Dimethylsulfoxide (DMSO)

Dimethylsulfoxide (DMSO) is een organische zwavelverbinding met de formule (CH3)2SO. Deze kleurloze vloeistof is een belangrijk polair aprotisch oplosmiddel dat zowel polaire als niet-polaire verbindingen oplost en mengbaar is in een breed scala aan organische oplosmiddelen en in water. Het heeft een relatief hoog kookpunt. DMSO heeft de ongebruikelijke eigenschap dat veel mensen na contact met de huid een knoflookachtige smaak in de mond waarnemen.

In termen van chemische structuur heeft het molecuul de geïdealiseerde Cs-symmetrie. Het heeft een trigonale piramidale moleculaire geometrie die consistent is met andere drie-coördinaat S (IV) -verbindingen, met een niet-gebonden elektronenpaar op het ongeveer tetraëdrische zwavelatoom.

Toepassingen

DMSO is een polair aprotisch oplosmiddel en is minder giftig dan andere leden van deze klasse, zoals dimethylformamide, dimethylaceetamide, N-methyl-2-pyrrolidon en HMPA. DMSO wordt vaak gebruikt als oplosmiddel voor chemische reacties met zouten, met name Finkelstein-reacties en andere nucleofiele substituties. Het wordt ook veel gebruikt als extractiemiddel in de biochemie en celbiologie. Omdat DMSO slechts zwak zuur is, verdraagt ​​het relatief sterke basen en wordt het daarom veel gebruikt bij de studie van carbanionen. Een set van niet-waterige pKa-waarden (zuurgraad C-H, O-H, S-H en N-H) voor duizenden organische verbindingen is bepaald in DMSO-oplossing.

Vanwege het hoge kookpunt, 189°C (372°F), verdampt DMSO langzaam bij normale atmosferische druk. Monsters opgelost in DMSO kunnen niet zo gemakkelijk worden teruggewonnen in vergelijking met andere oplosmiddelen, omdat het erg moeilijk is om alle sporen van DMSO te verwijderen door conventionele roterende verdamping. Een techniek om monsters volledig terug te winnen is verwijdering van het organische oplosmiddel door verdamping gevolgd door toevoeging van water (om DMSO op te lossen) en cryodesectie om zowel DMSO als water te verwijderen. Reacties uitgevoerd in DMSO worden vaak verdund met water om producten neer te slaan of fasescheiden te maken. Het relatief hoge vriespunt van DMSO, 18,5 ° C (65,3 ° F), betekent dat het bij of net onder kamertemperatuur een vaste stof is, wat de bruikbaarheid bij sommige chemische processen (bijv. Kristallisatie met koeling) kan beperken.

In zijn gedeutereerde vorm (DMSO-d6) is het een nuttig oplosmiddel voor NMR-spectroscopie, opnieuw vanwege zijn vermogen om een ​​breed scala aan analyten op te lossen, de eenvoud van zijn eigen spectrum en zijn geschiktheid voor NMR-spectroscopische studies bij hoge temperatuur. Nadelen bij het gebruik van DMSO-d6 zijn de hoge viscositeit, die de signalen verbreedt, en de hygroscopiciteit ervan, wat leidt tot een overweldigende H2O-resonantie in het 1H-NMR-spectrum. Het wordt vaak gemengd met CDCl3 of CD2Cl2 voor een lagere viscositeit en smeltpunten.

DMSO wordt steeds vaker gebruikt in productieprocessen om micro-elektronische apparaten te produceren. Het wordt veel gebruikt voor het strippen van fotoresist in TFT-LCD 'flatpanel'-displays en geavanceerde verpakkingstoepassingen (zoals verpakking op wafer-niveau / patroonvorming op soldeerhobbels). Het wordt ook gebruikt bij bioconservering, met name stamcelbankieren. DMSO is een effectieve verfafbijtmiddel en is veiliger dan veel van de andere, zoals nitromethaan en dichloormethaan.

Vanwege het vermogen om vele soorten verbindingen op te lossen, speelt DMSO een rol bij monsterbeheer en screening met hoge doorvoer bij het ontwerpen van geneesmiddelen.

-Biologie

DMSO wordt gebruikt bij polymerasekettingreactie (PCR) om secundaire structuren in de DNA-matrijs of de DNA-primers te remmen. Het wordt aan de PCR-mix toegevoegd voordat het reageert, waar het de zelf-complementariteit van het DNA verstoort, waardoor storende reacties worden geminimaliseerd.

DMSO in een PCR-reactie is toepasbaar voor supercoiled plasmiden (om te ontspannen voor amplificatie) of DNA-sjablonen met een hoog GC-gehalte (om de thermostabiliteit te verminderen). Een eindconcentratie van 10% DMSO in het PCR-mengsel met Phusion verlaagt bijvoorbeeld de primer-gloeitemperatuur (d.w.z. de smelttemperatuur van de primer) met 5,5-6,0 ° C (9,9-10,8 ° F).

Het staat bekend als een omkeerbare celcyclusremmer in fase G1 van menselijke lymfoïde cellen.

DMSO kan ook worden gebruikt als een cryoprotectant, toegevoegd aan celmedia om ijsvorming te verminderen en daardoor celdood tijdens het vriesproces te voorkomen. Ongeveer 10% kan worden gebruikt met een slow-freeze-methode en de cellen kunnen worden ingevroren bij -80 ° C (-112 ° F) of veilig worden opgeslagen in vloeibare stikstof.

DMSO is gebruikt als co-oplosmiddel om de opname van flavonolglycoside Icariin in de C. elegans nematodenworm te bevorderen

In celkweek wordt DMSO gebruikt om differentiatie van P19-embryonale carcinoomcellen te induceren in cardiomyocyten en skeletspiercellen.

-Geneesmiddel

Het gebruik van DMSO in de geneeskunde dateert van rond 1963, toen een team van de Oregon Health & Science University Medical School, onder leiding van Stanley Jacob, ontdekte dat het de huid en andere membranen kon binnendringen zonder ze te beschadigen en andere verbindingen in een biologisch systeem kon brengen. In de geneeskunde wordt DMSO voornamelijk gebruikt als een actueel analgeticum, een middel voor lokale toediening van geneesmiddelen, als ontstekingsremmer en als antioxidant. Omdat DMSO de absorptiesnelheid van sommige verbindingen door biologische weefsels, inclusief de huid, verhoogt, wordt het gebruikt in sommige transdermale toedieningssystemen voor geneesmiddelen. Het effect kan worden versterkt door toevoeging van EDTA. Het wordt vaak samengesteld met antischimmelmedicijnen, waardoor ze niet alleen de huid, maar ook teennagels en vingernagels kunnen binnendringen.

DMSO is onderzocht voor de behandeling van tal van aandoeningen, maar de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA) heeft het gebruik ervan alleen goedgekeurd voor de symptomatische verlichting van patiënten met interstitiële cystitis. Een onderzoek uit 1978 concludeerde dat DMSO de meeste van de 213 onderzochte patiënten met inflammatoire urogenitale aandoeningen aanzienlijk verlichtte. De auteurs bevelen DMSO aan voor urogenitale inflammatoire aandoeningen die niet worden veroorzaakt door infectie of tumor waarbij de symptomen ernstig waren of patiënten niet reageerden op conventionele therapie.

Een gel die DMSO, dexpanthenol en heparine bevat, wordt verkocht in Duitsland en Oost-Europa (gecommercialiseerd onder het merk Dolobene voor uitwendig gebruik bij verstuikingen, tendinitis en lokale ontstekingen.

In de interventionele radiologie wordt DMSO gebruikt als oplosmiddel voor ethyleenvinylalcohol in het vloeibare Onyx-emboliemiddel, dat wordt gebruikt bij embolisatie, de therapeutische occlusie van bloedvaten.

In medisch onderzoek wordt DMSO vaak gebruikt als medicijnvehikel in in vivo en in vitro experimenten. Wanneer een onderzoeker echter niet op de hoogte is van de pleiotrope effecten of wanneer de controlegroepen niet zorgvuldig zijn gepland, kan er een vertekening optreden; een effect van DMSO kan ten onrechte worden toegeschreven aan het medicijn. Zelfs een zeer lage dosis DMSO heeft bijvoorbeeld een krachtig beschermend effect tegen door paracetamol (paracetamol) veroorzaakt leverletsel bij muizen.

In de cryobiologie is DMSO gebruikt als cryoprotectant en is nog steeds een belangrijk bestanddeel van cryoprotectieve vitrificatiemengsels die worden gebruikt om organen, weefsels en celsuspensies te conserveren. Zonder dit wordt tot 90% van de bevroren cellen inactief. Het is vooral belangrijk bij het invriezen en langdurig bewaren van embryonale stamcellen en hematopoëtische stamcellen, die vaak worden ingevroren in een mengsel van 10% DMSO, een vriesmedium en 30% foetaal runderserum. Bij het cryogeen invriezen van heteroploïde cellijnen (MDCK, VERO, etc.) wordt een mengsel van 10% DMSO met 90% EMEM (70% EMEM + 30% foetaal runderserum + antibioticamengsel) gebruikt. Als onderdeel van een autologe beenmergtransplantatie wordt de DMSO samen met de hematopoëtische stamcellen van de patiënt opnieuw geïnfundeerd.

DMSO wordt gemetaboliseerd door disproportionering naar dimethylsulfide en dimethylsulfon. Het is onderhevig aan renale en pulmonale uitscheiding. Een mogelijke bijwerking van DMSO is daarom een ​​verhoogde dimethylsulfide in het bloed, die een door bloed overgedragen halitose-symptoom kan veroorzaken.

-Diergeneeskunde

DMSO wordt veel gebruikt in de diergeneeskunde als smeersel voor paarden, alleen of in combinatie met andere ingrediënten. In het laatste geval is de beoogde functie van de DMSO vaak als oplosmiddel om de andere ingrediënten over de huid te dragen. Ook bij paarden wordt DMSO intraveneus gebruikt, opnieuw alleen of in combinatie met andere medicijnen. Het wordt alleen gebruikt voor de behandeling van verhoogde intracraniële druk en / of hersenoedeem bij paarden.

-Smaak

De waargenomen knoflooksmaak bij huidcontact met DMSO kan te wijten zijn aan de niet-geuractivering van TRPA1-receptoren in trigeminale ganglia. In tegenstelling tot dimethyl en diallyldisulfide (ook met geuren die op knoflook lijken), de mono- en tri-sulfiden (meestal met vieze geuren) en andere vergelijkbare structuren, is de puur chemische DMSO geurloos.

Toxiciteit

DMSO is een niet-giftig oplosmiddel met een mediane dodelijke dosis hoger dan ethanol (DMSO: LD50, oraal, rat, 14.500 mg / kg; ethanol: LD50, oraal, rat, 7.060 mg / kg ).

Omdat DMSO gemakkelijk in de huid dringt, kunnen stoffen die in DMSO zijn opgelost, snel worden opgenomen. Handschoenkeuze is belangrijk bij het werken met DMSO. Handschoenen van butylrubber, fluorelastomeer, neopreen of dikke (15 mil / 0,4 mm) latex worden aanbevolen. Nitrilhandschoenen, die zeer vaak worden gebruikt in chemische laboratoria, kunnen beschermen tegen kort contact, maar blijken snel af te breken bij blootstelling aan DMSO.