Soman - Soman

Pro další použití viz Soman (disambiguation).
Soman
Soman-2D-by-AHRLS-2011.png
Soman-3D-balls-by-AHRLS-2011.png
Jména
Preferovaný název IUPAC
3,3-dimethylbutan-2-ylmethylfosfonofluoridát
Ostatní jména
GD; Methyl-, 1, 2, 2-trimethylpropylester kyseliny fosfonofluoridové; 2- (fluormethylfosforyl) oxy-3,3-dimethylbutan; Pinakolylmethylfosfonofluoridát; 1,2,2-trimethylpropylmethylfosfonofluoridát; Methylpinacolyloxyfluorofosfin oxid; Pinakolyloxymethylfosfonylfluorid; Pinakolylmethanfluorfosfonát; Methylfluoropinacolylfosfonát; Fluormethylpinacolyloxyfosfin oxid; Methylpinacolyloxyfosfonylfluorid; Pinakolylmethylfluorfosfonát; 1,2,2-Trimethylpropoxyfluormethylfosfin oxid
Identifikátory
3D model (JSmol )
ChEMBL
ChemSpider
UNII
Vlastnosti
C7H16FÓ2P
Molární hmotnost182.175 g · mol−1
VzhledKdyž čistá, bezbarvá kapalina s vůní připomínající shnilé ovoce. S nečistotami, jantarovou nebo tmavě hnědou, s vůní kafrového oleje.
Hustota1,022 g / cm3
Bod tání -42 ° C (-44 ° F; 231 K)
Bod varu 198 ° C (388 ° F; 471 K)
Mírný
Tlak páry0,40 mmHg (53 Pa)
Nebezpečí
Hlavní nebezpečíVysoce toxický
NFPA 704 (ohnivý diamant)
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
☒N ověřit (co je šekY☒N ?)
Reference Infoboxu

Soman (nebo GD, EA 1210, Zoman, PFMP, systematický název: Ó-pinakolylmethylfosfonofluoridát)[1] je extrémně toxická chemická látka. Je to nervový agent, narušující normální fungování savce nervový systém inhibicí enzymu cholinesteráza. Je to inhibitor obou acetylcholinesteráza a butyrylcholinesteráza.[2] Jako chemická zbraň, je klasifikován jako a zbraně hromadného ničení podle Spojené národy podle Rezoluce OSN 687. Jeho výroba je přísně kontrolována a hromadění zásob je zakázáno Úmluva o chemických zbraních z roku 1993, kde je klasifikován jako a Látka harmonogramu 1. Soman byl třetí z tzv Řada G. spolu s GA (tabun), GB (sarin) a GF (cyklosarin).

Je-li čistá, je to těkavá, žíravá a bezbarvá kapalina se slabým zápachem, jako je zápach po kulkách nebo shnilém ovoci.[3] Běžněji je to žlutá až hnědá barva a má silný zápach popsaný jako podobný kafr. The LCt50 pro soman je 70 mg · min / m3 u lidí.

GD může být zahuštěný pro použití jako chemický postřik za použití akryloidového kopolymeru. Lze jej také nasadit jako binární chemická zbraň; jeho prekurzorové chemikálie jsou methylfosfonyl difluorid a směs pinakolylalkohol a amin.[3][ověření se nezdařilo ]

Dějiny

Po první světové válce, během níž hořčičný plyn a fosgen byly použity jako chemické bojové látky, 1925 Ženevský protokol byla podepsána ve snaze zakázat chemickou válku. Výzkum chemických bojových látek a jejich použití nicméně pokračoval. V roce 1936 byl objeven nový, nebezpečnější chemický prostředek Gerhard Schrader z IG Farben v Německu izolovaný tabun (pojmenovaný GA pro německého agenta A Spojenými státy), první nervový agent, zatímco vyvíjí nový insekticidy. Po tomto objevu následovala izolace sarin (označený GB Spojenými státy) v roce 1938, také objevený Schraderem.

Během druhé světové války pokračoval výzkum nervových agentů ve Spojených státech a Německu. V létě 1944 vyvinuli Němci soman, bezbarvou kapalinu s pachem kafru (označenou USA USA). Soman se ukázal být ještě toxičtější než tabun a sarin. Laureát Nobelovy ceny Richard Kuhn dohromady s Konrad Henkel objevil soman během výzkumu farmakologie tabunu a sarinu na Institutu lékařského výzkumu Kaisera Wilhelma v Brně Heidelberg.[4] Tento výzkum byl zadán německé armádě. Soman byl vyroben v malém množství v pilotním závodě v továrně IG Farben v Ludwigshafen. Ve druhé světové válce nebyl nikdy použit.[5]

Produkce nebo hromadění somanu bylo do roku 1993 zakázáno Úmluva o chemických zbraních. Když úmluva vstoupila v platnost, strany deklarovaly celosvětové zásoby 9 057 tun somanu. V prosinci 2015 bylo zničeno 84% zásob.[6]

Krystalová struktura somanu se komplexovala s acetylcholinesteráza byla stanovena Millardem a kol. v roce 1999 rentgenovou krystalografií: 1som. Mezi další řešené struktury acetylcholinesterázy, na které je vázán soman, patří 2wfz, 2wg0 a 2wg1.

Struktura a reaktivita

Stereoizomery somanu.

Soman (C (±) P (±) -soman) má čtyři stereoizomery, každý s jinou toxicitou, i když do značné míry podobný. Stereoizomery jsou C (+) P (+) - soman, C (+) P (-) - soman C (-) P (-) - soman a C (-) P (+) - soman.[7][8]

Soman má fosfonylovou skupinu s fluoridem a (velkým) uhlovodíkem, který je kovalentně vázán. Struktura je tedy podobná struktuře sarinu, který má připojenou pouze menší uhlovodíkovou skupinu (isopropyl). Kvůli podobnosti mezi chemickými strukturami je reaktivita obou sloučenin téměř stejná. Soman i sarin budou reagovat pomocí fosfo kyslíkové skupiny, která se může vázat na aminokyseliny, jako je serin.

Syntéza

Výroba somanu je velmi podobná výrobě sarinu. Rozdíl je v tom, že isopropanol z procesů sarin je nahrazen pinakolylalkohol:

Syntéza činidla GD

Soman je syntetizován reakcí pinakolylalkohol s methylfosfonyl difluorid. Výsledkem této reakce je tvorba somanu, který je popsán jako „bezbarvá kapalina s poněkud ovocným zápachem“. Nízký tlak par somanu bude také produkovat těkavou plynnou formu somanu. Také kyselina fluorovodík se vytvoří v důsledku eliminace fluoridu a protonu. Tato kyselina je nepřímo nebezpečná pro člověka. Kontakt pokožky s fluorovodíkem způsobí okamžitou reakci s produkovanou vodou kyselina fluorovodíková.[5]

Mechanismy působení

Soman je organofosforový nervový prostředek s mechanismem účinku podobný Tabunovi. Nervová činidla inhibují acetylcholinesteráza (AChE) vytvořením aduktu s enzymem prostřednictvím serinového zbytku na tomto enzymu. Tyto adukty se mohou hydrolyticky rozložit nebo například působením některých oximů a tím regenerovat enzym. Druhý reakční typ, ve kterém komplex enzym-organofosfát (OP) prochází následnou reakcí, se obvykle označuje jako „stárnutí“. Jakmile komplex enzym – OP zestárne, již se neregeneruje běžnými reaktátory oximu. Rychlost tohoto procesu závisí na OP. Soman je OP, který nejrychleji stimuluje rychlost stárnutí a snižuje poločas na pouhých několik minut.

AChE je enzym podílející se na neurotransmisi. Kvůli výraznému snížení poločasu tohoto enzymu je neurotransmise zrušena během několika minut.[5]

Metabolismus

Jakmile je soman absorbován v lidském těle, nejen že inhibuje AChE, ale je také substrátem pro další esterázy. Reakce somanu s těmito esterázami umožňuje detoxikaci sloučeniny. U somanu nejsou známy žádné metabolické toxifikační reakce.

Soman může být hydrolyzován takzvanou A-esterázou, konkrétněji diisopropylfluorfosfatázou. Tato esteráza, nazývaná také somanáza, reaguje s anhydridovou vazbou mezi fosforem a fluorem a odpovídá za hydrolýzu fluoridu. Somanáza také hydrolyzuje methylovou skupinu somanu, což vede k tvorbě kyseliny pinakolylmethylfosfonové (PMPA), která je méně účinným inhibitorem AChE.[9][10]

Soman se může také vázat na jiné esterázy, např. Bolest, cholinesteráza (ChE) a karboxylesterázy (CarbE). V této vazbě soman ztrácí svůj fluorid. Po navázání na AChE nebo ChE ztratí soman také svoji fosforylovou skupinu, což vede k tvorbě kyselina methylfosfonová (MPA). Vazba na CarbE snižuje celkovou koncentraci somanu v krvi, což vede k nižší toxicitě. CarbE se navíc podílí na detoxikaci pomocí hydrolyzovat soman na PMPA. CarbE tedy odpovídá za detoxikaci somanu dvěma způsoby.[9][10]

Důležitost detoxikace somanu po expozici byla ilustrována v experimentech Fonnum a Sterri (1981). Uváděli, že pouze 5% LD50 inhiboval AChE u potkanů, což mělo za následek akutní toxické účinky. To ukazuje, že metabolické reakce se podílely na detoxikaci zbývajících 95% dávky.[11]

Metabolismus somanu.

Příznaky a symptomy

Vzhledem k tomu, že soman úzce souvisí se sloučeninami, jako je sarin, jsou indikace otravy somanem relativně podobné. Jedním z prvních pozorovatelných příznaků otravy somanem je mióza. Některé, ale ne všechny pozdější indikace, jsou zvracení, extrémní bolesti svalů a problémy s periferním nervovým systémem. Tyto příznaky se projeví již 10 minut po expozici a mohou trvat mnoho dní.[12]

Kromě přímých toxických účinků na nervový systém mohou lidé vystavení somanu pociťovat i dlouhodobé účinky, z nichž většina je psychická. Subjekty, které byly vystaveny malé dávce somanu, utrpěly závažné toxické účinky; po léčbě se u subjektů často vyvinula deprese, měli asociální myšlenky, byli staženi a utlumeni, neklidně spali a měli špatné sny. Tyto příznaky přetrvávaly šest měsíců po expozici, ale zmizely bez trvalého poškození.[13]

Toxicita a účinnost

The LC50 Somanu ve vzduchu se odhaduje na 70 mg min na m3. Ve srovnání s LC50 hodnoty krysy, je letální koncentrace člověka mnohem nižší (954,3 mg min / m3 versus 70 mg min / m3). U sloučenin, jako je soman, které lze také použít jako zbraň, často zlomek LC50 dávka je místo, kde se objevují první účinky. Mióza je jedním z prvních příznaků intoxikace somanem a lze jej pozorovat v dávkách nižších než 1% LC50.[14]

Účinky na zvířata

Byly provedeny experimenty, ve kterých byly krysy vystaveny somanu, aby se otestovalo, zda lze pozorovat účinky chování při nízkých dávkách bez generování zjevných příznaků. Expozice potkanů ​​somanu v dávce nižší než 3 procenta LD50 způsobil změny chování. Aktivní vyhýbání se exponovaným krysám bylo menší než vyhýbání se neexponovaným krysám (obousměrný experiment raketoplánu). Ovlivněna byla také motorická koordinace (úkol překonání překážky), chování na otevřeném poli a aktivní i pasivní chování při vyhýbání se. Lze dojít k závěru, že krysy, které jsou vystaveny somanu, prováděly s menším úspěchem při úkolech, které vyžadují motorickou aktivitu i funkci vyšších struktur centrálního nervového systému (CNS) současně. V tomto má soman převážně centrální účinek.

Znalost účinků nízkých dávek somanu a jiných inhibitorů cholinesterázy na potkany by mohla být případně použita k vysvětlení relativně vysokého výskytu leteckých nehod v důsledku chyb zemědělských pilotů. Pokud by tyto znalosti bylo možné aplikovat na člověka, dalo by se vysvětlit tento vysoký výskyt se sníženou aktivitou cholinesterázy v důsledku expozice pesticidům. Není známo, zda lze provést extrapolaci z potkanů ​​na člověka.[15]

Reference

  1. ^ http://www.gulfweb.org/bigdoc/report/appgd.html Senát Spojených států, 103. kongres, 2. zasedání. (25. května 1994). Bezpečnostní list materiálu - Lethal Nerve Agents Somain (GD a Thickened GD). Citováno 6. listopadu 2004.
  2. ^ Millard CB, Kryger G, Ordentlich A a kol. (Červen 1999). "Krystalové struktury stárnoucí fosfonylované acetylcholinesterázy: produkty reakce nervových látek na atomové úrovni". Biochemie. 38 (22): 7032–9. doi:10.1021 / bi982678l. PMID  10353814.
  3. ^ A b „CDC | Fakta o Somanovi“. emergency.cdc.gov. Centra pro kontrolu a prevenci nemocí. Archivováno od originálu na 2017-12-22. Citováno 2018-03-20.
  4. ^ Schmaltz, Florian (září 2006). „Neurovědy a výzkum chemických zbraní hromadného ničení v nacistickém Německu“. Journal of the History of the Neurosciences. 15 (3): 186–209. doi:10.1080/09647040600658229. ISSN  0964-704X. PMID  16887760.
  5. ^ A b C Lukey, Brian J .; Salem, Harry (2007). Chemické bojové látky: chemie, farmakologie, toxikologie a terapeutika. CRC Press. s. 10–13. ISBN  9781420046618.
  6. ^ „Zpráva OPCW o provádění Úmluvy o zákazu vývoje, výroby, hromadění a používání chemických zbraní a o jejich zničení v roce 2015“ (PDF). Organizace pro zákaz chemických zbraní. 2016-11-30. str. 42. Archivováno (PDF) od originálu 11. 10. 2017. Citováno 2018-03-20.
  7. ^ Langenberg, Jan P .; Spruit, Helma E.T .; Van Der Wiel, Herma J .; Trap, Henk C .; Helmich, Rob B .; Bergers, Wim W.A .; Van Helden, Herman P.M .; Benschop, Hendrik P. (01.07.1998). „Inhalační toxikokinetika Somanových stereoizomerů u atropinovaného morče s expozicí Soman Vapor pouze na nos“. Toxikologie a aplikovaná farmakologie. 151 (1): 79–87. doi:10.1006 / taap.1998.8451. ISSN  0041-008X. PMID  9705889.
  8. ^ De Jong, Leo P.A .; Van Dijk, Corry; Benschop, Hendrik P. (01.08.1988). "Hydrolýza čtyř stereoizomerů somanu katalyzovaná jaterním homogenátem a plazmou z krysy, morčete a kosmana a z lidské plazmy". Biochemická farmakologie. 37 (15): 2939–2948. doi:10.1016/0006-2952(88)90279-1. ISSN  0006-2952.
  9. ^ A b Jokanović, M. (2001-09-25). "Biotransformace organofosforových sloučenin". Toxikologie. 166 (3): 139–160. doi:10.1016 / s0300-483x (01) 00463-2. ISSN  0300-483X. PMID  11543910.
  10. ^ A b Jokanović, Milán (10.7.2009). "Současné chápání mechanismů zapojených do metabolické detoxikace bojových nervových látek". Toxikologické dopisy. 188 (1): 1–10. doi:10.1016 / j.toxlet.2009.03.017. ISSN  1879-3169. PMID  19433263.
  11. ^ Fonnum, F .; Sterri, S.H. (1981). "Faktory ovlivňující toxicitu organofosforových sloučenin, včetně somanu a sarinu". Fundam. Appl. Toxicol. 1 (2): 143–147. doi:10.1016 / S0272-0590 (81) 80050-4. PMID  7184780.
  12. ^ Sidell, Frederick R. (1974). „Soman a Sarin: Klinické projevy a léčba nehody při náhodném otravě organofosfáty“. Klinická toxikologie. 7 (1): 1–17. doi:10.3109/15563657408987971. PMID  4838227.
  13. ^ Sidell, F. R. (1974). „Soman a sarin: klinické projevy a léčba náhodné otravy organofosfáty“. Klinická toxikologie. 7 (1): 1–17. doi:10.3109/15563657408987971. ISSN  0009-9309. PMID  4838227.
  14. ^ Bey TA, Sullivan JB, Walter FG (2001) Organofosfátové a karbamátové insekticidy. In: Sullivan JB, Krieger GR (eds) Clinical environment environment and toxic expozice. Lippincott Williams & Williams, Philadelphia, str. 1046–1057
  15. ^ WOLTHUIS, O. L .; VANWERSCH, R. A. P. (01.04.1984). „Změny chování u potkanů ​​po nízkých dávkách inhibitorů cholinesterázy“. Toxikologické vědy. 4 (2part2): 195–208. doi:10.1093 / toxsci / 4.2part2.195. ISSN  1096-6080.

externí odkazy