Диметилсульфоксид ( ДМСО ) представляет собой сераорганическое соединение формулы ( CH 3 ) 2 SO . Эта бесцветная жидкость представляет собой сульфоксид , наиболее широко используемый в коммерческих целях. Это важный полярный апротонный растворитель , который растворяет как полярные, так и неполярные соединения и смешивается с широким спектром органических растворителей, а также с водой. Имеет относительно высокую температуру кипения. ДМСО обладает необычным свойством: многие люди ощущают во рту чесночный привкус после контакта ДМСО с кожей. [5]
С точки зрения химической структуры молекула имеет идеализированную симметрию C s . Он имеет тригональную пирамидальную молекулярную геометрию , соответствующую другим трехкоординационным соединениям S(IV) [6] с несвязанной электронной парой примерно на тетраэдрическом атоме серы.
Диметилсульфоксид был впервые синтезирован в 1866 году русским учёным Александром Зайцевым , который сообщил о своих открытиях в 1867 году. [7] Диметилсульфоксид получают в промышленных масштабах из диметилсульфида , побочного продукта процесса Крафта , путём окисления кислородом или диоксидом азота . [8]
Серный центр в ДМСО нуклеофилен по отношению к мягким электрофилам , а кислородный центр нуклеофилен по отношению к жестким электрофилам. С йодистым метилом образует йодид триметилсульфоксония , [(CH 3 ) 3 SO]I:
Эту соль можно депротонировать гидридом натрия с образованием илида серы :
Метильные группы ДМСО являются слабокислотными, с p K a = 35 . По этой причине в этом растворителе исследовали основность многих слабоосновных органических соединений.
Для депротонирования ДМСО требуются сильные основания, такие как диизопропиламид лития и гидрид натрия . Стабилизацию образующегося карбаниона обеспечивает группа S(O)R. Образованное таким образом натриевое производное ДМСО называется димил-натрием . Это основа, например, для депротонирования кетонов с образованием енолятов натрия , фосфониевых солей с образованием реагентов Виттига и солей формамидиния с образованием диаминокарбенов . Это также мощный нуклеофил.
В органическом синтезе ДМСО используется как мягкий окислитель. [9] Он лежит в основе нескольких реакций селективного окисления на основе сульфония, включая окисление Пфицнера-Моффатта , окисление Кори-Кима и окисление Сверна . [10] Окисление Корнблюма концептуально аналогично. Все они включают образование промежуточной разновидности сульфония (R 2 S + X, где X представляет собой гетероатом).
Благодаря своей способности растворять многие соли, ДМСО является распространенным лигандом в координационной химии . [11] Показательным является комплекс дихлортетракис(диметилсульфоксид)рутения(II) (RuCl 2 (dmso) 4 ). В этом комплексе три лиганда ДМСО связаны с рутением через серу. Четвертый ДМСО связан через кислород. В целом кислородно-связанный режим более распространен.
В растворах четыреххлористого углерода ДМСО действует как основание Льюиса с различными кислотами Льюиса, такими как I 2 , фенолы , хлорид триметилолова , металлопорфирины и димер Rh 2 Cl 2 (CO) 4 . Донорные свойства обсуждаются в модели ECW . Относительная донорная сила ДМСО по отношению к ряду кислот по сравнению с другими основаниями Льюиса может быть проиллюстрирована графиками CB . [12] [13]
ДМСО является полярным апротонным растворителем и менее токсичен, чем другие представители этого класса, такие как диметилформамид , диметилацетамид , N -метил-2-пирролидон и гексаметилфосфорамид (HMPA). ДМСО часто используется в качестве растворителя для химических реакций с участием солей, особенно реакций Финкельштейна и других нуклеофильных замещений . Он также широко используется в качестве экстрагента в биохимии и клеточной биологии. [14] Поскольку ДМСО обладает слабой кислотностью, он переносит относительно сильные основания и поэтому широко используется при изучении карбанионов . В растворе ДМСО был определен набор неводных значений pKa (кислотности CH, OH, SH и NH) для тысяч органических соединений. [15] [16]
Из-за высокой температуры кипения, 189 ° C (372 ° F), ДМСО медленно испаряется при нормальном атмосферном давлении. Образцы, растворенные в ДМСО, не могут быть так легко восстановлены по сравнению с другими растворителями, поскольку очень трудно удалить все следы ДМСО с помощью обычного ротационного испарения . Одним из методов полного восстановления образцов является удаление органического растворителя путем выпаривания с последующим добавлением воды (для растворения ДМСО) и криодесикацией для удаления как ДМСО, так и воды. Реакции, проводимые в ДМСО, часто разбавляют водой для осаждения или разделения фаз продуктов. Относительно высокая температура замерзания ДМСО, 18,5 °C (65,3 °F), означает, что при комнатной температуре или чуть ниже нее он представляет собой твердое вещество, что может ограничивать его применимость в некоторых химических процессах (например, кристаллизация с охлаждением).
В своей дейтерированной форме ( ДМСО- d6 ) он является полезным растворителем для ЯМР- спектроскопии, опять же , благодаря своей способности растворять широкий спектр аналитов, простоте собственного спектра и пригодности для высокотемпературных ЯМР-спектроскопических исследований. . Недостатками использования ДМСО- d 6 являются его высокая вязкость, которая уширяет сигналы, и его гигроскопичность , которая приводит к подавляющему резонансу H 2 O в спектре 1 H-ЯМР. Его часто смешивают с CDCl 3 или CD 2 Cl 2 для более низкой вязкости и температуры плавления.
ДМСО также используется для растворения тестируемых соединений в программах скрининга открытия лекарств in vitro [17] [18] и разработки лекарств [19] , включая программы скрининга с высокой пропускной способностью . [18] [19] Это связано с тем, что он способен растворять как полярные , так и неполярные соединения, [17] [19] может использоваться для хранения исходных растворов тестируемых соединений (важно при работе с большой химической библиотекой ), [18] легко смешивается с водой и средами для культивирования клеток и имеет высокую температуру кипения (это повышает точность определения концентрации тестируемого соединения за счет уменьшения испарения при комнатной температуре). [17] Одним из ограничений ДМСО является то, что он может влиять на рост и жизнеспособность клеточных линий : низкие концентрации ДМСО иногда стимулируют рост клеток, а высокие концентрации ДМСО иногда ингибируют или убивают клетки. [17]
ДМСО также используется в качестве носителя в исследованиях тестируемых соединений in vivo . Например, он использовался в качестве сорастворителя для облегчения абсорбции флавонолгликозида икариина у нематод Caenorhabditis elegans . [20] Как и при использовании в исследованиях in vitro , ДМСО имеет некоторые ограничения на животных моделях . [21] [22] Могут возникнуть плейотропные эффекты, и, если контрольные группы ДМСО не будут тщательно спланированы, то эффекты растворителя могут быть ошибочно приписаны перспективному препарату. [21] Например, даже очень низкая доза ДМСО оказывает мощное защитное действие против повреждения печени у мышей, вызванного парацетамолом (ацетаминофеном). [22]
В дополнение к вышесказанному, ДМСО находит все более широкое применение в производственных процессах по производству микроэлектронных устройств. [23] Он широко используется для снятия фоторезиста в «плоских» TFT-ЖК-дисплеях и в современных упаковочных приложениях (таких как упаковка на уровне пластины / нанесение рисунка припоя). ДМСО также является эффективным средством для снятия краски , будучи более безопасным, чем многие другие средства, такие как нитрометан и дихлорметан .
ДМСО используется в полимеразной цепной реакции (ПЦР) для ингибирования вторичных структур в матрице ДНК или праймерах ДНК . Его добавляют в смесь для ПЦР перед реакцией, где он нарушает самокомплементарность ДНК, сводя к минимуму мешающие реакции. [24]
ДМСО в ПЦР применим для суперспиральных плазмид (для релаксации перед амплификацией) или матриц ДНК с высоким содержанием GC (для снижения термостабильности ). Например, 10% конечная концентрация ДМСО в смеси для ПЦР с Phusion снижает температуру отжига праймера (т.е. температуру плавления праймера) на 5,5–6,0 °C (9,9–10,8 °F). [25]
Он хорошо известен как обратимый ингибитор клеточного цикла в фазе G1 лимфоидных клеток человека. [26]
ДМСО также можно использовать в качестве криопротектора , добавляя его в клеточную среду для уменьшения образования льда и тем самым предотвращения гибели клеток во время процесса замораживания. [27] Примерно 10% можно использовать методом медленного замораживания, а клетки можно заморозить при -80 °C (-112 °F) или безопасно хранить в жидком азоте .
В культуре клеток ДМСО используется для индукции дифференцировки клеток эмбриональной карциномы P19 в кардиомиоциты и клетки скелетных мышц.
Использование ДМСО в медицине началось примерно в 1963 году, когда команда Медицинской школы Университета здравоохранения и науки Орегона под руководством Стэнли Джейкоба обнаружила, что ДМСО может проникать через кожу и другие мембраны, не повреждая их, и может переносить другие соединения в биологическую систему. В медицине ДМСО преимущественно используется как местный анальгетик , средство для местного применения фармацевтических препаратов, как противовоспалительное и антиоксидантное средство . [28] Поскольку ДМСО увеличивает скорость всасывания некоторых соединений через биологические ткани , включая кожу , он используется в некоторых системах трансдермальной доставки лекарств . Его эффект можно усилить добавлением ЭДТА . Его часто смешивают с противогрибковыми препаратами, что позволяет им проникать не только в кожу, но и в ногти на ногах и руках. [29]
ДМСО был исследован для лечения многочисленных состояний и недугов, но Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) одобрило его использование только для облегчения симптомов у пациентов с интерстициальным циститом . [30] Исследование 1978 года пришло к выводу, что ДМСО принес значительное облегчение большинству из 213 пациентов с воспалительными заболеваниями мочеполовой системы , которые были изучены. [31] Авторы рекомендовали ДМСО при воспалительных заболеваниях мочеполовой системы, не вызванных инфекцией или опухолью, при которых симптомы были тяжелыми или пациенты не реагировали на традиционную терапию.
В интервенционной радиологии ДМСО используется в качестве растворителя этиленвинилового спирта в жидком эмболическом агенте Оникс , который используется при эмболизации , терапевтической окклюзии кровеносных сосудов.
В криобиологии ДМСО использовался в качестве криопротектора и до сих пор является важным компонентом криопротекторных смесей для витрификации , используемых для консервации органов, тканей и клеточных суспензий. Без него до 90% замороженных клеток станут неактивными. Это особенно важно при замораживании и длительном хранении эмбриональных стволовых клеток и гемопоэтических стволовых клеток , которые часто замораживают в смеси 10% ДМСО, среды для замораживания и 30% фетальной бычьей сыворотки . При криогенном замораживании гетероплоидных клеточных линий (MDCK, VERO и др.) используют смесь 10% ДМСО с 90% ЭМЕМ (70% ЭМЕМ + 30% фетальная бычья сыворотка + смесь антибиотиков). В рамках аутологичной трансплантации костного мозга ДМСО повторно вводится вместе с собственными гемопоэтическими стволовыми клетками пациента .
ДМСО метаболизируется путем диспропорционирования до диметилсульфида и диметилсульфона . Подвержен почечной и легочной экскреции. Таким образом, возможным побочным эффектом ДМСО является повышение уровня диметилсульфида в крови, что может вызвать симптом галитоза , передающегося через кровь .
ДМСО продается как альтернативное лекарство . Утверждается, что его популярность как альтернативного лекарства возникла благодаря 60-минутному документальному фильму 1980 года с участием одного из первых сторонников. [32] Однако ДМСО входит в состав некоторых продуктов, перечисленных FDA США как поддельные лекарства от рака [33] , и FDA ведет постоянную борьбу с дистрибьюторами. [32] Одним из таких дистрибьюторов является Милдред Миллер, которая продвигала ДМСО при различных расстройствах и впоследствии была признана виновной в мошенничестве с программой Medicare . [32]
Использование ДМСО в качестве альтернативного лечения рака вызывает особую озабоченность, поскольку было показано, что он взаимодействует с различными химиотерапевтическими препаратами, включая цисплатин , карбоплатин и оксалиплатин . [34] Недостаточно доказательств в поддержку гипотезы о том, что ДМСО оказывает какой-либо эффект, [35] и большинство источников сходятся во мнении, что история его побочных эффектов при тестировании требует осторожности при использовании его в качестве пищевой добавки, из-за чего он широко продается с обычный отказ от ответственности .
ДМСО обычно используется в ветеринарии в качестве линимента для лошадей отдельно или в сочетании с другими ингредиентами. В последнем случае часто предполагаемой функцией ДМСО является растворитель, переносящий другие ингредиенты через кожу. Также лошадям ДМСО применяют внутривенно, отдельно или в сочетании с другими препаратами. Его используют отдельно для лечения повышенного внутричерепного давления и/или отека мозга у лошадей. [ нужна цитата ]
Ощущение чесночного вкуса при контакте кожи с ДМСО может быть связано с необонятельной активацией рецепторов TRPA1 в тройничных ганглиях . [36] В отличие от диметил- и диаллилдисульфидов (которые имеют запах, напоминающий чеснок), моно- и трисульфидов (которые обычно имеют неприятный запах) и подобных пахучих соединений серы, чистый химический ДМСО не имеет запаха.
ДМСО представляет собой нетоксичный растворитель со средней летальной дозой выше, чем у этанола (ДМСО: LD 50 , перорально, крыса, 14 500 мг/кг; [37] [38] этанол: LD 50 , перорально, крыса, 7 060 мг/кг . 39] ).
Ранние клинические испытания ДМСО были остановлены из-за вопросов о его безопасности, особенно о его способности нанести вред глазам. Наиболее часто сообщаемые побочные эффекты включают головные боли, жжение и зуд при контакте с кожей. Сообщалось о сильных аллергических реакциях. [ нужна полная цитата ] ДМСО может вызывать всасывание загрязняющих веществ, токсинов и лекарств через кожу, что может вызвать неожиданные последствия. Считается, что ДМСО усиливает действие препаратов, разжижающих кровь, стероидов, сердечных препаратов, седативных и других препаратов. В некоторых случаях это может быть вредно или опасно. [40]
В Австралии он внесен в список препаратов Списка 4 (S4) , и компания была привлечена к ответственности за добавление его в продукты в качестве консерванта. [41]
Поскольку ДМСО легко проникает через кожу , вещества, растворенные в ДМСО, могут быстро всасываться. Выбор перчаток важен при работе с ДМСО. Рекомендуются перчатки из бутилкаучука , фторэластомера , неопрена или толстого (15 мил /0,4 мм ) латекса . [42] Нитриловые перчатки, которые очень часто используются в химических лабораториях, могут защитить от кратковременного контакта, но было обнаружено, что они быстро разрушаются под воздействием ДМСО. [43]
9 сентября 1965 года газета The Wall Street Journal сообщила, что производитель химического вещества предупредил, что смерть ирландской женщины после лечения ДМСО от вывиха запястья могла произойти из-за этого лечения, хотя вскрытие не проводилось, как и не было проведено никаких исследований. причинно-следственная связь установлена. [44] Клинические исследования с использованием ДМСО были остановлены и не возобновлялись до тех пор, пока Национальная академия наук (NAS) не опубликовала результаты в пользу ДМСО в 1972 году . [45] В 1978 году FDA США одобрило ДМСО для лечения интерстициального цистита . В 1980 году Конгресс США провел слушания по заявлениям о том, что FDA медлит с одобрением ДМСО для других медицинских целей. В 2007 году FDA США предоставило статус «ускоренного» для клинических исследований использования ДМСО для уменьшения отека тканей головного мозга после черепно-мозговой травмы . [45] Воздействие ДМСО на развивающийся мозг мышей может вызвать дегенерацию мозга. Эту нейротоксичность можно обнаружить даже при дозах всего 0,3 мл/кг, уровень, превышаемый у детей, подвергшихся воздействию ДМСО во время трансплантации костного мозга . [46]
ДМСО, выбрасываемый в канализацию , также может вызывать проблемы с запахом городских сточных вод: бактерии сточных вод превращают ДМСО в гипоксических (бескислородных) условиях в диметилсульфид (ДМС), который имеет сильный неприятный запах, похожий на запах гнилой капусты. [47] Однако химически чистый ДМСО не имеет запаха из-за отсутствия связей CSC ( сульфид ) и CSH ( меркаптан ). Дезодорация ДМСО достигается за счет удаления содержащихся в нем пахучих примесей. [48]
Диметилсульфоксид может вызвать взрывную реакцию при воздействии ацилхлоридов ; при низкой температуре в результате этой реакции образуется окислитель для окисления Сверна .
ДМСО может разлагаться при температуре кипения 189 °C при нормальном давлении, что может привести к взрыву. Разложение катализируется кислотами и основаниями и поэтому может иметь значение даже при более низких температурах. Сильная или взрывоопасная реакция также происходит в сочетании с галогенными соединениями, нитридами металлов, перхлоратами металлов, гидридом натрия, периодической кислотой и фторирующими агентами. [49]
{{cite book}}
: |journal=
игнорируется ( помощь )