Sarin

Sarin
Namn
Uttal	/ ˈ s ɑː r ɪ n /
	Föredraget IUPAC-namn Propan-2-yl metylfosfonofluoridat
	Andra namn ; ; ; ( RS ) -O - isopropylmetylfosfonfluoridat; IMPF; GB; 2-(fluor-metylfosforyl)oxipropan; Fosfonfluoridsyra, P -metyl-, 1-metyletylester
Identifierare
CAS-nummer	107-44-8 ;
3D-modell ( JSmol )	Interaktiv bild;
ChEBI	CHEBI:75701 ;
ChEMBL	ChEMBL509554 ;
ChemSpider	7583 ;
PubChem CID	7871;
UNII	B4XG72QGFM ;
CompTox Dashboard ( EPA )	DTXSID0042371 ;
	InChI InChI=1S/C4H10FO2P/c1-4(2)7-8(3,5)6/h4H,1-3H3 Nyckel: DYAHQFWOVKZOOW-UHFFFAOYSA-N ; InChI=1/C4H10FO2P/c1-4(2)7-8(3,5)6/h4H,1-3H3; InChI=1/C4H10FO2P/c1-4(2)7-8(3,5)6/h4H,1-3H3 Nyckel: DYAHQFWOVKZOOW-UHFFFAOYAY ;
	LEDER FP(=O)(OC(C)C)C;
Egenskaper
Kemisk formel	C 4 H 10 F O 2 P
Molar massa	140,094 g·mol -1
Utseende	Klar färglös vätska, brunaktig om den är oren
Odör	Luktfri i ren form. Oren sarin kan lukta senap eller bränt gummi.
Densitet	; 1,0887 g/cm 3 (25 °C) 1,102 g/cm 3 (20 °C)
Smältpunkt	−56 °C (−69 °F; 217 K)
Kokpunkt	158 °C (316 °F; 431 K)
Vattenlöslighet	Blandbar
log P	0,30
Faror
	Arbetsmiljö och hälsa (OHS/OSH):
Huvudsakliga faror	Extremt dödligt kolinergt medel.
	GHS- märkning :
Piktogram
NFPA 704 (branddiamant)	4 1 1
Tröskelgränsvärde (TLV)	0,00003 mg/m 3 (TWA), 0,0001 mg/m 3 (STEL)
	Dödlig dos eller koncentration (LD, LC):
LD 50 ( mediandos )	39 μg/kg (intravenöst, råtta)
	NIOSH (USA:s hälsoexponeringsgränser):
IDLH (Omedelbar fara)	0,1 mg/m 3
Säkerhetsdatablad (SDS)	Dödlig nervgift Sarin (GB)
	Om inte annat anges ges data för material i standardtillstånd (vid 25 °C [77 °F], 100 kPa). ( vad är ?) Infobox referenser

Sarin ( NATO- beteckning GB [förkortning för G-serien , "B") är en extremt giftig syntetisk organofosforförening . En färglös, luktfri vätska , den används som ett kemiskt vapen på grund av dess extrema styrka som nervgift . Exponering är dödlig även vid mycket låga koncentrationer, där döden kan inträffa inom en till tio minuter efter direkt inandning av en dödlig dos, på grund av kvävning från andningsförlamning, om inte motgift ges snabbt. Människor som absorberar en icke-dödlig dos och inte får omedelbar medicinsk behandling kan få permanenta neurologiska skador. ^{[ citat behövs ]}

Sarin anses allmänt vara ett massförstörelsevapen . Produktion och lagring av sarin förbjöds sedan april 1997 av konventionen om kemiska vapen från 1993, och det klassificeras som ett schema 1-ämne .

Hälsoeffekter

Sarin (röd), acetylkolinesteras (gul), acetylkolin (blå)

Liksom vissa andra nervämnen som påverkar signalsubstansen acetylkolin angriper sarin nervsystemet genom att störa nedbrytningen av signalsubstansen acetylkolin vid neuromuskulära förbindelser . Döden inträffar vanligtvis som ett resultat av asfyxi på grund av oförmågan att kontrollera musklerna som är involverade i andningen.

De första symtomen efter exponering för sarin är rinnande näsa , täthet i bröstet och sammandragning av pupillerna . Strax efter kommer personen att få svårt att andas och de kommer att uppleva illamående och dregling. När de fortsätter att tappa kontrollen över kroppsfunktionerna kan de kräkas, göra avföring och kissa. Denna fas följs av ryckningar och ryckningar. I slutändan blir personen komatös och kvävs i en serie konvulsiva spasmer . Dessutom är vanliga minnesmärken för symtomatologin för organofosfatförgiftning, inklusive sarin, "dödare Bs" av bronkorré och bronkospasm eftersom de är den vanligaste dödsorsaken, och SLUDGE – salivutsöndring, tårbildning , urinering, avföring, gastrointestinala besvär och kräkningar ( kräkningar). Döden kan följa inom en till tio minuter efter direkt inandning.

Sarin har en hög flyktighet (lätt med vilken en vätska kan förvandlas till ånga) i förhållande till liknande nervämnen, vilket gör inandning mycket lätt och kan till och med absorberas genom huden. En persons kläder kan släppa sarin i cirka 30 minuter efter att det har kommit i kontakt med saringas, vilket kan leda till exponering av andra människor.

Förvaltning

Behandlingsåtgärder har beskrivits. Behandlingen är vanligtvis med motgiften atropin och pralidoxim . Atropin, en antagonist till muskarina acetylkolinreceptorer , ges för att behandla de fysiologiska symtomen på förgiftning. Eftersom muskulär respons på acetylkolin förmedlas genom nikotinacetylkolinreceptorer motverkar atropin inte muskelsymtomen. Pralidoxim kan regenerera kolinesteraser om det administreras inom cirka fem timmar. Biperiden , en syntetisk acetylkolinantagonist , har föreslagits som ett alternativ till atropin på grund av dess bättre penetration av blod-hjärnbarriären och högre effektivitet.

Handlingsmekanism

Sarin är en potent hämmare av acetylkolinesteras , ett enzym som bryter ner signalsubstansen acetylkolin efter att den frisätts i synapspalten . Hos ryggradsdjur är acetylkolin signalsubstansen som används vid den neuromuskulära förbindelsen, där signaler överförs mellan nervceller från centrala nervsystemet till muskelfibrer. Normalt frisätts acetylkolin från neuronen för att stimulera muskeln, varefter det bryts ned av acetylkolinesteras , vilket gör att muskeln kan slappna av. En uppbyggnad av acetylkolin i synapspalten , på grund av hämningen av acetylkolinesteras, innebär att signalsubstansen fortsätter att verka på muskelfibern, så att eventuella nervimpulser effektivt överförs kontinuerligt.

Sarin verkar på acetylkolinesteras genom att bilda en kovalent bindning med den speciella serinresten på det aktiva stället. Fluor är den lämnande gruppen , och den resulterande organofosfoestern är robust och biologiskt inaktiv .

Dess verkningsmekanism liknar den hos några vanliga insekticider , såsom malation . När det gäller biologisk aktivitet liknar den karbamatinsekticider , såsom Sevin , och medicinerna pyridostigmin , neostigmin och fysostigmin .

Diagnostiska tester

Kontrollerade studier på friska män har visat att en icke-toxisk oral dos på 0,43 mg administrerad i flera portioner under ett 3-dagarsintervall orsakade genomsnittliga maximala sänkningar på 22 respektive 30 % i plasma- och erytrocytacetylkolinesterasnivåer. En enstaka akut dos på 0,5 mg orsakade milda symtom på förgiftning och en genomsnittlig minskning med 38 % i båda måtten på acetylkolinesterasaktivitet. Sarin i blod bryts snabbt ned antingen in vivo eller in vitro . Dess primära inaktiva metaboliter har in vivo serumhalveringstider på cirka 24 timmar. Serumnivån av obunden isopropylmetylfosfonsyra (IMPA), en sarinhydrolysprodukt, varierade från 2–135 μg/L hos överlevande från en terroristattack under de första fyra timmarna efter exponering. Sarin eller dess metaboliter kan bestämmas i blod eller urin genom gas- eller vätskekromatografi, medan acetylkolinesterasaktivitet vanligtvis mäts med enzymatiska metoder.

En nyare metod som kallas "fluorregenerering" eller "fluoridreaktivering" detekterar närvaron av nervämnen under en längre period efter exponering än de metoder som beskrivits ovan. Fluorreaktivering är en teknik som har utforskats sedan åtminstone tidigt 2000-tal. Denna teknik undanröjer några av bristerna med äldre procedurer. Sarin reagerar inte bara med vattnet i blodplasman genom hydrolys (bildar så kallade 'fria metaboliter'), utan reagerar också med olika proteiner och bildar 'proteinaddukter'. Dessa proteinaddukter tas inte så lätt bort från kroppen och stannar kvar under en längre tid än de fria metaboliterna. En tydlig fördel med denna process är att perioden, efter exponering, för bestämning av sarinexponering är mycket längre, möjligen fem till åtta veckor enligt minst en studie.

Giftighet

Som en nervgas uppskattas sarin i sin renaste form vara 26 gånger mer dödlig än cyanid . LD ₅₀ för subkutant injicerat sarin i möss är 172 μg/kg .

Sarin är mycket giftigt, oavsett om det kommer i kontakt med huden eller andas in. Sarins toxicitet hos människor bygger till stor del på beräkningar från studier med djur. Den dödliga koncentrationen av sarin i luft är cirka 28–35 mg per kubikmeter per minut under två minuters exponeringstid genom att en frisk vuxen andas normalt (byte 15 liter luft per minut, lägre 28 mg/m 3 värde är ^för allmänt befolkning). Denna siffra representerar den beräknade dödliga koncentrationen för 50 % av de exponerade offren, LCt ₅₀ -värdet. LCt - _95- eller LCt ₁₀₀ värdet uppskattas till 40–83 mg per kubikmeter vid exponeringstid på två minuter. Beräkning av effekter för olika exponeringstider och koncentrationer kräver att man följer specifika toxiska belastningsmodeller. I allmänhet är kortvariga exponeringar för högre koncentrationer mer dödliga än jämförbara långtidsexponeringar för låga koncentrationer. Det finns många sätt att göra relativa jämförelser mellan giftiga ämnen. Listan nedan jämför sarin med några aktuella och historiska kemiska krigföringsmedel, med en direkt jämförelse med respiratorisk LCt ₅₀ :

Vätecyanid , 2 860 mg·min/m ³ – Sarin är 81 gånger mer dödligt
Fosgen , 1 500 mg·min/m ³ – Sarin är 43 gånger mer dödligt
Svavelsenap , 1 000 mg·min/m ³ – Sarin är 28 gånger mer dödligt
Klor , 19 000 mg·min/m ³ – Sarin är 543 gånger mer dödligt

Produktion och struktur

Sarin är en kiral molekyl eftersom den har fyra kemiskt distinkta substituenter fästa vid det tetraedriska fosforcentrumet. SP - _på formen (den (–) optiska isomeren ) är den mer aktiva enantiomeren grund av dess större bindningsaffinitet till acetylkolinesteras . PF-bindningen bryts lätt av nukleofila medel, såsom vatten och hydroxid. Vid högt pH sönderdelas sarin snabbt till ogiftiga fosfonsyraderivat .

Den tillverkas nästan alltid som en racemisk blandning (en 1:1 blandning av dess enantiomera former) eftersom detta innebär en mycket enklare syntetisk process samtidigt som den tillhandahåller ett adekvat vapen.

Ett antal produktionsvägar kan användas för att skapa sarin. Den slutliga reaktionen involverar typiskt bindning av isopropoxigruppen till fosforn med en alkoholys med isopropylalkohol . Två varianter av denna process är vanliga. En är reaktionen av metylfosfonyldifluorid med isopropylalkohol, som ger en racemisk blandning av sarinenantiomerer med fluorvätesyra som biprodukt:

Den andra processen, känd som "Di-Di"-processen, använder lika stora mängder metylfosfonyldifluorid (Difluoro) och metylfosfonyldiklorid (Dichloro), snarare än bara difluoriden. Denna reaktion ger också sarin, men saltsyra som en biprodukt. Di-Di-processen användes av USA för tillverkning av dess enhetliga sarinlager.

Schemat nedan visar ett generiskt exempel på Di-Di-processen; i verkligheten dikterar valet av reagens och reaktionsbetingelser både produktstruktur och utbyte. Valet av enantiomer av den blandade klorfluoro-mellanprodukten som visas i diagrammet är godtycklig, men den slutliga substitutionen är selektiv för klor framför fluor som den lämnande gruppen . Inert atmosfär och vattenfria förhållanden ( Schlenk-tekniker ) används för syntes av sarin och andra organofosfater.

An example of "di-di" process using arbitrary reagents.

Eftersom båda reaktionerna lämnar avsevärd syra i produkten, har sarin som produceras i bulk med dessa metoder en kort halveringstid utan vidare bearbetning, och skulle vara frätande för behållare och skada vapensystem. Olika metoder har prövats för att lösa dessa problem. Förutom industriella raffineringstekniker för att rena själva kemikalien har olika tillsatser prövats för att bekämpa syrans effekter, såsom:

Tributylamin tillsattes till amerikanskt sarin producerat vid Rocky Mountain Arsenal .
Trietylamin tillsattes till brittiskt sarin, med relativt dålig framgång. Aum Shinrikyo -kulten experimenterade också med trietylamin.
N , N -dietylanilin användes av Aum Shinrikyo för syrareduktion.
N , N' -Diisopropylkarbodimid tillsattes till sarin producerat vid Rocky Mountain Arsenal för att bekämpa korrosion.
Isopropylamin ingick som en del av M687 155 mm fältartillerigranat, som var ett binärt sarin-vapensystem utvecklat av den amerikanska armén.

En annan biprodukt av dessa två kemiska processer är diisopropylmetylfosfonat , som bildas när en andra isopropylalkohol reagerar med själva sarinet och från disproportionering av sarin, när den destilleras felaktigt. Faktorn för dess bildning vid förestring är att när koncentrationen av DF-DCl minskar, ökar koncentrationen av sarin, och sannolikheten för DIMP-bildning är större. DIMP är en naturlig förorening av sarin, som är nästan omöjlig att eliminera, matematiskt, när reaktionen är en 1 mol-1 mol "enström".

${\ce {(CH3)2CHO - + CH3P(O)FOCH(CH3)2 -> CH3P(O)(OCH(CH3)2)2 + F-}}$

Denna kemikalie bryts ned till isopropylmetylfosfonsyra.

Nedbrytning och hållbarhet

Kanin använde för att leta efter läckor vid tidigare sarinproduktionsanläggning ( Rocky Mountain Arsenal) , 1970

De viktigaste kemiska reaktionerna av fosforylhalider är hydrolysen av bindningen mellan fosfor och fluorid. Denna PF-bindning bryts lätt av nukleofila medel, såsom vatten och hydroxid . Vid högt pH sönderdelas sarin snabbt till ogiftiga fosfonsyraderivat . Den initiala nedbrytningen av sarin sker till isopropylmetylfosfonsyra (IMPA), en kemikalie som inte är vanligt förekommande i naturen förutom som en nedbrytningsprodukt av sarin (detta är användbart för att upptäcka den senaste tidens utplacering av sarin som ett vapen). IMPA bryts sedan ned till metylfosfonsyra (MPA), som även kan produceras av andra organofosfater.

Sarin med kvarvarande syra bryts ned efter en period på flera veckor till flera månader. Hållbarheten kan förkortas av föroreningar i prekursormaterial . Enligt CIA hade vissa irakiska sarin en hållbarhetstid på bara några veckor, främst beroende på orena prekursorer.

Tillsammans med nervmedel som tabun och VX kan sarin ha kort hållbarhet. Därför lagras det vanligtvis som två separata prekursorer som producerar sarin när de kombineras. Sarins hållbarhet kan förlängas genom att öka renheten hos prekursorn och intermediärer och inkorporera stabilisatorer som tributylamin . I vissa formuleringar ersätts tributylamin med diisopropylkarbodiimid (DIC), vilket gör att sarin kan lagras i aluminiumhöljen . I binära kemiska vapen lagras de två prekursorerna separat i samma skal och blandas för att bilda medlet omedelbart före eller när skalet flyger. Detta tillvägagångssätt har den dubbla fördelen att lösa stabilitetsfrågan och öka säkerheten för sarin-ammunition.

Historia

Sarin upptäcktes 1938 i Wuppertal -Elberfeld i Tyskland av forskare vid IG Farben som försökte skapa starkare bekämpningsmedel; det är det giftigaste av de fyra nervämnena i G-serien som tillverkats av Tyskland. Föreningen, som följde på upptäckten av nervgiftet tabun , namngavs för att hedra dess upptäckare: kemisten Gerhard S chrader , kemisten Otto A mbros , kemisten Gerhard Ritter [ de ] , och från Heereswaffenamt Hans-Jürgen von der L in de.

Använd som ett vapen

I mitten av 1939 skickades formeln för medlet till avdelningen för kemisk krigföring av den tyska arméns vapenkontor, som beordrade att den skulle tas i massproduktion för krigstidsbruk. Pilotanläggningar byggdes och en högproduktionsanläggning var under uppbyggnad (men var inte färdig) i slutet av andra världskriget . Uppskattningar för Nazitysklands totala sarinproduktion varierar från 500 kg till 10 ton.

Även om sarin, tabun och soman inkorporerades i artillerigranater , använde Tyskland inte nervmedel mot allierade mål. Adolf Hitler vägrade att initiera användningen av gaser som sarin som vapen.

US Honest John missil stridsspets utskärning, visar M134 Sarin bomblets (ca 1960)

Saringas som används mot djur i ett vapenexperiment.

1950-talet (tidigt): NATO antog sarin som ett standard kemiskt vapen, och både Sovjetunionen och USA producerade sarin för militära ändamål.
1953: 20-årige Ronald Maddison , en ingenjör från Royal Air Force från Consett , County Durham , dog i mänskliga tester av sarin vid Porton Downs testanläggning för kemisk krigföring i Wiltshire , England. Tio dagar efter hans död hölls en undersökning i hemlighet som gav en dom om missöde . 2004 återupptogs förhöret och efter en 64-dagars förhör, beslutade juryn att Maddison olagligen hade dödats av "tillämpningen av ett nervgift i ett icke-terapeutiskt experiment".
1957: Regelbunden produktion av kemiska sarinvapen upphörde i USA, även om befintliga lager av bulksarin omdestillerades fram till 1970.
1976: Chiles underrättelsetjänst, DINA , gav biokemisten Eugenio Berríos i uppdrag att utveckla Sarin-gas inom sitt program Proyecto Andrea , för att användas som ett vapen mot dess motståndare. Ett av DINAs mål var att förpacka den i sprayburkar för enkel användning, vilket, enligt vittnesmål från den tidigare DINA-agenten Michael Townley , var en av de planerade procedurerna i mordet på Orlando Letelier 1976 . Berríos vittnade senare om att den användes vid ett antal mord och att den var planerad att användas för att döda invånare, genom att förgifta vattenförsörjningen i Argentinas huvudstad Buenos Aires , ifall Operation Soberanía skulle äga rum.
Mars 1988: Halabja kemisk attack ; Under två dagar i mars bombarderades den etniskt kurdiska staden Halabja i norra Irak (befolkning 70 000) av Saddam Husseins irakiska flygvapnets jetplan med kemiska bomber inklusive sarin. Uppskattningsvis 5 000 människor dog, nästan alla civila.
April 1988: Sarin användes fyra gånger mot iranska soldater i slutet av kriget mellan Iran och Irak , och hjälpte irakiska styrkor att återta kontrollen över al-Faw-halvön under det andra slaget vid al-Faw .
1993: FN:s konvention om kemiska vapen undertecknades av 162 medlemsländer och förbjöd tillverkning och lagring av många kemiska vapen, inklusive sarin. Den trädde i kraft den 29 april 1997 och krävde fullständig förstörelse av alla specificerade lager av kemiska vapen före april 2007. När konventionen trädde i kraft deklarerade parterna världsomspännande lager av 15 047 ton sarin. Den 28 november 2019 har 98 % av lagren förstörts.
1990: Kosovos studentförgiftning I mars 1990, flera månader efter den serbiska regeringens ensidiga åtgärd att segregera skolor i hela Kosovo , uppstod en mystisk sjukdom – massiv förgiftning av mestadels skolbarn. De första offren som drabbades av denna sjukdom var studenter, som utsattes för sitt livs mest fruktansvärda mardröm. Skolbarn kunde upptäcka ett "vitt pulver" på sina skrivbord. Om de petade i den fick de snabbt symtom: Först skum runt munnen och sedan kramper och svimning. Många skolor från varje hörn av Kosovo började rapportera sådana händelser och från första dagen började frånvaron av elever i skolorna att öka. Den 1 augusti 1990 hävdade den franske läkaren Bernard Benedetti, i en intervju för tidningen "The LaCourse", att han i hemlighet gick in på ett sjukhus i Pristina och fick blodprov från 150 patienter. Analyserna gjordes i två laboratorier i Paris. Enligt Dr Benedetti var dessa patienter förgiftade. När Benedetti besökte Kosovo igen år 2000, bekräftade han resultaten av 1990-talets tester. Enligt honom stoppades publiceringen av resultaten av den franska regeringen i ett försök att bevara diplomatiska förbindelser med Serbien. En annan grupp kallad Genèvekommissionen sändes till Kosovo. Denna grupp bestod av Charles Graves, Verena Graf och Jean-Jacques Kirkyacharian. De gjorde inga blodanalyser men under resan intervjuade de vårdpersonal, barn och deras föräldrar. De tog också detaljerade anteckningar om symptomen. De skrev att några läkare hade märkt en lukt från eleverna som liknade " vinäger ". Enligt dem var det möjligt att sjukdomen orsakades av förgiftning som kan ha varit i form av organiska fosfater (nervgas). Misstanken om nervgaser förstärktes i februari 1992 när Aubin Heyndrickx gav ett pressmeddelande där han hävdade att han hade studerat alla rapporter och analyser av blod och urin och att han kom fram till att en organisk kemisk nervgas hade använts som Sarin och Tabun , båda listade som krigföringsagenter .
1994: Matsumoto incident ; den japanska religiösa sekten Aum Shinrikyo släppte en oren form av sarin i Matsumoto, Nagano , och dödade åtta människor och skadade över 500. Den australiska fårstationen Banjawarn var en testplats.
1995: Tokyo tunnelbana sarin attack ; Aum Shinrikyo- sekten släppte en oren form av sarin i Tokyos tunnelbana . Tolv personer dog och över 6 200 personer skadades.
2002: Den pro- tjetjenska militanten Ibn al-Khattab kan ha mördats med sarin av den ryska regeringen.
Maj 2004: Irakiska upprorsmän detonerade ett 155 mm granat innehållande binära prekursorer för sarin nära en amerikansk konvoj i Irak . Skalet var designat för att blanda kemikalierna när det snurrade under flygningen. Det detonerade granatet släppte bara ut en liten mängd saringas, antingen för att explosionen misslyckades med att blanda de binära medlen ordentligt eller för att kemikalierna inuti granaten hade försämrats med åldern. Två amerikanska soldater behandlades efter att ha visat de tidiga symtomen på exponering för sarin.
Mars 2013: Khan al-Assal kemisk attack ; Sarin användes i en attack mot en stad väster om Aleppo i Syrien , där 28 dödades och 124 skadades.
Augusti 2013: Ghouta kemisk attack ; Sarin användes i flera samtidiga attacker i Ghouta -regionen i Rif Dimashq- guvernementet i Syrien under det syriska inbördeskriget . Olika källor gav en dödssiffra på 322 till 1 729.
April 2017: Khan Shaykhun kemisk attack ; Saringas släpptes ut i rebellhållna Idlib-provinsen i Syrien av det syriska flygvapnet under ett flyganfall .
April 2018: Douma kemiska attackoffer rapporterades ha symtom som överensstämmer med exponering för sarin och andra medel. Den 6 juli 2018 publicerade OPCW:s faktauppdrag (FFM) sin delrapport. Rapporten angav att "Resultaten visar att inga organofosforhaltiga [sarin] nervämnen eller deras nedbrytningsprodukter upptäcktes i miljöproverna eller i plasmaproverna som tagits från påstådda offer". Det kemiska medlet som användes i attacken identifierades senare som elementärt klor .

Se även

externa länkar