VX

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Strukturformel
Struktur von VX
1:1-Gemisch aus der (R)-Form (links) und der (S)-Form (rechts)
Allgemeines
Name VX
Andere Namen
  • (RS)-O-Ethyl-S-2-diisopropylamino-ethylmethylphosphonothiolat
  • EA 1701
  • TX 60
  • T 2445
  • (±)-O-Ethyl-S-2-diisopropylamino-ethylmethylphosphonothiolat
  • O-Ethyl-S-2-diisopropylamino-ethylmethylphosphonothiolat
  • (RS)-N-[2-[Ethoxy(methyl)phosphoryl]sulfanylethyl]-N-propan-2-ylpropan-2-amin
  • (±)-N-[2-[Ethoxy(methyl)phosphoryl]sulfanylethyl]-N-propan-2-ylpropan-2-amin
  • N-[2-[Ethoxy(methyl)phosphoryl]sulfanylethyl]-N-propan-2-ylpropan-2-amin
Summenformel C11H26NO2PS
Kurzbeschreibung

farb- und geruchlose, ölige Flüssigkeit[1]

Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 50782-69-9 (Racemat)
PubChem 39793
Wikidata Q421809
Eigenschaften
Molare Masse 267,37 g·mol−1
Aggregatzustand

flüssig

Dichte

1,01 g·cm−3[2]

Schmelzpunkt

−38,2 °C[1]

Siedepunkt

298 °C[2] (Zersetzung)

Dampfdruck

0,014 Pa (20 °C)[2]

Löslichkeit
  • wenig löslich in Wasser (3 g·l−1 bei 25 °C)[3]* gut lipid-löslich[2]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [4]
06 – Giftig oder sehr giftig

Gefahr

H- und P-Sätze H: 300​‐​310​‐​330
P: 260​‐​262​‐​264​‐​270​‐​271​‐​280​‐​284 [4]
Toxikologische Daten
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Die Substanz VX (TX 60, O-Ethyl-S-2-diisopropylaminoethylmethylphosphonothiolat, Edgewood Arsenal Code EA 1701) ist ein chemischer Kampfstoff und zählt dort innerhalb der Nervengifte zur V-Reihe (V für viscous, viskos).

VX dringt über die Haut, die Augen und die Atemwege in den Körper ein und verursacht zuerst Husten und Übelkeit. Dann lähmt es die Atemmuskulatur und führt innerhalb weniger Minuten unter starken Krämpfen und Schmerzen zum Tod.

Herstellung und Struktur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Zur Synthese von VX wird O-Ethyl-O-2-diisopropylaminoethylmethyl-phosphonit (CAS: 57856-11-8) mit Schwefel umgesetzt. VX ist somit ein binärer Kampfstoff, der leicht aus den beiden Vorläufersubstanzen erzeugt werden kann (z. B. in einer Kampfstoffgranate durch einfaches Vermischen der Komponenten beim Abschuss).[8]

VX besitzt ein Stereozentrum am Phosphoratom, es gibt also zwei Enantiomere in (R)- und (S)-Konfiguration. Beide Isomere unterscheiden sich stark in ihrer Toxizität. Das giftigere Isomer ist (S)-VX [(–)-VX], das etwa 1,6-mal toxischer als razemisches (±)-VX ist. Übliche Herstellungsverfahren liefern racemisches VX, also ein 1:1-Gemisch aus (R)-O-Ethyl-S-2-diisopropylamino-ethylmethylphosphonothiolat und (S)-O-Ethyl-S-2-diisopropylamino-ethylmethylphosphonothiolat.

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Es handelt sich in reiner Form um eine farb- und geruchlose, durch Verunreinigungen oft leicht gelbliche, ölige Flüssigkeit.[1] Je nach Herstellungsverfahren und Reinheit kann VX einen schwachen Geruch nach fauligem Fisch und Mercaptan aufweisen.[9]

Während sich Nervenkampfstoffe der G-Reihe (G für Germany) wie Tabun (GA) oder Sarin (GB) binnen Stunden bis Tagen verflüchtigen, hat VX eine weitaus größere Persistenz. Die Volatilität von VX ist verglichen mit Sarin etwa 2000-mal geringer.[9] VX kann unter geeigneten Bedingungen Wochen am Einsatzort verbleiben und ist zudem wesentlich giftiger als die Kampfstoffe der G-Reihe.

Von den großtechnisch produzierten chemischen Kampfstoffen ist VX der mit der höchsten Toxizität. Lediglich einige Toxine sind deutlich giftiger; diese zählen jedoch als ABO (Agents of Biological Origin) definitionsgemäß nicht zu den C-, sondern den B-Kampfstoffen, auch wenn sie in der Chemiewaffenkonvention reguliert werden.

Hydrolyse[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Im sauren pH-Bereich wird unter Abspaltung von Diisopropylaminoethanthiol der toxikologisch vergleichsweise unbedenkliche Methanphosphonsäuremonoethylester gebildet. Die basische Hydrolyse im pH-Bereich von pH 7-10 führt dagegen unter Abspaltung des Ethoxy-Restes zum Methanphosphonsäure-diisopropylaminoethanthiolester (EA 2192), bzw. dessen Salz.[10]

EA 2192 und dessen Salze sind ebenfalls äußerst giftig und wirken wie VX als Cholinesterase-Hemmer. Die Toxizität von EA 2192 ist nur etwa 2-3 fach geringer als die Toxizität von VX. EA 2192 wird im Gegensatz zu VX aber praktisch kaum über die Haut aufgenommen. EA 2192 und dessen Salze sind Feststoffe und gaschromatographisch nicht ohne weiteres detektierbar.

Wirkung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Aufnahme von VX findet überwiegend über die Haut statt, da VX wegen seines äußerst geringen Dampfdruckes als sesshafter Kampfstoff gilt; nur im Falle der Ausbringung als Aerosol besteht eine relevante Gefährdung durch Aufnahme über die Atemwege. Die Kontamination kann nur durch einen adäquaten Individualschutz verhindert werden. Einmal in den Körper aufgenommen, blockiert VX die Acetylcholinesterase in den Synapsen des parasympathischen vegetativen Nervensystems, den acetylcholinvermittelten Synapsen des sympathischen Anteils des vegetativen Nervensystems (Sympathikus) und an der neuromuskulären Endplatte (motorische Endplatte). Es kommt dadurch zu einem Anstieg des Neurotransmitters Acetylcholin (ACh) in der Synapse und damit zu einer Dauerreizung der betroffenen Nerven.

In der Folge treten, abhängig von der Höhe der Vergiftung, die folgenden Symptome auf: Nasenlaufen, Sehstörungen, Pupillenverengung, Augenschmerzen, Atemnot, Speichelfluss, Muskelzucken und Krämpfe, Schweißausbrüche, Erbrechen, unkontrollierbarer Stuhlabgang, Bewusstlosigkeit, zentrale und periphere Atemlähmung und letztlich Tod. Die Wirkung am Auge tritt bereits bei geringeren Konzentrationen ein als die Wirkung im Atemtrakt. Daher treten Akkommodationsstörungen und eine Miosis bereits bei Konzentrationen und Expositionszeiten auf, bei denen andere Vergiftungszeichen noch nicht zu beobachten sind.

Der LD50-Wert für einen durchschnittlichen Erwachsenen liegt bei etwa 1 mg bei respiratorischer Aufnahme (über die Atemwege), beziehungsweise 10 mg bei Aufnahme über die Haut. Es sind jedoch auch Todesfälle bei Aufnahme deutlich geringerer Dosen (4 μg/kg oral[11][3] und 86 μg/kg dermal[12]) beschrieben.

Die Wirkung ähnelt der anderer phosphororganischer Verbindungen wie Tabun, Soman und Sarin, aber auch verschiedener Insektizide wie Parathion (E605). Andere Pestizide beruhen auf demselben Wirkprinzip, wirken aber auf Insekten um Größenordnungen stärker als auf Menschen. Beispiele hierfür sind Malathion, Disulfoton und ähnliche Substanzen.

Optische Isomere[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Toxizität ist abhängig von der Stereochemie am P-Atom. Für die intravenöse Applikation wurden bei Mäusen folgende LD50-Werte bestimmt:[13]

(RS)-VX [(±)-VX]: 20,1 µg/kg

(S)-VX [(–)-VX]: 12,6 µg/kg

(R)-VX [(+)-VX]: 165 µg/kg

Humanstudien mit VX[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ab 1959 erfolgten zahlreiche Humanversuche mit razemischem (±)-VX, bei denen die Toxizität und die Wirkung bei verschiedenen Applikationsarten (intravenös, oral, percutan, inhalativ) untersucht wurden.

Intravenöse Applikation:[14] Den Versuchen zufolge treten erste physiologische Effekte wie Kopfschmerzen, Benommenheit, Schweißausbrüche und Bauchkrämpfe im Dosisbereich von 0,06-0,1 µg/kg (das sind bei einem 80-90 kg schwerem Mann etwa 5-10 Mikrogramm) auf. 1,3-1,5 µg/kg (104-135 µg) führen zu Schwindel, Zittern, Benommenheit, starker Übelkeit, Erbrechen und abdominalen Krämpfen. Die Aktivität der Cholinesterase fällt in diesem Dosisbereich innerhalb von 15 Minuten auf 45-17 % ab. Eine Regenerierung der Cholinesterase erfolgt die ersten 1-2 Tage mit einer Rate von etwa 1 % pro Stunde. Mengen im Bereich von etwa 150-210 µg führen zu einer Cholinesterasehemmung von etwa 85 % und zur weitgehenden Handlungsunfähigkeit mit teilweisem Verlust des Kontaktes zur Umwelt.

Percutane Applikation:[14] Percutan führen 5-35 µg/kg (etwa 0,4-3 mg) zu Schwitzen, Müdigkeit, Schwäche, Übelkeit, Erbrechen und Kopfschmerzen. Bei Aufnahme über die Haut treten ersten Symptome stark verzögert je nach Ort der Applikation im Zeitraum von 5-10h nach Hautkontakt auf. Versuchen mit radioaktiv markiertem VX (32P) zufolge wird über die Handfläche weniger als 1 % resorbiert, über die Haut am Rücken etwa 8 % und 15 % über die Unterarme.

Orale Applikation:[14] Oral führen Mengen von 0,2-0,4 mg zu einer Hemmung der Cholinesterase um 50-80 %.

Therapie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Atropin ist eine Möglichkeit, bei einer VX-Vergiftung die Wirkung an den muskarinischen Acetylcholinrezeptoren kompetitiv zu unterbrechen. Es muss ca. alle zehn Minuten in einer Dosis von 2–5 mg gegeben werden. Zusätzlich muss Obidoximchlorid gegeben werden, um die Acetylcholinesterase zu reaktivieren. Die Oximtherapie ist jedoch bei VX nur kurze Zeit nach der Vergiftung erfolgreich, da nach der Bindung an die Cholinesterase durch Reaktion mit Wasser ein Alkoxyrest vom Organophosphat – also dem gebundenen VX – abgespalten wird, was als „Alterung“ bezeichnet wird.[15]

Entdeckung und Verbreitung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Phosphorylthiocholin-Klasse wurde unabhängig voneinander durch Ranaji Goshem von Imperial Chemical Industries Limited (USA) und von Lars-Erik Tammelin vom Schwedischen Institut für Verteidigungsforschung 1952 entdeckt.[16]

1955 wurde der erste „V“-Kampfstoff VG (Amiton) hergestellt. Später wurden noch weit giftigere Substanzen in dieser Gruppe entwickelt, wie VM, VE und VS.[17][18]

VX wurde bis zur Unterzeichnung der Chemiewaffenkonvention 1997, in der die Zerstörung aller Vorräte verlangt wird, auch von den Vereinigten Staaten produziert. Die Sowjetunion verfügte über eine chemisch sehr nahe verwandte Substanz (VR – oder auch „russisches VX“).

Anwendung/Einsatz[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Es ist umstritten, ob Saddam Hussein 1988 beim Giftgasangriff auf Halabdscha im Nordirak VX gegen die kurdische Bevölkerung eingesetzt hat. Bei dem Angriff starben etwa 5000 Menschen, meist Kinder, Frauen und alte Männer, qualvoll. Viele tausend weitere starben danach oder erlitten dauerhafte Gesundheitsschäden.[19]

Am 13. Februar 2017 wurde Kim Jong-nam, der Halbbruder des nordkoreanischen Staatschefs Kim Jong-un und Sohn von Kim Jong-il, bei einem Attentat auf dem Flughafen von Kuala Lumpur mutmaßlich mit VX ermordet.[20] Laut Autopsiebericht wurden Rückstände dieses Nervenkampfstoffs bei ihm nachgewiesen, die binnen weniger Minuten zum Tode führten.[21] Auf dem T-Shirt einer der beiden Angeklagten wurden später von einem Gutachter ebenfalls Spuren von VX nachgewiesen.[22]

Analytik[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der sichere Nachweis von VX kann in unterschiedlichen Untersuchungsmaterialien wie Blutproben,[23][24][25] Urin[26] Bodenproben[27] oder Trinkwasser[28] nach angemessener Probenvorbereitung durch die HPLC auch in Kopplung mit der Massenspektrometrie erfolgen.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Labor Spiez: Datenblatt VX (PDF-Datei; 194 kB)
  • Saskia Eckert: Entwicklung eines dynamischen Modells zum Studium der Schutzeffekte reversibler Acetylcholinesterase-Hemmstoffe vor der irreversiblen Hemmung durch hochtoxische Organophosphate. München 2006, DNB 982657064, urn:nbn:de:bvb:19-61966 (Dissertation, Universität München).

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b c D. H. Ellison: Handbook of Chemical and Biological Warfare Agents. 2. Auflage. CRC Press, 2007, ISBN 978-0-8493-1434-6, S. 27.
  2. a b c d Eintrag zu VX. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 25. Dezember 2014.
  3. a b c d e f Eintrag zu VX in der ChemIDplus-Datenbank der United States National Library of Medicine (NLM)
  4. a b Günter Hommel: Handbuch der gefährlichen Güter. Band 6, Springer, Berlin/ Heidelberg 2012, ISBN 978-3-642-25051-4, S. 2286.
  5. Neurotoxicology. Vol. 7, 1986, S. 225.
  6. a b Appendix D: Health Risk Assessment for the Nerve Agent Vx. In: Journal of Toxicology and Environmental Health, Part A. Band 59, Nr. 5–6, 2000, S. 439–469, doi:10.1080/713852146.
  7. J. S. Wiles, T. B. Alexander: Comparative toxicity of VX applied to the unclipped and clipped skin of bare and clothed rabbits. AD839329. US Army Chemical Research and Development Laboratories, Aberdeen Proving Ground, MD 1960.
  8. Steven L. Hoenig: Compendium of Chemical Warfare Agents. Springer Science & Business Media, New York 2006, ISBN 0-387-69260-6, S. 162 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  9. a b William S. Augerson: Chemical and Biological Warfare Agents (= Gulf War illnesses series. Band 5). Rand, Santa Monica, CA 2000, ISBN 978-0-8330-2680-4, S. 201 (health.mil [PDF]).
  10. David J. McGarvey, William R. Creasy, Jill L. Ruth, Kevin M. Morrissey, John R. Stuff: Chemical Analysis and Reaction Kinetics of EA-2192 in Decontamination Solution for the MMD-1 Project. ADA416809. Mai 2003 (dtic.mil [PDF]).
  11. Frederick R. Sidell, William A. Groff: The reactivatibility of cholinesterase inhibited by VX and sarin in man. In: Toxicology and Applied Pharmacology. Band 27, Nr. 2, 1974, S. 241–252, doi:10.1016/0041-008X(74)90195-1.
  12. Twenty-third report (= Technical report series. Band 23, Nr. 463). World Health Organization, Geneva, Switzerland 1970, OCLC 56103048, S. 24 (who.int [PDF]).
  13. H. P. Benschop, L. P. A. De Jong: Nerve agent stereoisomers: analysis, isolation and toxicology. In: Acc. Chem. Res. Band 21, Nr. 10, 1988, S. 368–374, doi:10.1021/ar00154a003.
  14. a b c Timothy C. Marrs; Robert L. Maynard; Frederick R. Sidell: Chemical Warefare Agents - Toxicology and Treatment. John Wiley & Sons, Chichester 1998, ISBN 0-471-95994-4, S. 243.
  15. Klaus Aktories, Ulrich Förstermann, Franz Hofmann, Klaus Starke (Hrsg.): Allgemeine und spezielle Pharmakologie und Toxikologie. 11., überarb. Auflage. Elsevier, Urban & Fischer, München 2013, ISBN 978-3-437-42523-3, S. 1058.
  16. Eric Croddy, James J. Wirtz (Hrsg.): Weapons of mass destruction: an encyclopedia of worldwide policy, technology and history. Band 2, ISBN 1-85109-490-3, S. 313. (Eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche)
  17. Nerve Agents – Lethal organo-phosphorus compounds inhibiting cholinesterase. In: Organisation for the Prohibition of Chemical Weapons website. Abgerufen am 7. Oktober 2006.
  18. Nerve Agents: General. In: The site for information about chemical and biological weapons for emergency, safety and security personnel. Archiviert vom Original am 12. Oktober 2006; abgerufen am 7. Oktober 2006.
  19. Stephen C. Pelletiere: A War Crime Or an Act of War?. In: New York Times. 31. Januar 2003.
  20. Ermittler finden Nervengift an Kim Jong Nams Leiche. auf: Spiegel online. abgerufen am 24. Februar 2017.
  21. Fabian Kretschmer: Der qualvolle Tod des Kim Jong-nam durch Nervengas VX. In: Der Standard. 24. Februar 2017.
  22. Mordfall Kim Jong Nam: Nervengas auf T-Shirt von Angeklagter entdeckt. In: Spiegel Online. 5. Oktober 2017 (spiegel.de [abgerufen am 5. Oktober 2017]).
  23. S. J. Stubbs, R. W. Read: Liquid chromatography tandem mass spectrometry applied to quantitation of the organophosphorus nerve agent VX in microdialysates from blood probes. In: J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci. 878(17-18), 15. Mai 2010, S. 1253–1256. PMID 20034857
  24. G. Reiter, J. Mikler, I. Hill, K. Weatherby, H. Thiermann, F. Worek: Simultaneous quantification of VX and its toxic metabolite in blood and plasma samples and its application for in vivo and in vitro toxicological studies. In: J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci. 879(26), 15. Sep 2011, S. 2704–2713. PMID 21862421
  25. B. S. Crow, B. G. Pantazides, J. Quiñones-González, J. W. Garton, M. D. Carter, J. W. Perez, C. M. Watson, D. J. Tomcik, M. D. Crenshaw, B. N. Brewer, J. R. Riches, S. J. Stubbs, R. W. Read, R. A. Evans, J. D. Thomas, T. A. Blake, R. C. Johnson: Simultaneous measurement of tabun, sarin, soman, cyclosarin, VR, VX, and VM adducts to tyrosine in blood products by isotope dilution UHPLC-MS/MS. In: Anal Chem. 86(20), 21. Okt 2014, S. 10397–10405. PMID 25286390
  26. J. R. Barr, W. J. Driskell, L. S. Aston, R. A. Martinez: Quantitation of metabolites of the nerve agents sarin, soman, cyclohexylsarin, VX, and Russian VX in human urine using isotope-dilution gas chromatography-tandem mass spectrometry. In: J Anal Toxicol. 28(5), Jul-Aug 2004, S. 372–378. PMID 15239858
  27. M. R. Gravett, F. B. Hopkins, A. J. Self, A. J. Webb, C. M. Timperley, J. R. Riches: Fate of the chemical warfare agent O-ethyl S-2-diisopropylaminoethyl methylphosphonothiolate (VX) on soil following accelerant-based fire and liquid decontamination. In: Anal Bioanal Chem. 406(21), Aug 2014, S. 5121–5135. PMID 24972874
  28. J. S. Knaack, Y. Zhou, M. Magnuson, E. Silvestri, R. C. Johnson: Performance of a novel high throughput method for the determination of VX in drinking water samples. In: Anal Chem. 85(5), 5. Mar 2013, S. 2611–2616. PMID 23402290