Dimetilsulfóxido

Dimetilsulfóxido (DMSO) es un compuesto organosulfurado con la fórmula (CH3)₂SO . Este líquido incoloro es el sulfóxido más utilizado comercialmente. Es un importante disolvente aprótico polar que disuelve compuestos polares y no polares y es miscible en una amplia gama de disolventes orgánicos y en agua. Tiene un punto de ebullición relativamente alto. El DMSO tiene la propiedad inusual de que muchas personas perciben un sabor parecido al ajo en la boca después de que el DMSO entra en contacto con la piel.

En términos de estructura química, la molécula tiene simetría Cs idealizada. Tiene una geometría molecular piramidal trigonal consistente con otros compuestos S (IV) de tres coordenadas, con un par de electrones no enlazados en el átomo de azufre aproximadamente tetraédrico.

Síntesis y producción

El dimetilsulfóxido fue sintetizado por primera vez en 1866 por el científico ruso Alexander Zaytsev, quien informó sobre sus hallazgos en 1867. El dimetilsulfóxido se produce industrialmente a partir de sulfuro de dimetilo, un subproducto del proceso Kraft, mediante oxidación con oxígeno o dióxido de nitrógeno.

2 C₂H₆S + O₂ → 2 C₂H₆SO

4 C₂H₆S + 2NO₂ → 4 C₂H₆SO + N₂

Reacciones

Reacciones con electrófilos

El centro de azufre en DMSO es nucleofílico hacia los electrófilos blandos y el oxígeno es nucleofílico hacia los electrófilos duros. Con yoduro de metilo se forma yoduro de trimetilsulfoxonio, [(CH₃)₃SO]I:

(CH)₃)₂SO + CH₃I →₃)₃SO]I

Esta sal se puede deprotonar con hidrato de sodio para formar el ylido de azufre:

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

Acidez

Los grupos metilo del DMSO son sólo débilmente ácidos, con un pK_a = 35. Por este motivo se han estudiado en este disolvente las basicidades de muchos compuestos orgánicos débilmente básicos.

La desprotonación de DMSO requiere bases fuertes como la diisopropilamida de litio y el hidruro de sodio. La estabilización del carbanión resultante la proporciona el grupo S(O)R. El derivado sódico del DMSO así formado se denomina dimsil sodio. Es una base, por ejemplo, para la desprotonación de cetonas para formar enolatos de sodio, sales de fosfonio para formar reactivos de Wittig y sales de formamidinio para formar diaminocarbenos. También es un potente nucleófilo.

Oxidante

En síntesis orgánica, el DMSO se utiliza como oxidante suave. Forma la base de varias reacciones de oxidación selectivas basadas en sulfonio, incluida la oxidación de Pfitzner-Moffatt, la oxidación de Corey-Kim y la oxidación de Swern. La oxidación de Kornblum es conceptualmente similar. Todos estos implican la formación de una especie de sulfonio intermedia (R₂S⁺X donde X es un heteroátomo).

Ligando y base de Lewis

Relacionado con su capacidad para disolver muchas sales, el DMSO es un ligando común en la química de coordinación. Es ilustrativo el complejo diclorotetrakis(dimetilsulfóxido)rutenio(II) (RuCl₂(dmso)₄). En este complejo, tres ligandos DMSO están unidos al rutenio mediante azufre. El cuarto DMSO está unido a través de oxígeno. En general, el modo unido a oxígeno es más común.

En soluciones de tetracloruro de carbono, el DMSO funciona como una base de Lewis con una variedad de ácidos de Lewis como I2, fenoles, cloruro de trimetilestaño, metaloporfirinas y el dímero Rh2Cl2(CO)4. Las propiedades del donante se analizan en el modelo ECW. La fuerza relativa del donante de DMSO hacia una serie de ácidos, frente a otras bases de Lewis, se puede ilustrar mediante gráficos C-B.

Aplicaciones

Disolvente

El DMSO es un disolvente aprótico polar y es menos tóxico que otros miembros de esta clase, como la dimetilformamida, la dimetilacetamida, la N-metil-2-pirrolidona y la hexametilfosforamida (HMPA). El DMSO se utiliza con frecuencia como disolvente para reacciones químicas que implican sales, en particular reacciones de Finkelstein y otras sustituciones nucleofílicas. También se utiliza ampliamente como extractante en bioquímica y biología celular. Debido a que el DMSO es débilmente ácido, tolera bases relativamente fuertes y como tal se ha utilizado ampliamente en el estudio de carbaniones. Se ha determinado un conjunto de valores de pKa no acuosos (acideces C-H, O-H, S-H y N-H) para miles de compuestos orgánicos en solución de DMSO.

Debido a su alto punto de ebullición, 189 °C (372 °F), el DMSO se evapora lentamente a presión atmosférica normal. Las muestras disueltas en DMSO no se pueden recuperar tan fácilmente en comparación con otros disolventes, ya que es muy difícil eliminar todos los rastros de DMSO mediante evaporación rotatoria convencional. Una técnica para recuperar completamente las muestras es la eliminación del disolvente orgánico mediante evaporación seguida de la adición de agua (para disolver el DMSO) y criodesecación para eliminar tanto el DMSO como el agua. Las reacciones realizadas en DMSO a menudo se diluyen con agua para precipitar o separar las fases de los productos. El punto de congelación relativamente alto del DMSO, 18,5 °C (65,3 °F), significa que a temperatura ambiente o justo por debajo de ella es un sólido, lo que puede limitar su utilidad en algunos procesos químicos (por ejemplo, cristalización con enfriamiento).

En su forma deuterada (DMSO-d6), es un disolvente útil para la espectroscopia de RMN, nuevamente debido a su capacidad para disolver una amplia gama de analitos, la simplicidad de su propio espectro y su idoneidad para RMN de alta temperatura. estudios espectroscópicos. Las desventajas del uso de DMSO-d₆ son su alta viscosidad, que amplía las señales, y su higroscopicidad, que conduce a una abrumadora H₂ Resonancia O en el espectro ¹H-NMR. A menudo se mezcla con CDCl3 o CD2Cl2 para reducir la viscosidad y los puntos de fusión.

DMSO se utiliza como solvente en in vitro y in vivo pruebas de drogas.

El DMSO también se utiliza para disolver compuestos de prueba en programas de detección de diseño y descubrimiento de fármacos in vitro, incluidos programas de detección de alto rendimiento. Esto se debe a que es capaz de disolver compuestos tanto polares como no polares, se puede utilizar para mantener soluciones madre de compuestos de prueba (importante cuando se trabaja con una gran biblioteca química), es fácilmente miscible con agua y medios de cultivo celular y tiene un alto punto de ebullición. punto (esto mejora la precisión de las concentraciones del compuesto de prueba al reducir la evaporación a temperatura ambiente). Una limitación del DMSO es que puede afectar el crecimiento y la viabilidad de la línea celular: las concentraciones bajas de DMSO a veces estimulan el crecimiento celular y las concentraciones altas de DMSO a veces inhiben o matan las células.

El DMSO también se utiliza como vehículo en estudios in vivo de compuestos de prueba. Por ejemplo, se ha empleado como codisolvente para ayudar a la absorción del glucósido de flavonol icariina en el gusano nematodo Caenorhabditis elegans. Al igual que su uso en estudios in vitro, el DMSO tiene algunas limitaciones en modelos animales. Pueden ocurrir efectos pleiotrópicos y, si los grupos de control de DMSO no se planifican cuidadosamente, entonces los efectos del solvente pueden atribuirse falsamente al posible fármaco. Por ejemplo, incluso una dosis muy baja de DMSO tiene un potente efecto protector contra la lesión hepática inducida por el paracetamol (acetaminofén) en ratones.

Además de lo anterior, el DMSO está encontrando un uso cada vez mayor en los procesos de fabricación para producir dispositivos microelectrónicos. Se utiliza ampliamente para quitar fotoprotectores en pantallas TFT-LCD de 'pantalla plana' pantallas y aplicaciones de embalaje avanzadas (como embalaje a nivel de oblea/patrones de protuberancias de soldadura). El DMSO también es un decapante de pintura eficaz y es más seguro que muchos otros, como el nitrometano y el diclorometano.

Biología

El DMSO se utiliza en la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) para inhibir las estructuras secundarias en la plantilla de ADN o los cebadores de ADN. Se agrega a la mezcla de PCR antes de reaccionar, donde interfiere con la autocomplementariedad del ADN, minimizando las reacciones de interferencia.

El DMSO en una PCR es aplicable para plásmidos superenrollados (para relajarse antes de la amplificación) o plantillas de ADN con alto contenido de GC (para disminuir la termoestabilidad). Por ejemplo, una concentración final del 10 % de DMSO en la mezcla de PCR con Phusion disminuye la temperatura de hibridación del cebador (es decir, la temperatura de fusión del cebador) entre 5,5 y 6,0 °C (9,9 y 10,8 °F).

Es bien conocido como un inhibidor reversible del ciclo celular en la fase G1 de las células linfoides humanas.

El DMSO también se puede usar como crioprotector, agregado a los medios celulares para reducir la formación de hielo y así prevenir la muerte celular durante el proceso de congelación. Aproximadamente el 10 % se puede utilizar con un método de congelación lenta y las células se pueden congelar a -80 °C (-112 °F) o almacenarse en nitrógeno líquido de forma segura.

En cultivo celular, DMSO se utiliza para inducir la diferenciación de células de carcinoma embrionario P19 en cardiomiocitos y células de músculo esquelético.

Medicina

El uso de DMSO en medicina data aproximadamente de 1963, cuando un Oregon Health & El equipo de la Facultad de Medicina de la Universidad de Ciencias, dirigido por Stanley Jacob, descubrió que podía penetrar la piel y otras membranas sin dañarlas y que podía transportar otros compuestos a un sistema biológico. En medicina, el DMSO se utiliza predominantemente como analgésico tópico, vehículo para la aplicación tópica de productos farmacéuticos, como antiinflamatorio y antioxidante. Debido a que el DMSO aumenta la tasa de absorción de algunos compuestos a través de los tejidos biológicos, incluida la piel, se utiliza en algunos sistemas de administración transdérmica de fármacos. Su efecto puede potenciarse con la adición de EDTA. Con frecuencia se combina con medicamentos antimicóticos, lo que les permite penetrar no sólo en la piel sino también en las uñas de los pies y las manos.

El DMSO ha sido examinado para el tratamiento de numerosas afecciones y dolencias, pero la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. (FDA) ha aprobado su uso sólo para el alivio sintomático de pacientes con cistitis intersticial. Un estudio de 1978 concluyó que el DMSO brindó un alivio significativo a la mayoría de los 213 pacientes con trastornos genitourinarios inflamatorios que fueron estudiados. Los autores recomendaron DMSO para afecciones inflamatorias genitourinarias no causadas por infección o tumor en las que los síntomas eran graves o los pacientes no respondían a la terapia convencional.

En radiología intervencionista, el DMSO se utiliza como disolvente del alcohol etilenvinílico en el agente embólico líquido Onyx, que se utiliza en la embolización, la oclusión terapéutica de los vasos sanguíneos.

En criobiología, el DMSO se ha utilizado como crioprotector y sigue siendo un componente importante de las mezclas de vitrificación crioprotectoras utilizadas para preservar órganos, tejidos y suspensiones celulares. Sin él, hasta el 90% de las células congeladas quedarán inactivas. Es particularmente importante en la congelación y el almacenamiento a largo plazo de células madre embrionarias y células madre hematopoyéticas, que a menudo se congelan en una mezcla de DMSO al 10 %, un medio de congelación y un 30 % de suero bovino fetal. En la congelación criogénica de líneas celulares heteroploides (MDCK, VERO, etc.) se utiliza una mezcla de 10% DMSO con 90% EMEM (70% EMEM + 30% suero bovino fetal + mezcla de antibióticos). Como parte de un autotrasplante de médula ósea, el DMSO se reinfunde junto con las propias células madre hematopoyéticas del paciente.

El DMSO se metaboliza por desproporción a sulfuro de dimetilo y dimetilsulfona. Está sujeto a excreción renal y pulmonar. Por lo tanto, un posible efecto secundario del DMSO es el nivel elevado de sulfuro de dimetilo en sangre, que puede provocar un síntoma de halitosis transmitida por la sangre.

Medicina alternativa

El DMSO se comercializa como una medicina alternativa. Se dice que su popularidad como cura alternativa se debe a un documental 60 Minutes de 1980 que presenta a uno de sus primeros defensores. Sin embargo, el DMSO es un ingrediente de algunos productos enumerados por la FDA de EE. UU. como curas falsas para el cáncer y la FDA ha tenido una batalla constante con los distribuidores. Una de esas distribuidoras es Mildred Miller, quien promovió el DMSO para una variedad de trastornos y, en consecuencia, fue condenada por fraude a Medicare.

El uso de DMSO como tratamiento alternativo para el cáncer es motivo de especial preocupación, ya que se ha demostrado que interfiere con una variedad de medicamentos de quimioterapia, incluidos el cisplatino, el carboplatino y el oxaliplatino. No hay evidencia suficiente para respaldar la hipótesis de que el DMSO tenga algún efecto, y la mayoría de las fuentes coinciden en que su historial de efectos secundarios cuando se prueba justifica la precaución al usarlo como suplemento dietético, por lo que se comercializa intensamente con el descargo de responsabilidad habitual.

Medicina veterinaria

El DMSO se utiliza comúnmente en medicina veterinaria como linimento para caballos, solo o en combinación con otros ingredientes. En el último caso, a menudo, la función prevista del DMSO es como disolvente, para transportar los demás ingredientes a través de la piel. También en caballos, el DMSO se utiliza por vía intravenosa, solo o en combinación con otros fármacos. Se utiliza solo para el tratamiento del aumento de la presión intracraneal y/o del edema cerebral en caballos.

Sabor

El sabor a ajo percibido al entrar en contacto la piel con DMSO puede deberse a la activación no olfativa de los receptores TRPA1 en los ganglios del trigémino. A diferencia de los disulfuros de dimetilo y dialilo (que tienen olores parecidos al ajo), los mono y trisulfuros (que normalmente tienen olores desagradables) y compuestos de azufre olorosos similares, el DMSO químico puro es inodoro.

Seguridad

Toxicidad

El DMSO es un disolvente no tóxico con una dosis letal media superior a la del etanol (DMSO: LD₅₀, oral, rata, 14 500 mg/kg; etanol: LD₅₀ >, oral, rata, 7.060 mg/kg).

Los primeros ensayos clínicos con DMSO se suspendieron debido a dudas sobre su seguridad, especialmente su capacidad de dañar los ojos. Los efectos secundarios más comúnmente reportados incluyen dolores de cabeza, ardor y picazón al contacto con la piel. Se han informado reacciones alérgicas fuertes. El DMSO puede hacer que los contaminantes, toxinas y medicamentos se absorban a través de la piel, lo que puede provocar efectos inesperados. Se cree que el DMSO aumenta los efectos de los anticoagulantes, los esteroides, los medicamentos para el corazón, los sedantes y otras drogas. En algunos casos esto podría resultar perjudicial o peligroso.

En Australia, figuraba como medicamento de la Lista 4 (S4) y una empresa ha sido procesada por añadirlo a sus productos como conservante. Sin embargo, desde 2018 pertenece ahora a la Lista 6 (S6) en determinadas circunstancias, incluidos los preparados cosméticos.

Debido a que el DMSO penetra fácilmente en la piel, las sustancias disueltas en DMSO pueden absorberse rápidamente. La selección de guantes es importante cuando se trabaja con DMSO. Se recomiendan guantes de caucho butílico, fluoroelastómero, neopreno o látex grueso (15 mil/0,4 mm). Los guantes de nitrilo, que se utilizan con mucha frecuencia en laboratorios químicos, pueden proteger contra un contacto breve, pero se ha descubierto que se degradan rápidamente con la exposición al DMSO.

El 9 de septiembre de 1965, The Wall Street Journal informó que un fabricante del producto químico advirtió que la muerte de una mujer irlandesa después de someterse a un tratamiento con DMSO por un esguince de muñeca podría haberse debido al tratamiento., aunque no se realizó ninguna autopsia ni se estableció una relación causal. La investigación clínica con DMSO se detuvo y no comenzó de nuevo hasta que la Academia Nacional de Ciencias (NAS) publicó hallazgos a favor del DMSO en 1972. En 1978, la FDA de EE. UU. aprobó el DMSO para el tratamiento de la cistitis intersticial. En 1980, el Congreso de los Estados Unidos celebró audiencias sobre las afirmaciones de que la FDA tardaba en aprobar el DMSO para otros usos médicos. En 2007, la FDA de EE. UU. concedió la "vía rápida" designación en estudios clínicos sobre el uso de DMSO para reducir la inflamación del tejido cerebral después de una lesión cerebral traumática. La exposición al DMSO de cerebros de ratones en desarrollo puede producir degeneración cerebral. Esta neurotoxicidad podría detectarse en dosis tan bajas como 0,3 mL/kg, un nivel excedido en niños expuestos al DMSO durante el trasplante de médula ósea.

DMSO está relacionado con la muerte de Gloria Ramírez, también conocida como "la Dama Tóxica". El 19 de febrero de 1994, Ramírez acudió a urgencias con palpitaciones cardíacas severas y, mientras la trataban, varios miembros del personal enfermaron, algunos gravemente. Algunos miembros del personal requirieron estadías prolongadas en el hospital y la propia Ramírez murió en el hospital. Se sabe que Ramírez usó una crema DMSO para controlar el dolor del cáncer, que se acumuló en su sangre debido a la insuficiencia renal. Un laboratorio que investigaba la muerte y las enfermedades postuló que los altos niveles de DMSO en la sangre de Ramírez se descomponían cuando se exponía al aire y se convertía en sulfato de dimetilo, un gas altamente tóxico, que causaba enfermedades al personal y posiblemente su propia muerte.

El DMSO desechado en las alcantarillas también puede causar problemas de olor en los efluentes municipales: las bacterias de las aguas residuales transforman el DMSO en condiciones hipóxicas (anóxicas) en sulfuro de dimetilo (DMS), que tiene un fuerte olor desagradable, similar al de la col podrida. Sin embargo, el DMSO químicamente puro es inodoro debido a la falta de enlaces C-S-C (sulfuro) y C-S-H (mercaptano). La desodorización del DMSO se logra eliminando las impurezas olorosas que contiene.

Peligro de explosión

El dimetilsulfóxido puede producir una reacción explosiva cuando se expone a cloruros de acilo; a baja temperatura, esta reacción produce el oxidante para la oxidación de Swern.

El DMSO puede descomponerse a una temperatura de ebullición de 189 °C a presión normal, lo que podría provocar una explosión. La descomposición es catalizada por ácidos y bases y, por tanto, puede ser relevante a temperaturas incluso más bajas. También se produce una reacción de fuerte a explosiva en combinación con compuestos halógenos, nitruros metálicos, percloratos metálicos, hidruro de sodio, ácido peryódico y agentes fluorantes.