В последнее время у нас в стране резко возрос интерес всех слоёв населения к такой замечательной науке, как химия.

Мировые бренды информационного поля, такие как «Скрипали», «Навальный» и «Novichok» тянут в электронные гаджеты наших сограждан огромные массивы информации. С целью поддержки курса руководства страны на просвещение населения по вопросам современной химии мы, с небольшими сокращениями, публикуем справочный материал из учебного пособия В.Н. Александрова и В.И. Емельянова «Отравляющие вещества», военное издательство МО СССР, 1990 г. Сразу предупредим особо «бдительных товарищей»: данная книга издана для свободной продажи и никаких «грифов» не имеет.

Для удобства усвоения, информация по боевым отравляющим веществам публикуется в 3-х частях:

Часть 1. История создания боевых отравляющих веществ нервно-паралитического действия и как они работают.

Часть 2. Типы боевых отравляющих веществ нервно-паралитического действия и их характеристики.

Часть 3. Боевые отравляющие вещества токсины. Что это такое и как работает.

Примечание:

Возможно, что когда тема «Novichok» изрядно поднадоест, тема боевых токсинов будет иметь шанс выйти на первые строчки запросов в поисковых системах. Поэтому, изучайте заранее, чтоб в будущем быть экспертом!

Для тех, кто хочет углубленно изучить взаимосвязь между терминами «Скрипали», «Навальный» и «Novichok» в конце 2-й части есть небольшой бонус. Попробуйте самостоятельно выполнить домашнее задание:

— соберите в Интернете доступную информацию о «Novichok»;

— откройте во 2-й части данной статьи последние разделы «Амитон» и «Алкилфторфосфонаты»;

— проведите сравнительный анализ данных химических веществ;

— результатами сравнения поделитесь в комментариях. Лучшие комментарии будут направлены в ОЗХО.

Часть 1. История создания боевых отравляющих веществ нервно-паралитического действия и как они работают

Общая характеристика

Группа отравляющих веществ нервно-паралитического действия объединяет соединения, специфически нарушающие нормальное функционирование нервной системы с появлением судорог, переходящих в параличи. Действие на нервную систему характерно для многих сильнодействующих ядов, но исторически в данной группе рассматриваются только производные фосфорной и алкилфосфоновых кислот общей формулы:

где R — алкил или алкоксигруппа; R’ — алкокси-, алкилмеркапто-, замещённая при атоме азота аминогруппа; X — заместитель, связь которого с атомом фосфора менее устойчива по сравнению с R и R’. Это могут быть F, CN, ацилокси-, диалкиламиноэтилмеркапто-, нитрофеноксигруппа, остаток замещённых фосфорной или алкилфосфоновых кислот.

История создание боевых отравляющих веществ нервно-паралитического действия

Первое сообщение о токсических свойствах фторангидридов алкиловых эфиров фосфорной кислоты (диалкилфторфосфатов) появилось в 1932 г. (В. Ланге, Г. Крюгер). Дальнейшие исследования в области токсичных производных кислот фосфора проводились во всех развитых капиталистических странах в условиях секретности, и до окончания второй Мировой Войны сведения о них в открытой печати не публиковались.

Появление этой группы отравляющих веществ (ОВ) связано с именем Г. Шрадера (Германия), возглавившего в 1934 г. главную научно-исследовательскую лабораторию концерна «И.Г. Фарбениндустри» в г. Леверкузене. В поисках эффективных инсектицидов он обнаружил высокую токсичность некоторых фторсодержащих соединений. Так, было отмечено сильное удушающее действие пара трехфтористого хлора (CIF₃) и других фтор-галоидосодержащих соединений. Чрезвычайно токсичными оказались фторангидриды кислот фосфора. Эти открытия немедленно переместили акцент работ лаборатории в военно-химическую область, и Г. Шрадер сосредоточил свои усилия исключительно на исследовании фосфорорганических веществ.

Примечание:

Немецкий концерн «И.Г. Фарбениндустри» — крупнейшее предприятие химической промышленности фашистской Германии. Кроме создания первых в мире боевых отравляющих веществ нервно-паралитического действия, известен как производитель средства массового истребления людей – газа «Циклон Б». В современном мире наследником «И.Г. Фарбениндустри» является крупнейший в мире химический концерн и самое крупное предприятие Германии «BASF».

К началу второй Мировой Войны сотрудниками лаборатории Г. Шрадера в г. Вупперталь-Эльберфельде было получено свыше 2000 новых фосфорорганических и фосфорсодержащих соединений, ряд из которых был отобран для изучения в качестве боевых отравляющих веществ, впоследствии принятых на вооружение армии. Подобные вещества в целях маскировки условно были названы трилонами, хотя вообще трилоны — это комплексообразователи, используемые в качестве аналитических средств и вспомогательных материалов для крашения тканей.

В 1936 г. был синтезирован «Трилон 83», который был передан для определения боевой эффективности в химическую лабораторию военно-технического института в Шпандау близ Берлина. В сентябре 1939 г. концерн «И.Г. Фарбениндустри» уже получил заказ на строительство завода по производству «Трилона 83», получившего к этому времени военный шифр «Табун», с проектной мощностью 1000 т в месяц.

В сентябре 1942 г. были получены первые 138 г табуна, а с мая 1943 г. завод в Дихернфурте-на-Одере недалеко от г. Бреслау (ныне г. Вроцлав, Польша) был выведен на проектную мощность, хотя постоянно работал с недогрузкой (максимальный выпуск в июне 1944 г. составил 793 т табуна). Тем не менее к концу второй Мировой Войны Германия имела запас табуна в 8770 т.

В 1939 г. в Германии был получен более токсичный по сравнению с табуном «Трилон 46» или «Трилон 144», получивший в дальнейшем название «Зарин», а в конце 1944 г. — отравляющее вещество под названием «Зоман». Крупнопромышленное производство этих ОВ, поражающих нервную систему, не было налажено к моменту окончательного разгрома фашизма. С июня 1944 г. зарин производился на опытной технологической установке, вывезенной после войны в США, а зоман проходил стадию лабораторных и предпромышленных исследований. К концу второй Мировой Войны запас этих веществ составлял 1260 т по зарину и примерно 20 т по зоману.

В США и Великобритании изучение органических производных кислот фосфора с целью изыскания среди них высокотоксичных соединений началось в 1939 г. В результате в качестве потенциального ОВ был отобран диизопропилфторфосфат (DFP). Для него отрабатывалась технология промышленного производства и осуществлялись полевые опыты. О фторангидридах алкилфосфоновых кислот, в частности о зарине и зомане, специалисты этих стран узнали, очевидно, лишь в конце войны, после того как в их руки попали документы, образцы боеприпасов немецкого производства и были вывезены в США специалисты фашистской Германии, в том числе Г. Шрадер с сотрудниками. Им была поручена разработка технологии зарина для США с учетом опыта эксплуатации установок по производству фосфорорганических ОВ в Германии.

К 1947 г, из Германии было переправлено в США около 1000 т табуна и зарина для лабораторных и полевых испытаний, а год спустя в Эджвуде вступила в строй демонтированная на немецкой территории опытная установка по наработке зарина.

Это вещество было принято на вооружение армии США и получило шифр GB. Завод по его промышленному производству вступил в строи в 1952 г. на территории арсенала Роки Мауитин в 16 км северо-западнее г. Денвера (штат Колорадо). Табун и зоман соответственно получили шифры GA и GD.

В середине 50-х годов в лабораториях британского концерна «Империэл кемикл индастриз», Шведского института оборонных исследований и концерна «Байер АГ» в Федеративной Республике Германии были синтезированы и испытаны на животных новые фосфорорганические соединения, названные из-за их структурной аналогии одному из передатчиков нервного импульса в организме ацетилхолину фосфорилхолинами и фосфорилтиохолинами. Когда было обнаружено, что некоторые из них превышают по токсичности вещества GB и GD, министерство обороны США приняло решение о более глубоком изучении в Эджвуде этих классов соединении, получивших шифр V-газов.

Из множества веществ в арсенале был отобран в качестве ОВ фосфорилтиохолин под шифром VX, производство которого началось в 1961 г. в г. Ньюпорт (штат Индиана). Один из основных промежуточных продуктов синтеза ОВ нервно-паралитического действия — дихлорангидрид метилфосфоновой кислоты производится с начала 50-х годов на заводе в г. Масл Шоулс (штат Индиана).

Высокая токсичность ОВ нервно-паралитического действия, проявляющаяся при любых способах их попадания в организм, возможность применения всеми химическими средствами поражения, включая ракеты, в любых климатических условиях выдвинули их на ведущее место в арсенале химического оружия. Наибольшее значение среди ОВ имеют производные метилфосфоновой кислоты GB, GD и VX, в то время как фосфорсодержащие вещества GA и DFP перешли в область «классических ОВ» и представляют в настоящее время лишь исторический интерес.

Как работают фосфорорганические отравляющие вещества нервно-паралитического действия?

Характерной физиологической особенностью фосфорорганических отравляющих веществ (ФОВ), является их способность химически связывать и инактивировать («выключать») биологические катализаторы различных реакций в организме (ферменты), среди которых важную роль играет холинэстераза — белок, встречающийся во многих органах и тканях организма, но основную функцию выполняющий в нервной системе, регулируя процесс передачи нервных импульсов.

Структурной единицей нервной системы является нервная клетка (нейрон), тело которой имеет несколько коротких отростков (дендритов) и один длинный (аксон), состоящий из нервного волокна с фибриллами и с разветвлением на конце. Дендриты воспринимают внешние и внутренние раздражения (свет, звук, механическое воздействие, изменение состава или состояния среды и т. д.) и передают их телу клетки, аксон же несёт нервный импульс от тела клетки к рецепторам иннервируемых органов или к дендритам других нейронов.

Элементарное звено нервной системы состоит из нескольких последовательно расположенных друг за другом нервных клеток таким образом, что аксон одного нейрона находится около дендрита или тела другого нейрона. Однако между ними нет прямого контакта, они разделены пространством (щелью) шириной 20-50 нм, заполненным плохо проводящей ток жидкостью. Эту область межнейронного контакта называют синапсом. Существуют также нервно-мышечные синапсы, когда аксон нервной клетки оканчивается в двигательной концевой пластинке, расположенной в мышце, и нервно-рецепторные синапсы, через которые возбуждение проходит от аксона к рецепторам органов чувств или выделительных желёз.

Нервный импульс (возбуждение) передаётся по этой цепи комплексно — электрическим и химическим способами. Передача по аксону имеет электрическую природу, то есть в первом приближении аналогична передаче электрического тока по проводнику. В межнейронных, нервно-мышечных и нервно-рецепторных синапсах связь между разобщёнными звеньями цепи нервной системы осуществляется при помощи химических веществ — передатчиков нервных импульсов или медиаторов. Медиаторы находятся в специальных пузырьках в области окончаний нервных волокон. Под влиянием поступающего по аксону импульса они выделяются в синаптическую щель через пресинаптическую мембрану (мембрану перед синаптической щелью), возбуждают мембрану дендрита следующей нервной клетки или рецептора (постсинаптическую мембрану) и обеспечивают таким образом прохождение нервного импульса дальше. Нервные импульсы в организме человека распространяются со скоростью около 120 м/с.

В различных тканях и органах функционируют более 10 химических передатчиков нервных импульсов. В двигательной нервной системе, иннервирующей поперечнополосатую мускулатуру, в симпатических нервных волокнах, иннервирующих потовые железы, и в некоторых других отделах нервной системы таким передатчиком является ацетилхолин — сложный эфир, образующийся из уксусной кислоты и холина в присутствии биологического катализатора (холинацетилтрансферазы).

До тех пор, пока медиатор, в частности ацетилхолин, будет сохраняться в синапсе, через последний с частотой 1000 имп./с будут проходить нервные возбуждения. Для того чтобы работа нервной системы нормализовалась, необходимо сразу же после прохождения импульса разложить медиатор. Обычно так и происходит: как только ацетилхолин окажет своё действие в синапсе, с ним немедленно вступает в химическую реакцию фермент ацетилхолинэстераза. В результате реакции образуются аминоспирт, холин и ацетилированная холинэстераза. Последняя химически неустойчива и быстро расщепляется водой с выделением уксусной кислоты и регенерацией исходной холинэстеразы.

Скорость процесса колоссальна: каждая молекула холинэстеразы успевает разложить за 1 с 25 тыс. молекул ацетилхолина, в то время как гидролиз ацетилхолина без фермента длится часами.

Причиной высокой токсичности ФОВ является химическое связывание ими холинэстеразы с образованием фосфонилироваиного фермента, следствием чего является потеря ферментом каталитической активности. Ацетилхолин, сохраняющийся в неизменном виде в межнейронных, нервно-мышечных и нервно-рецепторных синапсах, перевозбуждает двигательную, непроизвольную мускулатуру и выделительные железы. В результате перевозбуждения двигательных мышц возникают мышечные судороги, переходящие в параличи. Сокращение мышц, работающих без участия сознания (сердечных, дыхательных мышц, мышц пищеварительного тракта, мочевого пузыря, зрачков глаз и т.д.), вызывает нарушение работы соответствующих органов; также сопровождающееся спазмами, подёргиваниями, параличами. Непрекращающееся функционирование выделительных желез типа потовых или слюнных вызывает потливость пораженного и обильное слюноотделение. Тяжесть поражений ФОВ определяется степенью связывания ими холинэстеразы.

Литература:

В.Н. Александрова, В.И. Емельянова. Отравляющие вещества: учебное пособие.- 2-е издание, переработанное и дополненное.- М.: Воениздат, 1990