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二甲基亚砜的应用

发布日期:2019/6/12 10:47:55

背景及概述[1][2]

二甲基亚砜(Dimethylsulfoxide,DMSO)是一种含硫化合物的透明液体,它被广泛应用于医药、石油、化工、冶金、电子、涂料和高分子材料等领域,近年来在电子工业和碳纤维领域应用增多,因此应用和发展的前景十分广阔。由于它对化学反应具有特殊溶媒效应及对许多物质的溶解特性,故一直被称为“万能溶剂”。在20℃相对湿度65%时能吸收超过自身重量70%的水分,于140℃温度以下化学性能稳定。

二甲基亚砜能将溶解的药物通过皮肤涂抹渗入体内,且对身体无害,可代替口服或注射,故又得名“万能药”。由于二甲基亚砜在Ames法等实验中未发现致突变性,因此被作为一种无遗传毒性的有机溶剂而广泛加以使用。但是近年来研究表明,二甲基亚砜存在严重的毒性作用,与蛋白质疏水集团发生作用,导致蛋白质变性,具有血管毒性和肝肾毒性等。

理化性质及结构[1]

二甲基亚砜在常温下无色无臭、高沸点、高吸湿性,微苦味,能溶解烷烃以外的各种极性有机气体、液体或聚合物,属于非质子极性溶剂。二甲基亚砜是一种即溶于水又溶于有机溶剂的极为重要的非质子极性溶剂,在细胞生物学研究中是一种良好的渗透增强剂。还有报道称二甲基亚砜能够导致胞外钠钾钙浓度的升高,以及二甲基亚砜在诸如离子转运载体和离子泵等方面有很多作用。

2二甲基亚砜的生物转化二甲基亚砜的代谢产物二甲基砜(Dimethylsulfone,二甲基亚砜2)及二甲基硫醚(Dimethylsulfide,DMS)存在于尿液和粪便中。DMS具有大蒜味或者牡蛎味,主要经肾脏排泄,由尿中排出,无肾脏蓄积。二甲基亚砜的代谢产物二甲基亚砜少量存在于人类的尿液中;DMS亦自然存在于植物,大气,湖泊和海洋中。这两种代谢产物(二甲基亚砜,DMS)都容易从人体排出。


二甲基亚砜

应用[3]

1.甲硫醇与二甲基亚砜合成生产二甲基二硫

甲硫醇在与二甲基亚砜、催化剂条件下并在相应温度、压力状态反应生成二甲基二硫。其化学反应机理如下:2CH3SH+(CH3)2SO=(CH3)2S+(CH3)2S2+H2O将甲硫醇、二甲基亚砜以2 :0.95的摩尔比通入反应器,在氧化铝催化剂存在下进行合成反应,反应温度250℃,反应压力0.3MPa,反应产物为二甲基二硫、二甲基硫醚、水,反应产物经冷凝、冷却后,静置分离,分离得到粗品二甲基二硫,再经精馏得到合格的二甲基二硫成品。

2.二甲基亚砜制备二甲基砜

在温度为60℃和压力为0.5MPa下,以臭氧(15%体积比,其余为氧气)为氧化剂,将二甲基亚砜、臭氧和溶剂丙酮按照1∶1∶1的摩尔比下进行反应。反应2小时的结果如下:二甲基亚砜转化率为74%;臭氧有效利用率为76%;二甲基砜选择性为99%。

二甲基亚砜作为一种优良的溶剂广泛用于石油、化工、医药、电子、合成纤维、塑料、印染等行业,特别是随着医药行业中氟哌酸、氟嗪酸等喹诺酮类新型抗菌素药物及中间体氟氯苯胺等生产的发展,对DM-SO的需求量在逐年增长。

(1)医药行业

二甲基亚砜作为反应溶剂在医药及医药中间体的合成中应用很广。如3,4-二氯硝基苯与氟化钾在二甲基亚砜中反应制得氟氯苯胺,该中间体是合成第三代喹诺酮类抗菌药-诺氟沙星(氟哌酸)、环丙氟哌酸的重要原料。二甲基亚砜也用于2,3,4,-三氟硝基苯的合成,该中间体可用于合成第三代喹诺酮类抗菌药———氧氟沙星(氟嗪酸)、氟罗沙星(多氟哌酸)、盐酸洛美沙星、盐酸芦氟沙星的合成。

另外二甲基亚砜在合成左旋咪唑羟酸肌醇酯、磷酸左旋咪唑、黄连素、蔗糖脂肪酸多酯和中药萃取生产中都已得到应用。二甲基亚砜本身具有消炎、止痛,促进血液循环和伤口愈合作用,并有利尿、镇静作用,能增加药物吸收和提高疗效。目前我国生产的骨友灵、脚气药、肤氢松软膏等外用药及各大医院的外用制剂中已广泛使用。

目前我国二甲基亚砜在医药行业主要用于医药中间体氟氯苯胺、2,3,4,-三氟硝基苯的合成,另外药物合成、中药萃取以及外用药剂及药膏也消耗一定量二甲基亚砜。氟哌酸、环丙氟哌酸和氟嗪酸等是新一代含氟喹诺酮类合成抗菌药,具有广谱、高效、毒副作用小、价格较便宜等特点,近几年来,国内生产发展非常迅速,因此对溶剂二甲基亚砜的需求量也在不断增长。

在氟嗪酸、多氟哌酸及中间体—2,3,4,-三氟硝基苯的合成中也消耗二甲基亚砜溶剂;合成黄连素、左旋咪唑、甲苯咪唑等药物约需消耗二甲基亚砜。目前医药行业对二甲基亚砜的总需求量约3500吨左右。预计今后医药行业对二甲基亚砜的需求将会稳步增长,2005年需求将达到4500吨左右。

制备[2]

在1000mL四颈烧瓶中加入一定量的二甲基硫醚和丙酮,装上温度计和搅拌器,用恒压滴液漏斗以合适的速度滴入双氧水,在搅拌和四颈烧瓶用釜夹套中的水冷却下,控制一定的反应温度和时间,进行反应。当双氧水滴加完毕,继续搅拌直至反应温度降到10°C以下时停止搅拌。

将得到的反应液移入1000mL单口烧瓶中进行简单蒸馏(用毛细管代替沸石来防止暴沸现象),用冷冻的盐水冷凝回流,将35~40°C的馏分(为二甲基硫醚)收集起来回到原反应容器中氧化,收集55~60°C的馏分(为回收丙酮)循环使用,将98~102°C的水馏分蒸出,得出粘稠的油状透明液体。将此液体冷却后,在真空状态下进行减压蒸馏,收集100~105°C/0.084MPa的馏分,为粗品二甲基亚砜,最后加入一定量的氧化钙进行减压抽滤,制得二甲基亚砜。

高纯色谱级二甲基亚砜的提纯方法,步骤如下:

(1)将原料二甲基亚砜(含量约为99.5%)打入搅拌罐内加入活性氧化铝吸附剂的重量约10%,电动搅拌器,搅拌约2h,在罐内二甲基亚砜与活性氧化铝吸附剂充分接触,使其中有机杂质被吸附,检测吸附出液质量接近合格后,即流出液各项指标接近色谱级的技术指标要求,其具体技术指标要求见表1,静置,进入下步操作;

(2)将上述静止后的二甲基亚砜打入蒸馏釜,釜内加入约2%的氢化钙,减压蒸馏,蒸馏压力12mmHg柱,蒸馏温度约76℃(蒸馏温度不高于90℃),弃去前馏分;

(3)检验合格后收取成品于充有氮气并装4A分子筛的储罐中。

主要参考资料

[1] 刘瑞琪, 崔光富, 郭庆合, & 贺志安. (2012). 二甲基亚砜抗菌作用研究进展. 新乡医学院学报, 29(11), 878-880.

[2] 江中发, 张海, 姚永祥, 刘家发, & 史廷明. (2016). 二甲基亚砜的毒性作用进展. 公共卫生与预防医学, 27(3), 66-68.

[3] 赵艳芝, 李中秋, & 马怀安. (2012). 二甲基亚砜治疗不同器官缺血再灌注损伤的研究进展. 中国医药导报, 9(35), 64-65.