 1,1004  g⋅cm- 3
Temperatura topnienia 19°C (66°F; 292 K)
Temperatura wrzenia 189 ° C (372 ° F; 462 K)
Mieszalny
Rozpuszczalność w eterze dietylowym Nierozpuszczalny
Ciśnienie pary 0,556 milibarów lub 0,0556 kPa w 20 °C
Kwasowość (p K a ) 35
1,479
ε r = 48
Lepkość 1,996 cP w 20 °C  
Struktura
C s
Trygonalna piramidalna
3,96 D 
Farmakologia
G04BX13 ( KTO ) M02AX03 ( KTO )
Zagrożenia
Główne zagrożenia Drażniący i łatwopalny
Arkusz danych dotyczących bezpieczeństwa Patrz: strona danych
Oxford MSDS
Zwroty R (nieaktualne) R36/37/38
Zwroty S (nieaktualne) S26 , S37/39
NFPA 704 (ognisty diament)
1
2
0
Temperatura zapłonu 89°C
Związki pokrewne
Powiązane sulfotlenki
Sulfotlenek dietylowy
Związki pokrewne
Strona z danymi uzupełniającymi
Współczynnik załamania ( n ),
stała dielektrycznar ) itp.

Dane termodynamiczne
Zachowanie fazowe
ciało stałe-ciecz-gaz
UV , IR , NMR , MS
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w ich stanie standardowym (przy 25 °C [77 °F], 100 kPa).
sprawdzaćTak zweryfikuj  ( co to jest   ?) sprawdzaćTak☒n
Referencje do infoboksu

Sulfotlenek dimetylu ( DMSO ) jest związek siarkoorganiczne o wzorze ( CH 3 ) 2, S O . Ta bezbarwna ciecz jest ważnym polarnym rozpuszczalnikiem aprotonowym, który rozpuszcza zarówno polarne, jak i niepolarne związki i jest mieszalny z szeroką gamą rozpuszczalników organicznych oraz wody. Ma stosunkowo wysoką temperaturę wrzenia. DMSO ma niezwykłą właściwość, że wiele osób odczuwa smak czosnku w ustach po kontakcie ze skórą.

Pod względem budowy chemicznej, molekuła wyidealizowany ç s symetrii . Ma trójkątną piramidalną geometrię molekularną zgodną z innymi trójkoordynacyjnymi związkami S(IV), z niezwiązaną parą elektronów na w przybliżeniu czworościennym atomie siarki.

Synteza i produkcja

Po raz pierwszy został zsyntetyzowany w 1866 roku przez rosyjskiego naukowca Aleksandra Zajcewa , który przedstawił swoje odkrycia w 1867 roku. Dimetylosulfotlenek jest wytwarzany przemysłowo z siarczku dimetylu , produktu ubocznego procesu Krafta , poprzez utlenianie tlenem lub dwutlenkiem azotu .

Reakcje

Reakcje z elektrofilami

Centrum siarki w DMSO jest nukleofilowe w stosunku do miękkich elektrofilów, a tlen jest nukleofilowy w stosunku do twardych elektrofilów. Z jodkiem metylu tworzy jodek trimetylosulfoksoniowy , [(CH 3 ) 3 SO]I:

(CH 3 ) 2 SO + CH 3 I → [(CH 3 ) 3 SO]I

Sól ta może być deprotonuje się wodorek sodu , z wytworzeniem siarki ylidu :

[(CH 3 ) 3 SO] I + NaH → (CH 3 ) 2 S (CH 2 ) O + Nal + H 2

Kwasowość

Grupy metylowe DMSO słabo kwaśny, P K = 35 . Z tego powodu w tym rozpuszczalniku zbadano zasadowość wielu słabo zasadowych związków organicznych.

Deprotonowanie DMSO wymaga silnych zasad, takich jak diizopropyloamidek litu i wodorek sodu . Stabilizację powstałego karboanionu zapewnia grupa S(O)R. Powstała w ten sposób pochodna sodowa DMSO określana jest jako dimsyl sodu . Jest to zasada np. do deprotonowania ketonów z wytworzeniem enolanów sodu , soli fosfoniowych z wytworzeniem odczynników Wittiga i soli formamidyniowych z wytworzeniem diaminokarbenów . Jest także silnym nukleofilem.

Utleniacz

W syntezie organicznej DMSO jest używany jako łagodny utleniacz, co ilustruje utlenianie Pfitznera-Moffatta i utlenianie Swerna .

Baza Ligand i Lewis

W związku z jego zdolnością do rozpuszczania wielu soli, DMSO jest powszechnym ligandem w chemii koordynacyjnej . Ilustrującym złożone dichlorotetrakis (dimetylosulfotlenek) ruten (II), (RuCI 2 (DMSO), 4 ). W tym kompleksie trzy ligandy DMSO są związane z rutenem poprzez siarkę. Czwarty DMSO jest związany przez tlen. Ogólnie rzecz biorąc, tryb wiązania tlenowego jest bardziej powszechny.

W czterochlorku węgla roztwory DMSO funkcji jako zasady Lewisa o różnych kwasy Lewisa, takie jak I 2 , fenole , trimetylocyny chlorek , metaloporfiryny i dimer Rh 2 Cl 2 (CO) 4 . Właściwości donorowe omówiono w modelu ECW . Względną siłę donora DMSO w stosunku do serii kwasów, w porównaniu z innymi zasadami Lewisa, można zilustrować wykresami CB .

Aplikacje

Rozpuszczalnik

Destylacja DMSO wymaga częściowej próżni, aby osiągnąć niższą temperaturę wrzenia.

DMSO jest polarnym rozpuszczalnikiem aprotonowym i jest mniej toksyczny niż inni przedstawiciele tej klasy, tacy jak dimetyloformamid , dimetyloacetamid , N -metylo-2-pirolidon i HMPA . DMSO jest często stosowany jako rozpuszczalnik w reakcjach chemicznych z udziałem soli, w szczególności w reakcjach Finkelsteina i innych podstawieniach nukleofilowych . Jest również szeroko stosowany jako ekstrahent w biochemii i biologii komórki. Ponieważ DMSO jest tylko słabo kwaśny, toleruje stosunkowo silne zasady i jako taki jest szeroko stosowany w badaniach karboanionów . W roztworze DMSO wyznaczono zbiór niewodnych wartości pKa (kwasowości CH, OH, SH i NH) dla tysięcy związków organicznych.

Ze względu na wysoką temperaturę wrzenia, 189 ° C (372 ° F), DMSO odparowuje powoli przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym. Próbki rozpuszczone w DMSO nie mogą być tak łatwo odzyskane w porównaniu z innymi rozpuszczalnikami, ponieważ bardzo trudno jest usunąć wszystkie ślady DMSO za pomocą konwencjonalnej wyparki obrotowej . Jedną z technik pełnego odzyskania próbek jest usunięcie rozpuszczalnika organicznego przez odparowanie, a następnie dodanie wody (w celu rozpuszczenia DMSO) i kriodesykację w celu usunięcia zarówno DMSO, jak i wody. Reakcje prowadzone w DMSO są często rozcieńczane wodą w celu wytrącenia lub rozdzielenia faz produktów. Stosunkowo wysoka temperatura zamarzania DMSO, 18,5°C (65,3°F), oznacza, że ​​w temperaturze pokojowej lub nieco niższej jest ciałem stałym, co może ograniczać jego użyteczność w niektórych procesach chemicznych (np. krystalizacja z chłodzeniem).

W swojej deuterowanym postaci ( DMSO- d 6 ), jest użytecznym rozpuszczalnikiem do NMR, spektroskopii ponownie ze względu na jego zdolność do rozpuszczenia szerokiego zakresu analitów prostotą swojej widma i jego przydatności do badań w wysokiej temperaturze, spektrometrii NMR . Wady zastosowaniu DMSO- d 6 mają wysoką lepkość, która rozszerza sygnałów i ich higroskopijność , co prowadzi do przeważająca H 2 O rezonansem 1 widmo H-NMR. Często miesza się go z CDCl 3 lub CD 2 Cl 2 w celu uzyskania niższej lepkości i temperatur topnienia.

DMSO jest stosowany jako rozpuszczalnik w testach leków in vitro i in vivo .

DMSO jest również stosowany do rozpuszczania badanych związków w programach badań przesiewowych odkrywania leków in vitro i projektowania leków (w tym programów badań przesiewowych o wysokiej przepustowości ). Dzieje się tak, ponieważ jest w stanie rozpuszczać zarówno polarne, jak i niepolarne związki, może być stosowany do utrzymywania roztworów podstawowych badanych związków (ważne przy pracy z dużą biblioteką chemiczną ), łatwo miesza się z wodą i podłożami do hodowli komórkowych oraz ma wysoką temperaturę wrzenia. (poprawia to dokładność stężeń badanego związku poprzez zmniejszenie parowania w temperaturze pokojowej). Jednym z ograniczeń związanych z DMSO jest to, że może wpływać na wzrost i żywotność linii komórkowej (przy niskich stężeniach DMSO czasami stymulujących wzrost komórek, a wysokich stężeniach DMSO czasami hamujących lub zabijających komórki).

DMSO jest również stosowany jako nośnik w badaniach in vivo badanych związków. To, na przykład, stosowano jako współ-rozpuszczalnika do wspomagania absorpcji flawonol glikozydu ikariin w nicieni ślimakowych Caenorhabditis elegans . Podobnie jak w przypadku zastosowania w badaniach in vitro , DMSO ma pewne ograniczenia w modelach zwierzęcych . Mogą wystąpić efekty plejotropowe i jeśli grupy kontrolne DMSO nie zostaną dokładnie zaplanowane, efekty rozpuszczalnikowe mogą być fałszywie przypisane potencjalnemu lekowi. Na przykład, nawet bardzo niska dawka DMSO ma silne działanie ochronne przeciwko uszkodzeniom wątroby wywołanym przez paracetamol (acetaminofen) u myszy.

Oprócz powyższego, DMSO znajduje coraz większe zastosowanie w procesach produkcyjnych do wytwarzania urządzeń mikroelektronicznych. Jest szeroko stosowany do usuwania fotorezystu w „płaskich” wyświetlaczach TFT-LCD i zaawansowanych zastosowaniach opakowaniowych (takich jak opakowanie na poziomie wafla / wzór wypukłości lutowniczej). DMSO jest również skutecznym środkiem do usuwania farby , ponieważ jest bezpieczniejszy niż wiele innych, takich jak nitrometan i dichlorometan .

Biologia

DMSO jest stosowany w reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR) do hamowania struktur drugorzędowych w matrycy DNA lub starterach DNA . Jest dodawany do mieszaniny PCR przed reakcją, gdzie zakłóca samokomplementarność DNA, minimalizując reakcje interferujące.

DMSO w reakcji PCR ma zastosowanie do superskręconych plazmidów (w celu rozluźnienia przed amplifikacją) lub matryc DNA o wysokiej zawartości GC (w celu zmniejszenia termostabilności ). Na przykład, 10% końcowe stężenie DMSO w mieszaninie PCR z Phusion obniża temperaturę przyłączania startera (tj. temperaturę topnienia startera) o 5,5–6,0°C (9,9–10,8°F).

Jest dobrze znany jako odwracalny ogranicznik cyklu komórkowego w fazie G1 ludzkich komórek limfoidalnych.

DMSO może być również stosowany jako krioprotektant , dodawany do pożywki komórkowej w celu zmniejszenia tworzenia się lodu, a tym samym zapobiegania śmierci komórek podczas procesu zamrażania. Około 10% można użyć metodą powolnego zamrażania, a komórki można zamrozić w temperaturze -80 °C (-112 °F) lub bezpiecznie przechowywać w ciekłym azocie .

W hodowli komórkowej DMSO stosuje się do indukowania różnicowania komórek raka embrionalnego P19 w kardiomiocyty i komórki mięśni szkieletowych.

Medycyna

Zastosowanie DMSO w medycynie datuje się od około 1963 roku, kiedy zespół Oregon Health & Science University Medical School, kierowany przez Stanleya Jacoba , odkrył, że może on przenikać przez skórę i inne błony bez ich uszkadzania i może przenosić inne związki do systemu biologicznego. W medycynie DMSO jest głównie stosowany jako miejscowy środek przeciwbólowy , nośnik do miejscowego stosowania farmaceutyków, jako środek przeciwzapalny i przeciwutleniacz . Ponieważ DMSO zwiększa szybkość wchłaniania niektórych związków przez tkanki biologiczne , w tym skórę , jest on stosowany w niektórych transdermalnych systemach dostarczania leków . Jego działanie można wzmocnić dodatkiem EDTA . Często łączy się go z lekami przeciwgrzybiczymi, dzięki czemu przenikają nie tylko do skóry, ale także do paznokci u rąk i nóg.

DMSO został przebadany pod kątem leczenia wielu stanów i dolegliwości, ale amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków (FDA) zatwierdziła jego stosowanie tylko w celu łagodzenia objawów u pacjentów ze śródmiąższowym zapaleniem pęcherza . Badanie z 1978 roku wykazało, że DMSO przyniósł znaczną ulgę większości z 213 pacjentów z zapalnymi zaburzeniami układu moczowo - płciowego , które były badane. Autorzy zalecili DMSO w stanach zapalnych układu moczowo-płciowego nie spowodowanych infekcją lub guzem, w których objawy były ciężkie lub pacjenci nie reagowali na konwencjonalną terapię.

Żel zawierający DMSO, dekspantenol i heparynę jest sprzedawany w Niemczech i Europie Wschodniej (sprzedawany pod marką Dolobene) do stosowania miejscowego w zwichnięciach, zapaleniu ścięgien i miejscowym zapaleniu.

W radiologii interwencyjnej DMSO jest stosowany jako rozpuszczalnik alkoholu etylenowo-winylowego w płynnym środku przeciwzatorowym Onyx , który jest stosowany w embolizacji , czyli terapeutycznym zamykaniu naczyń krwionośnych.

W kriobiologii DMSO był używany jako krioprotektant i nadal jest ważnym składnikiem mieszanin do witryfikacji krioprotektantów stosowanych do konserwacji narządów, tkanek i zawiesin komórkowych. Bez niego do 90% zamrożonych komórek stanie się nieaktywne. Ma to szczególne znaczenie w zamrażaniu i długotrwałym przechowywaniu embrionalnych komórek macierzystych i krwiotwórczych komórek macierzystych , które często są zamrażane w mieszaninie 10% DMSO, pożywki do zamrażania i 30% płodowej surowicy bydlęcej . W zamrażaniu kriogenicznym linii komórek heteroploidalnych (MDCK, VERO, itd.) stosuje się mieszaninę 10% DMSO z 90%  EMEM (70% EMEM + 30% płodowa surowica bydlęca + mieszanina antybiotyków). W ramach autologicznego przeszczepu szpiku kostnego DMSO jest ponownie podawany wraz z własnymi krwiotwórczymi komórkami macierzystymi pacjenta .

DMSO jest metabolizowany przez dysproporcjonowanie do siarczku dimetylu i sulfonu dimetylu . Podlega wydalaniu przez nerki i płuca. Możliwym skutkiem ubocznym DMSO jest zatem podwyższony siarczek dimetylu we krwi, który może powodować objaw halitozy przenoszonej przez krew .

Medycyna alternatywna

DMSO jest sprzedawany jako lek alternatywny . Uważa się, że jego popularność jako alternatywnego leku wywodzi się z filmu dokumentalnego 60 Minutes, w którym występuje jeden z pierwszych zwolenników. Jednak DMSO jest składnikiem niektórych produktów wymienionych przez amerykańską FDA jako fałszywe leki na raka, a FDA toczyła walkę z dystrybutorami. Jednym z takich dystrybutorów jest Mildred Miller, który promował DMSO w związku z różnymi zaburzeniami i został w konsekwencji skazany za oszustwo Medicare .

Zastosowanie DMSO jako alternatywnego leczenia raka jest szczególnie niepokojące, ponieważ wykazano, że koliduje on z różnymi lekami chemioterapeutycznymi , w tym cisplatyną , karboplatyną i oksaliplatyną . Nie ma wystarczających dowodów na poparcie hipotezy, że DMSO ma jakikolwiek wpływ, a większość źródeł zgadza się, że jego historia skutków ubocznych podczas testowania gwarantuje ostrożność podczas stosowania go jako suplementu diety, dla którego jest mocno sprzedawany ze zwykłym zastrzeżeniem .

Medycyna weterynaryjna

DMSO jest powszechnie stosowany w weterynarii jako maść dla koni , samodzielnie lub w połączeniu z innymi składnikami. W tym ostatnim przypadku często zamierzoną funkcją DMSO jest rozpuszczanie innych składników przez skórę. Również u koni DMSO stosuje się dożylnie, ponownie samodzielnie lub w połączeniu z innymi lekami. Jest stosowany samodzielnie w leczeniu podwyższonego ciśnienia śródczaszkowego i/lub obrzęku mózgu u koni.

Smak

Odczuwalny smak czosnku po kontakcie skóry z DMSO może być spowodowany niezapachową aktywacją receptorów TRPA1 w zwojach nerwu trójdzielnego . W przeciwieństwie do disiarczku dimetylu i diallilu (również o zapachu przypominającym czosnek), mono- i tri- siarczków (zwykle o nieprzyjemnym zapachu) i innych podobnych struktur, czysty chemiczny DMSO jest bezwonny.

Bezpieczeństwo

Toksyczność

DMSO oznacza nietoksyczny rozpuszczalnik, przy średniej dawce śmiertelnej wyższym niż etanol (DMSO LD 50 , doustnie, szczur, 14.500 mg / kg, etanol LD 50 , doustnie, szczur, 7060 mg / kg).

Wczesne badania kliniczne z DMSO zostały przerwane z powodu pytań o jego bezpieczeństwo, a zwłaszcza jego zdolność do uszkadzania oka. Najczęściej zgłaszanymi działaniami niepożądanymi są bóle głowy oraz pieczenie i swędzenie w kontakcie ze skórą. Zgłaszano silne reakcje alergiczne. DMSO może powodować wchłanianie zanieczyszczeń, toksyn i leków przez skórę, co może powodować nieoczekiwane efekty. Uważa się, że DMSO zwiększa działanie leków rozrzedzających krew, sterydów, leków nasercowych, uspokajających i innych leków. W niektórych przypadkach może to być szkodliwe lub niebezpieczne.

W Australii jest on wymieniony jako lek Schedule 4 (S4) , a firma została oskarżona o dodanie go do produktów jako środka konserwującego.

Ponieważ DMSO łatwo przenika przez skórę , substancje rozpuszczone w DMSO mogą być szybko wchłonięte. Dobór rękawic jest ważny podczas pracy z DMSO. Zaleca się rękawice z kauczuku butylowego , fluoroelastomeru , neoprenu lub grubego (15 mil /0,4 mm ) lateksu . Rękawice nitrylowe , które są bardzo powszechnie używane w laboratoriach chemicznych, mogą chronić przed krótkim kontaktem, ale stwierdzono, że ulegają szybkiemu degradacji pod wpływem DMSO.   

9 września 1965 r. The Wall Street Journal poinformował, że producent chemikaliów ostrzegł, że śmierć Irlandki po przejściu leczenia DMSO zwichniętego nadgarstka mogła być spowodowana leczeniem, chociaż nie przeprowadzono autopsji ani ustalony związek przyczynowy. Badania kliniczne z użyciem DMSO zostały wstrzymane i nie rozpoczęły się ponownie, dopóki Narodowa Akademia Nauk (NAS) nie opublikowała wyników na korzyść DMSO w 1972 roku. W 1978 roku amerykańska FDA zatwierdziła DMSO do leczenia śródmiąższowego zapalenia pęcherza moczowego . W 1980 roku Kongres USA przeprowadził przesłuchania w sprawie twierdzeń, że FDA powoli zatwierdzała DMSO do innych zastosowań medycznych. W 2007 roku amerykańska FDA przyznała oznaczenie „szybkiej ścieżki” w badaniach klinicznych nad zastosowaniem DMSO w zmniejszaniu obrzęku tkanki mózgowej po urazowym uszkodzeniu mózgu . Ekspozycja DMSO na rozwijające się mózgi myszy może powodować degenerację mózgu. Tę neurotoksyczność można było wykryć przy dawkach tak niskich jak 0,3  ml/kg, poziom przekraczany u dzieci narażonych na DMSO podczas przeszczepu szpiku kostnego .

DMSO odprowadzany do kanalizacji może również powodować problemy z zapachem w ściekach komunalnych: bakterie ze ścieków przekształcają DMSO w warunkach niedotlenienia (beztlenowych) w siarczek dimetylu (DMS), który ma silny nieprzyjemny zapach, podobny do zgniłej kapusty. Jednak chemicznie czysty DMSO jest bezwonny z powodu braku wiązań CSC ( siarczek ) i CSH ( merkaptan ). Dezodoryzację DMSO osiąga się poprzez usunięcie zawartych w nim nieprzyjemnych zapachów.

Zagrożenie wybuchem

Dimetylosulfotlenek może wywołać reakcję wybuchową po wystawieniu na działanie chlorków acylu ; w niskiej temperaturze reakcja ta wytwarza utleniacz do utleniania Swerna .

DMSO może rozkładać się w temperaturze wrzenia 189 °C pod normalnym ciśnieniem, co może prowadzić do wybuchu. Rozkład jest katalizowany przez kwasy i zasady i dlatego może mieć znaczenie nawet w niższych temperaturach. Reakcja silna do wybuchowej zachodzi również w połączeniu ze związkami halogenowymi, azotkami metali, nadchloranami metali, wodorkiem sodu, kwasem nadjodowym i środkami fluorującymi.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki