Зоман - Soman

Для использования в других целях см. Зоман (значения).
Зоман
Soman-2D-by-AHRLS-2011.png
Soman-3D-balls-by-AHRLS-2011.png
Имена
Предпочтительное название IUPAC
3,3-диметилбутан-2-илметилфосфонофторидат
Другие имена
GD; Сложный метил-, 1,2,2-триметилпропиловый эфир фосфонофтористоводородной кислоты; 2- (фторметилфосфорил) окси-3,3-диметилбутан; Пинаколилметилфосфонофторидат; 1,2,2-триметилпропилметилфосфонофторидат; Оксид метилпинаколилоксифторфосфина; Пинаколилоксиметилфосфонилфторид; Пинаколилметанфторфосфонат; Метилфторпинаколилфосфонат; Оксид фторметилпинаколилоксифосфина; Метилпинаколилоксифосфонилфторид; Пинаколилметилфторфосфонат; 1,2,2-триметилпропоксифторметилфосфин оксид
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ЧЭМБЛ
ChemSpider
UNII
Характеристики
C7ЧАС16FО2п
Молярная масса182.175 г · моль−1
ВнешностьВ чистом виде бесцветная жидкость с запахом, напоминающим гнилые фрукты. С примесями, янтарного или темно-коричневого цвета, с запахом камфорного масла.
Плотность1,022 г / см³
Температура плавления -42 ° С (-44 ° F, 231 К)
Точка кипения 198 ° С (388 ° F, 471 К)
Умеренный
Давление газа0,40 мм рт. Ст. (53 Па)
Опасности
Главный опасностиОчень токсичен
NFPA 704 (огненный алмаз)
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Зоман (или же GD, EA 1210, Зоман, PFMP, систематическое название: О-пинаколилметилфосфонофторидат)[1] чрезвычайно токсичное химическое вещество. Это нервно-паралитический агент, нарушая нормальное функционирование млекопитающих нервная система путем ингибирования фермента холинэстераза. Это ингибитор обоих ацетилхолинэстераза и бутирилхолинэстераза.[2] Как химическое оружие, он классифицируется как оружие массового поражения посредством Объединенные Нации в соответствии с Резолюция ООН 687. Его производство строго контролируется, а складирование запасов запрещено властями. Конвенция о химическом оружии 1993 г., где он классифицируется как Вещество из Списка 1. Зоман был третьим из так называемых G-серия нервно-паралитические вещества должны быть обнаружены вместе с GA (табун), ГБ (зарин) и GF (циклозарин).

В чистом виде это летучая, едкая и бесцветная жидкость со слабым запахом, напоминающим запах нафталина или гнилых фруктов.[3] Чаще он имеет цвет от желтого до коричневого и имеет сильный запах, описанный как камфора. В LCt50 для зомана 70 мг · мин / м3 в людях.

GD может быть утолщенный для использования в качестве химического спрея с использованием акрилоидного сополимера. Его также можно развернуть как бинарное химическое оружие; его химические вещества-прекурсоры метилфосфонил дифторид и смесь пинаколиловый спирт и амин.[3][неудачная проверка ]

История

После Первой мировой войны, во время которой горчичный газ и фосген использовались как боевые отравляющие вещества, 1925 г. Женевский протокол был подписан в попытке запретить химическое оружие. Тем не менее исследования боевых отравляющих веществ и их использования продолжались. В 1936 году был обнаружен новый, более опасный химический агент, когда Герхард Шрадер из IG Farben в Германии изолирован табун (названный в США GA для немецкого агента A), первый нервно-паралитический агент, при разработке новых инсектициды. За этим открытием последовало выделение зарин (обозначенный Соединенными Штатами как GB) в 1938 году, также обнаруженный Шредером.

Во время Второй мировой войны исследования нервно-паралитических агентов продолжались в США и Германии. Летом 1944 года немцы разработали зоман, бесцветную жидкость с запахом камфоры (обозначенную в США как GD). Зоман оказался даже более токсичным, чем табун и зарин. Нобелевский лауреат Ричард Кун вместе с Конрад Хенкель открыл зоман во время исследования фармакологии табуна и зарина в Институте медицинских исследований кайзера Вильгельма в Гейдельберг.[4] Это исследование было заказано немецкой армией. Soman производился в небольших количествах на пилотном заводе IG Farben в г. Людвигсхафен. Он никогда не использовался во Второй мировой войне.[5]

Производство или накопление зомана было запрещено в 1993 г. Конвенция о химическом оружии. Когда конвенция вступила в силу, стороны объявили о мировых запасах сомана в размере 9 057 тонн. По состоянию на декабрь 2015 года было уничтожено 84% запасов.[6]

Кристаллическая структура зомана в комплексе с ацетилхолинэстераза было определено Millard et al. в 1999 г. методом рентгеновской кристаллографии: 1 сом. Другие решенные структуры ацетилхолинэстеразы со связанным с ними зоманом включают 2wfz, 2wg0 и 2wg1.

Структура и реакционная способность

Стереоизомеры зомана.

Зоман (C (±) P (±) -соман) имеет четыре стереоизомеры, каждый с разной токсичностью, хотя во многом схож. Стереоизомерами являются C (+) P (+) - зоман, C (+) P (-) - зоман, C (-) P (-) - зоман и C (-) P (+) - зоман.[7][8]

Зоман имеет фосфонильную группу с фторидом и (большим) углеводородом, ковалентно связанным с ней. Таким образом, структура аналогична зарину, к которому присоединена только меньшая углеводородная группа (изопропил). Из-за схожести химических структур реакционная способность двух соединений практически одинакова. И зоман, и зарин будут реагировать с использованием фосфо-кислородной группы, которая может связываться с аминокислотами, такими как серин.

Синтез

Производство зомана очень похоже на изготовление зарина. Разница в том, что изопропанол от процессов зарина заменяется на пинаколиловый спирт:

Синтез агента ГД

Зоман синтезируется путем реакции пинаколиловый спирт с метилфосфонил дифторид. Результатом этой реакции является образование зомана, который описывается как «бесцветная жидкость с немного фруктовым запахом». Низкое давление пара зомана также приводит к образованию летучей газовой формы зомана. Также кислота фтороводород образуется за счет удаления фторида и протона. Эта кислота косвенно опасна для человека. Контакт кожи с фтороводородом вызывает немедленную реакцию с водой, которая производит плавиковая кислота.[5]

Механизмы действия

Зоман является фосфорорганическим нервно-паралитическим агентом с механизмом действия, аналогичным Табуну. Нервно-паралитические агенты подавляют ацетилхолинэстераза (AChE) путем образования аддукта с ферментом через остаток серина на этом ферменте. Эти аддукты могут разлагаться гидролитически или, например, под действием некоторых оксимов и тем самым регенерировать фермент. Второй тип реакции, при которой комплекс фермент-органофосфат (OP) подвергается последующей реакции, обычно описывается как «старение». После старения комплекс фермент-OP больше не регенерируется обычными реактиваторами оксима. Скорость этого процесса зависит от ОП. Зоман - это OP, который наиболее быстро стимулирует скорость старения, сокращая период полураспада до нескольких минут.

AChE - это фермент, участвующий в нейротрансмиссии. Из-за резкого уменьшения периода полураспада этого фермента нейротрансмиссия отменяется в считанные минуты.[5]

Метаболизм

Попадая в организм человека, зоман не только ингибирует AChE, но также является субстратом для других эстераз. Реакция зомана с этими эстеразами способствует детоксикации соединения. У зомана не известны никакие метаболические токсические реакции.

Зоман может быть гидролизован так называемой А-эстеразой, более конкретно диизопропилфторфосфатазой. Эта эстераза, также называемая соманазой, реагирует с ангидридной связью между фосфором и фтором и отвечает за гидролиз фторида. Соманаза также гидролизует метильную группу зомана, что приводит к образованию пинаколилметилфосфоновой кислоты (PMPA), которая является менее сильным ингибитором AChE.[9][10]

Зоман также может связываться с другими эстеразы, например, АХЭ, холинэстераза (ChE) и карбоксилэстеразы (CarbE). В этом связывании зоман теряет фторид. После связывания с AChE или ChE зоман также теряет свою фосфорильную группу, что приводит к образованию метилфосфоновая кислота (МПА). Связывание с CarbE снижает общую концентрацию зомана в крови, что снижает токсичность. Кроме того, CarbE участвуют в детоксикации за счет гидролиз зоман в ПМПА. Таким образом, CarbE объясняет детоксикацию зомана двумя способами.[9][10]

Важность детоксикации зомана после воздействия была продемонстрирована в экспериментах Фоннума и Стерри (1981). Они сообщили, что только 5% LD50 ингибировал AChE у крыс, что приводило к острым токсическим эффектам. Это показывает, что метаболические реакции составили детоксикацию оставшихся 95% дозы.[11]

Метаболизм зомана.

Признаки и симптомы

Поскольку зоман тесно связан с такими соединениями, как зарин, показания для отравления зоманом относительно схожи. Одним из первых наблюдаемых признаков отравления зоманом является миоз. Некоторые, но не все последующие признаки - рвота, сильные мышечные боли и проблемы с периферической нервной системой. Эти симптомы проявляются уже через 10 минут после воздействия и могут длиться в течение многих дней.[12]

Помимо прямого токсического воздействия на нервную систему, люди, подвергшиеся воздействию зомана, могут испытывать долгосрочные последствия, в большинстве своем психологические. Субъекты, которые подверглись воздействию небольшой дозы зомана, испытали серьезные токсические эффекты; После лечения у субъектов часто развилась депрессия, у них были антиобщественные мысли, они были замкнутыми и подавленными, беспокойно спали и видели плохие сны. Эти симптомы сохранялись через шесть месяцев после заражения, но исчезли без серьезных повреждений.[13]

Токсичность и эффективность

В LC50 содержания зомана в воздухе оценивается в 70 мг / мин на 1 м3. По сравнению с LC50 значение крысы, смертельная концентрация для человека намного ниже (954,3 мг мин / м3 по сравнению с 70 мг мин / м3). Для таких соединений, как зоман, который также может использоваться в качестве оружия, часто составляет часть LC50 доза - это то место, где появляются первые эффекты. Миоз является одним из первых симптомов интоксикации зоманом и может наблюдаться в дозах менее 1% от LC.50.[14]

Воздействие на животных

Были проведены эксперименты, в которых крысы подвергались воздействию зомана, чтобы проверить, можно ли увидеть поведенческие эффекты при низких дозах без появления явных симптомов. Воздействие зомана на крыс в дозе менее 3% от LD.50 вызвали изменения в поведении. Активное избегание экспонированных крыс было меньше, чем избегание необлученных крыс (эксперимент с двусторонним челноком). Также были затронуты координация движений (задание на преодоление препятствий), поведение в открытом поле, а также активное и пассивное поведение избегания. Можно сделать вывод, что крысы, подвергшиеся воздействию зомана, с меньшим успехом выполняли задачи, требующие двигательной активности, а также функции высших структур центральной нервной системы (ЦНС) одновременно. В этом отношении зоман играет преимущественно центральную роль.

Знание о влиянии низких доз зомана и других ингибиторов холинэстеразы на крыс, возможно, может быть использовано для объяснения относительно высокой частоты авиационных происшествий из-за ошибок сельскохозяйственных пилотов. Если бы эти знания можно было применить к людям, можно было бы объяснить эту высокую частоту случаев подавленной активности холинэстеразы из-за воздействия пестицидов. Неизвестно, может ли быть произведена экстраполяция с крыс на людей.[15]

Рекомендации

  1. ^ http://www.gulfweb.org/bigdoc/report/appgd.html Сенат США, 103-й Конгресс, 2-я сессия. (25 мая 1994 г.). Паспорт безопасности материала - Смертельные нервные агенты Somain (GD и Thickened GD). Проверено 6 ноября 2004 года.
  2. ^ Millard CB, Kryger G, Ordentlich A, et al. (Июнь 1999 г.). «Кристаллические структуры состаренной фосфонилированной ацетилхолинэстеразы: продукты реакции нервно-паралитического агента на атомном уровне». Биохимия. 38 (22): 7032–9. Дои:10.1021 / bi982678l. PMID  10353814.
  3. ^ а б "CDC | Факты о Сомане". Emergency.cdc.gov. Центры по контролю и профилактике заболеваний. В архиве из оригинала от 22.12.2017. Получено 2018-03-20.
  4. ^ Шмальц, Флориан (сентябрь 2006 г.). «Неврология и исследования химического оружия массового уничтожения в нацистской Германии». Журнал истории неврологии. 15 (3): 186–209. Дои:10.1080/09647040600658229. ISSN  0964-704X. PMID  16887760.
  5. ^ а б c Люки, Брайан Дж .; Салем, Гарри (2007). Агенты химического оружия: химия, фармакология, токсикология и терапия. CRC Press. С. 10–13. ISBN  9781420046618.
  6. ^ «Доклад ОЗХО об осуществлении Конвенции о запрещении разработки, производства, накопления и применения химического оружия и о его уничтожении в 2015 году» (PDF). Организация по запрещению химического оружия. 2016-11-30. п. 42. В архиве (PDF) с оригинала на 2017-10-11. Получено 2018-03-20.
  7. ^ Langenberg, Jan P .; Spruit, Helma E.T .; Van Der Wiel, Herma J .; Trap, Henk C .; Гельмих, Роб Б .; Bergers, Wim W.A .; Ван Хелден, Герман П.М.; Беншоп, Хендрик П. (1998-07-01). «Ингаляционная токсикокинетика стереоизомеров зомана у атропинизированных морских свинок с воздействием паров зомана только через нос». Токсикология и прикладная фармакология. 151 (1): 79–87. Дои:10.1006 / taap.1998.8451. ISSN  0041-008X. PMID  9705889.
  8. ^ Де Йонг, Лео П.А .; Ван Дейк, Корри; Беншоп, Хендрик П. (1988-08-01). «Гидролиз четырех стереоизомеров зомана, катализируемый гомогенатом печени и плазмой крысы, морской свинки и мартышки, а также плазмой человека». Биохимическая фармакология. 37 (15): 2939–2948. Дои:10.1016/0006-2952(88)90279-1. ISSN  0006-2952.
  9. ^ а б Йоканович, М. (25 сентября 2001 г.). «Биотрансформация фосфорорганических соединений». Токсикология. 166 (3): 139–160. Дои:10.1016 / s0300-483x (01) 00463-2. ISSN  0300-483X. PMID  11543910.
  10. ^ а б Йоканович, Милан (10.07.2009). «Текущее понимание механизмов, участвующих в метаболической детоксикации боевых нервно-паралитических агентов». Письма токсикологии. 188 (1): 1–10. Дои:10.1016 / j.toxlet.2009.03.017. ISSN  1879-3169. PMID  19433263.
  11. ^ Fonnum, F .; Стерри, С. (1981). «Факторы, изменяющие токсичность фосфорорганических соединений, включая зоман и зарин». Fundam. Appl. Токсикол. 1 (2): 143–147. Дои:10.1016 / S0272-0590 (81) 80050-4. PMID  7184780.
  12. ^ Сиделл, Фредерик Р. (1974). «Зоман и зарин: клинические проявления и лечение случайного отравления органофосфатами». Клиническая токсикология. 7 (1): 1–17. Дои:10.3109/15563657408987971. PMID  4838227.
  13. ^ Сиделл, Ф. Р. (1974). «Зоман и зарин: клинические проявления и лечение случайных отравлений органофосфатами». Клиническая токсикология. 7 (1): 1–17. Дои:10.3109/15563657408987971. ISSN  0009-9309. PMID  4838227.
  14. ^ Бей Т.А., Салливан Дж.Б., Уолтер Ф.Г. (2001) Фосфаторганические и карбаматные инсектициды. В: Sullivan JB, Krieger GR (eds) Клиническое воздействие на окружающую среду и токсическое воздействие. Липпинкотт Уильямс и Уильямс, Филадельфия, стр. 1046–1057.
  15. ^ WOLTHUIS, O.L .; Ванверш, Р. А. П. (1 апреля 1984 г.). «Поведенческие изменения у крыс после низких доз ингибиторов холинэстеразы». Токсикологические науки. 4 (2part2): 195–208. Дои:10.1093 / toxsci / 4.2part2.195. ISSN  1096-6080.

внешняя ссылка