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神經性毒劑

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神經性毒劑(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。神經性毒劑结构常含,或为有機磷酸鹽,其作用機理是阻斷乙酰膽鹼酯酶;該酶是催化乙酰胆碱(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

雖然神經毒劑在英語中,有時稱為 nerve gas「神經毒氣」,但它們大多數在常溫下是液態的,少數為固態(氨基甲酸酯類)。

根據聯合國第687號決議(1991年4月通過),神經性毒劑被列為大規模毀滅性化學武器1993年禁止化學武器公約所禁止生產和儲存,禁止化學武器公約於1997年4月29日正式生效。1899年和1907年海牙公約和1925年日內瓦議定書中已經禁止在戰爭中使用化學氣體。

神經性毒劑引起的中毒會導致瞳孔收縮、大量唾液分泌、抽搐、大小便失禁,並導致呼吸肌的控制喪失而窒息死亡。一些神經藥劑容易蒸發或霧化,並且經由呼吸系統進入身體。神經性毒劑也可以被皮膚吸收。

歷史

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神經性毒劑最早是從民用有機磷農藥中發展而來,1935年德國化學家格哈德·施拉德發現了一種速效有機磷殺蟲劑——塔崩。由於不慎吸入洩漏的樣品,施拉德及其助手成為了塔崩的首批受害者,出現瞳孔收縮、呼吸困難及暈厥症狀,最終於三週後康復,並因此意識到塔崩對人體有巨大的毒性;此時正值第二次世界大戰,塔崩很快被軍方所關注並於1940年大量投入生產。

由於塔崩巨大的軍事潛力,研究人員開始深入地研究塔崩的結構。在塔崩基本結構的基礎上,德國及其他國家的研究者相繼合成了一系列神經性毒劑,最具代表性的四個神經性毒劑是塔崩沙林梭曼VX。因其毒性強、作用快,能通過皮膚呼吸道黏膜消化道等吸收引起全身中毒,加之性質穩定、生產容易、使用性能良好,因此成為各國部隊裝備的主要化學戰劑。

中毒機制

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生命活過程是在神經系統控制和調節之下進行的。神經系統之間的連絡依靠體內一些特別的化學分子(神經傳遞物)傳遞和控制。這種連絡一旦受到干擾,生命活動就會出現危險的異常情況。乙醯膽鹼是傳遞神經活動的一種在體內自然生成的化學物質。乙醯膽鹼與膽鹼受體結合時,使受體進入興奮狀態,並向下一級傳遞神經脉衝。乙醯膽鹼存在過多時,膽鹼受體就會過度興奮,從而使神經系統訊號傳遞發生紊亂。但是生物體內存在一種生物催化劑——乙醯膽鹼酯酶(Acetylcholinesterase,AChE),它能將過量釋放的乙醯膽鹼很快地分解成膽鹼乙酸,能在1ms內分解約300個乙醯膽鹼分子,來保證神經傳遞過程的正常運作。

神經毒劑對乙醯膽鹼酯酶活性有強烈的抑制作用,能夠與其發生化學反應,牢固結合,從而使之失去活性,不能發揮正常功能,造成釋放出來的乙醯膽鹼不能被水解而蓄積,從而引起內源性膽鹼中毒,令中樞和外周膽鹼能神經功能嚴重紊亂。

症狀

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症狀取決於中毒的劑量及中毒方式。輕度中毒症狀有瞳孔收縮、流鼻涕、口水增多、頭痛、呼吸不暢及畏光,症狀可維持2~5天。中度中毒者除以上症狀外,還會出現眼痛、噁心、嘔吐、腹瀉和短暫痙攣。嚴重中毒者出現肌內震顫、運動機能失調和全身乏力。深度中毒則出現大小便失禁、嚴重痙攣、呼吸麻痹,數分鐘內可致死。

結構與分類

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最早的神經性毒劑屬有機磷化合物有機磷酸酯。美軍將含有P-X鍵(F,Cl,CN,I,Br,Se),即毒劑分子上的X取代基為鹵素或擬鹵素的前三者稱為G系毒劑,其代表為GA(塔崩)、GB(沙林)及GD(梭曼);將含有 P-SCH2CH2N(R)2 鍵的化合物稱為V系毒劑,如VX、VE、VG、VS及VR等,其代表為VX。

神經性毒劑有兩種主要類型。這兩個類的成員有類似的屬性及通用名稱,北大西洋公约组织以兩個英文字母"G"和"V"來標示。G系列被认為是非持久性的,而V系列是持久性的。

G系列

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塔崩的化學結構
沙林的化學結構

G系列因為德國科學家首先合成而得名。所有這一類化合物是第二次世界大戰期間由德國化學家格哈德·施拉德博士(後來是法本公司)發現和合成的。

這個系列是第一個也是最古老的神經毒劑家族。第一種神經藥物在1936年合成的GA(塔崩),1939年發現GB(沙林),1944年發現GD(梭曼),1949年發現GF(環沙林)。GB是唯一被美國當作為武器的G系列,特別是火箭、空中炸彈和砲彈。

V系列

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VX的化學結構

皇家化學工業(ICI)植物保護實驗室化學家Ranajit Ghosh博士在研究有機磷酸酯化合物時發現這類化學物。1954年,ICI將化學物VG投入市場,後來因為毒性太強而撤回。這類化合物幾個成員成為一組新的神經毒劑-V系列。這類化合物中最著名的是VXVR則是第二著名。

V系列是第二個神經毒劑家族,包含五個眾所周知的成員:VEVGVMVRVX,以及一些模糊類似化合物,例如VP[1]。這個家族中研究最多的化合物VX是1950年代在英國的Porton Down發明的。

所有的V系列神經毒劑都是持久性試劑,意味著這些試劑不容易分解或被洗掉,可以長時間保持在衣服和表面上。這些試劑的稠度類似於,因此接觸V-劑非常危險。VX是是唯一被美國當作為武器的V系列,包括火箭,砲彈,飛機噴霧罐和地雷[2][3]

結構資料

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神經性毒劑的結構資料如下:

毒劑 代號 化學名稱 R'鍵 R鍵 活性基團(X)
塔崩 GA 二甲胺氰膦酸乙酯 -(CH3)2N -C2H5 -CN
沙林 GB 甲氟膦酸異丙酯 -CH3 -(CH3)2CH -F
梭曼 GD 甲氟膦酸特己酯 -CH3 -(CH3)3CH-CH3 -F
維埃克斯 VX S-(2-異丙胺乙基)-甲基硫酐膦酸乙酯 -CH3 -C2H5 -S-CH2CH2N(iC3H7)2

參考資料

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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" 互联网档案馆存檔,存档日期2009-02-06., U.S. Army Chemical Materials Agency, December 26, 2007, accessed January 4, 2007