Введение

Химическое соединение (нервно-паралитическое вещество)

Соман (или GD, EA 1210, Zoman, PFMP, A 255, систематическое название: O-пинаколилметилфосфонофторидат) является чрезвычайно токсичным химическим веществом. Это нервно-паралитическое вещество, нарушающее нормальное функционирование нервной системы млекопитающих путем ингибирования фермента холинестеразы. Он является ингибитором как ацетилхолинестеразы, так и бутирилхолинестеразы. Как химическое оружие, он классифицируется Организацией Объединенных Наций как оружие массового уничтожения в соответствии с резолюцией 687 ООН. Его производство строго контролируется, а накопление запасов запрещено Конвенцией о запрещении химического оружия 1993 года, где он классифицируется как вещество Списка 1. Соман был третьим из так называемых нервно-паралитических веществ серии G, обнаруженных вместе с GA (табуном), GB (зарином) и GF (циклозарином). В чистом виде соман представляет собой летучую, коррозионную и бесцветную жидкость со слабым запахом, напоминающим запах нафталина или гнилых фруктов. Чаще всего он имеет желтый или коричневый цвет и сильный запах, описываемый как похожий на запах камфоры. ЛК50 для сомана составляет 70 мг·мин/м³ у человека. GD можно загустить для использования в качестве химического распылителя с использованием акрилоидного сополимера. Он также может быть применен в качестве бинарного химического оружия; его предшественниками являются метилфосфонилдифторид и смесь пинаколилового спирта и амина. Данное исследование было заказано немецкой армией. Соман производился в небольших количествах на пилотном заводе на фабрике IG Farben в Людвигсхафене. Во время Второй мировой войны он не применялся. Производство или накопление запасов сомана было запрещено Конвенцией о запрещении химического оружия 1993 года. Когда конвенция вступила в силу, участники заявили о мировых запасах в 9057 тонн сомана. Запасы были уничтожены к 2018 году. Кристаллическая структура комплекса сомана с ацетилхолинестеразой была определена Миллардом и др. в 1999 году методом рентгеноструктурного анализа: 1som. Другие определенные структуры ацетилхолинестеразы с соманом, связанным с ними, включают 2wfz, 2wg0 и 2wg1.

Структура и реактивность

Соман (C(±)P(±) соман) имеет четыре стереоизомера, каждый из которых обладает различной токсичностью, хотя и в значительной степени схожей. Стереоизомеры: C(+)P(+) соман, C(+)P(−) соман, C(−)P(−) соман и C(−)P(+) соман. Соман содержит фосфонильную группу, к которой ковалентно присоединены фторид и (большая) углеводородная группа. Таким образом, его структура аналогична структуре зарина, к которому присоединена лишь меньшая углеводородная группа (изопропил). Вследствие сходства химических структур, реакционная способность этих двух соединений практически одинакова. Соман и зарин вступают в реакцию через фосфокислородную группу, способную связываться с аминокислотами, такими как серин.

Синтез

Производство сомана очень похоже на производство зарина. Разница заключается в том, что изопропанол, используемый в процессах производства зарина, заменяется пинаколильным спиртом:

Соман синтезируется путем реакции пинаколильного спирта с метилфосфонилдифторидом. Результатом этой реакции является образование сомана, который описывается как «бесцветная жидкость с легким фруктовым запахом». Низкое давление паров сомана также способствует образованию его летучей газообразной формы. В процессе реакции также образуется фтористоводородная кислота в результате отщепления фторида и протона. Эта кислота косвенно опасна для человека. При контакте с кожей фтористоводородная кислота немедленно реагирует с водой, образуя плавиковую кислоту. Соман также может связываться с другими эстеразами, например, ацетилхолинэстеразой (AChE), холинэстеразой (ChE) и карбоксилэстеразой (CarbE). В процессе связывания соман теряет фтор. После связывания с AChE или ChE соман также теряет фосфорильную группу, что приводит к образованию метилфосфоновой кислоты (MPA). Связывание с CarbE снижает общую концентрацию сомана в крови, тем самым уменьшая его токсичность. Кроме того, CarbE участвуют в детоксикации, гидролизуя соман до ПМПА. Таким образом, CarbE обеспечивают детоксикацию сомана двумя путями.

Признаки и симптомы

Поскольку соман тесно связан с соединениями, такими как зарин, признаки отравления соманом в целом схожи. Одним из первых заметных признаков отравления соманом является миоз. Некоторые из последующих признаков, но не все, включают рвоту, сильную мышечную боль и проблемы с периферической нервной системой. Эти симптомы могут проявиться уже через 10 минут после воздействия и сохраняться в течение многих дней. Помимо прямого токсического воздействия на нервную систему, люди, подвергшиеся воздействию сомана, могут испытывать долгосрочные последствия, в основном психологические. У людей, подвергшихся воздействию даже небольшой дозы сомана, наблюдались серьезные токсические эффекты; после лечения у них часто развивалась депрессия, возникали антисоциальные мысли, они становились замкнутыми и подавленными, страдали от беспокойного сна и кошмаров. Эти симптомы сохранялись в течение шести месяцев после воздействия, но впоследствии исчезали без каких-либо стойких последствий.

Токсичность и эффективность

LC50 сомана в воздухе оценивается в 70 мг·мин/м³. По сравнению со значением LC50 для крысы, смертельная концентрация для человека значительно ниже (954,3 мг·мин/м³ против 70 мг·мин/м³). Для соединений, таких как соман, которые могут также использоваться в качестве оружия, первые эффекты часто проявляются уже при дозах, составляющих лишь часть LC50. Миоз – один из первых симптомов отравления соманом и может наблюдаться при дозах менее 1% от LC50.

Влияние на животных

Были проведены эксперименты, в которых крысы подвергались воздействию сомана для проверки, можно ли выявить поведенческие эффекты при низких дозах без проявления явных симптомов. Воздействие сомана на крыс в дозе менее 3% от LD50 вызывало изменения в поведении. Активное избегание у подвергшихся воздействию крыс было ниже, чем у контрольной группы (эксперимент с двухсторонним челноком). Также были затронуты моторная координация (тест с перешагиванием через барьеры), поведение в открытом поле, а также активное и пассивное избегание. Можно заключить, что крысы, подвергшиеся воздействию сомана, демонстрировали меньший успех в задачах, требующих как двигательной активности, так и функционирования высших структур центральной нервной системы (ЦНС) одновременно. При этом соман оказывает преимущественно центральное воздействие. Знание о влиянии низких доз сомана и других ингибиторов холинэстеразы на крыс потенциально может помочь объяснить относительно высокую частоту авиационных происшествий, связанных с ошибками сельскохозяйственных пилотов. Если эти знания можно будет применить к человеку, можно будет объяснить эту высокую частоту снижением активности холинэстеразы вследствие воздействия пестицидов. Однако, возможность экстраполяции результатов, полученных на крысах, на человека пока не установлена.