Dimethyl Sulfoxide (DMSO) là gì và ứng dụng của DMSO

Dimethyl sulfoxide (viết tắt là DMSO) là một hợp chất organosulfur với công thức (CH3)2SO. Chất lỏng không màu này là một dung môi aprotic phân cực quan trọng có thể hòa tan cả hợp chất phân cực (polar compounds) và không phân cực (non-polar compounds) và có thể trộn lẫn trong nhiều loại dung môi hữu cơ cũng như nước. Nó có nhiệt độ sôi tương đối cao. DMSO có đặc tính khác thường mà nhiều người nhận thấy có vị giống như tỏi trong miệng sau khi tiếp xúc với da.

Bảng tính chất của DMSO

Cas	67-68-5
Molecular Formula:	C2H6OS
Molecular weight	78.1
Density	1.1004 g⋅cm−3
Melting point:	19oC
Boiling point	189oC
Màu sắc	Không màu
Bảo quản	Nhiệt độ phòng

Cấu trúc của DMSO

Tổng hợp và sản xuất DMSO

Nó được tổng hợp lần đầu tiên vào năm 1866 bởi nhà khoa học người Nga Alexander Zaytsev, người đã báo cáo phát hiện của mình vào năm 1867. Dimethyl sulfoxide được sản xuất công nghiệp từ dimethyl sulfide, một sản phẩm phụ của quá trình Kraft, bằng cách oxy hóa với oxy hoặc nitơ dioxit.

Ứng dụng của DMSO

Dung môi

DMSO là một dung môi aprotic phân cực và ít độc hơn các thành viên khác của nhóm này, chẳng hạn như dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, và HMPA. DMSO thường được sử dụng làm dung môi cho các phản ứng hóa học liên quan đến muối, đáng chú ý nhất là phản ứng Finkelstein và các phản ứng thay thế nucleophin khác. Nó cũng được sử dụng rộng rãi như một chất chiết xuất trong hóa sinh và sinh học tế bào. Bởi vì DMSO chỉ có tính axit yếu, nó chịu đựng được các bazơ tương đối mạnh và như vậy đã được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu các carbanion. Một tập hợp các giá trị pKa không chứa nước (axit C-H, O-H, S-H và N-H) cho hàng nghìn hợp chất hữu cơ đã được xác định trong dung dịch DMSO.

Do có nhiệt độ sôi cao, 189 ° C (372 ° F), DMSO bay hơi chậm ở áp suất khí quyển bình thường. Các mẫu được hòa tan trong DMSO không thể được thu hồi dễ dàng so với các dung môi khác, vì rất khó loại bỏ tất cả các dấu vết của DMSO bằng cách bay hơi quay thông thường. Một kỹ thuật để phục hồi hoàn toàn các mẫu là loại bỏ dung môi hữu cơ bằng cách làm bay hơi, sau đó bổ sung nước (để hòa tan DMSO) và áp lạnh để loại bỏ cả DMSO và nước. Các phản ứng tiến hành trong DMSO thường được pha loãng với nước để tạo kết tủa hoặc các sản phẩm tách pha. Điểm đóng băng tương đối cao của DMSO, 18,5 ° C (65,3 ° F), có nghĩa là ở hoặc ngay dưới nhiệt độ phòng, nó là chất rắn, có thể hạn chế khả năng sử dụng của nó trong một số quy trình hóa học (ví dụ: kết tinh khi làm lạnh).

Ở dạng deuterated (DMSO-d6), nó là một dung môi hữu ích cho quang phổ NMR, một lần nữa do khả năng hòa tan nhiều loại chất phân tích, tính đơn giản của phổ riêng và tính phù hợp của nó cho các nghiên cứu quang phổ NMR ở nhiệt độ cao. Nhược điểm của việc sử dụng DMSO-d6 là độ nhớt cao, mở rộng tín hiệu và tính hút ẩm của nó, dẫn đến cộng hưởng H2O quá lớn trong phổ 1H-NMR. Nó thường được trộn với CDCl3 hoặc CD2Cl2 để có độ nhớt và điểm nóng chảy thấp hơn.

DMSO cũng được sử dụng để hòa tan các hợp chất thử nghiệm trong các chương trình sàng lọc thiết kế thuốc và phát hiện thuốc trong ống nghiệm (bao gồm cả các chương trình sàng lọc thông lượng cao). hợp chất (quan trọng khi làm việc với thư viện hóa học lớn), dễ trộn lẫn với nước và môi trường nuôi cấy tế bào, và có nhiệt độ sôi cao (điều này cải thiện độ chính xác của nồng độ hợp chất thử nghiệm bằng cách giảm sự bay hơi ở nhiệt độ phòng). Một hạn chế với DMSO là nó có thể ảnh hưởng đến sự phát triển và khả năng tồn tại của dòng tế bào (với nồng độ DMSO thấp đôi khi kích thích sự phát triển của tế bào và nồng độ DMSO cao đôi khi ức chế hoặc giết chết tế bào).

DMSO cũng được sử dụng như một phương tiện trong các nghiên cứu in vivo về các hợp chất thử nghiệm. Ví dụ, nó đã được sử dụng như một đồng dung môi để hỗ trợ sự hấp thụ của flavonol glycoside Icariin ở giun tròn Caenorhabditis elegans. Cũng như việc sử dụng nó trong các nghiên cứu in vitro, DMSO có một số hạn chế trong các mô hình động vật. Hiệu ứng Pleiotropic có thể xảy ra và, nếu các nhóm kiểm soát DMSO không được lập kế hoạch cẩn thận, thì hiệu ứng dung môi có thể được quy cho thuốc triển vọng một cách sai lầm. Ví dụ, ngay cả một liều rất thấp của DMSO cũng có tác dụng bảo vệ mạnh mẽ chống lại tổn thương gan do paracetamol (acetaminophen) gây ra ở chuột.

Ngoài những điều trên, DMSO đang tìm cách tăng cường sử dụng trong các quy trình sản xuất để sản xuất các thiết bị vi điện tử. Nó được sử dụng rộng rãi để loại bỏ chất cản quang trong màn hình TFT-LCD ‘bảng điều khiển phẳng’ và các ứng dụng đóng gói tiên tiến (chẳng hạn như bao bì cấp wafer / mô hình vết hàn). DMSO cũng là một chất tẩy sơn hiệu quả, an toàn hơn nhiều loại khác như nitromethane và dichloromethane.

Sinh học

DMSO được sử dụng trong phản ứng chuỗi polymerase (PCR) để ức chế các cấu trúc thứ cấp trong khuôn mẫu DNA hoặc các đoạn mồi DNA. Nó được thêm vào hỗn hợp PCR trước khi phản ứng, nơi nó can thiệp vào quá trình tự bổ sung của DNA, giảm thiểu các phản ứng gây nhiễu.

DMSO trong phản ứng PCR có thể áp dụng cho các plasmid siêu cuộn (để giãn ra trước khi khuếch đại) hoặc các khuôn mẫu DNA có hàm lượng GC cao (để giảm độ ổn định nhiệt). Ví dụ, nồng độ cuối cùng của DMSO 10% trong hỗn hợp PCR với Phusion làm giảm nhiệt độ ủ của mồi (tức là nhiệt độ nóng chảy của mồi) xuống 5,5–6,0 ° C (9,9–10,8 ° F).

Nó được biết đến nhiều như một chất bắt giữ chu kỳ tế bào có thể đảo ngược ở pha G1 của tế bào lympho người.

DMSO cũng có thể được sử dụng như một chất bảo vệ lạnh, được thêm vào môi trường tế bào để giảm sự hình thành băng và do đó ngăn chặn tế bào chết trong quá trình đông lạnh. Khoảng 10% có thể được sử dụng với phương pháp đông lạnh chậm và các tế bào có thể được đông lạnh ở −80 ° C (−112 ° F) hoặc được bảo quản trong nitơ lỏng một cách an toàn.

Trong nuôi cấy tế bào, DMSO được sử dụng để tạo ra sự biệt hóa của tế bào ung thư biểu mô phôi P19 thành tế bào cơ tim và tế bào cơ xương.

Dược phẩm

Việc sử dụng DMSO trong y học có từ khoảng năm 1963, khi một nhóm nghiên cứu của Trường Y Đại học Khoa học & Sức khỏe Oregon, đứng đầu là Stanley Jacob, phát hiện ra nó có thể xuyên qua da và các màng khác mà không làm hỏng chúng và có thể mang các hợp chất khác vào hệ thống sinh học. Trong y học, DMSO chủ yếu được sử dụng như một loại thuốc giảm đau tại chỗ, một phương tiện để bôi dược phẩm, như một chất chống viêm và một chất chống oxy hóa. Vì DMSO làm tăng tốc độ hấp thụ của một số hợp chất qua các mô sinh học, bao gồm cả da, nên nó được sử dụng trong một số hệ thống phân phối thuốc qua da. Tác dụng của nó có thể được tăng cường khi bổ sung EDTA. Nó thường được kết hợp với thuốc chống nấm, cho phép chúng xâm nhập không chỉ vào da mà còn cả móng chân và móng tay.

DMSO đã được kiểm tra để điều trị nhiều tình trạng và bệnh tật, nhưng Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) đã phê duyệt việc sử dụng nó chỉ để giảm triệu chứng cho bệnh nhân bị viêm bàng quang kẽ. Một nghiên cứu năm 1978 kết luận rằng DMSO đã làm giảm đáng kể phần lớn trong số 213 bệnh nhân bị rối loạn tiết niệu do viêm được nghiên cứu. Các tác giả khuyến cáo DMSO cho các tình trạng viêm đường tiết niệu sinh dục không phải do nhiễm trùng hoặc khối u, trong đó các triệu chứng nghiêm trọng hoặc bệnh nhân không đáp ứng với liệu pháp thông thường.

Một loại gel có chứa DMSO, dexpanthenol và heparin, được bán ở Đức và Đông Âu (thương mại hóa dưới thương hiệu Dolobene) để sử dụng tại chỗ trong trường hợp bong gân, viêm gân và viêm cục bộ.

Trong X quang can thiệp, DMSO được sử dụng làm dung môi cho rượu etylen vinyl trong chất gây tắc mạch Onyx lỏng, được sử dụng trong thuyên tắc mạch, điều trị tắc mạch máu.

Trong sinh học lạnh DMSO đã được sử dụng như một chất bảo vệ lạnh và vẫn là một thành phần quan trọng của hỗn hợp thủy tinh hóa chất bảo vệ lạnh được sử dụng để bảo quản các cơ quan, mô và huyền phù tế bào. Nếu không có nó, tới 90% các tế bào đông lạnh sẽ trở nên không hoạt động. Nó đặc biệt quan trọng trong việc đông lạnh và lưu trữ lâu dài tế bào gốc phôi và tế bào gốc tạo máu, chúng thường được đông lạnh trong hỗn hợp 10% DMSO, môi trường đông lạnh và 30% huyết thanh bò thai. Trong quá trình đông lạnh các dòng tế bào dị bội (MDCK, VERO, v.v.), người ta sử dụng hỗn hợp 10% DMSO với 90% EMEM (70% EMEM + 30% huyết thanh bò thai + hỗn hợp kháng sinh). Là một phần của quá trình cấy ghép tủy xương tự thân, DMSO được tái truyền cùng với các tế bào gốc tạo máu của chính bệnh nhân.

DMSO được chuyển hóa theo tỷ lệ không cân đối thành dimethyl sulfide và dimethyl sulfone. Nó phụ thuộc vào sự bài tiết của thận và phổi. Do đó, một tác dụng phụ có thể có của DMSO là tăng dimethyl sulfide trong máu, có thể gây ra triệu chứng hôi miệng do máu. [Cần dẫn nguồn]

Liều thuốc thay thế

DMSO được bán trên thị trường như một loại thuốc thay thế. Sự phổ biến của nó như một phương pháp chữa trị thay thế được cho là xuất phát từ một bộ phim tài liệu 60 Minutes có một người đề xuất ban đầu. Tuy nhiên, DMSO là một thành phần trong một số sản phẩm được FDA Hoa Kỳ liệt kê là thuốc chữa bệnh ung thư giả và FDA đã có một cuộc chiến gay gắt với các nhà phân phối. Một trong những nhà phân phối như vậy là Mildred Miller, người đã quảng cáo DMSO cho nhiều loại rối loạn và do đó bị kết tội gian lận Medicare.

Việc sử dụng DMSO như một phương pháp điều trị thay thế cho bệnh ung thư là mối quan tâm đặc biệt, vì nó đã được chứng minh là can thiệp vào nhiều loại thuốc hóa trị, bao gồm cisplatin, carboplatin và oxaliplatin. Không có đủ bằng chứng để hỗ trợ giả thuyết rằng DMSO có bất kỳ tác dụng nào và hầu hết các nguồn đều đồng ý rằng lịch sử tác dụng phụ của nó khi được thử nghiệm đảm bảo sự thận trọng khi sử dụng nó như một chất bổ sung chế độ ăn uống, mà nó được bán trên thị trường với tuyên bố từ chối trách nhiệm thông thường.

Sự an toàn

Độc tính

DMSO là dung môi không độc với liều gây chết trung bình cao hơn ethanol (DMSO: LD50, uống, chuột, 14.500 mg / kg; ethanol: LD50, uống, chuột, 7.060 mg / kg).

Các thử nghiệm lâm sàng ban đầu với DMSO đã bị dừng lại vì các câu hỏi về tính an toàn của nó, đặc biệt là khả năng gây hại cho mắt. Các tác dụng phụ được báo cáo phổ biến nhất bao gồm đau đầu, nóng rát và ngứa khi tiếp xúc với da. Phản ứng dị ứng mạnh đã được báo cáo. DMSO có thể làm cho các chất gây ô nhiễm, chất độc và thuốc được hấp thụ qua da, có thể gây ra những tác dụng không mong muốn. DMSO được cho là làm tăng tác dụng của thuốc làm loãng máu, steroid, thuốc tim, thuốc an thần và các loại thuốc khác. Trong một số trường hợp, điều này có thể gây hại hoặc nguy hiểm

Tại Úc, nó được liệt kê là Thuốc thuộc Bảng 4 (S4) và một công ty đã bị truy tố vì đã thêm nó vào các sản phẩm như một chất bảo quản.

Vì DMSO dễ dàng thẩm thấu qua da, các chất hòa tan trong DMSO có thể nhanh chóng được hấp thụ. Lựa chọn găng tay rất quan trọng khi làm việc với DMSO. Nên dùng găng tay cao su butyl, fluoroelastomer, neoprene hoặc dày (15 mil / 0,4 mm). Găng tay nitrile, được sử dụng rất phổ biến trong các phòng thí nghiệm hóa học, có thể bảo vệ khỏi những tiếp xúc ngắn nhưng đã bị phát hiện là giảm chất lượng nhanh chóng khi tiếp xúc với DMSO.

Vào ngày 9 tháng 9 năm 1965, The Wall Street Journal đưa tin rằng một nhà sản xuất hóa chất đã cảnh báo rằng cái chết của một phụ nữ Ireland sau khi điều trị bằng phương pháp DMSO vì bị bong gân cổ tay có thể là do quá trình điều trị, mặc dù không có khám nghiệm tử thi nào được thực hiện, cũng không phải là một mối quan hệ nhân quả được thiết lập. Nghiên cứu lâm sàng sử dụng DMSO đã bị tạm dừng và không bắt đầu lại cho đến khi Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (NAS) công bố những phát hiện ủng hộ DMSO vào năm 1972. Năm 1978, FDA Hoa Kỳ đã phê duyệt DMSO để điều trị viêm bàng quang kẽ. Năm 1980, Quốc hội Hoa Kỳ đã tổ chức các phiên điều trần về các tuyên bố rằng FDA đã chậm phê duyệt DMSO cho các mục đích sử dụng y tế khác. Năm 2007, FDA Hoa Kỳ đã cấp chỉ định “theo dõi nhanh” cho các nghiên cứu lâm sàng về việc sử dụng DMSO trong việc giảm sưng mô não sau chấn thương sọ não. DMSO tiếp xúc với não chuột đang phát triển có thể tạo ra thoái hóa não. Độc tính thần kinh này có thể được phát hiện ở liều thấp tới 0,3 mL / kg, mức vượt quá mức ở trẻ em tiếp xúc với DMSO trong quá trình ghép tủy xương.

DMSO thải vào cống rãnh cũng có thể gây ra các vấn đề về mùi trong nước thải thành phố: vi khuẩn trong nước thải biến đổi DMSO trong điều kiện thiếu oxy (thiếu khí) thành dimethyl sulfide (DMS) có mùi khó chịu, tương tự như mùi bắp cải thối. Tuy nhiên, DMSO tinh khiết về mặt hóa học là không mùi vì thiếu liên kết C-S-C (sulfide) và C-S-H (mercaptan). Khử mùi của DMSO đạt được bằng cách loại bỏ các tạp chất có mùi mà nó chứa.