ArticlePDF Available

Abstract

A brief overview of the history of modern chemical weapons with emphasis on current chemical warfare agents (CWA). Some attempts at finding toxic compounds as potential CWA are mentioned. Recent CWA, V-series nerve agents, binary CWA and compounds with increased toxic effects are accented. A new category of CWA, fastacting opioid anesthetics of the fentanyl type used as legal antiterrorism means is documented on the Dubrovka 2002 event.
Chem. Listy 105, 323333 (2011) Referát
323
POTENCIÁLNÍ BOJOVÉ CHEMICKÉ LÁTKY
EMIL HALÁMEK a ZBYNĚK KOBLIHA
Ústav ochrany proti zbraním hromadného ničení, Univer-
zita obrany, Víta Nejedlého, 682 03 Vyškov
emil.halamek@unob.cz., zbynek.kobliha@unob.cz
Došlo 20.7.09, přepracováno 30.9.10, přijato 2.11.10.
Klíčová slova: bojové chemické látky, chemické zbraně,
binární chemická munice, nervově paralytické látky, bojo-
vé organofosfáty, novičok, fentanyl, Kolokol-1.
Obsah
1. Úvod
2. První generace CHZ, bojové chemické látky 1. světo-
vé války a období do 30. let dvacátého století
3. Nervově paralytické BCHL druhé generace CHZ,
období 30. až 60. let
4. BCHL série V, NPL se zvýšenou toxicitou, 50.70.
léta
5. Tabulkové látky typu VX
6. Další nové BCHL od 2. světové války do 60. let
7. Toxické látky zkoumané v období od 2. světové války
až do 60. let, které se nezachycují ve filtru ochranné
masky
8. Potenciální bojové látky s neobvyklým účinkem
a zvýšenou toxicitou, studované v 50.80. letech
9. Toxiny jako potenciální bojové látky
10. Třetí generace CHZ, binární NPL, 60.70. léta
11. Přechod ke čtvrté generaci CHZ, binární NPL se zvý-
šenou těkavostí, 70. léta
12. Čtvrtá generace CHZ, binární NPL se zvýšenou toxi-
citou a těkavostí, 70.90. léta
13. Sloučeniny projektu FOLIANT/NOVIČOK
14. Psychofarmaka jako potenciální vojenské toxické
látky, od 2. světové války do současnosti
15. Fentanyl, jeho analoga a homology
16. Závěr, potenciální vojenské toxické látky po roce
1993
1. Úvod
Ukázat na malém prostoru průřez více než osmi desít-
kami let existence chemických zbraní (CHZ) není jedno-
duché a ani možné bez určitých generalizací. Historie CHZ
se ale neomezuje jen na období mezi prvním plynovým
útokem chlorem (1915), který je spíše symbolicky považo-
ván za zrod moderních CHZ, a vstupem v platnost meziná-
rodní Úmluvy o zákazu a likvidaci CHZ (1993)1,2. Pomi-
neme-li toto historicky dlouhé období, v minulosti dopro-
vázené četnými pokusy o použití toxických látek v boji,
nesmíme zapomenout na aktuální rizika terorismu, hrozící-
ho použitím toxických látek a používajícího tuto hrozbu
jako vysoce účinnou, především psychologickou zbraň.
2. První generace CHZ, bojové chemické látky
1. světové války a období do 30. let dvacáté-
ho století
Novodobá historie CHZ začíná zároveň s 1. světovou
válkou. Po rozpačitých začátcích na obou stranách západní
fronty s použitím málo efektivní munice plněné dráždivý-
mi látkami (ethyl-bromacetát – Francie, o-dianisidin –
Německo), se iniciativy záhy ujímá Německo v souladu se
svou pozicí chemické a průmyslové velmoci. V průběhu
války se CHZ prudce vyvíjí, ať již v oblasti prostředků
dopravy na cíl, tak i sortimentu použitých bojových che-
mických látek (BCHL). Získané empirické poznatky jsou
zobecňovány a vzniká tak postupně teorie použití těchto
novodobých zbraní hromadného ničení. Jako BCHL byly
vyzkoušeny desítky chemických látek a používány všech-
ny tehdy možné způsoby dopravy na cíl. Fakticky úspěš-
ných BCHL však bylo jen několik. Použití převážně inha-
lačních jedů v kombinaci s jedovatými dýmy dráždivých
arsinů si vynutilo rozvoj ochranných masek (OM) a jejich
filtrů. V postupně probíhající eskalaci chemické války se
stal převratným zlomem německý vynález, kterým byla
nová BCHL [bis(2-chlorethyl)sulfid, sirný yperit, hořčič-
ný plyn], která působila na dýchací cesty i lokálně na pokož-
ce. Vzniklé popáleniny se velmi špatně hojily (Schéma 1).
Při působení kapalného aerosolu na oči se dočasně
ztrácel zrak3. Bojové nasazení yperitu bylo velmi efektiv-
ní v podmínkách tehdejší převážně poziční války vzhle-
dem k jeho schopnosti dlouhodobě kontaminovat povrchy
v bojových postaveních. Použití yperitu akcentovalo
v rámci individuální protichemické ochrany nutnost chrá-
nit celý povrch těla, s důrazem na obnažené okrsky pokož-
ky.
3. Nervově paralytické BCHL druhé generace
CHZ, období 30. až 60. let
Bezprostředně po 1. světové válce nikdo nepochybo-
val o tom, že se příští válka bez CHZ neobejde. Čím více
se tento konflikt jevil reálný, tím intenzivněji probíhala
všestranná příprava potenciálních účastníků. Vedle hroma-
dění zásob chemické munice, BCHL a dalšího chemického
Chem. Listy 105, 323333 (2011) Referát
324
materiálu, se realizovaly i projekty výzkumu a vývoje
v řadě oblastí. Nikterak překvapivě se již před vypuknutím
války dostalo do popředí nacistické Německo, které si
i nadále uchovávalo svou vysokou úroveň v oblasti tech-
nických a přírodních věd. Chemické vědy tak byly stále
německou doménou. Při výzkumu syntetických insekticidů
byla v roce 1936 skupinou G. Schradera (IG Farben) obje-
vena (1936) sloučenina analogická tehdy již dlouho zná-
mému diisopropyl-fosforofluoridátu (DFP), tabun [ethyl-
(dimethylamido)fosforokyanidát, Gelan, Trilon 83, GA],
sloučenina, která na svou toxicitu upozornila již své tvůrce
přímo v laboratoři. Výzkum dál již cíleně pokračoval
v hledání dalších, ještě toxičtějších BCHL. Posléze (1939)
byl objeven sarin (isopropyl-methylfosfonofluoridát, Tri-
lon 46, GB) a před koncem 2. světové války (1944) i so-
man [(3,3-dimethylbutan-2-yl)-methylfosfonofluoridát,
GD] (Schéma 2). Němci do dubna 1945 vyrobili 8770 t
tabunu, 1260 t sarinu a 20 t somanu. Část tabunu a sarinu
byla plněna do dělostřeleckých granátů a leteckých pum,
a to vše vedle tisíců tun BCHL první generace. Spojenci
v této oblasti značně zaostali, a to i přestože anglický che-
mik B.C. Saunders včas demonstroval kompetentním vo-
jenským představitelům toxické vlastnosti DFP.
Ihned po válce spojenci studovali úspěchy nacistické
vojenské vědy a tedy i v oblasti CHZ. Ukázalo se, že bojo-
vé organofosfáty jsou extrémně toxické a představují ne-
pochybně novou kategorii, generaci CHZ. Jako podstata
jejich toxického účinku bylo shledáno, že jde o ireverzibil-
ní silné inhibitory životně důležitého enzymu acetylcholi-
nesterasy (ACHE) působícího v neuronech. Poté začaly
práce, urychlené rozpoutanou studenou válkou, směřující
k využití německých úspěchů v oboru CHZ. Již koncem
50. let jsou prezentovány práce tří výzkumných skupin
L. E. Tamelin a spol. (Švédsko), R. Gosh a spol. (Porton
Down, GB), G. Schrader (Bayer AG, SRN), které se stáva-
jí základem pro vznik nové skupiny nervově paralytických
látek (NPL) se zvýšenou toxicitou při působení přes po-
kožku, látek série V. Jejich nejtoxičtějším a nejznámějším
představitelem je VX, S-[2-(diisopropylamino)ethyl]-O-
-ethyl-methylfosfonothioát4,5.
Schéma 1.
Chem. Listy 105, 323333 (2011) Referát
325
4. BCHL série V, NPL se zvýšenou toxicitou,
50.70. léta
Tyto sloučeniny typu fosfonylovaného nebo fosfory-
lovaného thiocholinu, které postrádají silně elektronegativ-
ní halogen nebo kyanoskupinu, jen velmi neochotně podlé-
hají, ve srovnání s většinou typických organofosforových
BCHL série G typu sarin, nukleofilní substituci a tedy
i hydrolýze, včetně enzymatické. Tato skutečnost, vedle
extrémně nízké těkavosti zabezpečující plnou resorpci
z nechráněné pokožky do krevního řečiště a následující
transport na zásahové místo, kterým je především neuron-
ová ACHE, odlišuje obě skupiny. Rozdíl v kožní toxicitě
mezi látkami typu sarin a VX, sériemi G a V činí až tři
řády (Schéma 3).
5. Tabulkové látky typu VX
Překvapivě nebo dokonce kuriózně může působit
zjištění, že vojenští chemici tří velmocí (USA, SSSR,
ČLR) v přísném utajení vyvinuli sloučeniny typu V (VX,
R 33, VXC) velmi podobných vlastností, leč odlišných
struktur, které jsou isomery (schéma 3).
Výzkumníci při tom nepochybně vycházeli
z podobných, ne-li shodných výchozích požadavků, jako je
vysoká stálost při skladování BCHL, kapalné skupenství
a vysoká kožní toxicita. Na druhé straně můžeme tuto sku-
tečnost považovat za významnou indicii, že již byly nale-
zeny látky s maximální možnou letální (smrtelnou) toxici-
tou velmi stabilní v kapalném skupenství, s molekulovou
hmotností do 300 Da.
Schéma 2.
P
CH3O
C2H5OSCH2CH2N
CH3
CH3
CH3
CH3
P
O
OF
O
CH
CH3
CH3
CH
CH3
CH3
DFP
P
O
OF
CH3
CH
CH3
CH3
P
O
OF
CH3
CH
C
CH3
CH3
CH3
CH3
O
CN
N
CH3
CH3
C2H5O
P
CH
CH
GA, tabun
GD, soman
VX
GB
diisopropyl-fosforofluoridát
ethyl-(dimethylamido)fosforokyanidát
isopropyl-methylfosfonofluoridát
(3,3-dimethylbutan-2-yl)-methylfosfonofluoridát
S-[2-(diisopropylamino)ethyl]-O-ethyl-methylfosfonothioát
Chem. Listy 105, 323333 (2011) Referát
326
6. Další nové BCHL od 2. světové války do
60. let
Období po 2. světové válce, na rozdíl od smrtících
BCHL, přineslo hned celou plejádu BCHL dočasně vyřa-
zujících z boje. Pro tyto neusmrcující BCHL je charakte-
ristické velmi široké rozpětí mezi účinnými dávkami vyřa-
zujícími z boje a letálními dávkami. Tyto tuhé sloučeniny,
s výjimkou látky CH (1-methoxycyklohepta-1,3,5-trien),
která je kapalinou, jsou převážně dráždivé a v kontaktu
s pokožkou vyvolávají bolestivé pálení. Pro takové látky
se stále častěji používá termín algogeny (Schéma 4).
Poměrně vysoká těkavost v tuhém stavu, která je cha-
rakteristická zejména pro látky CS [(2-chlorbenzyliden)
malononitril)], CR (dibenzo[b,f][1,4]oxazepin) a OC
(alkaloid kapsaicin), může dlouhodobě kontaminovat pro-
stor se sedimentovaným aerosolem, učinit ho neobyvatel-
ným pro živou sílu bez prostředků individuální protiche-
mické ochrany. Do značné míry přelomovou skutečností
bylo zařazení do výzbroje látky BZ, chinuklidin-3-yl-di-
fenyl(hydroxy)acetát, která svými účinky patří mezi psy-
chofarmaka, a jejíž vyřazující účinek je velmi dlouhý. Tato
sloučenina (strukturní analog základního neurotransmiteru
acetylcholinu a cholinolytikum) je syntetickým alkaloi-
dem blízkým skopolaminu a atropinu (rostlinná čeleď So-
lanaceae). O zařazení látky BZ do chemického arzenálu
rozhodla především tepelná stálost, která dovoluje uvedení
do bojového stavu ve formě jedovatého dýmu pomocí
pyrotechnických směsí a výbušin6.
7. Toxické látky zkoumané v období od
2. světové války až do 60. let, které se
nezachycují ve filtru ochranné masky
V průběhu těchto let se objevila snaha nalézt a vyvi-
nout BCHL, které jsou schopny překonat bariéru tvoře-
nou moderní OM a jejím filtrem na bázi modifikovaného
aktivního uhlí (AU). Kromě obejití OM použitím BCHL
s vysokou kožní účinností, byly z tohoto hlediska zkoumá-
ny karbonyly kovů (železa, niklu), které se v přítomnosti
AU rozkládají za uvolnění toxického CO, dále reaktivních
hydridů kovů a polokovů (arsan, borany, fosfany, sulfa-
ny), které se v přítomnosti AU přeměňují na oxidy za sou-
časného ohřátí ochranné vrstvy filtru OM. Tím však filtr
ztrácí schopnost účinně zachycovat toxické látky.
Testy však nevedly k očekávaným výsledkům. Uká-
zalo se, že je nadějnější věnovat se některým organofluo-
rovým sloučeninám, případně dalším halogensloučeninám,
které se obecně málo sorbují na AU (chlorkyan, CK),
(dichlorformaldoxim, CX), [trichlor(nitro)methan, chlorpi-
krin, PS], (pentafluor-2-(trifluormethyl)propen, PFIB) a za
určitých podmínek, jako je vysoká relativní vlhkost vzdu-
chu, se sorbují zcela zanedbatelnou měrou, jako např.
fosgen (CG). Některé z těchto sloučenin se nám do dneš-
ních dnů dochovaly jako archaické BCHL a jiné, což je
vážnější, jako potenciální prekurzory BCHL posledních
generací CHZ (Schéma 5).
Schéma 3.
P
O
SCH2CH2N
R1
R2O
R1=CH3R2=
VX,R33,VXC,VM,modelVx
R33
R3
R3
C2H5VE, VS
C2H5O
C2H5VX, VE, VM, VS, model Vx
CH3CHCH2
CH3
CH3model Vx
R3=
C2H5VM, VE, R 33, VXC
CH2
CH3
CH3
VX, VS
CH3(CH2)3VXC
O-alkyl-S-[2-(dialkylamino)ethyl]-alkylfosforothioát
R1=R2=C2H5R3=C2H5VG
Chem. Listy 105, 323333 (2011) Referát
327
8. Potenciální bojové látky s neobvyklým
účinkem a zvýšenou toxicitou, studované
v 50.80. letech
Přinejmenším po 2. světové válce byly všechny nové
syntetizované nebo izolované sloučeniny soustavně testo-
vány z hlediska toxicity. Kromě těchto objemných souborů
informací využívaných vojenskými chemickými specialis-
ty byly toxické látky aktivně vyhledávány, syntetizovány
nebo izolovány a studovány se zřetelem na extrémní toxi-
citu, nebo neobvyklý mechanismus účinku ve srovnání
s aktuálními BCHL. Není překvapením, že velké úsilí bylo
vynaloženo na studium organofosforových sloučenin.
Přestože se nenaplnilo očekávání objevu celé plejády ex-
trémně toxických organofosfátů, byly objeveny a prostu-
dovány bicyklické fosfity a fosfáty.
Tyto sloučeniny mají mechanismus účinku odlišný
než organofosfáty, jsou totiž inhibitory neurotransmiteru -
aminomáselné kyseliny (GABA). Jsou synteticky snadno
Schéma 4.
Schéma 5.
CH
Cl
C
CN
CN
NCH
OCH3O
O
O
OH
N
OH
OCH3
CH2
NH
C
O
(CH2)4
CHCH
CH3
CH3CH O
N
C
O
(CH2)7
CH3
(2-chlorbenzyliden)malononitril (CS) dibenzo[b,f ][1,4]oxazepin (CR) 1-methoxycyklohepta-1,3,5-trien (CH)
8-methyl-N-(4-hydroxy-3-methoxybenzyl)non-6-enamid (OC)
(morfolid pelargonové kyseliny)
chinuklidin-3-yl-difenyl(hydroxy)acetát, BZ
4-nonanoylmorfolin
Chem. Listy 105, 323333 (2011) Referát
328
dostupné, ale zásadní překážkou jejich využití jako BCHL
je jejich tuhé skupenství (bicyklické fosfáty) a nebo nedo-
statečná toxicita (bicyklické fosfity). Obdobně byla synte-
tizována a studována řada sloučenin, z nichž na sebe nejví-
ce upozornily norbornany a karbamáty. Mezi nimi byly
nalezeny látky, které svou toxicitou předstihly BCHL.
Nicméně při polních testech se ukázalo, že tyto látky ne-
mají potřebnou stabilitu pro uvedení do bojového stavu
a nedostatkem je opět jejich tuhé skupenství. Už
v 70. letech byla věnována značná pozornost biochemic-
kým faktorům, regulujícím důležité životní funkce, jako
např. krevní tlak apod.
9. Toxiny jako potenciální bojové látky
Mezi látky, které byly automaticky akceptovány jako
potenciální BCHL, patří toxiny rozličných účinků. Tyto
látky na sebe zpravidla upozornily právě svou velmi vyso-
kou toxicitou. Přestože se některé toxiny svou toxicitou
vyrovnají NPL a některé je i o několik řádů předčí
(polypeptidy a proteiny, např. botulin, ricin), nestaly se
standardní BCHL. Důvody byly nasnadě. Vesměs jde
o látky biologicky a strukturně natolik složité, že ani ty
jednodušší, nebílkovinné povahy (saxitoxin, batrachotoxin,
palytoxin a další) nelze efektivně syntetizovat, přestože je
jejich struktura i syntéza zcela vyřešena. Rovněž biotech-
nologická výroba není nikterak levná ani dnes. Pokusy
o přípravu toxičtějších polosyntetických derivátů toxinů
nepřinesly, až na pár drobných výjimek, hodnotný výsle-
dek. Navíc, a to je podstatné, při testech na polygonu se
v reálných podmínkách neprokázal jejich efekt úměrný
vysoké toxicitě; výsledky získané např. s VX a botulinem
byly srovnatelné. Důvodem byly ztráty toxinu při uvedení
do bojového stavu, ztráty účinkem vnějšího prostředí,
zejména působením slunečního UV záření a vzdušného
kyslíku. V neposlední řadě i tuhé skupenství toxinu je silně
znevýhodňovalo proti kapalným BCHL. Z celé sestavy
toxinů se vydělují mykotoxiny, zvláště pak trichotheceny
(především T-2) a aflatoxiny. Ty byly vesměs shledány
dostatečně stabilní pro mechanické a tepelné uvedení do
bojového stavu, ale pokud jde o toxicitu při polních tes-
tech, značně pokulhávaly za klasickými BCHL. Příčinou
je zřejmě opět nevhodné skupenství. Jedinou výjimkou je
patrně stafylokokový enterotoxin (PG) a to zejména díky
svému značnému vyřazujícímu potenciálu, mimo jiné
i jako silné emetikum (způsobuje zvracení). Účinkuje již
v nepatrných dávkách, ale není schopen působit nevratné
zdravotní změny (jen 2–3 % zasažených)7.
10. Třetí generace CHZ, binární NPL,
60.70. léta
Problémy s výrobou a skladováním zásob konečných
jednosložkových BCHL a rovněž náročná a drahá likvida-
ce vadné a expirované (s prošlou lhůtou) chemické muni-
ce, nesouhlas místního obyvatelstva, činnost ekologických
organizací a v neposlední řadě i absence nových BCHL
s potřebnou extrémní stálostí při skladování, vyústily
v zahájení programu binární chemické munice (CHM). Pro
tento program byly nakonec vybrány dvě NPL, sarin
a látka VX (Schéma 6).
Pro munici s menší náplní byla navržena prášková
Schéma 6.
P
O
FF
CH3
CH OH
CH3
CH3
P
O
OF
CH3
CH
CH3
CH3
methylfosfonoyldifluorid (DF)
P
CH3
OC2H5
OCH2CH2N
S
CH3(S)nCH3
P
CH3O
C2H5O
CH3(S)n-1CH3
HF
GB-2
VX-2
QL
CH
CH
CH3
CH3
CH3
CH3
OCH2CH2N
CH
CH
CH3
CH3
CH3
CH3
ethyl-[2-(diisopropylamino)ethyl]-methylfosfonit
Chem. Listy 105, 323333 (2011) Referát
329
síra a pro munici s větší náplní (a tedy i s problémy spoje-
nými s promísením obou komponent) pak kapalný dime-
thylpolysulfid. Požadavek na dostatečnou stálost byl
u binární CHM přesunut na prekurzory, které podle zadání
jsou netoxické nebo jen málo toxické. Komplikací je pak
celkově složitější konstrukce chemické munice, nižší náplň
BCHL v závislosti na mechanismu reakce a její nižší vý-
těžnosti. Předností je pak možnost rozšíření sortimentu
aktuálních BCHL kombinací prekurzorů v určitém typu
CHM a možnost snížení některých bezpečnostních kon-
strukčních prvků.
11. Přechod ke čtvrté generaci CHZ, binární
NPL se zvýšenou těkavostí, 70. léta
Postupné zdokonalování CHZ a CHM třetí generace
vedlo k poznání, že použití sarinu a látky VX v boji nemů-
že splnit veškeré cíle bojové činnosti. Na jedné straně byla
zřetelně patrná snaha o zvýšení efektivity použití CHM
přípravou viskózních, zahuštěných BCHL [VR 55, TGD
a VR 33, TVX], ale na druhou stranu takto poklesla těka-
vost a tím i účinnost vyřazení živé síly bezprostředním
působením par BCHL. Řešením nedostatečné perzistence
(stálosti) sarinu a těkavosti VX měla být tzv. látka se střed-
ní těkavostí (IVA). Tato BCHL je nestabilní, v závislosti
na teplotě se přeměňuje na tuhý netoxický produkt 1,1-di-
methylaziridinium(dimethylamido)fosforofluoridát8
(Schéma 7). Její toxicita blížící se látce VX, společně se
zvýšenou těkavostí umožňuje v reálných polních podmín-
kách vyřadit živou sílu působením par přes kůži. Tuto
schopnost klasické BCHL při použití ve volném terénu
a celkovém rozpětí teplot postrádají.
12. Čtvrtá generace CHZ, binární NPL se
zvýšenou toxicitou a těkavostí, 70.90. léta
V SSSR se již v průběhu 2. světové války realizovaly
dlouhodobé chemické projekty orientované na sloučeniny
fluoru a fosforu7,9. Tyto projekty měly vysokou prioritu
nejenom z ekonomického, ale i zbrojního hlediska. Zvlášt-
ní pozornost byla věnována sloučeninám se silnými biolo-
gickými účinky. Příčinou, ale i důsledkem byl nejenom
velký vědecký potenciál soustředěný v této oblasti orga-
nické syntézy (V. M. Plec, A. E. Arbuzov, S. I. Volfkovič,
M. I. Kabačnik, V. A. Kargin, E. J. Nifantěv, I. K. Knun-
janc a další), ale i poznatky o nové generaci CHZ, nervo-
vě paralytických látkách, získané posléze jako váleč
kořist v poraženém Německu.
Prudký poválečný rozvoj přinesl do 60. let většinu
zásadních poznatků o syntéze organofosforových a orga-
nofluorových sloučenin, které jsou dostatečně reaktivní,
strukturně jednoduché a vysoce toxické, aby se mohly stát
zásadní inovací v oboru CHZ. Základním nedostatkem
byla vesměs nižší stálost při skladování potenciálních
NPL. Tento nedostatek však ztratil na významu po rozhod-
nutí vyvíjet také binární chemickou munici. Již počátkem
60. let byl ve světě zaregistrován a interpretován fakt, že
účinkem tzv. reaktivátorů ACHE, což jsou vesměs isoni-
trososloučeniny tj. oximy, vznikají v některých případech
fosforylované nebo fosfonylované oximy, které silně
a ireverzibilně inhibují aktivní hydrolytické centrum
ACHE10. V první polovině 70. let padlo v SSSR rozhod-
nutí začlenit v rámci projektu FOLIANT do existujícího
chemického arsenálu všechny ve výzkumu dosažené vý-
sledky a inovovat tak CHZ ještě před očekávaným přijetím
mezinárodní úmluvy o zákazu a likvidaci CHZ. Podstatou
projektu FOLIANT, kromě jiného, se stalo ověření nových
Schéma 7.
Chem. Listy 105, 323333 (2011) Referát
330
jednosložkových nebo binárních NPL se zvýšenou toxici-
tou a těkavostí. Jako prekurzorů pro poslední stupeň synté-
zy měly být využity sloučeniny využívané jako běžné me-
ziprodukty v chemickém průmyslu. Skupina těchto prekur-
zorů byla označována krycím názvem NOVIČOK. Přesto-
že značčást poznatků o syntéze a vlastnostech fosfory-
lovaných a fosfonylovaných oximů, amidátů a příbuzných
sloučenin se skrývá v jen částečně dostupné, přesto nepo-
chybně objemné, převážně ruské chemické literatuře 60. až
70. let (cit.1117), první určité informace byly získány až po
ukončení projektu FOLIANT (po roce 1992), od přeběh-
lých osob18.
13. Sloučeniny projektu FOLIANT/NOVIČOK
Odborná literatura s vazbou na americké armádní
zdroje19, uvádí sloučeniny typu fosforylovaných oximů
vznikající kondenzací na základě Allenovy reakce20 jako
novičoky, včetně některých analogů21 látek A 230, 232
a 234 (Schéma 8).
Podle V. Mirzajanova22,23, zasvěceného defektora
z oboru sovětských CHZ jsou předmětnými sloučeninami
projektu FOLIANT/NOVIČOK (Schéma 9):
methyl-{N-[1-(diethylamino)ethyliden]amido}
fosfonofluoridát,
N-[1-(diethylamino)ethyliden]amido-O-methyl-
-fosforofluoridát a
N-[1-(diethylamino)ethyliden]amido-O-ethyl-
-fosforofluoridát.
Jako ověřená receptura pro přípravu binární CHM
obsahující látku A 232, N-[1-(diethylamino)ethyliden]
amido-O-methyl-fosforofluoridát, byla schválena reakce
prekurzoru methyl-fluorfosforokyanidátu a reakce acetoni-
trilu s diethylaminem23 (Schéma 10).
Hlavní předností látky A 232, při srovnání s R 33, je
její podstatně vyšší těkavost.
V rámci projektu byla paralelně řešena i dvousložko-
vá syntéza látky R 33. Jako základní prekurzor, kromě
potřebného 2-(diethylamino)ethan-1-thiolu, byl zvolen
novičokům analogický isobutyl-methylfosfonokyanidát
(Schéma 11).
Podle neautorizovaných zdrojů mají BCHL na bázi
novičoků dosahovat nejméně toxicity VX (A 230) a další
z nich (A 232, A 234) mají mít toxicitu až 58krát vyšší.
Pokud budou tyto informace potvrzeny, pak dosavadní
parametr (limit detekce) technických prostředků chemické-
ho průzkumu již nevyhovuje. To se týká i moderních ar-
mád. Výjimkou jsou pouze prostředky založené na bioche-
mické cholinesterasové reakci, protože její citlivost korelu-
je s inhibičním účinkem a tím i toxicitou NPL. V důsledku
dlouhodobé orientace na výzkum biochemické cholineste-
Schéma 8.
Chem. Listy 105, 323333 (2011) Referát
331
rasové reakce má ČR dostatek prostředků chemického
průzkumu a kontroly založených na této reakci24 stejně
jako toxikologických poznatků potřebných pro účinnou
profylaxi25. Indicií potvrzující výše uvedené skutečnosti je
fakt, že některé ruské firmy obchodující s prostředky proti-
chemické ochrany, nabízejí již prostředky na určení NPL
s limitem detekce řádově 108 mg l1 vzduchu, nikoli 5107
mg l1 jak tomu bylo ještě v nedávné minulosti. Na druhé
straně nelze přehlédnout skutečnost, že i přes velké úsilí na
celém světě se nepodařilo za půlstoletí nalézt novou letální
BCHL v kapalném skupenství, která by byla řádově účin-
nější než látka VX. Vše nasvědčuje tomu, že na současné
úrovni vědy bylo, v rámci zmíněných omezujících podmí-
nek, dosaženo hranice letální toxicity kapalných nízkomo-
lekulárních syntetických látek.
14. Psychofarmaka jako potenciální vojenské
toxické látky, od 2. světové války
do současnosti
Tato skupina látek byla zevrubně zkoumána již od
dob náhodného objevu psychodysleptických účinků di-
ethyllysergamidu (LSD) A. Hofmannem v roce 1943.
Nicméně vysoká účinnost tohoto lysergamidu se při pol-
Schéma 9.
Schéma 10.
Schéma 11.
Chem. Listy 105, 323333 (2011) Referát
332
ních experimentech nepotvrdila, byla srovnatelná s mno-
hem méně účinnými, ale stabilními glykoláty (látka BZ).
Nízká tepelná odolnost, nestálost vůči atmosférickému kys-
líku a působení UV záření diskvalifikovaly LSD, jeho deri-
váty i jednodušší analoga na bázi alkyl(indol-3-yl)aminu,
jako je psilocybin a řada dalších.
Další závažnou překážkou pro využití diethyllyserga-
midu jako BCHL je jeho polosyntetický původ; získává se
derivatizací námelových alkaloidů z houby paličkovice
nachové (Claviceps purpurea), která parazituje na travi-
nách a žitu. Mnohastupňová syntéza je technologicky
prakticky neschůdná. Řešení pak nabízí nikterak snadný
biotechnologický postup založený na genové manipulaci.
Navíc se při experimentech na dobrovolnících poměrně
přesvědčivě ukázalo, že použití halucinogenů jako potenci-
álních BCHL není výhodné ani z hlediska výrazně indivi-
duální odezvy intoxikovaných osob. Obdobné výsledky
jako s deriváty kyseliny lysergové a alkyl(indol-3-yl)
aminu, byly získány studiem derivátů N-ethylanilinu
a kannabinoidů. Za perspektivní byly ve své době považo-
vány spíše psychotropní látky ovlivňující zprostředkovaně
některé funkce organismu jako je motorika, vidění, vnímá-
času a vyvolávající celkový útlum, apatii až somnolenci.
Za nedostatek byla považována i nízká účinnost,
v některých případech i ireverzibilní efekt (tremorin)
a tuhé skupenství dovolující pouze uvedení do bojového
stavu ve formě jedovatého dýmu, resp. aerosolu a tedy
neschopnost překonat kožní bariéru zasaženého jedince.
Za určitý úspěch byla považována analoga acetylcholinu,
skupina glykolátů, kam patří i již dříve zmíněná látka BZ.
Vedle této dnes již bývalé tabulkové, z chemického arze-
nálu vyřazené BCHL, byla prostudována řada derivátů
kyseliny glykolové a jejich esterů. Mezi nimi byly naleze-
ny i kapalné sloučeniny (EA 3443) slibující i efekt, který
by mohl být synergicky umocněn poznatky
z farmaceutického výzkumu a vývoje transdermálních
(pronikajících pokožkou) látek. Objev fenylcyklidinu
(sernyl) prokázal, že je možné syntetizovat vysoce účinná
analgetika a anestetika, která značně převyšují dlouho
nepokořený morfin a jeho deriváty. Rychle navazující
úspěchy v této oblasti patrně připravily sernyl o postavení
perspektivní BCHL.
15. Fentanyl, jeho analoga a homology
Potvrzením zájmu ruského vojensko-chemického
komplexu o sloučeniny s neobvyklým a silným účinkem
na živou sílu je použití rychle působícího anestetika speci-
ální jednotkou proti čečenským teroristům při záchraně
rukojmích v moskevském divadle Dubrovka v říjnu 2002
(Schéma 12).
Ponecháme-li bez komentáře průběh unikátní protite-
roristické akce, ve které byly ohroženy životy téměř
800 lidí, okamžitě vyvstala odborná otázka, na jejíž zodpo-
vězení s napětím čekali specialisté na CHZ po celém světě,
jaká to byla látka použitá ve formě aerosolu. V počátečním
období se ruská oficiální místa dlouho pokoušela vzbudit
dojem, že o žádném plynu nic neví, posléze se připouštělo,
že šlo o běžné anestetikum používané při operacích. Ještě
později byl několikrát opatrně zmíněn opiát fentanyl. Po-
sléze se nechal slyšet ruský ministr zdravotnictví
J. Ševčenko, že byl použit derivát fentanylu, který je asi
80krát účinnější než morfin. Představitel ruské politické
opozice a specialista na chemické zbraně L. Fedorov vy-
hlásil, že byl použit carfentanyl, který je asi tisíckrát silněj-
ší než fentanyl a používá se pouze k imobilizaci velkých
zvířat27. Ruským tiskem proběhly neautorizované zprávy,
že byl použit trimethylfentanyl (ve skutečnosti zřejmě 3-
methylfentanyl), prostředek, který již dříve údajně zkou-
mala KGB pod šifrou KOLOKOL-1. Faktem zůstává, že
bez ohledu na nátlak domácí i světové veřejnosti, ruské
úřady dodnes nevydaly oficiální a určitou informaci o pou-
žité látce. Dosud používaly policejní jednotky pouze dráž-
divé látky. Dubrovka 2002 se stala významným předělem,
kdy k protiteroristické policejní akci bylo použito psycho-
farmakum, silná opioidní sloučenina a jejíž použití nebylo
shledáno z pohledu mezinárodního práva nelegálním
a porušujícím úmluvu o zákazu a likvidaci CHZ.
16. Závěr, potenciální vojenské toxické látky
po roce 1993
Klasické CHZ, kladoucí důraz na letální (smrtící)
účinky BCHL, zásadním způsobem zastaraly z důvodů
politických, vojenských i vědeckotechnických. Platná
a široce respektovaná mezinárodní úmluva o zákazu
a likvidaci CHZ, stejně jako mezinárodní a národní organi-
zace dozírající na její dodržování, jsou garantem, že vý-
zkum a výroba nových letálních BCHL a prostředků jejich
dopravy na cíl nebudou pokračovat a že staré zásoby CHZ
Schéma 12
Anestetikum R1 R
2 R
3 Násobek účin-
nosti morfia26
Fentanyl H H H 50100
Carfentanyl CH3COO H H 5003000
3-Methylfentanyl H CH3 H 8001600
Ohmefentanyl H CH3 OH 5500–11000
Chem. Listy 105, 323333 (2011) Referát
333
budou zničeny. Rovněž moderní armády ztrácejí o klasic-
ké CHZ zájem. Důvody jsou početné, počínaje zásadně
odlišným charakterem současných konfliktů a válek, kde
typicky působí malý počet bojovníků na relativně velkém
teritoriu, přes vysokou úroveň protichemické ochrany
a kázně běžně dosahovanou i v průměrných armádách, až
po moderní přesné zbraně s řízeným účinkem, které dokáží
neutralizovat libovolný cíl. Na druhou stranu je třeba vní-
mat skutečnost, že v rámci chemického a biologického
výzkumu, zejména ve farmaceutickém výzkumu jsou hle-
dány, izolovány, syntetizovány a studovány biologicky
velmi účinné látky a prostudovány mechanismy jejich
účinku až na molekulární úrovni. Mnohdy jde o látky pů-
sobící v nepatrných koncentracích, které jsou o několik
řádů nižší než koncentrace toxické nebo letální a které jsou
srovnatelné s parametry moderních OM a jejich ochran-
ných filtrů, jako jsou koeficienty podsávání a průniku.
Nepochybně některé z těchto sloučenin mohou být
v budoucnu použity jako komponenty tzv. neletálních
(nesmrtících) zbraní. Mezi takové potenciální bojové látky
mohou být zařazeny např. další vysoce účinná psychofar-
maka, emetika, algogeny a perspektivní je i velmi početná
oblast bioregulátorů28,29. Nemalá překvapení nepochybně
přinese rozvíjející se oblast mořské biologie. Možný ná-
stup takových látek do vojenství si vyžádá mnoho a zcela
zásadních změn v protichemické ochraně, ale to už bude
jiný příběh z jiné doby.
LITERATURA
1. Pitschmann V.: Historie chemické války. Military
System, Kounice 1999.
2. Středa L., Kobliha Z., Halámek E.: Bojové chemické
látky ve vztahu k Úmluvě o zákazu chemických zbraní.
Státní úřad pro jadernou bezpečnost, Praha 2004.
3. Pitschmann V., Halámek E., Kobliha, Z.: Boj ohněm,
dýmem a jedy: Nejstarší historie vojenského použití
chemických a zápalných látek a vznik moderní che-
mické války. Military System, Kounice 2001.
4. Schrader G.: Chemistry of Organophosphorus Pestici-
des. Springer-Verlag, New York 1963.
5. Saunders B.C.: Some Aspects of the Chemistry and
Toxic Action of Organic Compounds Containing
Phosphorus and Fluorine. University Press, Cambrid-
ge 1957.
6. Halámek E., Kobliha Z.: Přehled bojových chemic-
kých látek (Úvod do problematiky). Vysoká vojenská
škola pozemního vojska, Vyškov 2002.
7. Antonov N. S.: Chimičeskoje oružije na rubeže dvuch
stoletij. Progres, Moskva 1994.
8. Halámek E., Kobliha Z., Hrabal R.: Phosphorus, Sul-
fur, Silicon Relat. Elem. 19, 49 (2004).
9. Alexandrov V. N., Jemeljanov V. I.: Otravljajuščije
veščevstva, 2. vyd. Vojennoje izdatělstvo, Moskva
1990.
10. Petrov A. N., Sofronov G. A., Nečiporenko S. P., Ko-
min I. N.: Ross. Khim. Zh. 48, 110 (2004).
11. Nifantjev E. J.: Chimija fosfororganičeskich sojedině-
nij. Moskovskij univerzitět, Moskva 1971.
12. Purdela D., Vilceanu R.: Chimija organičeskich soje-
diněnij fosfora. Chimija, Moskva 1972.
13. Martynov I. V., Kruglak J. L., Privezenceva N. F.:
Zh. Obshch. Khim. 37, 1125 (1967).
14. Martynov I. V., Kruglak J. L., Lejbovskaja G. A.,
Chromova Z. I., Strukov O. G.: Zh. Obshch. Khim.
39, 996 (1969).
15. Kruglak J. L., Malekin S. I., Martynov I. V., Stru-
kov O. G.: Zh. Obshch. Khim. 39, 1265 (1969).
16. Kruglak J. L., Lejbovskaja G. A., Martynov I. V.:
Zh. Obshch. Khim. 39, 1263 (1969).
17. Kruglak J. L., Malekin S. I., Martynov I. V.: Zh.
Obshch. Khim. 42, 811 (1971).
18. Fedorov L. A.: Chemical Weapons in Russia: History,
Ecology, Politics. Center of Ecological Policy of Rus-
sia, Moskva 1994.
19. Hoenig S. L.: Compendium of Chemical Warfare
Agents. Springer, New York 2007.
20. Allen J. F.: J. Am. Chem. Soc. 79, 3071 (1957).
21. Ellison D. H.: Handbook of Chemical and Biological
Warfare Agents. 2. vyd. CRC Press, Boca Raton 2008.
22. Smithson E. A., Mirzayanov V. S., Lajoie R., Krepon
M.: Chemical Weapons. H.L.S. Center. Report No.
17 (1995).
23. Mirzayanov V. S.: State Secrets. An Insider´s Chro-
nicle of the Russian Chemical Weapons Program.
Outskirts Press, Denver 2009.
24. Halámek E., Kobliha Z., Pitschmann V.: Analýza
bojových chemických látek. Univerzita obrany Brno –
Ústav ochrany proti zbraním hromadného ničení Vyš-
kov, Vyškov 2007.
25. Gupta R. C.: Handbook of Toxicology of Chemical
Warfare Agents. Elsevier, London 2009.
26. Došen-Mičovič L.: J. Serb. Chem. Soc. 69, 843
(2004).
27. Dejmek L.: Voj. Zdrav. Listy 78, 27 (2004).
28. Halámek E., Kobliha Z.: Voj. Rozhledy 17, 137
(2008).
29. Matoušek J., Linhart P.: CBRN, Chemické zbraně.
Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství,
Ostrava 2005.
E. Halámek and Z. Kobliha (NBC Defence Institute,
University of Defence, Vyškov): Potential Chemical War-
fare Agents
A brief overview of the history of modern chemical
weapons with emphasis on current chemical warfare
agents (CWA). Some attempts at finding toxic compounds
as potential CWA are mentioned. Recent CWA, V-series
nerve agents, binary CWA and compounds with increased
toxic effects are accented. A new category of CWA, fast-
acting opioid anesthetics of the fentanyl type used as legal
antiterrorism means is documented on the Dubrovka 2002
event.
... CWC Schedule I, according to Russian proposal might be upgraded with following chemical compounds, in the wording of the first point -"Toxic chemicals". (a) Methyl-(1-(diethylamino)ethylidene)phosphoramidofluoridate [36][37][38]: [36][37][38]: e.g.: Methyl (bis(diethylamino)methylene)phosphoramidofluoridate [36][37][38]: ...
... CWC Schedule I, according to Russian proposal might be upgraded with following chemical compounds, in the wording of the first point -"Toxic chemicals". (a) Methyl-(1-(diethylamino)ethylidene)phosphoramidofluoridate [36][37][38]: [36][37][38]: e.g.: Methyl (bis(diethylamino)methylene)phosphoramidofluoridate [36][37][38]: ...
... CWC Schedule I, according to Russian proposal might be upgraded with following chemical compounds, in the wording of the first point -"Toxic chemicals". (a) Methyl-(1-(diethylamino)ethylidene)phosphoramidofluoridate [36][37][38]: [36][37][38]: e.g.: Methyl (bis(diethylamino)methylene)phosphoramidofluoridate [36][37][38]: ...
Preprint
Full-text available
Article - goal: This article is only small attempt to provide and enlarge information on toxic chemicals that have been identified as, or are suspected of belonging to a new generation of nerve agents. Hypothesis: Though Novichok agents have never yet been used on a battlefield, their sole purpose is for chemical warfare. Their mission: kill rapidly, silently and undetectably.
... The problems resulting from the production, stockpiling of unitary CWAs as well as from requirement for expensive disposal of defective or expired chemical ammunition, disagreement of local population, activities of various ecological organisations and last, but not least from the absence of novel CWAs with desirable stability within the process of storage launched in the USA the project denoted Binary Lethal Weapons System. For the purpose of this project two NAs were selectedsarin and VX (Fig. 3) (Gupta, 2015;Halámek and Kobliha, 2011). Such technology involves two or more non-toxic chemical precursors physically separated from each other. ...
... The complications associated with BWs involve complicated construction of ammunition, smaller cartridges where the precursors are imposed and lower yields of the final step. (Halámek and Kobliha, 2011). ...
... The knowledge obtained within FLUORINE and PHOSPHORUS projects was incorporated into the FOLIANT program as well. The main aim of this project was synthesis of the third generation of NAs with higher toxicity compared to V-agents that will be undetectable using NATO standard chemical detection equipment (Halámek, 2008;Halámek and Kobliha, 2011;Vásárhelyi and Földi, 2007). More than 200 chemists and engineers were involved in the FOLIANT program. ...
Article
The Cold War period is characterized by the infighting between the Western countries and the USSR in diverse areas. One of such fields was development of the weapons of mass destruction. Within various programs on both sides, a wide scale of different agents have been developed. However, information about some of them are still protected under the designation "top secret". Notwithstanding, in history several cases are known when such information beheld the daylight. One of such cases was the program FOLIANT and NOVICHOK. Both programs were developed by the USSR as a reaction to English/American invention of VX agent. If at least a part of available information is truthful, we can allege that these compounds belong among the most toxic synthetic agents ever. Within this contribution, we have reviewed available Eastern and Western data about the A-agents and their precursors, so-called NOVICHOKs, including their history, synthesis, physical-chemical properties, pharmacological characteristics and clinical manifestation.
... Obr. 2: Transdermální náplast s obsahem fentanylu [7,12] Fentanyl jako neletální zbraň Biologický účinek fentanylu je tak silný, že byl již koncem minulého století v mnoha zemích studován jako možná bojová otravná látka [13,14]. Vedle analgetického účinku snižuje reakční dobu a zhoršuje schopnost rozhodování člověka, což lze využít k možnému pacifi kování davů. ...
Article
Full-text available
A synthetic opioid called fentanyl is a well-known therapeutic agent for the relief of chronic and extreme pain. In medical practice, it is applied to patients in several ways. Outside medical facilities, patients are mainly helped by the application of patches, from which the active substance is gradually released and penetrates transdermally into the body. However, fentanyl and its derivatives also have side effects, which are a danger, especially in the case of unprofessional treatment and targeted abuse by drug addicts. In recent years, there has been a relatively high number of cases worldwide where fentanyl has been extracted from a transdermal patch and an overdose has occurred.
... Obr. 2: Transdermální náplast s obsahem fentanylu [7,12] Fentanyl jako neletální zbraň Biologický účinek fentanylu je tak silný, že byl již koncem minulého století v mnoha zemích studován jako možná bojová otravná látka [13,14]. Vedle analgetického účinku snižuje reakční dobu a zhoršuje schopnost rozhodování člověka, což lze využít k možnému pacifi kování davů. ...
Article
Syntetický opioid s názvem fentanyl je známým terapeutickým prostředkem k tlumení chronické i extrémní bolesti. V medicínské praxi je pacientům aplikován několikero způsoby. Mimo zdravotnická zařízení pacientům pomáhá především aplikace náplastí, z nich je účinná látka postupně uvolňována a proniká transdermálně do organismu. Fentanyl a jeho deriváty ovšem vykazují i nežádoucí účinky, jež představují nebezpečí především v případě neodborného zacházení a cíleného zneužívání drogově závislými jedinci. V uplynulých letech bylo celosvětově evidováno poměrně vysoké množství případů, kdy byl fentanyl z náplasti extrahován a došlo k předávkování uživatele.
... The development of CWAs began mainly during the First World War (WWI) and they encompass a wide range of chemical weapons that can be divided into 4 generations. Among the 1st generation belong choking agents (e.g., phosgene, diphosgene), blood agents (e.g., hydrogen cyanide) and blister agents (e.g., mustard gas, lewisite), some of which were used during the WWI, while the 2nd, 3rd and 4th generations are formed by nerve agents (e.g., tabun, sarin, soman, VX), binary nerve agents (e.g., GB-2, VX-2) and NOVICHOK (e.g., A-230, A-232 or A-234) [7][8][9][10]. The first nerve agents appeared before the WWII, but fortunately, they were not used during the war. ...
Article
Full-text available
Pharmaceutical technology offers various dosage forms that can be applied interdisciplinary. One of them are spherical pellets which could be utilized as a carrier in emerging second-generation detection tubes. This detection system requires carriers with high specific surface area (SSA), which should allow better adsorption of toxic substances and detection reagents. In this study, a magnesium aluminometasilicate with high SSA was utilized along with various concentrations of volatile substances (menthol, camphor and ammonium bicarbonate) to increase further the carrier SSA after their sublimation. The samples were evaluated in terms of physicochemical parameters, their morphology was assessed by scanning electron microscopy, and the Brunauer–Emmett–Teller (BET) method was utilized to measure SSA. The samples were then impregnated with a detection reagent o-phenylenediamine-pyronine and tested with diphosgene. Only samples prepared using menthol or camphor were found to show red fluorescence under the UV light in addition to the eye-visible red-violet color. This allowed the detection of diphosgene/phosgene at a concentration of only 0.1 mg/m3 in the air for samples M20.0 and C20.0 with their SSA higher than 115 m2/g, thus exceeding the sensitivity of the first-generation DT-12 detection tube.
... Codename A-group is used in the science literature (Fedorov, 2009;Fedorov, 2013;Mirzayanov, 2009;Konopski, 2009). (Halámek, Kobliha, Pitschmann, Univerzita, & Ústav, 2009 These general principles set out as follows may be applied with conditions: CxHyFz-x = 1  4; y  z  9 (Mäkinen, 2010;Halamek, 2011;Bajaj, 2016;Hosseini, Saeidian, Amozadeh, Naseri, & Babri, 2016;Münchenberg, Thönnessen, G. Jones, & Schmutzler, 1996;Ellison, 2008;Ball, 2013;Hoenig, 1701;Timperley, Arbon, Saunders, & Waters, 2002;Timperley, Kirkpatrick, Figure 4 Examples of chemical compound structures for possible Novichoks. ...
Research Proposal
Full-text available
It should be noted that, in principle, only one of the organelles, the mitochondria itself, are the place where the processes affected by Novichoks take place.
... Moreover, conjugate Novichok-enzyme quickly dealkylates (such process is known as aging of the inhibited enzyme), thereafter reactivation of the enzyme is no more possible (Figure 2). 12,13 Therefore, only symptomatic treatment in combination with oxygen therapy and support for the maintenance of life functions can be recommended as a possible treatment. Other possible therapies could be BuChE bioscavengers which were originally developed as prophylaxis against the nerve agents. ...
Article
Full-text available
In the short history, at least four similar attacks by nerve agents were committed. In this short communication, we wanted to interlink some important insights into nerve agents and novichoks and point out that the latest assault by novichoks is not the only attack with prohibited chemical warfare agents and, unfortunately, probably not the last, as these substances can easily be synthesized in a well-equipped chemical laboratory.
... The nerve agents Novichoks were developed in 1970' by the USSR as a reaction to English/ American invention of VX agent. The mode of action of above-mentioned substances is similar to other members of nerve agent family-irreversible inhibition of enzyme acetylcholinesterase (Halamek et al. 2011). The Western world learned about the existence of the Novichoks just in 1992 from one of the defectors who emigrated to the USA. ...
Article
Full-text available
The history of poisoning is one of the greatest chapters of the human history, where curiosity and genius, scientific discoveries and empirical knowledge intertwine with intrigues, crimes, politics, personal tragedies of notabilities, wars and natural disasters. Knowledge of toxic substances is likely as old as the mankind. In the Middle Age, Paracelsus claimed that in the world there is no non-toxic substance that the therapeutic and toxic properties of substances are indistinguishable up to a single parameter—dose. This postulate still belongs among the basic pillars of modern toxicology. Probably, the most ancient way of killing people was poisoning. In addition, the presence of poison in the body of the victim was very difficult to determine, since the symptoms of poisoning were similar to signs of certain diseases. Therefore, the criminals had a big chance to escape the punishment. Nowadays, together with development of toxicology the chance of disclosure of such crimes has increased, however, the progress in the field of design and production of toxic substances has also gone up. Within current contribution we have reviewed the most famous historical cases of poisoning from the antiquity to the present.
Article
Pellets with an immobilized enzyme (acetyl- or butyrylcholinesterase) are the up-to-date type of carriers used for the detection of nerve agents (soman, sarin, tabun, VX, Novichok) and other cholinesterase inhibitors such as organophosphate and carbamate insecticides (parathion, malathion). They are used in the glass detection tubes as a layer containing the enzyme together with the second layer, which contains a colorimetric reagent and substrate. The detection method is based on the visually or spectrophotometrically observable Ellman's reaction, which develops a yellow color in the absence of the cholinesterase inhibitor; otherwise, the detector preserves its original color (preferably white). This reaction occurs very fast and has a high sensitivity to nerve agents but it suffers from an indistinctive color transition from white to yellow. In the presented study, a new approach with the use of the synergic effect of magnesium aluminometasilicate with a high surface area marketed as Neusilin®US2 and a protective semipermeable Eudragit® RL layer was utilized. The prepared pellets have been evaluated for their properties such as the activity of the enzyme, intensity of the developed yellow color, sensitivity to cholinesterase inhibitor physostigmine, which acts as a nerve agent simulant, and physical parameters such as hardness, pycnometric density and sphericity. After the initial evaluation, all samples underwent a stability test under three different storage conditions for 24 months during which they were evaluated at given time points (0, 3, 6, 12 and 24 months). It was found that the prepared samples achieved a much higher intensity of developed yellow color than in the published studies while maintaining similar or better sensitivity, speed of detection and suitable physico-chemical properties.
Article
Full-text available
We propose a simple biochemical detector of cholinesterase inhibitors in water that is based on an enzymatic reaction. The detector was designed as a detection tube containing (i) an indication layer with an immobilized butyrylcholinesterase, (ii) a layer with substrate and chromogenic reagent and (iii) an ampoule with buffer. The chromogenic reagent contained a mixture of two triphenylmethane dyes: Guinea Green B and Fuschsin Basic. The absence of inhibitors was indicated by changing the blue color of the indication layer to violet-red. In the presence of inhibitors, the indication layer remained blue-colored. Color change was evaluated visually (by naked eye). The functionality of the detector was verified on aqueous solutions of alkaloid physostigmine and two chemical warfare agents: sarin and VX. The achieved detection limits were 0.01 μg/mL for physostigmine and sarin and 0.005 μg/mL for VX.
Book
Full-text available
Handbook of Toxicology of Chemical Warfare Agents, Second Edition covers every aspect of deadly toxic chemicals used in conflicts, warfare and terrorism. Including findings from experimental as well as clinical studies, this essential reference offers in-depth coverage of individual toxicants, target organ toxicity, major incidents, toxic effects in humans, animals and wildlife, biosensors and biomarkers, on-site and laboratory analytical methods, decontamination and detoxification procedures, and countermeasures. Expanding on the ground-breaking first edition, Handbook of Toxicology of Chemical Warfare Agents has been completely updated, presenting the most recent advances in field. Brand new chapters include a case study of the Iran-Iraq war, an overview of chemical weapons of mass destruction, explosives, ricin, the human respiratory system, alternative testing methods, brain injuries, and more.
Article
Full-text available
Fentanyl is a highly potent and clinically widely used narcotic analgesic. A large number of its analogs have been synthesized, some of which (sufentanil and alfentanyl) are also in clinical use. Theoretical studies, in recent years, afforded a better understanding of the structure-activity relationships of this class of opiates and allowed insight into the molecular mechanism of the interactions of fentanyl analogs with their receptors. An overview of the current computational techniques for modeling fentanyl analogs, their receptors and ligand-receptor interactions is presented in this paper.
Book
In order to get a general concept of organophosphorus pesticides with such a variety in structure and biological activities, consideration of each aspect of chemistry, biochemistry, and the applied sciences is necessary. This book consists of these three main parts. After the presentation of the background of phosphorus chemistry in Chapter 1, stress was put on the chemical and biochemical reactions of organophosphorus pesticides, including synthesis, analysis, metabolism mode of action, and other interesting aspects in Chapter 2 to 4, and on the structure-pesticidal activity relationship in Chapter 5.
Book
In his book, Compendium of Chemical Warfare Agents, author Steven L. Hoenig provides all the necessary information that First Responders, Hospitals, HazMat Teams, Fire and Rescue Services, and other First Responders need to know when dealing with dangerous chemical agents. Coverage includes health effects, physical characteristics, hazards from reactivity, protection of personnel, and general first aid for each agent. The book provides quick and easy access to critical data on chemical warfare agents, both at the scene of release and in the laboratory. Today, highly lethal chemicals such as nerve agents, vesicants and other chemical warfare agents may be the new weapons of choice among terrorist groups throughout the world and the latest addition to the "poor man's arsenal of opportunity" - a grave concern for all First Responders and Emergency Management personnel. Compendium of Chemical Warfare Agents furnishes the critical information to deal with this threat.
Article
Chemical and biological warfare are two global challenges being faced by various nations. Deliberate use of such harmful agents results in a huge loss of human lives as well as an adverse impact on the social and economic status of the country. Under-reporting and lack of proper assessment of exposure to such poisonous agents in the past due to a lack of rapid diagnosis is one of the prime reasons responsible for the thousands of fatalities and/or escalating adverse health manifestations. However, continuous efforts have been made to overcome this menacing situation with the introduction of novel methods of diagnosis such as 'identification of relevant biomarkers'. Development of specific biomarkers is very crucial for the precise measurement of exposure to chemical and biological warfare agents, their toxic effects and individual's susceptibility. This chapter updates information on various biomarkers essential in determining exposure to some of the specific chemical and biological warfare agents. Various concerns regarding exposure to such agents and their management have been highlighted along with a brief description of associated biomarkers. Furthermore, the chapter also explains the significance of biomonitoring and the need for the development of sensitive and validated biomarkers for a better future.
Article
Alkyl esters of trivalent phosphorus acids react with α-halonitro compounds to form alkyl halide and oxime esters of the corresponding pentavalent phosphorus acids.
Article
Chemical warfare agents (CWA's) are defined as any chemical substance whose toxic properties are utilised to kill, injure or incapacitate an enemy in warfare and associated military operations. Chemical agents have been used in war since times immemorial, but their use reached a peak during World War I. During World War II only the Germans used them in the infamous gas chambers. Since then these have been intermittently used both in war and acts of terrorisms. Many countries have stockpiles of these agents. There has been a legislative effort worldwide to ban the use of CWA's under the chemical weapons convention which came into force in 1997. However the manufacture of these agents cannot be completely prohibited as some of them have potential industrial uses. Moreover despite the remedial measures taken so far and worldwide condemnation, the ease of manufacturing these agents and effectiveness during combat or small scale terrorist operations still make them a powerful weapon to reckon with. These agents are classified according to mechanism of toxicity in humans into blister agents, nerve agents, asphyxiants, choking agents and incapacitating/behavior altering agents. Some of these agents can be as devastating as a nuclear bomb. In addition to immediate injuries caused by chemical agents, some of them are associated with long term morbidities and psychological problems. In this review we will discuss briefly about the historical background, properties, manufacture techniques and industrial uses, mechanism of toxicity, clinical features of exposure and pharmacological management of casualties caused by chemical agents.