神经性毒剂

有机磷酸酯类以及被列为大规模杀伤性武器

神经性毒剂(nerve agent)或称神经毒剂,是一类具有扰乱与破坏神经向器官传递信息机制的有机化学品。神经性毒剂结构常含,或为有机磷酸盐,其作用机理是阻断乙酰胆碱酯酶;该酶是催化乙酰胆碱(一种神经递质)降解(通过其水解活性)而成为胆碱乙酸。含磷神经毒剂是不可逆的乙酰胆碱酯酶抑制剂,因而可用作毒物

虽然神经毒剂在英语中,有时称为 nerve gas“神经毒气”,但它们大多数在常温下是液态的,少数为固态(氨基甲酸酯类)。

根据联合国第687号决议(1991年4月通过),神经性毒剂被列为大规模毁灭性化学武器1993年禁止化学武器公约所禁止生产和储存,禁止化学武器公约于1997年4月29日正式生效。1899年和1907年海牙公约和1925年日内瓦议定书中已经禁止在战争中使用化学气体。

神经性毒剂引起的中毒会导致瞳孔收缩、大量唾液分泌、抽搐、大小便失禁,并导致呼吸肌的控制丧失而窒息死亡。一些神经药剂容易蒸发或雾化,并且经由呼吸系统进入身体。神经性毒剂也可以被皮肤吸收。

历史

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神经性毒剂最早是从民用有机磷农药中发展而来,1935年德国化学家格哈德·施拉德发现了一种速效有机磷杀虫剂——塔崩。由于不慎吸入泄漏的样品,施拉德及其助手成为了塔崩的首批受害者,出现瞳孔收缩、呼吸困难及晕厥症状,最终于三周后康复,并因此意识到塔崩对人体有巨大的毒性;此时正值第二次世界大战,塔崩很快被军方所关注并于1940年大量投入生产。

由于塔崩巨大的军事潜力,研究人员开始深入地研究塔崩的结构。在塔崩基本结构的基础上,德国及其他国家的研究者相继合成了一系列神经性毒剂,最具代表性的四个神经性毒剂是塔崩沙林梭曼VX。因其毒性强、作用快,能通过皮肤呼吸道黏膜消化道等吸收引起全身中毒,加之性质稳定、生产容易、使用性能良好,因此成为各国部队装备的主要化学战剂。

中毒机制

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生命活过程是在神经系统控制和调节之下进行的。神经系统之间的连络依靠体内一些特别的化学分子(神经传递物)传递和控制。这种连络一旦受到干扰,生命活动就会出现危险的异常情况。乙酰胆碱是传递神经活动的一种在体内自然生成的化学物质。乙酰胆碱与胆碱受体结合时,使受体进入兴奋状态,并向下一级传递神经脉冲。乙酰胆碱存在过多时,胆碱受体就会过度兴奋,从而使神经系统讯号传递发生紊乱。但是生物体内存在一种生物催化剂——乙酰胆碱酯酶(Acetylcholinesterase,AChE),它能将过量释放的乙酰胆碱很快地分解成胆碱乙酸,能在1ms内分解约300个乙酰胆碱分子,来保证神经传递过程的正常运作。

神经毒剂对乙酰胆碱酯酶活性有强烈的抑制作用,能够与其发生化学反应,牢固结合,从而使之失去活性,不能发挥正常功能,造成释放出来的乙酰胆碱不能被水解而蓄积,从而引起内源性胆碱中毒,令中枢和外周胆碱能神经功能严重紊乱。

症状

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症状取决于中毒的剂量及中毒方式。轻度中毒症状有瞳孔收缩、流鼻涕、口水增多、头痛、呼吸不畅及畏光,症状可维持2~5天。中度中毒者除以上症状外,还会出现眼痛、恶心、呕吐、腹泻和短暂痉挛。严重中毒者出现肌内震颤、运动机能失调和全身乏力。深度中毒则出现大小便失禁、严重痉挛、呼吸麻痹,数分钟内可致死。

结构与分类

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最早的神经性毒剂属有机磷化合物有机磷酸酯。美军将含有P-X键(F,Cl,CN,I,Br,Se),即毒剂分子上的X取代基为卤素或拟卤素的前三者称为G系毒剂,其代表为GA(塔崩)、GB(沙林)及GD(梭曼);将含有 P-SCH2CH2N(R)2 键的化合物称为V系毒剂,如VX、VE、VG、VS及VR等,其代表为VX。

神经性毒剂有两种主要类型。这两个类的成员有类似的属性及通用名称,北大西洋公约组织以两个英文字母"G"和"V"来标示。G系列被认为是非持久性的,而V系列是持久性的。

G系列

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塔崩的化学结构
 
沙林的化学结构

G系列因为德国科学家首先合成而得名。所有这一类化合物是第二次世界大战期间由德国化学家格哈德·施拉德博士(后来是法本公司)发现和合成的。

这个系列是第一个也是最古老的神经毒剂家族。第一种神经药物在1936年合成的GA(塔崩),1939年发现GB(沙林),1944年发现GD(梭曼),1949年发现GF(环沙林)。GB是唯一被美国当作为武器的G系列,特别是火箭、空中炸弹和炮弹。

V系列

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VX的化学结构

皇家化学工业(ICI)植物保护实验室化学家Ranajit Ghosh博士在研究有机磷酸酯化合物时发现这类化学物。1954年,ICI将化学物VG投入市场,后来因为毒性太强而撤回。这类化合物几个成员成为一组新的神经毒剂-V系列。这类化合物中最著名的是VXVR则是第二著名。

V系列是第二个神经毒剂家族,包含五个众所周知的成员:VEVGVMVRVX,以及一些模糊类似化合物,例如VP[1]。这个家族中研究最多的化合物VX是1950年代在英国的Porton Down发明的。

所有的V系列神经毒剂都是持久性试剂,意味著这些试剂不容易分解或被洗掉,可以长时间保持在衣服和表面上。这些试剂的稠度类似于,因此接触V-剂非常危险。VX是是唯一被美国当作为武器的V系列,包括火箭,炮弹,飞机喷雾罐和地雷[2][3]

结构资料

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神经性毒剂的结构资料如下:

毒剂 代号 化学名称 R'键 R键 活性基团(X)
塔崩 GA 二甲胺氰膦酸乙酯 -(CH3)2N -C2H5 -CN
沙林 GB 甲氟膦酸异丙酯 -CH3 -(CH3)2CH -F
梭曼 GD 甲氟膦酸特己酯 -CH3 -(CH3)3CH-CH3 -F
维埃克斯 VX S-(2-异丙胺乙基)-甲基硫酐膦酸乙酯 -CH3 -C2H5 -S-CH2CH2N(iC3H7)2

参考资料

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  1. ^ Ellison, D. Hank. Handbook of Chemical and Biological Warfare Agents. 2007. ISBN 978-0-8493-1434-6. 
  2. ^ FM 3-8 Chemical Reference handbook; US Army; 1967
  3. ^ "U.S. Army Destroys Entire Stockpile of VX Spray Tanks" 互联网档案馆存档,存档日期2009-02-06., U.S. Army Chemical Materials Agency, December 26, 2007, accessed January 4, 2007