دی متیل سولفوکسید (DMSO)

دی متیل سولفوکسید (DMSO)

دی متیل سولفوکسید (DMSO) یک ترکیب آلی گوگردی با فرمول (CH3)2SO است. این مایع بی رنگ سولفوکسید است که بیشترین استفاده تجاری را دارد. این یک حلال مهم اپروتیک قطبی است که ترکیبات قطبی و غیر قطبی را حل می کند و در طیف وسیعی از حلال های آلی و همچنین آب قابل اختلاط است. نقطه جوش نسبتاً بالایی دارد. DMSO دارای خاصیت غیرعادی است که بسیاری از افراد پس از تماس DMSO با پوست خود طعمی شبیه سیر را در دهان خود احساس می کنند.

از نظر ساختار شیمیایی، مولکول دارای تقارن Cs ایده آل است. دارای یک هندسه مولکولی هرمی مثلثی است که با سایر ترکیبات S(IV) سه مختصات، با یک جفت الکترون غیرپیوندی روی اتم گوگرد تقریباً چهار وجهی سازگار است.

سنتز و تولید

دی متیل سولفوکسید اولین بار در سال 1866 توسط دانشمند روسی الکساندر زایتسف سنتز شد که یافته های خود را در سال 1867 گزارش کرد. دی متیل سولفوکسید به صورت صنعتی از دی متیل سولفید، محصول جانبی فرآیند کرافت، توسط اکسیداسیون با اکسیژن یا دی اکسید نیتروژن تولید می شود.

2 C2H6S + O2 → 2 C2H6SO

4 C2H6S + 2NO2 → 4 C2H6SO + N2

واکنش ها

واکنش با الکتروفیل ها

مرکز گوگرد در DMSO نسبت به الکتروفیل های نرم هسته دوست و اکسیژن نسبت به الکتروفیل های سخت هسته دوست است. با متیل یدید تری متیل سولفوکسونیوم یدید [(CH3)3SO]I را تشکیل می دهد:

(CH3)2SO + CH3I → [(CH3)3SO]I

این نمک را می توان با هیدرید سدیم پروتون زدایی کرد و گوگرد یلید را تشکیل داد:

[(CH3)3SO]I + NaH → (CH3)2S(CH2)O + NaI + H2

اسیدیته

گروه‌های متیل DMSO فقط اسیدی ضعیف هستند و pKa = 35 دارند.

پروتون زدایی DMSO به بازهای قوی مانند دی ایزوپروپیل آمید لیتیوم و هیدرید سدیم نیاز دارد. تثبیت کاربانیون حاصل توسط گروه S(O)R ارائه می شود. مشتق سدیم DMSO که در این روش تشکیل می شود دیمسیل سدیم نامیده می شود. این یک پایه است، به عنوان مثال، برای پروتون زدایی کتون ها برای تشکیل انولات های سدیم، نمک های فسفونیوم برای تشکیل معرف های Wittig، و نمک های فرمیدینیم برای تشکیل دی آمینوکاربن ها. همچنین یک هسته دوست قوی است.

اکسیدان

در سنتز آلی، DMSO به عنوان یک اکسیدان ملایم استفاده می شود. این اساس چندین واکنش اکسیداسیون انتخابی مبتنی بر سولفونیوم، از جمله اکسیداسیون Pfitzner-Moffatt، اکسیداسیون Corey-Kim و اکسیداسیون Swern را تشکیل می دهد. اکسیداسیون کورنبلوم از نظر مفهومی مشابه است. همه اینها شامل تشکیل یک گونه سولفونیوم میانی است (R2S+X که در آن X یک هترواتم است).

پایگاه لیگاند و لوئیس

با توجه به توانایی آن در انحلال بسیاری از نمک ها، DMSO یک لیگاند رایج در شیمی هماهنگی است. نمونه دی کلروتراکیس (دی متیل سولفوکسید) روتنیوم (II) پیچیده (RuCl2 (dmso)4) است. در این کمپلکس، سه لیگاند DMSO از طریق گوگرد به روتنیوم متصل می شوند. چهارمین DMSO از طریق اکسیژن متصل می شود. به طور کلی، حالت پیوند اکسیژن رایج تر است.

در محلول های تتراکلرید کربن، DMSO به عنوان یک پایه لوئیس با انواع اسیدهای لوئیس مانند I2، فنل ها، کلرید تری متیل قلع، متالوپورفیرین ها و دایمر Rh2Cl2(CO)4 عمل می کند. خواص اهداکننده در مدل ECW مورد بحث قرار گرفته است. قدرت دهنده نسبی DMSO نسبت به یک سری از اسیدها، در مقابل سایر بازهای لوئیس، را می توان با نمودارهای C-B نشان داد.

کاربردها

حلال

DMSO یک حلال آپروتیک قطبی است و سمی کمتری نسبت به سایر اعضای این کلاس مانند دی متیل فرمامید، دی متیل استامید، N-متیل-2-پیرولیدون و هگزامتیل فسفورامید (HMPA) دارد. DMSO اغلب به عنوان یک حلال برای واکنش های شیمیایی شامل نمک ها، به ویژه واکنش های فینکلشتاین و سایر جایگزین های هسته دوست استفاده می شود. همچنین به طور گسترده ای به عنوان یک استخراج کننده در بیوشیمی و زیست شناسی سلولی استفاده می شود. از آنجایی که DMSO فقط اسیدی ضعیفی دارد، بازهای نسبتا قوی را تحمل می کند و به همین دلیل به طور گسترده در مطالعه کربنیون ها استفاده شده است. مجموعه ای از مقادیر غیر آبی pKa (اسیدیتی C-H، O-H، S-H و N-H) برای هزاران ترکیب آلی در محلول DMSO تعیین شده است.

به دلیل نقطه جوش بالا، 189 درجه سانتیگراد (372 درجه فارنهایت)، DMSO به آرامی در فشار اتمسفر معمولی تبخیر می شود. نمونه های حل شده در DMSO را نمی توان در مقایسه با سایر حلال ها به راحتی بازیابی کرد، زیرا حذف تمام آثار DMSO با تبخیر چرخشی معمولی بسیار دشوار است. یکی از روش‌های بازیابی کامل نمونه‌ها، حذف حلال آلی با تبخیر و به دنبال آن افزودن آب (برای حل کردن DMSO) و خشک‌کردن سرما برای حذف DMSO و آب است. واکنش های انجام شده در DMSO اغلب با آب رقیق می شوند تا محصولات را رسوب دهند یا فاز جدا کنند. نقطه انجماد نسبتاً بالای DMSO، 18.5 درجه سانتیگراد (65.3 درجه فارنهایت)، به این معنی است که در دمای اتاق یا کمی کمتر از آن، یک جامد است که می تواند کاربرد آن را در برخی از فرآیندهای شیمیایی (مانند تبلور با خنک کردن) محدود کند.

در شکل دوتره آن (DMSO-d6)، این یک حلال مفید برای طیف‌سنجی NMR است، دوباره به دلیل توانایی آن در حل طیف گسترده‌ای از آنالیت‌ها، سادگی طیف خود و مناسب بودن آن برای مطالعات طیف‌سنجی NMR در دمای بالا. معایب استفاده از DMSO-d6 ویسکوزیته بالای آن است که سیگنال ها را گسترش می دهد و رطوبت سنجی آن که منجر به تشدید شدید H2O در طیف 1H-NMR می شود. این اغلب با CDCl3 یا CD2Cl2 برای ویسکوزیته و نقطه ذوب کمتر مخلوط می شود.

DMSO همچنین برای حل کردن ترکیبات آزمایشی در برنامه‌های غربالگری کشف دارو و طراحی دارو، از جمله برنامه‌های غربالگری با کارایی بالا، استفاده می‌شود. زیرا می تواند ترکیبات قطبی و غیرقطبی را حل کند، می تواند برای نگهداری محلول های موجود در ترکیبات آزمایشی مورد استفاده قرار گیرد (هنگام کار با یک کتابخانه بزرگ شیمیایی مهم است)، به راحتی با آب و محیط کشت سلولی قابل اختلاط است و جوشش بالایی دارد. نقطه (این امر دقت غلظت ترکیبات آزمایشی را با کاهش تبخیر دمای اتاق بهبود می بخشد). یکی از محدودیت‌های DMSO این است که می‌تواند بر رشد و زنده ماندن رده سلولی تأثیر بگذارد، با غلظت‌های پایین DMSO گاهی اوقات رشد سلولی را تحریک می‌کند و غلظت‌های بالای DMSO گاهی اوقات سلول‌ها را مهار یا از بین می‌برد.

DMSO به عنوان یک وسیله نقلیه در مطالعات in vivo ترکیبات آزمایش نیز استفاده می شود. به عنوان مثال، به عنوان یک حلال کمکی برای کمک به جذب فلاونول گلیکوزید Icariin در کرم نماتد Caenorhabditis elegans استفاده شده است. همانند استفاده از آن در مطالعات آزمایشگاهی، DMSO دارای محدودیت هایی در مدل های حیوانی است. اثرات پلیوتروپیک ممکن است رخ دهد و اگر گروه های کنترل DMSO به دقت برنامه ریزی نشده باشند، اثرات حلال را می توان به اشتباه به داروی آینده نسبت داد. به عنوان مثال، حتی دوز بسیار پایین DMSO اثر محافظتی قدرتمندی در برابر آسیب کبدی ناشی از پاراستامول (استامینوفن) در موش دارد. علاوه بر موارد فوق، DMSO در فرآیندهای تولید برای تولید دستگاه های میکروالکترونیک استفاده بیشتری پیدا می کند. این به طور گسترده ای برای از بین بردن مقاومت نوری در نمایشگرهای TFT-LCD 'پانل مسطح' و برنامه های بسته بندی پیشرفته (مانند بسته بندی در سطح ویفر / الگوی برآمدگی لحیم کاری) استفاده می شود. DMSO نیز یک پاک کننده رنگ موثر است و از بسیاری از موارد دیگر مانند نیترومتان و دی کلرومتان ایمن تر است.

زیست شناسی

DMSO در واکنش زنجیره ای پلیمراز (PCR) برای مهار ساختارهای ثانویه در قالب DNA یا پرایمرهای DNA استفاده می شود. قبل از واکنش به مخلوط PCR اضافه می شود، جایی که با خود مکمل بودن DNA تداخل می کند و واکنش های مزاحم را به حداقل می رساند.

DMSO در یک PCR برای پلاسمیدهای ابرپیچ (برای شل شدن قبل از تقویت) یا الگوهای DNA با محتوای GC بالا (برای کاهش پایداری حرارتی) قابل استفاده است. به عنوان مثال، غلظت نهایی 10٪ DMSO در مخلوط PCR با Phusion، دمای بازپخت پرایمر (یعنی دمای ذوب پرایمر) را به میزان 5.5-6.0 درجه سانتی گراد (9.9-10.8 درجه فارنهایت) کاهش می دهد. به عنوان یک مهارکننده چرخه سلولی برگشت پذیر در فاز G1 سلول های لنفاوی انسانی شناخته شده است.

DMSO همچنین ممکن است به عنوان یک محافظ برودتی استفاده شود و به محیط سلولی اضافه شود تا تشکیل یخ را کاهش دهد و در نتیجه از مرگ سلولی در طول فرآیند انجماد جلوگیری کند. تقریباً 10٪ را می توان با روش انجماد آهسته استفاده کرد و سلول ها را می توان در دمای 80- درجه سانتی گراد (112- درجه فارنهایت) منجمد کرد یا به طور ایمن در نیتروژن مایع ذخیره کرد.

در کشت سلولی، DMSO برای القای تمایز سلول‌های سرطان جنینی P19 به سلول‌های قلب و عضله اسکلتی استفاده می‌شود.

دارو

استفاده از DMSO در پزشکی به حدود سال 1963 برمی گردد، زمانی که یک تیم دانشکده پزشکی دانشگاه علوم و بهداشت اورگان به سرپرستی استنلی جاکوب متوجه شدند که می تواند به پوست و سایر غشاها بدون آسیب رساندن به آنها نفوذ کند و می تواند سایر ترکیبات را به یک سیستم بیولوژیکی منتقل کند. در پزشکی، DMSO عمدتا به عنوان یک مسکن موضعی، وسیله ای برای استفاده موضعی از داروها، به عنوان یک ضد التهاب و یک آنتی اکسیدان استفاده می شود. از آنجایی که DMSO سرعت جذب برخی از ترکیبات را از طریق بافت های بیولوژیکی از جمله پوست افزایش می دهد، در برخی از سیستم های دارورسانی از طریق پوست استفاده می شود. اثر آن ممکن است با افزودن EDTA افزایش یابد. این اغلب با داروهای ضد قارچ ترکیب می شود و آنها را قادر می سازد نه تنها به پوست بلکه به ناخن های پا و دست نیز نفوذ کنند.

DMSO برای درمان بسیاری از شرایط و بیماری ها مورد بررسی قرار گرفته است، اما سازمان غذا و داروی ایالات متحده (FDA) استفاده از آن را فقط برای تسکین علامتی بیماران مبتلا به سیستیت بینابینی تایید کرده است. یک مطالعه در سال 1978 به این نتیجه رسید که DMSO تسکین قابل توجهی را برای اکثر 213 بیمار مبتلا به اختلالات التهابی دستگاه تناسلی که مورد مطالعه قرار گرفتند، به ارمغان آورد. نویسندگان DMSO را برای شرایط التهابی دستگاه تناسلی که در اثر عفونت یا تومور ایجاد نمی‌شوند و در آن علائم شدید بوده یا بیماران به درمان مرسوم پاسخ نمی‌دهند، توصیه می‌کنند.

در رادیولوژی مداخله ای، DMSO به عنوان حلال برای اتیلن وینیل الکل در عامل آمبولیک مایع Onyx استفاده می شود که در آمبولیزاسیون، انسداد درمانی عروق خونی استفاده می شود.

در انجماد DMSO به عنوان یک محافظ برودتی استفاده شده است و هنوز هم جزء مهم مخلوط های انجماد انجمادی است که برای حفظ اندام ها، بافت ها و سوسپانسیون های سلولی استفاده می شود. بدون آن، تا 90 درصد سلول های منجمد غیرفعال می شوند. به ویژه در انجماد و ذخیره سازی طولانی مدت سلول های بنیادی جنینی و سلول های بنیادی خون ساز، که اغلب در مخلوطی از 10% DMSO، یک محیط انجماد و 30% سرم جنین گاوی منجمد می شوند، اهمیت دارد. در انجماد کرایوژنیک رده های سلولی هتروپلوید (MDCK، VERO و غیره) از مخلوط 10% DMSO با 90% EMEM (70% EMEM + 30% سرم جنین گاوی + مخلوط آنتی بیوتیک) استفاده می شود. به عنوان بخشی از پیوند مغز استخوان اتولوگ، DMSO به همراه سلول های بنیادی خونساز خود بیمار دوباره تزریق می شود.

DMSO با عدم تناسب با دی متیل سولفید و دی متیل سولفون متابولیزه می شود. در معرض دفع کلیوی و ریوی است. بنابراین یک عارضه جانبی احتمالی DMSO افزایش دی متیل سولفید خون است که ممکن است باعث ایجاد علائم هالیتوز ناشی از خون شود.

طب جایگزین

DMSO به عنوان یک داروی جایگزین به بازار عرضه می شود. گفته می شود که محبوبیت آن به عنوان یک درمان جایگزین از یک مستند 60 دقیقه در سال 1980 ناشی می شود که یکی از حامیان اولیه آن را نشان می دهد. با این حال، DMSO یک عنصر در برخی از محصولاتی است که توسط FDA ایالات متحده به عنوان درمان های جعلی سرطان فهرست شده است و FDA با توزیع کنندگان مبارزه کرده است. یکی از این توزیع کنندگان، میلدرد میلر است که DMSO را برای انواع اختلالات تبلیغ می کرد و در نتیجه به دلیل کلاهبرداری مدیکر محکوم شد.

استفاده از DMSO به عنوان یک درمان جایگزین برای سرطان نگرانی خاصی دارد، زیرا نشان داده شده است که با انواع داروهای شیمی درمانی از جمله سیس پلاتین، کربوپلاتین و اگزالی پلاتین تداخل دارد. شواهد کافی برای حمایت از این فرضیه وجود ندارد که DMSO هر گونه اثری دارد، و اکثر منابع موافق هستند که سابقه عوارض جانبی آن هنگام آزمایش، هنگام استفاده از آن به عنوان یک مکمل غذایی، که به شدت با سلب مسئولیت معمول به بازار عرضه می‌شود، احتیاط می‌کند.

دامپزشکی

DMSO معمولاً در دامپزشکی به‌عنوان ضماد برای اسب‌ها به تنهایی یا در ترکیب با سایر مواد استفاده می‌شود. در مورد دوم، اغلب، عملکرد مورد نظر DMSO به عنوان یک حلال برای حمل سایر مواد در سراسر پوست است. همچنین در اسب ها، DMSO به صورت داخل وریدی، دوباره به تنهایی یا همراه با سایر داروها استفاده می شود. این دارو به تنهایی برای درمان افزایش فشار داخل جمجمه و/یا ادم مغزی در اسب استفاده می شود.

طعم

طعم سیر درک شده در تماس پوست با DMSO ممکن است به دلیل فعال شدن غیربویایی گیرنده های TRPA1 در عقده های سه قلو باشد. بر خلاف دی‌متیل و دی‌آلیل دی‌سولفیدها (که بویی شبیه سیر دارند)، مونو و تری سولفیدها (که معمولاً دارای بوی بد هستند) و ترکیبات گوگردی بوی‌فر مشابه، ماده شیمیایی خالص DMSO بی‌بو است.

خطر انفجار

دی متیل سولفوکسید می تواند یک واکنش انفجاری در مواجهه با کلریدهای آسیلی ایجاد کند. در دمای پایین، این واکنش باعث تولید اکسیدان برای اکسیداسیون سورن می شود. DMSO می تواند در دمای جوش 189 درجه سانتیگراد در فشار معمولی تجزیه شود و احتمالاً منجر به انفجار شود. تجزیه توسط اسیدها و بازها کاتالیز می شود و بنابراین می تواند در دماهای پایین تر نیز مرتبط باشد. یک واکنش قوی نسبت به انفجار نیز در ترکیب با ترکیبات هالوژن، نیتریدهای فلزی، پرکلرات های فلزی، هیدرید سدیم، اسید پریودیک و عوامل فلوئور کننده رخ می دهد.