67-68-5/二甲基亞砜的應(yīng)用

背景及概述^[1][2]

二甲基亞砜(Dimethylsulfoxide，DMSO)是一種含硫化合物的透明液體，它被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、石油、化工、冶金、電子、涂料和高分子材料等領(lǐng)域，近年來在電子工業(yè)和碳纖維領(lǐng)域應(yīng)用增多，因此應(yīng)用和發(fā)展的前景十分廣闊。由于它對化學(xué)反應(yīng)具有特殊溶媒效應(yīng)及對許多物質(zhì)的溶解特性，故一直被稱為“萬能溶劑”。在20℃相對濕度65%時能吸收超過自身重量70%的水分，于140℃溫度以下化學(xué)性能穩(wěn)定。

二甲基亞砜能將溶解的藥物通過皮膚涂抹滲入體內(nèi)，且對身體無害，可代替口服或注射，故又得名“萬能藥”。由于二甲基亞砜在Ames法等實驗中未發(fā)現(xiàn)致突變性，因此被作為一種無遺傳毒性的有機溶劑而廣泛加以使用。但是近年來研究表明，二甲基亞砜存在嚴重的毒性作用，與蛋白質(zhì)疏水集團發(fā)生作用，導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，具有血管毒性和肝腎毒性等。

理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)^[1]

二甲基亞砜在常溫下無色無臭、高沸點、高吸濕性，微苦味，能溶解烷烴以外的各種極性有機氣體、液體或聚合物，屬于非質(zhì)子極性溶劑。二甲基亞砜是一種即溶于水又溶于有機溶劑的極為重要的非質(zhì)子極性溶劑，在細胞生物學(xué)研究中是一種良好的滲透增強劑。還有報道稱二甲基亞砜能夠?qū)е掳忖c鉀鈣濃度的升高，以及二甲基亞砜在諸如離子轉(zhuǎn)運載體和離子泵等方面有很多作用。

2二甲基亞砜的生物轉(zhuǎn)化二甲基亞砜的代謝產(chǎn)物二甲基砜(Dimethylsulfone，二甲基亞砜2)及二甲基硫醚(Dimethylsulfide，DMS)存在于尿液和糞便中。DMS具有大蒜味或者牡蠣味，主要經(jīng)腎臟排泄，由尿中排出，無腎臟蓄積。二甲基亞砜的代謝產(chǎn)物二甲基亞砜少量存在于人類的尿液中;DMS亦自然存在于植物，大氣，湖泊和海洋中。這兩種代謝產(chǎn)物(二甲基亞砜，DMS)都容易從人體排出。

應(yīng)用^[3]

1.甲硫醇與二甲基亞砜合成生產(chǎn)二甲基二硫

甲硫醇在與二甲基亞砜、催化劑條件下并在相應(yīng)溫度、壓力狀態(tài)反應(yīng)生成二甲基二硫。其化學(xué)反應(yīng)機理如下：2CH3SH+(CH3)2SO=(CH3)2S+(CH3)2S2+H2O將甲硫醇、二甲基亞砜以2：0.95的摩爾比通入反應(yīng)器，在氧化鋁催化劑存在下進行合成反應(yīng)，反應(yīng)溫度250℃，反應(yīng)壓力0.3MPa，反應(yīng)產(chǎn)物為二甲基二硫、二甲基硫醚、水，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)冷凝、冷卻后，靜置分離，分離得到粗品二甲基二硫，再經(jīng)精餾得到合格的二甲基二硫成品。

2.二甲基亞砜制備二甲基砜

在溫度為60℃和壓力為0.5MPa下，以臭氧(15％體積比，其余為氧氣)為氧化劑，將二甲基亞砜、臭氧和溶劑丙酮按照1∶1∶1的摩爾比下進行反應(yīng)。反應(yīng)2小時的結(jié)果如下：二甲基亞砜轉(zhuǎn)化率為74％；臭氧有效利用率為76％；二甲基砜選擇性為99％。

二甲基亞砜作為一種優(yōu)良的溶劑廣泛用于石油、化工、醫(yī)藥、電子、合成纖維、塑料、印染等行業(yè),特別是隨著醫(yī)藥行業(yè)中氟哌酸、氟嗪酸等喹諾酮類新型抗菌素藥物及中間體氟氯苯胺等生產(chǎn)的發(fā)展,對DM-SO的需求量在逐年增長。

(1)醫(yī)藥行業(yè)

二甲基亞砜作為反應(yīng)溶劑在醫(yī)藥及醫(yī)藥中間體的合成中應(yīng)用很廣。如3,4-二氯硝基苯與氟化鉀在二甲基亞砜中反應(yīng)制得氟氯苯胺,該中間體是合成第三代喹諾酮類抗菌藥-諾氟沙星(氟哌酸)、環(huán)丙氟哌酸的重要原料。二甲基亞砜也用于2,3,4,-三氟硝基苯的合成,該中間體可用于合成第三代喹諾酮類抗菌藥———氧氟沙星(氟嗪酸)、氟羅沙星(多氟哌酸)、鹽酸洛美沙星、鹽酸蘆氟沙星的合成。

另外二甲基亞砜在合成左旋咪唑羥酸肌醇酯、磷酸左旋咪唑、黃連素、蔗糖脂肪酸多酯和中藥萃取生產(chǎn)中都已得到應(yīng)用。二甲基亞砜本身具有消炎、止痛,促進血液循環(huán)和傷口愈合作用,并有利尿、鎮(zhèn)靜作用,能增加藥物吸收和提高療效。目前我國生產(chǎn)的骨友靈、腳氣藥、膚氫松軟膏等外用藥及各大醫(yī)院的外用制劑中已廣泛使用。

目前我國二甲基亞砜在醫(yī)藥行業(yè)主要用于醫(yī)藥中間體氟氯苯胺、2,3,4,-三氟硝基苯的合成,另外藥物合成、中藥萃取以及外用藥劑及藥膏也消耗一定量二甲基亞砜。氟哌酸、環(huán)丙氟哌酸和氟嗪酸等是新一代含氟喹諾酮類合成抗菌藥,具有廣譜、高效、毒副作用小、價格較便宜等特點,近幾年來,國內(nèi)生產(chǎn)發(fā)展非常迅速,因此對溶劑二甲基亞砜的需求量也在不斷增長。

在氟嗪酸、多氟哌酸及中間體—2,3,4,-三氟硝基苯的合成中也消耗二甲基亞砜溶劑;合成黃連素、左旋咪唑、甲苯咪唑等藥物約需消耗二甲基亞砜。目前醫(yī)藥行業(yè)對二甲基亞砜的總需求量約3500噸左右。預(yù)計今后醫(yī)藥行業(yè)對二甲基亞砜的需求將會穩(wěn)步增長,2005年需求將達到4500噸左右。

制備^[2]

在1000mL四頸燒瓶中加入一定量的二甲基硫醚和丙酮,裝上溫度計和攪拌器,用恒壓滴液漏斗以合適的速度滴入雙氧水,在攪拌和四頸燒瓶用釜夾套中的水冷卻下,控制一定的反應(yīng)溫度和時間,進行反應(yīng)。當雙氧水滴加完畢,繼續(xù)攪拌直至反應(yīng)溫度降到10°C以下時停止攪拌。

將得到的反應(yīng)液移入1000mL單口燒瓶中進行簡單蒸餾(用毛細管代替沸石來防止暴沸現(xiàn)象),用冷凍的鹽水冷凝回流,將35～40°C的餾分(為二甲基硫醚)收集起來回到原反應(yīng)容器中氧化,收集55～60°C的餾分(為回收丙酮)循環(huán)使用,將98～102°C的水餾分蒸出,得出粘稠的油狀透明液體。將此液體冷卻后,在真空狀態(tài)下進行減壓蒸餾,收集100～105°C/0.084MPa的餾分,為粗品二甲基亞砜,最后加入一定量的氧化鈣進行減壓抽濾,制得二甲基亞砜。

高純色譜級二甲基亞砜的提純方法，步驟如下：

(1)將原料二甲基亞砜(含量約為99.5％)打入攪拌罐內(nèi)加入活性氧化鋁吸附劑的重量約10％，電動攪拌器，攪拌約2h，在罐內(nèi)二甲基亞砜與活性氧化鋁吸附劑充分接觸，使其中有機雜質(zhì)被吸附，檢測吸附出液質(zhì)量接近合格后，即流出液各項指標接近色譜級的技術(shù)指標要求，其具體技術(shù)指標要求見表1，靜置，進入下步操作；

(2)將上述靜止后的二甲基亞砜打入蒸餾釜，釜內(nèi)加入約2％的氫化鈣，減壓蒸餾，蒸餾壓力12mmHg柱，蒸餾溫度約76℃(蒸餾溫度不高于90℃)，棄去前餾分；

(3)檢驗合格后收取成品于充有氮氣并裝4A分子篩的儲罐中。

主要參考資料

[1]劉瑞琪, 崔光富, 郭慶合, & 賀志安. (2012). 二甲基亞砜抗菌作用研究進展. 新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院學(xué)報, 29(11), 878-880.

[2] 江中發(fā), 張海, 姚永祥, 劉家發(fā), & 史廷明. (2016). 二甲基亞砜的毒性作用進展. 公共衛(wèi)生與預(yù)防醫(yī)學(xué), 27(3), 66-68.

[3] 趙艷芝, 李中秋, & 馬懷安. (2012). 二甲基亞砜治療不同器官缺血再灌注損傷的研究進展. 中國醫(yī)藥導(dǎo)報, 9(35), 64-65.