SE468514B - Simili- och oevningsaemne foer kemiska stridsmedel - Google Patents

Description

46 0 O 5 14 'i 2 Beträffande similiämnen får den specifika tillämpningen avgöra hur farligt en viss substans kan tillåtas vara.

Ett övningsämne bör vara billigt att framställa även i större mängder, upp till tonkvantiteter. Denna restriktion behöver inte läggas på ett similiämne som kanske bara används i mängder mellan några få gram och ett par kilo. Ett icke-toxiskt similiämne som kan framställas i rela- tivt stora kvantiteter till ett lågt pris kan således även vara ett utmärkt övningsämne.

Som similiämne används i de flesta applikationer en enhetlig substans, men ett similiämne kan även tillåtas vara en blandning av substanser.

I själva verket ges ibland simili-/övningsämnent lämpliga egenskaper genom inblandning av olika kemikalier.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla kemiska föreningar som är lämpliga som similiämnen för kemiska stridsmedel, speciellt för en grupp av kemiska stridsmedel som benämnes V-ämnen.

Ytterligare ett ändamål med uppfinningen är att tillhandahålla ett simili-/övningsämne, som är lätt och billigt att framställa i stora kvantiteter och som till sin huvudbestândsdel består av en blandning av similiämnen enligt uppfinningen.

Detta uppnås genom användning av en grupp av strukturellt besläktade fosfonater som similiämne och ett från finkelolja framställt simili-- /övningsämne såsom definieras av patentkraven.

V-ämnen är en grupp av nervgaser av typ O-alkyl-S-(2-dialkylamino- etyl)-alkylfosfonotiolat. Den mest kända är VX som består av 0-etyl-S- diisopropylaminoetylmetylfosfonotiolat. VX är en svårflyktig, termiskt instabil substans med starkt temperaturberoende vattenlöslighet. Ämnet har rapporterats koka vid 100°C vid 0,25 mm Hg. Kokpunkten vid nor- maltryck har extrapolerats till ca 300°C. Vid denna temperatur sönder- faller VX mycket snabbt. Beträffande vattenlösligheten har VX egen- skapen att vara mer löslig i kallt än i varmt vatten. Vid vattentempe- raturer under 9,5°C är VX helt blandbar med vatten, medan lösligheten vid 15°C är 75 g/l och vid 25°C 25 g/l. 468 514 Enligt uppfinningen används en kemisk förening med den allmänna for- meln Q O R0\u\/“\ (I) Ro/ OR' där R och R' är alkyl, som similiämne för kemiska stridsmedel.

Föreningen är en alkoxikarbonylmetanfosfonat (alkyl dialkoxifosfinyl- acetat). Fosfonater av denna typ är i sig förut kända och används framför allt vid Horner-Emmons syntes avcxnß-omättade estrar och den gruppmedlem där R och R' = etyl finns kommersiellt tillgänglig. För- eningarna är relativt otoxiska och har en avsevärd vattenlöslighet, åtminstone så länge R och R' är en lägre alkyl. För att efterlikna de fysikaliska egenskperna hos VX har det visat sig lämpligt att R och R' är en lägre alkyl med 1-5 kolatomer och speciellt att R = en alkyl med 1-3 kolatomer och R' = en alkyl med 2-5 kolatomer. I likhet med VX är dessa föreningar mer lättlösliga i kallt än i varmt vatten. Förening- arna är också relativt lätta att oxidera och i likhet med VX bryts de snabbt ner av saneringsmedel innehållande hypokloritjon, t ex klor- kalk, och en bas, t ex magnesiumoxid.

Som exempel på speciellt lämpliga kombinationer av alkylgrupper i formeln I kan nämnas R=n-propyl och R'=isopropyl eller etyl; R=etyl och R'=rac. sek. butyl, n-propyl, isoamyl eller cyklopentyl; R=isopro- pyl och R'=n-propyl, isopropyl eller rac. sek. butyl; R=metyl och R'=isoamyl.

Föreningarna kan framställas genom en Michaelis-Arbusov-reaktion, där en ester av brom- eller klorättiksyra omsättes med en trialkylfosfit.

Ett annat sätt att framställa föreningar av denna typ beskrivs av Ye W. och Liao X. i Synthesis, 1985, 986-8.

Uppfinningen avser även en blandsubstans som lämpar sig som simili- /övningsämne och som är billigt att framställa även i större mängder.

Substansen framställs utgående från finkelolja som förestras och via en Michaelis-Arbuzov reaktion omsättes med en trialkylfosfit till att 468 514 ' 4 ge en blandning av föreningar av vilka den övervägande delen har den generella formeln där R och R' är alkyl.

Enligt en utföringsform av uppfinningen sker förestringen av finkelol- jan med klorättiksyra. I Michaelis-Arbuzov reaktioner används vanligen alkylbromoacetater som substrat eftersom dessa uppvisar en relativt hög reaktivitet vid omsättningen med trialkylfosfit. Användningen av mer reaktionströga alkylkloroacetater visade sig emellertid lämpligare vid framställning av substansen i 100-kg-skala eller mer pga reaktio- nens exoterma karaktär.

Uppfinningen skall i det följande belysas med exempel.

Exempel 1.

Ett similiämne enligt formel I där R=n-propyl och R'=isopropyl fram- ställdes enligt den phase-transfermetod som beskrivs av Ye W. och Liao X. i Synthesis, 1985, 986-8. En viss transesterfieringsreaktion ledde till att ämnet fortfarande efter ett par destillationer innehöll ca 3.5 % av den variant där R=R'=n-propyl.

Liksom VX visade sig similiämnet vara lättlösligare i kallt än i varmt vatten. En löslighetsbestämning av ämnet innehållande 8.8 % av isome- ren R=R'=n-propyl gav 24 g/l, dvs ca 60-75 % av vattenlösligheten för VX vid 20°C. Efter rening av similiämnet genom upprepad destillation ökade lösligheten till ca 80-90 % av lösligheten för VX vid motsvaran- de temperatur. Similiämnet kunde således användas för att simulera VX i tester rörande dess löslighet i vatten.

Substansens viskositet var vid 25'C 7,1 cP (VX 9,96 cP/25°C). 'än f) 468 514 Den akuta toxiciteten för substansen undersöktes genom administrering av interperitoneala engångsdoser på 60-1000 mg/kg på rätta. Substansen visade sig ha låg akut toxicitet.

Exempel 2.

Ett similiämne enligt formel I där R=isopropyl och R'=n-propyl fram- ställdes genom att n-propanol förestrades med bromättiksyra och den resulterande bromacetaten omsattes med triisopropylfosfit genom en Michaelis-Arbuzov-reaktion. Similiämnet hade en vattenlöslighet vid rumstemperatur på 44 g/l, vilket tämligen väl överensstämmer med vat- tenlösligheten för VX vid rumstemperatur.

Kokpunkten under vakuumdestillation avlästes till 83°C vid 0,05 mm Hg.

Substansens indunstning undersöktes genom att prov vägdes upp i små koppar av rostfritt stål. Kopparna placerades i ett termostaterat rör som genomströmmades av ett konstant luftflöde (1 m/sek). Kopparna togs intermittent ut och vägdes. Substansen visade sig vid detta prov in- dunsta något snabbare än VX.

Exempel 3.

Förfarandet enligt exempel 2 upprepades utgående från isopropyllako- hol, varvid ett similiämne enligt formel I där R=R'=isopropyl erhölls. Ämnet var mer lättlösligt i vatten än ämnet enligt exempel 2. Indunst- ningen undersöktes på samma sätt som i exempel 2. Substansen indun- stade snabbare än VX och snabbare än substansen enligt exempel 2.

Exempel 4.

Förfarandet enligt exempel 2 upprepades utgående från rac. sek-butanol varvid ett similiämne enligt formel I där R=isopropyl och R'=rac. sek- butyl erhölls. Ämnet var mer svârlösligt i vatten än ämnet enligt ex- empel 2 och indunstade lite långsammare än detta men något snabbare än VX. Indunstningen undersöktes på samma sätt som i exempel 2.

Exempel 5. 468 5lf-É 'I 6 Ett similiâmne enligt formel I där R=etyl och R'=isoamyl framställdes genom att isoamylalkohol förestrades med bromättiksyra och den resul- terande bromacetaten omsattes med trietylfosfit genom en Michaelis- Arbuzov-reaktion. Similiämnet hade en vattenlöslighet vid rumstempera- tur på 18.5 g/l. Indunstningskurvor framtagna på samma sätt som i ex- empel 2, visade att ämnet avdunstade långsammare än VX. Viskositeten vid 25°C uppmättes till 8 cP.

Exempel 6.

Förfarandet enligt exempel 5 upprepades utgående från cyklopentanol varvid ett similiämne enligt formel I med R=etyl och R'=cyklopentyl erhölls. Ämnet hade en vattenlöslighet vid rumstemperatur på ca 55 9/1- Exempel 7.

På motsvarande sätt som i exempel 1-7 framställdes ytterligare simili- ämnen enligt formel I i vilken R=etyl och R'=rac. sek-butyl; R=etyl och R'=n-propyl samt R=metyl och R'=isoamyl. För samtliga dessa var vattenlösligheten högre än för VX.

Exempel 8. 400 kg grovdestillerad finkelolja förestrades med 370 kg kommersiell klorättiksyra med totalt 7,8 kg toluensulfonsyra som katalysator. Syn- tesen utfördes i fyra satser i en Boforsreaktor med 270 l nominell volym. Vid förestringen bildat vatten bortskaffades azeotropt på så sätt att överskottet finkelalkanoler fick fungera som släpmedel. Av- destillerad alkoholfas âterbördades kontinuerligt till reaktorn. Ca 490 kg grovdestillerad alkylkloroacetat erhölls.

Från totalt ca 440 kg av kloroacetatet framställdes sedan ca 700 kg av blandsubstansen genom omsättning med trietylfosfit. Syntesen utfördes satsvis. Efter avslutad Michaelis-Arbuzov-reaktion sänktes trycket i reaktorn för att avlägsna lâgkokande komponenter, såsom t ex eventu- ellt kvarvarande trietylfosfit eller etylklorid. Någon ytterligare rening av reaktionsprodukten utfördes inte. 468 514 Produkten anaiyserades med höguppiösande gaskromatografi och GC/MS.

Vid anaiysen användes två oiika koionner med stationära faser av oiika poiaritet, HP-1 (dimetyipoiysiioxan) och CP Si1 19 CB (feny1-cyano- propyi-metyipoiysiioxan) med vätgas som bärgas vid 0.5 m/s. För scree- ning av produkten programmerades koionntemperaturen från 80°C med 10° C/min ti11_250°C. Lösningar av 0.1-1% av reaktionsprodukten i mety- ienkiorid injicerades med spiitförhåiiande omkring 50:1. En fiamjoni- sationsdetektor användes för att detektera de separerade föreningarna.

För att faststäiia viika föreningar som innehöii fosfor, användes också en fosforspecifik detektor (NPD).

Sexton oiika föreningar ner tiii en koncentration av 0.1% identifiera- des eniigt föijandez Koncentration (% w/v) 3-metyibutyi dietyifosfonoacetat 64 2-metyibutyi dietyifosfonoacetat 17 2-metyipropyi dietyifosfonoacetat Pentyi kioroacetat Etyï dietyifosfonoacetat n-Propyi dietyifosfonoacetat Trietyïfosfat Dietyifosfonat Etyi dietyifosfonat . n-Butyi dietyifosfonoacetat . n-Pentyï dietyifosfonoacetat . Butyi kioroacetat .07 . CÖHI3-dietyïfosfonoacetat 0.08 . C7H15-dietyifosfonoacetat . C8Hl7-dietyifosfonoacetat . Aikyi dietyifosfonoacetat l-'l-'ï-'l-'tßæflOïlll-àf-»JIV (pß)|-@........:_' n-I OOOOOCOOO-b nflmlfxâlvfüöïæßø ø-ø -b n-In-I C501 SCO l-'QOOJ Identifieringarna gjordes genom tolkning av masspektra och jämföreise med NBS-bibiioteksspektra. För föreningarna 1,7,8 och 9 kunde identi- teten bekräftas med anaiys av standardsubstanser. ('j\ CO G1 1 4 För det så framställda simili/övningsämnet uppmättes en viskositet vid 25°C på 6,5 cP.

Toxikologiska tester på substansen visade att dess akuta toxicitet på råtta (LD50) var över 2000 mg/kg. Hudirritationstest på kanin visade att substansen hade viss irriterande effekt. Undersökning av substan- sens mutagena egenskaper pekade på att den var svagt mutagen.

Exempel 9.

Ett utspridningsförsök med simili/övningsämnet enligt exempel 8 ut- fördes varvid avsikten var att kontrollera hur länge substansen låg kvar på tvâ olika marktyper innan den antingen förångades, bröts ner_ eller sköljdes bort av regn.

Substansen spreds ut på sex provytor som alla var en m2 stora. Två typer av underlag utnyttjades, ett näringsrikt (gräsmatta) och ett näringsfattigt (skogsmark med blåbärsris). Mängden som spreds på gräs var 6.1, ss och 270 g/m2 och på skogsris 6.8, ss Och 281 g/m2.

Någon timme efter utspridningen togs de första proverna. Punkterna på försöksytan där proverna togs bestämdes med en slumptalsgenerator. Fem prover togs från varje yta med ett hâlslag ner till 3 cm djup. Vid de senare provtagningstillfällena togs även prover på 3-5 cm djup.

Proverna från varje provyta slogs ihop i en glasbägare och extrahera- des med 200 ml etanol. Lösningarna dekanterades över till E-kolvar och späddes till 200 ml med etanol. 100 pl TBP (tributylfosfat) tillsattes till varje E-kolv som intern standard och ca 1 ml av lösningen över- fördes till auto-sampler flaskor.

Proverna analyserades med en Hewlet Packard 5880 gaskromatograf utrus- tad med en flamjonisationsdetektor. Kolonnen var en kvarts-kapillär där den stationära fasen var OV-101. GC-parametrar: injektortemperatur 200°C, detektortemperatur 280°C, ugnstemperatur 160°C (isotermt), 1 pA f.s. a) 468 514 Under de månader som försöket pågick var vädret i området varmt med reïativt liten nederbörd.

Resuïtatet framgår av tabe11 1 och 2.

Tabe11 1. Åna1vsresu1tat från qräs.

Utspridd mängd Kvarvarande mängd 9/m2 9/m2 6.1 0.2 6.1 En 6.1 En 6.1 En 6.1 En 6.1 En ss 19.0 ss 9.4 ss 4.0 sa 0.3 se En ss En 270 92.1 270 55.7 270 03.1 270 12.7 270 En 270 En ED=Ej detekterat Tid/vecka nummer n \|\|l\7l\)|-IG \l\l|\>I\1»-|@ yQßjgy-.g Provtagningsdjup Cm 0-3 0-3 0-3 2-5 0-3 3-5 0-3 0-3 0-3 3-5 0-3 3-5 0-3 0-3 0-3 3-5 0-3 3-5 468 514 'u 10 Tabe11 2. Anaivsresuitat från skoqsvtor.

Utspridd mängd Kvarvarande mängd Tid/vecka Provtagningsdjup g/m2 g/m2 nummer n cm 6.8 1.2 0 0-3 6.8 0.2 1 0-3 6.8 0.2 2 0-3 6.8 ED 2 2-5 6.8 ED 7 0-3 6.8 ED 7 3-5 54 20.6 0 0-3 54 6.4 1 0-3 54 4.9 2 0-3 54 2.0 2 3-5 54 0.3 7 0-3 54 0.3 7 3-5 281 44.4 0 0-3 281 38.2 1 0-3 281 41.0 2 0-3 281 27.4 2 3-5 281 0.7 7 0-3 281 0.4 7 3-5 Vecka 7 kunde ingen kvarvarande substans detekteras vare sig i det övre eiier undre jordskiktet från spridningsförsöket på gräs. Pâ skogsytor kunde substansen detekteras vid a11a fyra provtagningstiii- fäiiena på koncentrationsnivåerna 58 och 281 g/m2. Koncentrationen vecka 7 var dock endast meiian 1-2% av begynneisekoncentrationen vecka 0.

Ungefäriiga kvariiggningstider för verkïiga C-stridsmedei redovisas i FDA Rapport A 40061-4.5, Aprii 1988, ISSN 0281-0220, E Karisson m fi: "Metoder för bedömning av effekter vid och efter C-anfaii", sid 18-20. *i

Claims (15)

Patentkrav: 11 468 514

1. Användning av en kemisk förening med den allmänna formeln 0 O RÛtu I<0'/// 01? där R och R' är alkyl, som similiämne för kemiska stridsmedel.

2. Användning enligt krav 1 kännetecknad av att R och R' är lika eller olika och består av en lägre alkyl med 1-5 kolatomer.

3. Användning enligt krav 2 kännetecknad av att R=en lägre alkyl med 1-3 kolatomer och R'=en lägre alkyl med 2-5 kolatomer.

4. Användning enligt krav 3 kännetecknad av att R=n-propyl och R'=isopropyl.

5. Användning enligt krav R'=etyl.

6. Användning enligt krav sekundär butyl.

7. Användning enligt krav propyl.

8. Användning enligt krav propyl.

9. Användning enligt krav

10. Användning enligt krav R'=rac. sekundär butyl.

11. Användning enligt krav R”=isoamyl. 3 kännetecknad 3 kännetecknad 3 kännetecknad 3 kännetecknad 3 kännetecknad 3 kännetecknad 3 kännetecknad äV att R=n-propyl och att R=etyl och R'= rac. att R=etyl och R'=n- att R=isopropyl och R'=n- att R=R'=isopropyl. att R=isopropyl och att R=etyl och 468 514 'i 12

12. Användning eniigt krav 3 kännetecknad av att R=ety1 och R'=cyk1openty1.

13. Användning enïigt krav 3 kännetecknad av att R=mety1 och R'=isoamy1.

14. Simiii-/övningsämne för användning vid simuiering av kemiska stridsmedei kännetecknat av att det framstäiis utgående från finkeïoi- ja som förestras och via en Michaeiis-Arbuzov reaktion omsättes med en triaikyifosfit tiii att ge en bïandning av föreningar av vilka den övervägande de1en har den genereiia formein 0 0 110--\!_\\\~////“\\\\ 1&0"// °1f där R och R' är a1ky1.

15. Simiïi-/övningsämne eniigt krav 14 kännetecknat av att finkeioijan förestras med kiorättiksyra.