Антонов Н.С. - Химическое оружие на рубеже двух столетий [1994]. Двух столетий
 Скачать 2.64 Mb.
|
 ис. 2. Граница минимальных летальных доз фторфосфонатов77 чение летальной дозы. Прослеживается существование некоей границы минимальных летальных доз на всем интервале изменения молекулярного веса, причем эта граница имеет параболообразный вид. Примечательно также и то, что в формировании этой границы участвуют по крайней мере 6 групп веществ из 10, представленных в выборке. Существование нижней границы летальных доз у веществ исследуемой выборки, образующей множество структурно-родственных соединений (в нашем случае множество эфиров фторангидрида метилфосфоновой кислоты), предсказывается структурной теорией органической химии. (Выборку веществ можно определить как множество, если входящие в нее соединения объединены общим признаком, причем так, что за пределами этой выборки не остается ни одного вещества, характеризующегося тем же признаком). Как и всякое множество (согласно теории множеств), множество структурно-родственных соединений имеет свои верхнюю и нижнюю границы. В самом деле, в каждой выборке веществ всегда найдется хотя бы по одному веществу, имеющему наибольшую и наименьшую величину молекулярного веса. Диапазон изменения молекулярного веса, охватываемый всей выборкой веществ, можно разбить на произвольные интервалы, при этом каждому интервалу изменения молекулярного веса будет соответствовать строго определенная группа веществ исследуемой выборки. Все вещества любой из этих групп могут быть (хотя бы мысленно) синтезированы и исследованы на токсичность. Очевидно, что наиболее токсичные вещества каждой из групп соединений будут определять границу минимальных летальных доз на соответствующих интервалах изменения молекулярного веса. Доказано, что наиболее токсичные представители любой выборки высокотоксичных соединений, обладающих гидрофобными свойствами, имеют значение коэффициента распределения октанол/вода, исчисляемого сотнями и тысячами (неопубликованная работа). Поэтому у аналогов зарина по мере увеличения радикала имеет место рост коэффициента распределения от низких значений до оптимальных, сопровождаемый возрастанием токсичности. Но по мере дальнейшего увеличения молекулярной массы аналоги зарина становятся избыточно гидрофобными и менее токсичными. Существование нижней границы значений летальных доз, зависящей от молекулярного веса, свойственно далеко не только аналогам зарина. Отмеченная закономерность имеет место и в других рядах соединений. Ниже будут приведены данные о существовании этой границы у аналогов вещества VX и карбаматов. 78 Согласно рис. 2 экстремально низкое значение летальной дозы у всей совокупности аналогов зарина соответствует величине молекулярного веса, приблизительно равного 180-190 дальтонам, что соответствует зоману. Это дает основание сделать вывод, что среди аналогов зарина не прогнозируется получение веществ, которые по уровню токсичности существенно превосходили бы зоман. Поиск более токсичных аналогов VX был в центре внимания разработчиков химического оружия в течение не менее двух десятилетий, а большие затраты сил и средств не дали желаемого результата. Было показано, что замена в молекуле вещества VX метильной группы на алкильную группу иного состава и строения, равно как и изменение в большую или меньшую сторону числа атомов углерода, соединяющих между собой атомы серы и азота, неизменно приводят к снижению токсичности соответствующих аналогов. В то же время внесение изменений в состав и строение радикала О-эфирной группы, так же как и радикалы тиохолиновой группы, позволяет получать сравнимые с веществом VX по токсичности разнообразные его аналоги, причем число возможных аналогов VX значительно превышает число аналогов зарина. На рис. 3 в логарифмической шкале отображена выборка аналогов VX. Зависимость уровня токсичности аналогов VX от величины их молекулярного веса является аналогичной зависимости у аналогов зарина. В случае аналогов VX также прослеживается существование границы минимальных летальных доз на каждом интервале изменения молекулярного веса, причем экстремально низкое значение летальной дозы отмечается при молекулярном весе равном 280 дальтонов. Вещество VX имеет примерно такое же значение молекулярного веса (267,37). Монотонный характер кривой линии, обозначающей положение границы минимальных летальных доз, свидетельствует в пользу вывода о том, что скачкообразное изменение летальной дозы в сторону еще меньших значений не прогнозируется. Следовательно, получение в ряду аналогов VX существенно более токсичного соединения исключается. Замена у аналогов VX метильной группы на метоксильную в особых случаях позволяет получать вещества с токсичностью, сравнимой с токсичностью VX. Обнаружение у эфиров фосфорной кислоты уровней токсичности, сравнимых с уровнями токсичности эфиров метилфосфоновой кислоты, представляет прежде всего лишь научный, а не практический интерес. Достижение предельного уровня токсичности в рядах аналогов зарина и вещества VX не исключает возможности получения среди них веществ с улучшенными физико-химическими характеристиками, равно как и с улучшенными отдельными показате- 79 Р  ис. 3. Граница минимальных летальных доз фосфорилтиохолинов (аналогов VX)80 лями токсического действия, например, с повышенным уровнем кожно-резорбтивной токсичности при сохранении неизменными или даже несколько ухудшенными показателями эффектов при парэнтеральном введении вещества. Из аналогов зарина представляют определенный интерес два вещества. Одно из них является циклогексиловым аналогом зарина. В США ему присвоен шифр GF и он до появления V-газов детально исследовался как отравляющее вещество. Подобными свойствами обладает другой аналог зарина — вещество ЕА 1356, отличающийся от GF наличием метильной группы в циклогексильном радикале. По уровню токсичности эти вещества занимают промежуточное положение между зарином и веществом VX, существенно превосходя зарин по кожно-резорбтивной токсичности, что и привлекало к ним особое внимание. Вещество GF состояло на вооружении иракской армии и предназначалось для применения в смесях с зарином. В США в течение длительного времени велись работы по получению отравляющего вещества с промежуточной летучестью (в рамках программы VYA). Согласно этой программе имелось в виду получение вещества не столько с улучшенными токсикологическими характеристиками, сколько с измененными в желаемом направлении физическими свойствами. Ставилась задача получения аналога зарина или вещества VX, который имел бы летучесть больше чем у вещества VX, но меньше чем у зарина. В докладе министерства обороны конгрессу США за 1988-89 финансовый год говорилось: «...будет образовываться полустойкое отравляющее вещество, которое после диспергирования будет немедленно вызывать поражения личного состава противника и заставлять его надевать противогазы и защитную одежду. Это отравляющее вещество сохраняет эффективность в очаге поражения в течение нескольких часов». Постановка такой задачи вполне корректна, она достижима и оправдана. Вещества с оптимальной летучестью при одном и том же уровне токсичности наравне с другими аналогами обладают большим эффектом при применении, и вот почему. Вещества с промежуточной летучестью, возможно в большей степени чем зоман, обладают сильным сковывающим действием, ибо они достаточно долго сохраняются на зараженных объектах и за счет десорбции заражают атмосферу в такой степени, что контакт с зараженными объектами и их боевое использование возможно только при условии действии персонала в надетых противогазах. Любая одежда в той или иной мере представляет собой защитный барьер, ослабляя действие паров и аэрозоля отравляющего вещества через кожные покровы. Например, LCt50 паров вещества VX при действии на человека в одежде составляет 60- 81 600 мг.мин/м3, в то время как при воздействии на обнаженную кожу летальная доза уменьшается до величины 6-360 мг.мин/м3. Иными словами, через каждую единицу поверхности тела, прикрытого одеждой, поступает в организм меньшее количество отравляющего вещества, чем при действии через обнаженную кожу, но общая площадь поверхности тела, прикрытого одеждой, во много раз превышает поверхность открытых участков тела. Суммарный токсический эффект является результатом сложения двух потоков отравляющего вещества в организм: через открытые участки тела и через большие по площади прикрытые одеждой поверхности. Очевидно, что увеличение составляющей действия через одежду при сохранении на том же уровне действия через обнаженную кожу приводит к нанесению пострадавшему поражения большей тяжести. Жидкая фаза аэрозоля отравляющего вещества, попавшего на одежду, не достигает (не входит в соприкосновение) кожи. На кожу действуют пары вещества, образующиеся при испарении капель его и проникающие в подкостюмное пространство. Как и в случае действия чистого пара отравляющего вещества, токсический эффект в рассматриваемом случае также определяется интегральной величиной Ct, где С — концентрация пара, а t - продолжительность его воздействия. При высокой летучести вещества, например, зарина, капли быстро испаряются, и время действия пара является недостаточно продолжительным, из-за чего произведение Ct имеет небольшую величину. Наоборот, для малолетучих веществ (в пределе — для твердых) мала концентрация пара С, а время пребывания в зараженной одежде имеет реальные пределы, так что произведение Ct также не может быть большим. Максимальное значение произведения Ct, определяющее уровень токсоэффекта, отмечается при некоторой оптимальной летучести вещества, когда С и t достаточно велики одновременно. С  ообщалось, что в качестве отравляющего вещества с промежуточной летучестью в США оценивался зоман, но по совокупности свойств он не соответствовал требованиям согласно программе VYA. На замену зомана было выбрано вещество ЕА 5365, исследования которого были доведены до стадии испытания его в бинарном боеприпасе. О химической формуле ЕА 5365 не сообщалось. По оценкам, оно может быть 2-диметиламиноэтил-(диметиламидо)-фторфосфатом (шифр GV)82 Структура этих соединений в известной мере может рассматриваться гибридной: как фторангидриды они примыкают к зарину, а как азотсодержащие вещества — к VX. Токсические свойства группы веществ этого ряда были исследованы токсикологами Чехословакии, а результаты исследования опубликованы в 1992 году. Вещество GV оказалось токсичнее других метильных и этильных производных. При внутривенном введении мыши и крысе LD50 были найдены равными 0,0276 и 0,011 мг/кг соответственно. Следовательно, и эта группа соединений имеет токсичность на уровне аналогов зарина и вещества VX. Эфиры Таммелина, имеющие молекулы также гибридного строения, сочетая свойства фторангидридов и фосфорил(тио)холинов, по уровню токсичности не выходят за пределы, соответствующие уровням токсичности зарина и вещества VX. К тому же они недостаточно стоики. Правда, при создании под них бинарных боеприпасов, этот недостаток не имеет значения. Как отметили в своей публикации чехословацкие токсикологи, вещества гибридного строения оказались вне перечня веществ, подлежащих особым мерам контроля в соответствии с химической конвенцией. РЕЦЕПТУРИРОВАНИЕ Не каждое высокотоксичное вещество может быть отнесено к разряду отравляющих веществ, составляющих основу химического оружия. К последним, наряду с требованием быть максимально токсичными, предъявляется ряд других требований. Во-первых, новое отравляющее вещество по совокупности свойств должно существенно превосходить все известные вещества, в противном случае принятие на вооружение и организация его промышленного производства могут быть неоправданными. Бинарная технология получения отравляющих веществ может привести к ослаблению этого требования. Во-вторых, крайне необходимо, чтобы новое отравляющее вещество было жидкостью. Только жидкие вещества могут хорошо проникать через кожу и другие барьеры. Жидкие отравляющие вещества, в отличие от твердых, могут применяться в бинарных боеприпасах и переводиться в состояние пара или аэрозоля с помощью взрыва. Не случайно в программах армии США ставилась задача получения жидких инкапаситантов, поскольку жидкие эффективнее твердых, а среди известных инкапаситантов ранее были представлены только твердые. В-третьих, отравляющее вещество должно обладать оптимальной летучестью и, в общем случае, создавать новые проблемы защиты от него. 83 Далеко не все отравляющие вещества удовлетворяют всей гамме предъявляемых к ним требований. В ряде случаев удается скорректировать отдельные свойства отравляющих веществ путем создания на их основе соответствующих рецептурных форм, подобно тому как это делается в медицине при создании рецептурных форм лекарственных веществ. Примером может служить рецептура РК-7, состоявшая на вооружении Советской армии и представляющая собой смесь иприта с люизитом. Люизит превосходит иприт по быстродействию и затвердевает при более низкой температуре, чем иприт. В свою очередь иприт токсичнее люизита, но обладает продолжительным скрытым периодом действия и не может применяться при низких температурах из-за затвердевания. Рецептура РК-7 сохраняет уровень токсичности иприта, быстродействие люизита, а затвердевает при более низких температурах по сравнению с ипритом. Не исключено, что авторы различных смесей исходят из очевидного — защита от смесей отравляющих веществ в общем случае всегда является более сложной задачей, чем защита от индивидуального вещества. В открытой литературе обсуждается возможность коррекции свойств малолетучих отравляющих веществ путем применения добавок к ним летучих токсичных веществ. В частности речь шла о применении добавок летучего зарина к малолетучему веществу VX. Полагают, что в момент применения будет достигнуто быстродействие за счет паров зарина, а VX сохранит поражающее действие на том же уровне, что и при применении его одного. Но авторы такого подхода к коррекции свойств отравляющего вещества оставляют вне внимания тот факт, что в случае применения смеси VX с зарином в боеприпасах дистанционного действия, разрыв которых производится на высотах 10-20 метров над землей, образующиеся пары зарина рассеиваются на этих высотах, не достигая поверхности земли. Наоборот, при применении этой смеси в боеприпасах ударного действия создаются условия для проявления поражающего действия паров зарина, но в таком варианте не реализуются в полной мере поражающие свойства аэрозоля VX. Выше было показано, что удачное сочетание быстродействия и опасного заражения на длительный срок различных объектов достигается при применении веществ с промежуточной летучестью. Отравляющие вещества зарин, зоман и их аналоги обладают высоким уровнем ингаляционной токсичности, но они недостаточно токсичны при попадании на кожные покровы. В связи с этим предпринимались попытки скорректировать этот показатель путем введения в зоман добавок. Надежды на успех исходили из достоверно установленного факта влияния полярных 84 растворителей на кожную проницаемость различных веществ, включая зоман. Однако, этот эффект наблюдается при большом разведении отравляющего вещества растворителем. Наблюдаемый прирост токсичности в этом случае достигается за счет необходимости доставки к цели инертного растворителя вместо замещаемой им доли полезной загрузки средства доставки отравляющим веществом. Проблема повышения проникающей способности веществ через кожу представляет интерес в парфюмерии и медицине и связана с внесением в кожу питательных веществ и трансдермальным переносом лекарств. Одно из последних достижений в этой области — получение вещества азон, представляющего собой амид карбоновой кислоты с довольно большим молекулярным весом. Об эффективности применения добавок азона к отравляющим веществам не сообщалось. Однако, как и в случае с полярными растворителями, больших надежд на азон, как и на упомянутые растворители, питать не приходится. Наиболее распространенным приемом коррекции вязкости отравляющих веществ и рецептур на их основе является загущение. В литературе роль загустителей сводится к уменьшению летучести веществ. На самом деле загущение обеспечивает дробление отравляющего вещества на более крупные капли. Естественно, что капли более крупных размеров при прочих равных условиях испаряются более продолжительное время. Рецептура ВР-55 или загущенный зоман, до получения вещества VX, рассматривалась основным средством нанесения поражений живой силе противника, воздействуя на кожные покровы в обход противогаза. Для этого требовалось получение капель зомана более крупных по размеру, Загушение вещества VX потребовалось при снаряжении им химических боевых частей ракет среднего радиуса действия. Без загущения вещество VX при вскрытии боевой части ракеты на большой высоте (многие сотни метров) дробится на столь мелкие капли, что они испаряются и рассеиваются, не достигая поверхности земли. Для загущения применяются различные полимерные высокомолекулярные углеводороды. Высказывается идея совмещения в одном продукте как загущающего вещества, так и вещества, увеличивающего проницаемость кожи. При этом предполагается, что в качестве такого продукта могут использоваться амиды карбоновых кислот (по аналогии с азоном) с соответствующим числом углеродных атомов. Известна рецептура на основе инкапаситантов ЕА 5302, представляющая собой раствор психотомиметика BZ в жидком ирританте СН (см. «Инкапаситанты»). Хотя идея конструирова- 85 ния этой рецептуры не обнародована, можно допустить, что ирритант в рецептуре одновременно выполняет роль растворителя основного отравляющего вещества и является средством, маскирующим его присутствие в атмосфере. Применение раствора вещества BZ может осуществляться с помощью боеприпасов взрывного действия, в то время как само вещество BZ, будучи твердым, обычно применяется в составе пиросмесей. Использование растворов особо активных ирритантов в отравляющих веществах смертельного действия, возможно, основывается на идее достижения в таком варианте эффекта «discipline breakers», когда попавший в подмасочное пространство противогаза ирритант не дает возможности пользоваться противогазом. Известно, что одной из причин более низкой активности отравляющих веществ при их накожной аппликации по сравнению с парэнтеральным введением является наличие в коже ферментов, способных вызывать деструкцию значительной доли попавшего на кожу вещества. Считается, что кожно-резорбтивная токсичность отравляющих веществ может возрасти, если использовать добавки к ним ингибиторов указанных ферментов. С целью пролонгирования действия вещества CS армия США во Вьетнаме применяла его в виде рецептур CS-1 и CS-2, причем в качестве носителя основного вещества использовался сорбент силикагель. С тем же успехом может применяться микроинкапсулирование отравляющих веществ с целью достижения длительных сроков заражения территории и, следовательно, воспрепятствования использования ее противником.
|