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Sarin

composto químico
Sarin
Alerta sobre risco à saúde[1]
Sarin-2D-by-AHRLS-2011.png
Sarin-3D-balls-by-AHRLS-2012.png
Nome IUPAC 2-(fluoro-metil-fosforil)oxipropano
Outros nomes GB. Substância 146. Trilão-46. P-35. T-144. TL-1618. MFI. EA-1208. Gelan-III. Zarin; O-isopropil metilfosfononofluoridato; IMPF; T-GB; Gás Sarin; (2-[fluoro(metil)fosforil]oxipropano) Metilfosfonofluoridato de O-isopropila; EA-5823;
Identificadores
Número CAS 107-44-8
PubChem 7871
ChemSpider 7583
ChEBI 75701
SMILES
InChI
1/C4H10FO2P/c1-4(2)7-8(3,5)6/h4H,1-3H3
Propriedades
Fórmula química C4H10FO2P
Massa molar 140.08 g mol-1
Aparência Líquido Incolor.
Odor inodoro na forma pura.
Densidade 1.0887 g/cm3 (25 °C)
1.102 g/cm3 (20 °C)
Ponto de fusão

-57 °C, 216 K, -71 °F

Ponto de ebulição

158 °C, 431 K, 316 °F

Solubilidade em água Miscível
log P 0.30
Riscos associados
Classificação UE Extremamente tóxico (T+), Corrosivo (C) O contato com o liquido causa queimaduras em qualquer tecido. Os vapores irritam os olhos e tecidos sensíveis.
NFPA 704
NFPA 704.svg
1
4
1
 
Compostos relacionados
Ésteres do ácido metilfosfonofluorídrico relacionados Soman (metilfosfonofluoridato de o-pinacolila)

Tabun (Dimetilaminofosfonocianidato de o-etila)

Clorosarin (Metilfosfonocloridato de o-Isopropila)

Compostos relacionados Difluoreto de metilfosfonilo (CH3POF2)
Exceto onde denotado, os dados referem-se a
materiais sob condições normais de temperatura e pressão

Referências e avisos gerais sobre esta caixa.
Alerta sobre risco à saúde.


Disambig grey.svg Nota: Para não confundir com, veja Sarín (distrito).

Sarin[2], MFI[3], EA-1208[4], EA-5823 (GB2), GB, T-GB (Thickened GB), P-35 (estoque soviético {R-35}) e BP-35 (espessado {VR-35}) são designações dadas ao composto organofosforado de formulação CH3P(O)(F)OCH(CH3)2. Apresenta uma estrutura composta por elementos químicos que o torna em um agente pseudo-acetilcolínico (agonista colinérgico, indireto e irreversível). Sarin é um agente nervoso de primeira geração. É um líquido sem cor e sem cheiro quando puro (levemente irritante aos olhos), por si, isolado, sarin não apresenta cheiro, provindo estes, de impurezas e tratamento separatório deficiente e deficitário.[5]Impuro, é um líquido âmbar, variando do tom de marrom claro para o de marrom escuro (sarin marrom), podendo apresentar tons coloridos, amarelado (base nitrogenada dissolvida) o dourado (maior concentração de base), o cobalto (sarin azul), provindo do efeito descolorante do Sarin. Sarin degradado lembra vinagre. Sarin impuro apresenta um cheiro agradável, constatado como "adocicado ou frutado", similar a uma solução fraca de Acetato de etila[6] ou uma outra solução de éster acético, mas é um odor característico, sendo relatado como "indescritível", pois é muito fraco. GB, pós-síntese, já pronto para dispersão em terreno, apresenta cheiro ácido, o cheiro é provindo do cloreto de hidrogênio com/para o do DF junto com/ao MPA, do solvente organoclorado (i-C3H7Cl) formado, e do ácido metilfosfonofluoridato (MPA-DF mix), não destilados completamente ou corretamente. A concentração de vapor detectável pelo odor é a partir de 16 mg/m3. O cheiro varia mediante a pureza do material e rota de preparação utilizada, podendo cheirar a borracha queimada, mostarda e diferentes cheiros levemente doces (<50% de pureza). Seu gosto quando degradado é levemente ácido e azedo (produto hidrolisado). Sarin âmbar ou Sarin marrom apresenta, em média, a metade da toxicidade do sarin 98%.

Forma um ponto de ebulição, extrapolado, de 158 graus Celsius. O grau técnico e da planta de manufatura (94%~96% de pureza) apresentou um ponto de ebulição de 151 graus Celsius (130+~149+ decomposição térmica, emissão de propeno[7][8]). É destilado em 15 mmHg a 56,5~57 graus Celsius (TDMR 1163), em 13 mmHg a 47 graus Celsius (OSRD 8391 [1946]) e sobre 16 mmHg a 56,5~57 graus Celsius[9]. É calculado o ponto de ebulição em 142~147 graus Celsius. Forma um ponto de fusão, na forma totalmente pura, de -56,83 graus Celsius (Vp 0.0016 mmHg). O ponto de fusão varia muito dependendo da pureza do agente. Amostras obtidas em MFI (Sarin do estoque alemão) não congelaram a -70 graus Celsius devido a presença de impurezas. O sarin obtido, em forma direta, pós destilação, apresentou um ponto de fusão perto de -56,8 graus Celsius. É um composto volátil[10], tem evaporação proporcionalmente similar a da água, 1.946  mmHg a 25 graus Celsius[11]. É um composto solúvel na água em todas proporções e é facilmente solúvel em todos os solventes orgânicos comuns (PR-2747 [1947]). Sarin é miscível em solventes polares e não polares[12]. O seu melhor solvente é a água destilada[13]. Pode dissolver polímeros, sendo relativamente solvente ao vidro acrílico, isopor (Poliestireno), varias borrachas e etc.

O Sarin persiste em água por várias horas (1~8 horas a 25 graus Celsius). A estabilidade de Sarin em água é baixa, sendo rapidamente hidrolisado por ela. Sarin é completamente hidrolisado pela água por aproximadamente um dia. Sarin persiste em ambientes normais por varias horas. É um agente não-persistente, apresentando uma meia-vida muito baixa, em todos os tipos de ambientes, persistindo entre <2.5 horas e 24 horas. O Sarin é neutralizado rapidamente por soluções aquosas e alcoólicas[14] de 2%~18% Hidróxido de sódio, 5~10% carbonato de sódio e 3~15% Fosfato de potássio, gerando compostos relativamente não tóxicos[15]. Kits de descontaminação para Sarin são satisfatórios[16]. Soluções de Hipoclorito e Sais de hipocloritos anidros destroem o Sarin completamente e de forma rápida[17][18]. Kits de descontaminação para Gás mostarda são satisfatórios para detectar e descontaminar o Sarin em certas condições[19].

Sarin é um agente químico tóxico de ação rápida e não persistente. A dose letal mediana é de 0,7~1 miligrama para matar uma pessoa de 70 quilogramas[20]. 4 miligramas são capazes de matar 5 pessoas adultas. Sua dose letal mediana em ratos é de 0,405 miligramas por quilo de corpo. A dose letal mediana em pessoas é de 0,010~0,014 miligramas por quilo de corpo. A dose incapacitante mediana de Sarin é de 140 microgramas para um adulto de 70 Kg, tais efeitos incapacitantes são permanentes, porém, não letais. A dose letal de Sarin é de 1,4 miligramas para um adulto de 70 quilogramas (0,02mg/Kg). Todas as doses são por inalação[21][22]. A dose letal mediana de sarin por via percutânea é de 1,7 gramas para um adulto de 70 quilogramas (0,02428 gramas por quilo de corpo). A dose letal mediana de sarin via i.m em adultos de 70 quilogramas é de 2,1 mg (30 microgramas por quilo de corpo)[7]. Estima-se uma dose letal de contato ocular, com o liquido, de 3,5 mg, o contato, com o vapor, é significativamente mais tóxica, pois apresenta um produto mais livre de impurezas. GB possui toxicidade estimada em 4 a 5 vezes maior que de Tabun[23], mas é 3 vezes menos tóxico que Soman. A dose letal de Sarin, por via oral, é de 9,8 mg, para um adulto de 70 kg[24]. O contato de 1,5 gramas, do liquido, mata um adulto de 70 quilogramas.

Sarin é eficazmente usado em ambientes fechados, tuneis, salas, dentro de construções e complexos fechados, abrigos e etc. Sarin é efetivamente disseminado[25] por meios comuns de disseminação, explosivos[26][27][28][29], foguetes [30](SERGEANT[31]), atomizadores, aerossóis, umidificadores, sprays[32], pulverizadores, nebulizadores, agentes pirotécnicos e térmicos, vaporizadores. Na forma sólida é disseminado por propelentes[33][34][35][36][37]. Sarin é eficaz para contaminar água em curtos períodos, mas é ineficaz para longos períodos. Uma concentração acima de 0,000005% torna a água não potável e utilizável. É também eficaz para contaminar comida, óleos, alguns combustíveis, gorduras e lipídios[38][39][40][41][42]. Sarin é dissolvida e impregna-se sobre polímeros polares, a madeira, rica em Celulose, liberando Sarin por longos períodos de tempo, principalmente, em local fechado.

Sarin, assim como soman, ciclosarin e outros agentes organofosforados, são espessados em soluções de polímeros e pseudo-polímeros. Sarin é espessado em uma solução de 1% de polialquil metacrilato em Acetona (troca-se geralmente por Tolueno e Diclorometano) com agitação a 40 graus Celsius por mais de um dia. Engrossamento de organofosforados são discutidos na patente de origem US3868446[43]. A dispersão testada em ambiente do Sarin espessado (Lucite {TGB}) obteve uma persistência que passou de um ano em condições normais. Propelentes como as Nitroceluloses de Sarin são muito persistentes, passando eficazmente de 2 semanas em temperatura ambiente e condições normais[44][45]. É esperado que haja formulações de solvente~Napalm~Sarin. Carboxilatos demonstram reatividade com emissores de haletos, e formam emulsões com vários compostos polares.

Uma solução preparada de Sarin em proporção com Gás mostarda destilada de 65% e 35% tem um ponto de fusão de -21~-22 graus Celsius. Sarin em mistura com Lewisite em proporção de 37%/63% tem um ponto de fusão de -40 graus Celsius. Uma mistura entre Sarin e CX demonstrou um ponto de fusão bem abaixo de -40 graus Celsius em uma proporção de 50% cada e 1 mol/1 mol, oscilando entre os -65~-195 graus Celsius para 50%/50%, algo de extremo valor tático[13]. Sarin é misturado a solventes de alta lipossolubilidade para potencializar várias vezes a sua toxicidade via dérmica. Sarin é misturado a um excesso de Dimetilsulfóxido, a fase indissolúvel é extraída por métodos convencionais, o procedimento é similar aos utilizados para elaborar Dimetilacetamida/Sarin mistura e etc.

Sarin é tóxico em todos meios de exposição.[46][47]. Usado como arma química devido à sua extrema potência sob o sistema nervoso. O agente sarin foi classificado como arma de destruição em massa na Resolução 687 das Nações Unidas.[48] A produção e o armazenamento de sarin foram proibidas na Convenção sobre Armas Químicas, de 1993, na qual o sarin é classificado como "Substância do Anexo 1".[49][50][51][52] Sarin é um agente nervoso obsoleto, tendo sido retirado como agente padrão, entrou-se o VX em seu lugar.

Estrutura, histórico de manufatura e usoEditar

O sarin é uma molécula quiral porque tem quatro substituintes quimicamente diferentes ligados ao centro de fósforo tetraédrico.[53] A forma SP (o (–) isômero ótico) é o enantiômero mais ativo devido à sua maior ligação por afinidade a acetilcolinesterase.

O isômero (-) reage com a acetilcolinestrase (AchE) em uma taxa de pelo menos 3-4 ordens de grandeza maior do que o isômero (+). O isômero (+) é referido como o isômero não tóxico, mas pode converter-se no isômero (-) in vivo. Sendo dificultosa a análise, por conta do custo de extração do isômero (+) na forma pura (Benschop et al. 2001[54], Spruit et al. 2000[55][56]). Sarin é, geralmente, fabricado como mistura racémica (uma mistura em partes iguais de ambas as formas enantioméricas), obtidos por adição nucleofílica. Sarin di-enantiomérico já é eficaz para a sua armação e disseminação, para seu emprego em combates não convencionais. A preparação de sarin racémico demanda menores custos. A separação de enantiômeros necessita de uma, duas ou, até, três etapas, para o refino do agente. O isômero mais ativo é instável, soluções contendo o isâmero (-) tendem a se racemizar, em temperatura ambiente, dentro de 24 horas (20 horas)[57].

Vários caminhos de produção podem ser usados ​​para sintetizar o sarin. A reação final, ou etapa final, envolve tipicamente a ligação ou acoplagem de um grupo isopropóxi à um cátion de fosforilo (P+O-) com uma alcoólise a partir da adição de álcool isopropílico à um coquetel de Dihaleto de metilfosfonilo. Duas variantes desse processo são comuns. Uma é a reação do difluoreto de metilfosfonilo com o álcool isopropílico, que produz ácido fluorídrico como subproduto.

Diante de variadas rotas sintéticas, o Difluoreto de metilfosfonilo tem um fluoreto, dos dois, retido em uma posição aleatória, na estrutura, retirado do núcleo de fósforo (fosfônio), no estágio de eliminação (SN1; rearranjo interno entre as bases conjugadas, do O- para F- ao ácido conjugado O=PHO+R), da reação de alcoólise, ou esterificação, do difluoreto de metilfosfonilo com o Isopropanol[6](nucleófilo;TB), o isopropiloxônio doa um próton ácido à base, forma-se o Sarin, fluoreto de hidrogênio livre, e ácido fluorídrico dissolvido no sarin, seguindo as forças de van der waals. O procedimento A, assim denominado, usa alcoólise de DF com Isopropanol, como processo feito em laboratórios, para teste e análise de Sarin [58][59][60] e, a partir de 1980, durante a disseminação de GB no projétil de 155 mm M687.

 

A Isopropilamina, ou "alguma" alquilamina[61][62][63], está incluída na reação para neutralizar o subproduto fluoreto de hidrogênio. Não é necessário filtra-lo podendo utiliza-lo como arma química binária ou bi-componente, podendo ser gerada in situ por esta mesma reação, a mistura para disseminação em precursores em duas fases separadas, uma constituída por 6,58 kg de OPA (isopropanol/isopropilamina mix), contido no cartucho M21 (OPA) do projétil M687, e 4,59 kg Difluoreto de metilfosfonilo, contido no cartucho M20, recebem o nome, e código, de munição ou estoque, de GB2[64][65][66][67]. A mistura é usualmente disseminada por munições de artilharia, de alma raiada, para a quebra do disco separatório e para a mistura dos precursores.

 
O projétil binário de 155 mm do M687 GB2, padronizado em 1976, mas não produzido mais de uma década depois. Iniciando a produção em 16 de dezembro de 1987, em Pine Bluff[68].
 
O projétil M687 pode ser entregue pelo canhão M185 no obus M109A2 ou M109A3.

"Ao disparar o projétil M687 de um canhão, o disparo faz com que os discos de ruptura instalados, entre os cartuchos M20 e M21, nas extremidades opostas, formando uma superfície côncava, se rompam devido à força de recuo exceder a energia de resistência dos discos. Os cartuchos rompidos vazam o conteúdo químico na cavidade, o vão antes ocupado e preenchido pelos discos dos cartuchos, do projétil M687. A reação química dos dois produtos químicos, ocorrendo sobre grande força centrífuga, produz o agente nervoso junto à Fluoreto de mono-isopropilamônio. A espoleta usada iniciará a reação em cadeia da explosão, de 1,03 kg de explosivos, do projétil M687, que libera o agente letal na atmosfera, em sua forma atomizada."[69]

Primeira rota sintéticaEditar

Foi mencionada a descoberta dessa classe em 1938 por membros da equipe de I. G. Elberfeld. O composto ideal da série, Isopropil metilfosfonofluoridato (MFI e posteriormente GB), é mais eficiente que quaisquer espécies estruturalmente semelhantes ao MCE.

Referido posteriormente como Sarin, era mais volátil e também mais difícil de ser detectado por odor. Despertou grande interesse entre os militares alemães, mas, apesar dos esforços intensos para desenvolver métodos de fabricação, a produção em escala industrial nunca foi realizada por eles.

Conforme relatado pela primeira vez às equipes de inteligência, a preparação laboratorial do MFI, pelos trabalhadores, ocorreu da seguinte maneira. O hidrogenofosfito de dimetilo é preparado com um rendimento de 90% pela ação do metanol no tricloreto de fósforo e é convertido em Metilfosfonato de dimetilo com um rendimento de 85% pela ação do Metóxido de sódio seguido por reação com cloreto de metila.

Finalmente, o cloreto de metanofosforilo, produzido pela ação do pentacloreto de fósforo no dimetilmetanofosfonato, é convertido no MFI pela ação simultânea do fluoreto de sódio e do álcool isopropílico. Os rendimentos nessas etapas foram de 90 e 82%, respectivamente. A execução do procedimento, feita pelos americanos e britânicos, não obteve um rendimento semelhante ao dos alemães, variando, inicialmente, em 14%.

A ineficácia do processo, feito pelos estadunidenses, deve-se ao fato de que os produtos e reagentes apresentam solubilidades bem diferentes. A expulsão do próton, do fosfito de dimetilo, deveu-se ao uso sódio metálico. O Ácido dimetilfosfito por si já é bastante polar, apresenta também uma ótima solubilidade em meio apolar. Em contraste, o seu sal sódico é insolúvel em solventes orgânicos[70][71].

Devido ao grande problema do subproduto HF, comumente utiliza-se o processo Di-Di para baratear, os precursores, e para formar, armar e armazenar, o Sarin[72]. O procedimento de síntese usando Difluoro, como precursor, origina o Fluoreto de hidrogênio, um ácido corrosivo (menos potente que HCl, HBr e HI), destrutivo aos foguetes e munições metálicas, diminuindo muito a meia-vida de Sarin em prateleira (estoque), foi então estudado um processo que não teria como seletividade a produção desse ácido, mais potente em pH, porém, não ataca a maioria dos produtos para o estoque de Sarin, como o vidro borossilicato, inertes, e diversos metais inertes que são reativos ao íon Flúor[73].

O segundo processo, o procedimento B, utiliza quantidades uma mistura equimolar (50%-50%(mol)) de Dicloreto de metilfosfonilo, uma mistura "Di-Di" neste processo, em vez de apenas o difluoreto. Esta reação também dá sarin, mas ácido clorídrico como um subproduto[74].

O diagrama, da equação de síntese total, abaixo descreve um exemplo do processo Di-Di. Este processo usa 5 passos. (0) Tricloreto de fósforo é alcoolizado por Metanol anidro e desgaseificado, forma-se relativa quantidade de TMP. (1) TMP é alquilado por Iodeto de metilo, forma-se o Pirol. (2) Pirol é acidificado e tratado com Cloreto de tionilo, forma-se Dicloro. (3) Dicloro é dividido em meio mol, meio mol é convertido em DF, via fluoretação alcalina, em meio apolar. Usa-se um detergente (PTC~Brometo de tetrabutilamina) para diminuir a diferença de polaridade. (4) Partes iguais de DC-DF misturam-se, formou-se o ClF e DC/DF. (5) ClF é alcoolizado por Isopropanol anidro na presença de Etil di-isopropilamina, proporção molar de 1:1:1.

 
DMMP-TC/DC-2NaF/Di-Di procedimento, foi um exemplo de rota adotada para a confecção de GB, para as GB2. DMMP-TC foi adotado como procedimento padrão para síntese de DiCl. HCl é trocado por piridina.

A síntese de Sarin começa de diversas rotas[75][76][77][78], a maioria envolve a síntese de Dicloreto de metanofosforilo em algum estágio inicial. O processo mais comum para a obtenção do precursor inicial de Sarin é a Reação de KP, com posterior tratamento do precursor pelo procedimento Fluoreto de sódio convencional para originar o Di-Di mistura ou DF, o Clorofluoreto de metilfosfonilo é então alcoolizado para originar Sarin[79]. Processos que usam a formação de Di-Di, foram usados para a síntese em massa de Sarin. O estoque de GB dos EUA foi produzido apenas com o procedimento B e os antigos estoques de GB e GD (soman) da União Soviética por uma variação desse procedimento, com adição da destilação do fluoreto de hidrogênio, remanescente de erros de estequiometria no meio, da Di-Di mistura. A purificação de Sarin por cromatografia em coluna é o procedimento convencional para a purificação de agentes G-série, através da extração do seu Piro-éster[80]. O procedimento padrão, para Sarin, é descrito por Leland K. Beach, na patente US2991302A[81][82].

A imagem a baixo ilustra uma típica rota sintética usada, pela US Chemical corps, para preparar o agente por 4 etapas, sendo duas de purificação. A ultima rota de purificação era, geralmente, a mais feita.

 
Diagrama exemplificando a preparação de um Dialquilado fluorofosfonilo.

O nome-título de síntese geralmente se baseava no nome, ou numa sigla, das reações usadas. A primeira etapa militarmente e usualmente era descrita como APC procedimento. A segunda rota, o procedimento de purificação de DC, usualmente denomina-se como tratamento por Fosgenação. A conversão de DC por Fluoreto de sódio, originando DF, é descrito como processo Fluoreto de sódio. O Procedimento de conversão de DF em CF e por fim em no G agente é geralmente dita como processo Di-Di. O processo de purificação por cromatografia em coluna é descrito como "processo padrão".

Por fim, todas as reações são agregadas para um nome-título, neste exemplo, usualmente referido em APC-Fluoreto de sódio-Di/Di, estes são então resumidos em "Processo Fluoreto sódio". Processos de purificação comumente não são adicionados ao título[83].

A reação KP é um procedimento no qual se usa o tratamento de Cloreto de alumínio com Tricloreto de fósforo em uma atmosfera de Clorometano, o tratamento forma de um complexo de Alumínio e Fósforo[84][85], o complexo é um sal iônico insolúvel em água com ponto de fusão de 370 graus Celsius, logo este complexo é dissolvido em solvente apropriado, geralmente, Diclorometano ou Nitrometano.

Quando dissolvido, o complexo é então hidrolisado em Ácido clorídrico (HCl:7H2O~HCl:11H2O) concentrado para dar origem em Dicloreto de metilfosforila (MPOD), este é feito reagir em direto com Fluoreto de hidrogênio, Fluoreto de sódio, ou Ácido fluorídrico para dar origem em Clorofluoreto de metilfosfonilo (ClF). O final resulta em reação de alcoólise ou esterificação da mistura DC/DF com álcool isopropílico[6](TB).

Os métodos convencionais e compreendidos para uso preparatório, de precursores de Sarin, e do Sarin, são[86]; DMHP processo, Cloreto de alumínio processo (Kineear-Perren método-APC complexo, Tetracloreto complexo, Diclorometano complexo, complexo nitrílico, Tetrafluoroboreto complexo[87][88][89][90][91]), ASP procedimentos, processos em fosfito salino, TIPP processos, reagentes de grignard/álcool[92][93], di-e-di processos, reagentes de grignard processo e HTM processo[94][95][96][97], outros já foram usados, como o processo Fosfito de trimetilo, processo usado pela Aum Shinrikyo para a obtenção de Sarin mediante 5 etapas[98], processos usados para a obtenção de organofosforados sem qualquer relação com agentes nervosos também são usados para a síntese de Sarin, pesticidas organofosforados podem ser modificados quimicamente para a manufatura de Sarin, os processos diretos são relativamente simples[99][100].

 
Uma simples árvore de rotas comuns, as "mais" estudadas para a síntese de Sarin no programa Estadunidense, para a elaboração de agentes G-Série. DIMP, obtido do DF e DC, é um inconveniente subproduto. DIMP é reciclado, formando Sarin.

Utiliza-se quantidades de Tributilamina, posteriormente sendo retirada para o mais eficaz diisopropilcarbodiimida, como estabilizantes.

  • O uso de Tributilamina como estabilizante de Sarin recebe o código de Sarin tipo 1
  • O uso de diisopropilcarbodiimida como estabilizante de Sarin recebe a denominação de Sarin tipo 2[101].
  • Mostardas nitrogenadas com Sarin tendem a agir de forma semelhante, sendo especialmente potentes.

A mistura denominada Tipo 2 foi constantemente usada na Bomba de fragmentação M34 GB, agora descartada, pelo Arsenal de Rocky Mountain (RMA), Denver, Colorado. Arquivado no Conselho de Qualidade Ambiental em 28 de setembro de 1973. Tanto a bomba quanto o agente foram descartados dos cinco tanques subterrâneos em RMA, quantidade de GB armazenada nesses tanques subterrâneos era de aproximadamente 42.000 galões. As operações consistiram em 4 passos, drenar o agente dos tanques subterrâneos, desintoxicação química, evaporação da água e dos sais livres de agente resultante e armazenamento dos sais secos em tambores selados na planta de RMA[102].

 
A bomba de fragmentação M34 foi a primeira arma importante do agente nervoso no arsenal dos EUA.

Os precursores principais, adotados para a síntese de Sarin, eram tanto o CF (25%) quanto o DC (?%) e o sistema DC/DF (75%). Em CF e DC/DF, produtos da mesma rota Di-Di, mas com mecanismos diferentes, apresentam o DF como base aceptora de cloro. A adição de Cloreto de metileno, 1,2-Dicloreto de etileno ou outro haleto orgânico estável, tende a atuar como formador de CF. Solução livre de solvente, o DC/DF sistema, uma etapa similar, mas com 5 reações químicas, tende a predominar.

Usa-se Ácidos para catalisar a reação entre DF e Isopropanol, como o Ácido clorídrico ou Cloreto de hidrogênio.

O impacto da coreia e o programa estadunidenseEditar

As hostilidades entre a Coreia do Norte pegou o Corpo químico dos EUA despreparados para uma possível guerra não convencional. O Major General Antony C. McAnlifee, então diretor químico, acelerou a aquisição e fornecimento de itens químicos, biológicos e radiológicos e enfatizou a obtenção de dados sobre o emprego de agentes químicos e biológicos. Com o estouro da guerra da Coreia o RMA foi reativado em 1950 para a produção de munições incendiárias e químicas[103].

A produção de DC (Dicloro), intermediário principal para a manufatura do agente GB, foi terminado em meados de 1957 na fábrica Muscle Shoals U.S. Chemical corps PDW (phosphate development works). O sítio A (MSPDW), responsável pela execução das três etapas na produção de DiCl (2 etapas para a preparação de sarin), teve a sua produção de Dicloreto de metilfosforila encerrada. Tornou-se reconhecidamente inativa e desativada em 1 de Setembro de 1957, já que os requisitos de estoque para o agente foram atendidos[104]. O processo de síntese mais satisfatório para Sarin era o DMHP no qual era convertido em Dicloro[105][106][107]. A síntese de agentes G-série foi feita usando, em sua maioria, o processo DMHP, como primeira etapa, ao qual era pirolisado, gerando uma mistura pirolítica, denominada de "Pyro mix" (MPClM), [108][109][110]. MPClM era então convertido em DiCl pela adição de PCl5 (PCl3:Cl2) ou semelhante. O processo de elaboração de GB2 foi usando DMMP-TC na presença de um ácido de lewis, sendo ou Cloreto de cálcio ou Piridina os catalisadores, o procedimento é de muita menor complexidade que o anterior.

Todos os estoques de Sarin manufaturados nos EUA foram usando o processo Di-Di. O processo adotado pela planta do Arsenal de Rocky Mountain usava o processo Di-Di (Dichlor-Difluor), basicamente, o Sarin era produzido em duas etapas no edifício 1501 (as duas ultimas IV e V etapa[111]). O Dicloreto de metilfosforila obtida no Muscle Shoals U.S. Chemical corps PDW[112][113] e, em menor parte, sob contrato do Exército com uma subsidiária da Shell, era usada e tratada na planta em RMA, feita reagir com Ácido fluorídrico concentrado. A reação não era completa, DCl era parcialmente convertido em CF, os produtos não eram isolados, necessitando apenas a separação da fase aquosa e o ajuste de concentração, equimolar, do DCl, com o DF. O produto então era feito reagir com Isopropanol em quantidades equimolares em um reator separado (Segunda etapa)[61][114]. O procedimento DMHP, obsoleto e adotado, é discutido na patente US2908709[115].

O DC produzido para o Exército, em quantidades industriais, usando APC processo, feito por uma subsidiária da Shell Chemical Co., fabricou o DC usando o design desenvolvido pela Tennessee Valley Authority (TVA)[116], por si baseado na síntese de John P. Clay[117]. A TVA atuou como especialista do governo em química de fósforo ao longo dos anos. O processo está relacionado à rota ASP para o SW e SW-oxidado.

Nota: Tributilamina não participa da reação, sendo usada como aditivo estabilizante, na etapa 7(?).

A próxima etapa, a de lavagem, usa o excesso, para o trabalho mecânico, de TB para lavar o reator V. A lavagem com TB é realizada adicionando álcool armazenado e levando-o até a coluna de destilação, onde foi fervido e submetido a refluxo, em pressão reduzida. TB atua como neutralizante do Sarin e CF (di-di mix), formando DIMP, um irritante, mas "imensuravelmente" menos tóxico que Sarin. O excesso de TB refere-se à quantidade de isopropanol que foi carregada no reator, mas que na realidade não reagiu com "di-di". Este álcool foi liberado para o lavador do passo V e subsequentemente descartado.

 
A planta norte (não refere-se ao complexo norte, onde esteve inserido), precisamente, o edifício 1501. Edifício responsável pela manufatura de GB, pelo tratamento de DICL.

O complexo, anteriormente classificado como uma instalação secreta, foi construído entre 1951 e 1953[118][119]. O edifício 1501, começou a preparar o agente nervoso no dia 1 de Julho de 1952, sendo interrompida em 30 de março de 1957[120]. O sarin pós-síntese, recebia um processo de destilação, sobre pressão reduzida, e posteriormente recebia um tratamento de decapagem, para a remoção do seu álcool residual e emissão final, do Cloreto de hidrogênio. Perdeu-se 84,3 toneladas de GB em conjunto com a produção de GB, entre 1952 e 1957. O GB era então estabilizado por adição de Tributilamina ou Trietanolamina e estocado para preenchimento de munições[121]. Constatou-se que havia quantidades de Haletos de hidrogênio que, reagiam com a amina terciária, aumentando a instabilidade do produto, ao qual tornava-se mais agressivo ás conchas dos tambores e de seus disseminadores. Um processo foi então adicionado, de 1953 a 1955, para destilar ainda mais o GB, separando as "extremidades pesadas" ou "fundos imóveis", maioria sais hidrofluóricos, produzindo, assim, um agente nervoso GB de maior qualidade. Foi gradualmente interrompido em 1955, sendo, por fim, interrompido em 1957. Em paralelo, o estabilizante Trietanolamina, digeriu o HCl e formou um princípio de HN-3.

 
MC-1 foi a primeira munição química descartada por ar, e de não fragmentação. Imagem 1: MC-1, bomba de 340 kg, com sistema aéreo-sustentador. Imagem 2: MC-1, bomba em estoque, pré-preparada para disseminação (RMA).

Análises de amostras de GB, estocados em barris contêineres de tonelada[122], mostraram que o agente estava com uma pureza muito abaixa, oscilando em 65,5% e 80% de pureza. As munições e os estoques foram então sendo re-destilados, em meados de maio de 1964, para a retirada de íons de haletos, e terminando em março de 1970. O re-destilado apresentou uma quantidade 20% maior de sarin (92%~94%) e menor quantidade de íons de haletos (Cloreto e fluoreto), assim como, uma menor quantidade de cátions metálicos e não metálicos. A solução ficou com um pH menos ácido e piorou, positivamente, a sua condutividade elétrica. Sarin foi então estabilizado em Di-c-Di. Todo o processo de execução obteve 64% de recuperação de 886,12 toneladas de GB-1, estocados em barris ton-contêiners[123][124], em munições, foguetes[125] e etc.

Outro processo usado se chamava HTM, no qual consistia a obtenção de Diclorometilfosfina por reação de Metano e Tricloreto de fósforo, este processo era o mais usado para a síntese do precursor do Transester (QL) para a manufatura direta de VX, Diclorometilfosfina podia também ser oxidada para originar em DC por meio da adição de sais oxidantes, sais do Ácido Perclórico, Clórico e etc[126], e outros agentes oxidantes, Cloreto de sulfurila. Diversas rotas são usadas para preparar Sarin, cada procedimento tem-se uma vantagem. O uso da rota APC tem-se a vantagem de alta pureza e pouca perda de precursores. HTM apresentava grande mobilidade e facilidade de fusão de rotas sintéticas. HTM formou distintas árvores de rotas, usando KP e Pyro procedimentos.

A força Aérea Americana autorizou a produção da bomba química MC-1, uma bomba de 340 quilogramas de carga, foi a primeira bomba descartada por ar e compatível com caças de alta performance. Foram inicialmente projetadas para carregar apenas explosivos, posteriormente foi modificada para ser preenchida com Sarin. Uma nova linha de enchimento e montagem foi erguida no Rocky Mountain Arsenal. O Arsenal recebeu uma ordem de projeto para elaboração 10.000 bombas MC-1 em setembro de 1961. O Custo da elaboração de 10 mil bombas foi avaliado em 2,6 milhões de dólares[127].

Processo APC-HF (Aluminium chloride/Phosphorus chloride/Chloromethane system-Hydrofluoric acid procedure-Dichloride/Difluoride procedure)Editar

Sarin é totalmente produzido, teoricamente, perante processo de três etapas. A primeira etapa consiste na preparação para a síntese de Dicloreto de metilfosfonilo (DC) perante reação de Kinnear-Perren.

A preparação de DC, perante reação KP, começa na mistura de um mol de Tricloreto de fósforo frio com um mol de Cloreto de alumínio, esta mistura é esfriada e feita reagir com uma atmosfera de um mol de Clorometano. A mistura reage e forma um mol de complexo de caráter iônico que então é seco ao ar livre, ou a vácuo, e dissolvido em solvente apropriado, o Diclorometano.

O ácido clorídrico ~36%~ é adicionado para hidrolisar o material e originar em DC. O ácido atua como protetor do produto. A mistura hidrolisada apresenta duas fases, uma superior onde é constituída por água ácida (polar) e uma inferior, constituída por Diclorometano, DC e Cloreto de alumínio hexaidratado (apolar/polar de alta densidade).

O composto é colocado em um funil para a separação, e a parte inferior é separada, os insolúveis filtrados, o solvente destilado e o DC destilado perante vácuo à 75 graus Celsius em 24 mmHg. O material obtido em temperatura ambiente (25°C) é uma massa semissólida quase incolor, com ponto de fusão de 33°C (32,7°C quando puro).

A segunda etapa consiste na preparação do Difluoreto de metilfosforila (DF). O precursor de DF é preparado, para a sua conversão, por meio da sua dissolução em Diclorometano. O orgânico dissolvido logo então reage à baixas temperaturas com dois mol de Ácido fluorídrico 48% até o término da reação. A fase inferior deve ser então decantada, o produto é refluído, logo depois, para a retirada de impurezas.

A terceira etapa consiste no acréscimo de um mol de DC na mistura de um mol de DF, em Diclorometano, a solução é agitada e acrescentada mais Diclorometano, logo após isso é adicionado dois mol de Isopropanol, a mistura é agitada em temperatura ambiente por um grande período de tempo e depois refluxada até o término da emissão de Cloreto de hidrogênio, o solvente é destilado e o material purificado perante destilação a vácuo[128][129].

Reação GB-5 (APC/HF-water process-Alcohol/Pyridine mix treatment)Editar

O precursor de Sarin é elaborado a partir da reação de Cloreto de alumínio com Tricloreto de fósforo em recipiente fechado perante atmosfera de Clorometano a baixas temperaturas, logo esta interação irá formar um complexo insolúvel, já discutido.

Este então é hidrolisado em uma solução de 40,01 gramas de Fluoreto de hidrogênio dissolvido em 126 mililitros de água, o Cloreto de hidrogênio é retirado da solução diretamente pelo baixo ponto de ebulição.

O Difluoreto de metilfosforila, destilado a 100 graus Celsius, depois dissolvido em Diclorometano, é dissolvido pelo Isoprapanol, utilizando Piridina como agente redutor. A reação ocorre em refluxo e a reação termina com a diminuição parcial do refluxo. Os insolúveis são filtrados, o solvente é destilado e o Sarin é destilado sobre pressão reduzida. Este processo sintético é bastante similar ao discutido nos procedimentos modificados das reações de Kinnear-Perren.

É compreendido que parte do Fluoreto de hidrogênio interage com Sarin para a formação de um complexo pentavalente instável, o principio de Fluoreto de hidrogênio é retirado perante destilação em vácuo pesado ou por adição de Fluoreto de sódio ou agente redutor. O processo de extração salino é geralmente usado, porém, é usado o solvente Tolueno para o processo.

Atenção: Diclorometano tende a reagir com Piridina para formar Dicloreto de 1,1'-metilenodi(piridin-1-io) e certas quantidades em certos ambientes tendem a originar na síntese de Cloridrato de piridina e 1,2-Dicloroeteno, a mistura para síntese de Sarin não é aconselhada o estoque, apenas em estoques se estiverem separados por compartimentos.

Reação GB (APC-Sodium fluoride preferred-Di-Di)Editar

Sarin é produzido perante 4 etapas simples, a primeira consiste em preparar Dicloreto de metilfosforila (DC) perante reação de Kinnear perren, na qual consiste a produção de um complexo insolúvel pela interação de Tricloreto de fósforo e Clorometano, o Cloreto de alumínio age como catalisador e formador do complexo iônico, este complexo é dissolvido em solvente apropriado, geralmente sendo o Diclorometano, logo o dissolvido é então hidrolisado em um mol de ácido clorídrico 10%, a mistura destes irá gerar a precipitação de insolúveis e a formação de duas fases, a fase inferior onde o produto está contido é extraída por funil separatório, a solução onde o produto está contido é filtrado para a retirada do Tricloreto de alumínio hexahidratado, o solvente é retirado perante seu ponto de ebulição e o produto purificado em destilação a vácuo, depois disso o produto obtido é separado em meio mol para a segunda etapa e outro meio mol para a terceira etapa.

A segunda etapa é preparar meio mol de difluoreto de metilfosforila (DF) perante reação de troca de íons cloro por flúor, esta etapa consiste em dissolver meio mol do produto DC obtido em mais ou menos um mol de Tolueno anidro, o dissolvido é misturado logo depois com Fluoreto de sódio e agitado por 10 minutos, passado o tempo a solução é levada para um aparelho de refluxo e aquecida para 99 graus Celsius até não houver mais o aumento de refluxo, terminado, o produto é destilado a 100 graus Celsius (O ponto de ebulição do Difluoro é de 98 graus Celsius em 760 mmHg), o produto obtido é estocado em polímero fluorado para a terceira etapa.

A terceira etapa consiste na obtenção de um mol de CF perante mistura de meio mol Dicloreto de metil fosforila e meio mol de difluoreto de metilfosforila, a mistura é então guardada para a ultima etapa.

A quarta e ultima etapa consiste em dissolver um mol do produto Clorofluoreto de metilfosforila em 4 mol de Tolueno e usar esta mistura para reagir com Isopropanol em temperatura ambiente, a mistura é agitada até o término de emissão de gases, terminado, a solução é refluxada a 65 graus Celsius para a retirada restante do Ácido, terminado, Acrescenta-se 6 mol de água na mistura para a decantação do solvente, decantado, é acrescentado 1/6 de mol Cloreto de cálcio na mistura para a absorção da água, absorvido a água o material é filtrado e o Sarin destilado perante Vácuo[130][6].

Sarin é sintetizado pela interação de Di-isopropil metilfosfonato com Difluoreto de metilfosforila em uma mistura equimolar, a solução é agitada e refluxada em solvente apropriado, ou em leve vácuo, a mistura produz 2 mol de Sarin, o solvente é posteriormente destilado, mas não necessário já que aumenta bastante sua vida média em ambiente.

 

Sarin é produzido em etapa única pela interação de Iodometano com fósforofluoridito de diisopropilo, a reação é geralmente feita em refluxo, o término da reação é simplesmente reconhecida pelo término do refluxo, o Iodeto de isopropila é destilado em leve vácuo[131].

 

Sarin é também produzido perante interação do propan-2-ol metilfosfinato com Fluoreto de iodo (I), a reação produz Iodeto de hidrogênio e Sarin.

 

Sarin é preparado perante interação entre {metil[(propan-2-ol)oxi]fosforil}sódio ou sua variante de fósforo trivalente com Cloro para originar Clorosarin. O processo de obtenção pode ser feito de forma direta trocando o gás cloro por gás Clorofluoreto.

 

Clorosarin é diretamente dissolvido em solvente apropriado e refluxado em Bifluoreto de sódio ou Fluoreto de amônio com direta emissão do Cloreto de hidrogênio e se for usado no caso o sal de amônio, será emitido também Amônia, o Fluoreto de sódio retido na solução quando usado o Bifluoreto de sódio é filtrado, o solvente é destilado em vácuo ou decantado, se no caso for usado água para a decantação do Solvente, esta é retirada da solução por sua absorção pelo Cloreto de cálcio, o insolúvel é filtrado. A produção do Fosfito é discutido por Leland J Lutz e Harry N Tatomer na patente[132], a obtenção de fosfonatos por meio de reagentes metálicos é discutido por Jr Charles J Smith na patente US2880224A[133], o processo de obtenção de derivados de Clorosarin é discutido na patente US3167574A[134], o processo de purificação de Clorosarin é discutido em US3200048A[135].

 

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Sarin foi produzido perante reação de Tetraisopropóxisilano com Difluoreto de metilfosfonilo (DF) em uma proporção de 1/4, o produto, Tetrafluoreto de silício, é diretamente emitido pelo seu baixo ponto de ebulição. O processo é praticado de forma cuidadosa, pois a reação de Difluoro com Tetraisopropóxisilano tende a gerar Fluoretos de isopropóxi silano que são necessários para a contínua reação e total conversão, parte destes possuem ponto de ebulição em temperatura ambiente.

 

Sarin é diretamente produzido perante uma etapa única na qual se utiliza uma reação entre Iodofluoreto de carbonila com Di-isopropil metilfosfonato ou um fosfonato com um radical menor que Isopropóxi, geralmente Etóxi ou Metóxi, a mesma reação é utilizado com Clorofluoreto de tionila e diversos outros derivados.

 

Sarin é diretamente produzido perante reação do Clorofluoreto de sulfurila e {metil[(propan-2-ol)oxi]fosforil}sódio, sua variante em fósforo trivalente também pode produzir Sarin perante mesma reação, mas produz também o cloro-metil-propan-2-ol-oxifosfano em boa porcentagem[136][137],

 

Reação GB-método alemão(TMP/DMMP-Hydrogen Fluoride/alcohol mix procedure)Editar

O precursor principal de Sarin é rapidamente preparado, iniciando pela isomerização de um mol de Trimetilfosfite em sua fase gasosa em autoclave, este se isomeriza em Dimetil metilfosfonato, o término da reação é rapidamente reconhecido pela diminuição total da pressão, porém, o produto logo reagirá produzindo Éter metílico e Piro metilfosfonato de metila (Este não atrapalha a reação já que reage da mesma forma que o Dimetil metilfosfonato)[138], estes são então dissolvidos em Diclorometano e nesse dissolvido é acrescentado 2 mol de Collongite, o material é agitado por um bom período em temperatura ambiente até o inicio da emissão de gases (Clorometano e Dióxido de carbono), iniciado isso, o recipiente é conectado a um aparelho de refluxo e aquecido de 40 a 60 graus Celsius para a emissão destes produtos, ou a destilação deles, terminado a emissão, o DC é purificado perante destilação a vácuo[139][140][141], o processo de Síntese de DC via Fosgenação é discutido por Leland J Lutz e Jr Charles J Smith na patente US3200145A[142], por Bernard B Brown, Leland J Lutz e Jr Charles J Smith na patente US3179696A[143](US3179695A[144]), por Donald H Briggeman, Longacre Alan e Jr Charles J Smith na patente US3188281A[145][146].

Dicloreto de metilfosfonila purificado[147] é então dissolvido em Diclorometano e convertido em sarin pela reação com Isopropanol e Fluoreto de hidrogênio anidros, o material é refluxado em imediato para a emissão de aproximadamente dois mol de Cloreto de hidrogênio (pequena parte se dissolve), terminado a emissão de gases, o solvente é destilado a 40 graus Celsius e o sarin em vácuo a 56 graus Celsius em 16 mmHg.

O sarin é purificado perante esterilização do Ácido, o Cloreto de hidrogênio, o processo se baseia em uma dissolução de uma amina terciária, geralmente Dietilanilina, não é necessário o calculo do uso da amina já que ela estabiliza o agente, mas não deve-se usar em excesso. Processo de rearranjo térmico do Fosfito de trialquilo similar ao usado pela Aum shinrikyo.

Sumpf~DMHP-Piro processo (CPAPPA-Pyro mix procedure-TC process-HF/i-prop-ol mix treatment)Editar

Sarin é começado a ser preparado na reação de Tricloreto de fósforo com Metanol (1:3) a baixas temperaturas com direta emissão do Clorometano e Cloreto de hidrogênio, parte é destilada no aquecimento do Ácido dimetilfosfito, o Ácido dimetilfosfito obtido é então convertido em Ácido pirometilfosfônico, 50% a 60% da massa reaccional, Ácido dimetilfosfônico, 20 a 30% da massa reaccional e Ácidos orto e pirofosfórico, em 15% a 20% da massa reaccional, por condensação usando Trifluoreto de boro como catalisador.

Os produtos obtidos são então separados sobre destilação em vácuo fracionado, o Ácido pirometilfosfônico separado é purificado visando a diferença da densidade. Meio mol é posteriormente dissolvido e refluxado em 2 mol de Cloreto de tionilo (1/2:2) o refluxo emite diretamente Cloreto de hidrogênio e Dióxido de enxofre. O DC, ou Dicloreto de metilfosforila é rapidamente extraído junto ao solvente e dissolvido em mais um coquetel do seu solvente, logo o dissolvido é misturado com um coquetel de Isopropanol e Fluoreto de hidrogênio secos (1:1:1). Os reagentes são colocados em refluxo até o término da emissão de gases e posteriormente o Sarin é extraído. O processo de obtenção do Anidro do Metilfosfônico é discutido pelos seus inventores Thomas P. Dawson, Willard E. Catlin na patente US2951863A[147], o processo de obtenção de DC é discutido pelos seus inventores Thomas P. Dawson, Jack W. Armstrong na patente US2847469A[148], o processo de obtenção é similar ao discutido na patente US2929843A e pelo processo de Fosgênação US3200145A[149].

A produção do Fosfito é discutido por Leland J Lutz e Harry N Tatomer na patente[132]. Processo similar ao DMHP alemão e ao DMHP processo para síntese de Ácidos metilfosfonicos precursores de Dicloro obtida pelo Muscle Shoals U.S. Chemical corps PDW[150]

Dicloreto de metilfosforila é obtido de forma geral por meio da pentaclorinação de uma mistura de Ácidos alquilados do fósforo com uma mistura de Cloro gasoso e Tricloreto de Fósforo (PCl5). Processo descrito na patente US3008987[151], Tricloreto de fosforila age como solvente da reação, impossibilitando a polimerização e formação do gel orgânico, porém, o mesmo pode forma-lo a altas temperaturas (1% para 2% da massa reaccional). O processo é similar ao usado na patente US2908709[152]. {[153][154][155][156][157][158]}

 

The Phosphate Development Works, localizado nas instalações da TVA na Wilson Dam estão atualmente configuradas para produzir CD através deste processo. - O motivo da conversão da rota DMHP-pyro original foi eliminar os problemas excessivos de manuseio associados ao subproduto POCl3. O SW (produto HTM) e a mistura piro são preparados como descrito acima e reagidos em conjunto com gás cloro (Cl2). O procedimento foi mais complexo, devido a menor reatividade entre as formas de fósforo pentavalentes. A estrutura ativa, o Tetraclorometilfosforano apresenta um grupo metil, o metil torna o fósforo relativamente menos eletropositivo, sua carga efetiva é então melhor distribuída.

 

Sarin é preparado perante reação direta (Di-e-Di procedimento) usando rearranjo térmico. O precursor necessário é preparado usando uma rota bruta, na qual uma solução equimolar de Metanol e Isopropanol anidros são misturados em um mol de Tricloreto de fósforo dissolvido em Diclorometano, os reagentes são aquecidos para gerar refluxo e para emitir o Cloreto de hidrogênio gerado pelo sistema. O Cloreto de hidrogênio gerado retirado é dissolvido em água fria. Com a diminuição da emissão o produto é levado para destilar em vácuo, para a retirada do Cloreto de hidrogênio e do solvente em vácuo pesado, em temperatura ambiente.

Com a destilação do Cloreto de hidrogênio residual, o fósforocloridito de metilisopropilo é então destilado em vácuo. Este procedimento resulta em boa quantidade de subprodutos hidrolisados, ácidos fosfônicos. É adicionado Dietilanilina para a neutralização ácida e para facilitar a separação. Com a adição da Dietilanilina dissolvida os sais precipitados são filtrados. O produto líquido é destilado em vácuo, destilado novamente em vácuo para a separação da Dietilanilina, em base livre, ou do seu excesso, e do solvente. O organofosfito é diretamente selado em autoclave junto à um excesso de Fluoreto de sódio. Aquecido para a fase gasosa (120~350 graus Celsius) por 12~24 horas ou até o término da diminuição da pressão no recipiente, usa-se pequenas quantidades de Iodometano como catalisador. Este processo sintético é similar ao discutido na patente US2957017[159].

Óxidos da fluorofosfina dialquilada são preparados pela utilização procedimentos químicos industriais clássicos. Diversos procedimentos para a obtenção de produtos químicos não tóxicos ou de relativa toxicidade são aplicáveis para a preparação de substancias tóxicas. As rotas de síntese de Sarin são intimamente relacionadas com a preparação de pesticidas organofosforados, em sua maioria pesticidas defasados e com uso proibido ou controlado.

A preparação de algum óxido de fluorofosfina dialquilado decorre na execução de três etapas[160]. A etapa final é para a neutralização de um possível Alquil alquilfosfanol dihaleto ou fluorohaleto. A primeira etapa consiste em fazer reagir, em equimolaridade, entre Tricloreto de fósforo e Metano como método de metilação, usa-se catalisadores para efetuação mais segura do processo, ácidos de lewis são bons catalisadores[161]. O procedimento de John A. Pianfetti é considerado bom para obtenção do Dicloreto de metilfosfina[162][163][164], este é feito geralmente de forma mais elegante, termo usado para designar a efetuação de um procedimento em temperatura ambiente. O produto obtido é destilado em forma fracionada para a separação de impurezas[165][166][167], adiciona-se uma base para neutralizar a acidez do meio.

A segunda etapa usa uma proporção molar de 1 para 3 entre Diclorometilfosfina e Clorato de sódio em Éter etílico, a reação é mantida em leve refluxo, o produto obtido é filtrado e destilado em conjunto com Éter[168]. A terceira etapa usa uma solução isopropílica de Fluoreto de hidrogênio para reagir com Dicloreto de metilfosfonilo dissolvido. A mistura é diretamente aquecida para ocorrer refluxo, o topo da coluna vertical é aberto para emissão dos gases provindos da reação. O Sarin obtido é filtrado e misturado com Dietilanilina visando seu peso final em relação de reagente e produtos. Os insolúveis são filtrados e a solução destilada. O processo é similar ao utilizado para preparar qualquer fosfono pesticida[169].

Ao investigar como o Sarin foi fabricado no complexo sintético de Sarin da Aum, o laboratório de NRIPS e no FSL do MPD de Tóquio realizou investigações forenses em centenas de amostras de componentes contidos no complexo. Os documentos, apreendidos no escritório do culto, disponibilizaram a rota sintética para a produção em massa de Sarin.

O processo envolveu 5 etapas para a preparação de Sarin, obtendo-o na forma relativamente impura[170][63].

  • Na primeira etapa, o tricloreto de fósforo foi dissolvido em n-Hexano e feito reagir com uma solução metílica de Dietilanilina, em proporção molar de 1:3:3, para a obtenção do Trimetilfosfito.
  • Na segunda etapa, o trimetilfosfito obtido, na primeira etapa, foi convertido em metilmetilfosfonato (DMMP), através de rearranjo estrutural, por via térmica. Usou-se uma pequena quantidade de Iodo elementar como catalisador[171].
  • Na terceira etapa, DMMP foi preparado para reagir com Pentacloreto de fósforo na presença de calor, tricloreto de fosforila age como solvente da reação da III etapa, produzindo o Dicloreto de metilfosfonilo.
  • Na quarta etapa, o DC foi reagido com fluoreto de sódio para produzir difluoreto de metilfosfonila, a reação é feita com uma proporção molar de 1:>2. Usou-se um excesso de fluoreto de sódio.
  • Na quinta etapa, DF e DC foram misturados em solvente para formar uma Di-Di mistura e posteriormente a mistura foi reagida com álcool isopropílico e Dietilanilina, dissolvidos em proporção equimolar, para produzir Sarin. O sarin obtido, comumente é semi-incolor, apresentando, na melhor das hipóteses, um leve tom de âmbar, proveniente da Dietilanilina de grau técnico.
 
Procedimento sintético de Sarin, usado pelo culto, usou uma rota semelhante ao processo Fluoreto de sódio, trocando Tolueno por N-hexano[172], um dos constituintes da gasolina. O uso do n-Hexano, no lugar do Tolueno, barateia o procedimento sintético, pois este componente é extraído facilmente por destilação fracionada de combustíveis.

Das amostras limpas retiradas dos equipamentos do primeiro passo, Fosfato de trimetila, n-hexano e Dietilanilina hidroclórica foram detectadas. A partir do equipamento do segundo passo, Fosfato de trimetila, DMMP, iodo elementar e Dietilanilina foram detectados. A partir do equipamento do terceiro passo, Ácido metilfosfônico, Dietilanilina, oxicloreto de fósforo e cloreto de sódio foram detectados.

A partir do quarto equipamento, Ácido metilfosfônico, Dietilanilina, cloreto de sódio e fluoreto de sódio foram detectados. A partir do equipamento da etapa final, Isopropil metilfosfônico, Ácido metilfosfônico, Dietilanilina, DMMP e cloreto de sódio foram detectados. A partir da análise química de amostras de provas retiradas da fábrica, foram identificadas apenas substâncias estáveis ​​correspondentes às rotas sintéticas, mas estas servem para verificar a síntese de Sarin na planta da fábrica de Aum.

A síntese de agentes de G-série por vias elegantes é consideravelmente simples, de forma recente. O principal meio de obtenção de Alquil alquilfosfono fluoridatos por meio de Metais alquilados é uso de reagentes de grignard, ou Haletos de alquilmagnésio, e por reagentes de lítio. A sua semelhança com as rotas salinas o tornam como rota menos preferida.

Os reagentes de grignard, em exemplo, o Cloreto de metilmagnésio, este é usado basicamente para preparar Metildiclorofosfina por reação com Tricloreto de fósforo dissolvido em Hidrocarbonetos inertes. A preparação em massa de Metildiclorofosfina apresenta o problema de necessitar a separação dos subprodutos obtidos por esta rota. Diversas rotas de metilação do Tricloreto de fósforo produzem junto Dimetilclorofosfina e Trimetilfosfina. Os subprodutos obtidos são analisados e tratados em Tricloreto de fósforo para a sua conversão no produto desejado[173].

 

Sarin é preparado perante quatro etapas. A primeira etapa prepara tricloreto de fosforila por meio do aquecimento de uma mistura entre Cloreto de sódio e Pentóxido de fósforo numa proporção molar de 2:3, tricloreto de alumínio é usado como catalisador[174][175]. Os produtos são separados por filtração, o tricloreto de fosforila é refinado por destilação. Posteriormente o Tricloreto de fosforila é convertido em Diclorofluoreto de fosforila onde é então metilado para formar CF na terceira etapa. CF é preparado para a ultima etapa onde reage com Isopropanol em temperatura ambiente[97][96], o Cloreto de hidrogênio não emitido é separado por adição de água destilada fria. Sarin é purificado por destilação em vácuo.

Sarin é preparado de forma rápida pela mistura de equimolar entre Fluoreto de tetraetilamônio e m-nitrofenil isopropil metilfosfonato dissolvidos em solvente polar aprótico, tal como em Acetona, Acetonitrila, Dimetilacetamida, DMSO, Acetato de metilo e etc[176][177]. O processo é similar ao descrito por Joseph Epstein e George T. Davis na patente US4108950A[178]. A reação decorre sobre equilíbrio, a reação desloca mais para direita quanto menor é o pKa em meio polar aprótico[179]. O uso de 4-nitrofenol é consideravelmente mais adequado, devido a sua ressonância. O equilíbrio é diminuído quanto maior é basicidade do radical, ou quanto maior é sua estabilidade em meio polar prótico e não prótico. O produto da direita é então separado, junto com o solvente de partida e posteriormente o produto crú é decapado.

Novos métodos, usando nitrofenóis, preparam sarin de forma relativamente mais simples. Estes procedimentos foram estudados para a elaboração de um novo GB binário. A reação entre o sal organofosforado com o Fluoreto de picrilo gera Sarin, mesmo se usado proporção molar equivalente. A equação, proposta por Boter, usa uma proporção de 1:2 entre o sal do éster com Fluoreto de picrilo. A tentativa de isolamento do Fluoreto proposto não tiveram êxito[57].

Um exemplo singular é o tratamento de acetaldeído em um excesso de Cloreto de metilmagnésio.

 

Ou usando uma outra rota de grignard, ao qual usa o álcool acoplante como fonte de prótons para a formação do produto do primeiro exemplo.

 

O resultante é diretamente tratado com Diclorofluoreto de fosforila. O tratamento resulta na formação de sais livres, sendo facilmente separados após a adição de uma quantidade de água. O uso de reagentes de grignard, para a preparação de alquil aquilfosfonofluoridatos, foi considerado complicado e mais inviável, em comparação com outros procedimentos. O principal problema de aplicação é o produto, o cloreto de magnésio, um ácido de lewis, coordenará mais fortemente ao clorofluoreto de metilfosfonilo do que o reagente inicial[180].

 

Diversas variações de processos Di-Di foram pesquisadas e desenvolvidas. No diagrama abaixo, o produto inicialmente de interesse é o Tetraclorometilfosforano. CH3PCl4 é convertido em Óxido do dicloreto de metilfosfonoso[181]. Por fim é tratado com Isopropanol e, posteriormente com um fluoreto, originando no produto de interesse.

 
Diagrama de síntese de GB. Procedimento sem hidrólise do complexo AlCl3:PCl3:H3CCl[182].


Efeitos biológicosEditar

Filmagem para a avaliação e demonstração da penetração, em alvos fortificados, pelo agente de nervos GB.

O sarin é especificamente um potente inibidor da enzima acetilcolinesterase,[183] uma proteína que degrada o neurotransmissor acetilcolina depois de liberado na fenda sináptica. Nos vertebrados, a acetilcolina é o neurotransmissor presente na junção neuromuscular, em que os sinais são transmitidos entre os neurônios do sistema nervoso central às fibras musculares. Normalmente, a acetilcolina, é libertada do neurônio para estimular o músculo. Após degradada pela acetilcolinesterase, permitindo assim o relaxamento do músculo. A acumulação de acetilcolina na fenda sináptica, devido à inibição da colinesterase, significa que o neurotransmissor continua a atuar sobre a fibra muscular, de modo que quaisquer impulsos nervosos são transmitidos continuamente.

O sarin age sobre a colinesterase, formando um ligação covalente com o resíduo particular de serina no sítio ativo. O flúor é o grupo lábil, e o fosfoéster resultante é robusto e biologicamente inativo.[184][185][186].

Sarin apresenta uma meia vida in vitro em humanos baixa. O seu baixo tempo de ação lhe indica alta afinidade aos sistemas biológicos solúveis em água, como as enzimas colinérgicas e proteínas participantes do transporte sináptico. Sarin não é considerado um bom agente envelhecedor das enzimas colinérgicas. Sarin apresenta um tempo de meia vida de envelhecimento de 3 a 5 horas, em exemplo, o Soman, gera inibição colinérgica e envelhecimento das mesmas minutos após a sua absorção, muito devido a sua maior afinidade e maior resistividade a hidrólise que sarin[187]. Um meio de comparação da resistência a hidrólise é a diferença entre tempo necessario para a total destruição de Sarin e Soman em um meio com pH similar ao do corpo humano[188].

Degradação e prazo de validadeEditar

 
Um coelho sendo exposto para verificar vazamentos de sarin na planta de Re-destilação em Rocky Mountain arsenal [Arsenal das montanhas rochosas (1970[189])]

As reações químicas mais importantes de halogenetos de fosforilo é a hidrólise do vínculo entre o fósforo e o flúor. Esta ligação P - F é facilmente quebrada por agentes nucleófilos, tais como água e hidróxido. A elevados níveis de pH, decompõe-se rapidamente para derivados do ácido fosfônico atóxicos.[190]

O sarin se degrada depois de um período de várias semanas a vários meses. Seu prazo de validade pode ser encurtado por impurezas nos materiais precursores. De acordo com a CIA, alguns tipos de sarin iraquiano tinham uma vida útil de apenas algumas semanas, devido principalmente à impurezas de precursores.[191]

Sarin persiste em água por varias horas e tende a ser completamente destruído com ela depois ou antes de 24 horas, a 150 graus Celsius Sarin tende a persistir por cerca de 1 hora, em ambiente.

Sarin pode persistir por em média 22 horas, variando comumente das 18 para as 24 horas, com uma persistência em ambientes ensolarados com brisas e em temperatura ambiente em média de 3 horas. A persistência de Sarin dura em ambientes molhados, ventosos a 10 graus Celsius ou menos em média de 1 hora e meia com inicio de decomposição em 5 minutos e possível decomposição total em 15 minutos.

Em ambientes frios a baixo de zero, ensolarados e com brisas, sarin persiste em média de 36 horas, com decomposição a partir de algumas horas. Sarin é neutralizado rapidamente por soluções de Hidróxido de sódio, carbonato de sódio em água e polimerizado por estas[192][193][194].

Efeitos e tratamentoEditar

O sarin tem alta volatilidade (facilidade com que um líquido pode transformar-se em gás) relativamente semelhante ao de outros agentes nervosos, portanto não só sua inalação pode ser muito perigosa como até concentrações de seu vapor podem penetrar a pele de imediato. As roupas de uma pessoa podem liberar sarin em cerca de 30 minutos depois de ter entrado em contato com o gás o que pode levar à exposição de outras pessoas.[195]

Mesmo em concentrações muito baixas, o sarin pode ser fatal. A morte pode seguir cerca de um minuto após a ingestão direta de uma dose letal a menos que antídotos, tipicamente atropina e pralidoxima, sejam rapidamente administrados.[5] A Atropina , um antagonista a receptor de acetilcolina muscarínicos, é administrado para tratar os sintomas fisiológicos da intoxicação. Uma vez que a resposta à acetilcolina muscular é mediada através dos receptores nicotínicos da acetilcolina, a atropina não contrariará os sintomas musculares. A pralidoxima pode regenerar a colinesterases quando administrado dentro de aproximadamente cinco horas. O Biperideno, um antagonista sintético da acetilcolina, tem sido sugerido como uma alternativa para a atropina, devido à sua melhor penetração barreira sangue-cérebro e maior eficácia.[196][197]

O sarin é estimada em mais de 500 vezes mais tóxico do que cianeto.[198] O LD50 de sarin injetados subcutâneamente em ratos é de 172 μg/kg.[199] Segundo o Centers for Disease Control and Prevention (Centros para Controle e Prevenção de Doenças) nos Estados Unidos, os sintomas da exposição ao sarin são:[200]

  • coriza
  • olhos lacrimejantes
  • pupilas muito contraídas
  • dor nos olhos
  • visão turva
  • salivação e transpiração excessiva
  • tosse
  • aperto no peito
  • respiração rápida
  • diarreia
  • náusea, vômito e/ou dor abdominal
  • aumento da frequência urinária
  • confusão
  • sonolência
  • fraqueza
  • dor de cabeça
  • frequência cardíaca lenta ou rápida
  • pressão sanguínea baixa ou alta

Os sintomas iniciais após a exposição ao sarin são a coriza, sensação de aperto no peito e constrição das pupilas. Logo depois, a vítima tem dificuldade em respirar e tem náuseas e salivação excessiva. Como a vítima continua a perder o controle de funções corporais, vomita, defeca e urina. Esta fase é seguida por espasmos. Por fim, a vítima entra em coma e sufoca numa série de espasmo s convulsivos. Além disso, mnemônicos comuns para a sintomatologia de intoxicação por organofosforado, incluindo o gás sarin, são a broncorréia e o broncoespasmo, porque são a principal causa de morte,[201] e SLUDGE - Salivação, lacrimejamento, micção, diarreia, desconforto gastrointestinal e vômito.

Testes de diagnósticoEditar

Estudos controlados em homens saudáveis têm demonstrado que uma dose oral atóxica de 0,43 mg administrada em várias porções durante um intervalo de 3 dias provocou depressões máximas médias de 22 e 30%, respectivamente, no plasma e nos níveis de colinesterase dos eritrócitos. Uma dose única de 0,5 mg causou sintomas leves de intoxicação e uma redução média de 38% em ambas as medidas de atividade da colinesterase. O sarin no sangue é rapidamente degradado in vivo ou in vitro. Os seus metabolitos primários inactivos in vivo têm meia-vida do soro de cerca de 24 horas. O nível de soro não acoplado ao ácido isopropilmetilfosfonico (IMPA), um produto de hidrólise sarin, variou de 2-135 µg/L em sobreviventes de um ataque terrorista, durante as primeiras 4 horas após a exposição. O sarin ou seus metabolitos pode ser determinados no sangue ou na urina por cromatografia gasosa ou líquida, enquanto que a actividade da colinesterase é geralmente medida por métodos enzimáticos.[202]

HistóriaEditar

O sarin foi descoberto em 10 de Dezembro de 1938 em Wuppertal-Elberfeld, na Alemanha. A descoberta do agente nervoso ocorreu sobre o teste "T-144", executado por colegas e por Gerhard Schrader, na busca por pesticidas mais eficientes que Tabun, para IG Farben. O sarin foi, até então, o Alquil aquilfosfono fluoridato mais tóxico dentre os agentes neurotóxico da Série G, feitos na Alemanha. O composto, que se seguiu à descoberta do agente neurotóxico tabun (GA), foi nomeado em homenagem a seus descobridores: Gerhard Schrader, Otto Ambros, Rüdiger e Van der Linde.[203][204][205][206]

Uso como armaEditar

 
Ogiva do míssil norte-americano Honest John cortado mostrando bombas contendo sarin (c. 1960)

Em meados de 1939, a fórmula do composto foi passada para o departamento de guerra química do exército alemão, que ordenou que fosse produzido em massa para uso em tempos de guerra. Um certo número de fábricas-piloto foram construídas, e uma instalação de alta produção estava em construção (mas não foi terminada) até o final da Segunda Guerra Mundial. As estimativas para a produção total de sarin pela Alemanha nazista são de cerca de 500kg a 10 toneladas.[207].

  • 1950s (início): a OTAN adotou o sarin como arma química padrão. Tanto a União Soviética quanto os Estados Unidos produziram sarin para fins militares.[97][208][209]
  • 1953: Ronald Maddison, um engenheiro da Força Aérea de Consett, Condado de Durham, morreu em testes humanos com sarin na estação de testes com armas químicas Porton Down em Wiltshire. Dez dias depois de sua morte um inquérito foi realizado em segredo, o que retornou um veredicto de "infortúnio". Em 2004, o inquérito foi reaberto e, depois de uma audiência de 64 dias, o júri decidiu que Maddison tinha sido ilegalmente morto pela "aplicação de um agente neurotóxico em um experimento não terapêutico."[210]
  • É reportado o uso de armas químicas letais na Guerra do Afeganistão nos anos 80 e 83, com uso confirmado de Tabun contra os Mujahedin na província de Ghazni, estoques de Soman e Sarin são reconhecidos[211].
  • Março 1988: Durante o período de dois dias em março, a cidade curda de Halabja no norte do Iraque (70.000 habitantes), foi bombardeada com bombas químicas e de cluster, que incluiam o sarin, no Massacre de Halabja. Estima-se que 5000 pessoas morreram e mais de 7000 ficaram feridos.[212][213]
  • Abril 1988: O sarin foi usado quatro vezes contra soldados iranianos em abril de 1988, no final da Guerra Irã-Iraque, ajudando as forças iraquianas a retomar o controle da Península de al-Faw durante a Segunda Batalha de al-Faw. Usando imagens de satélite, os Estados Unidos ajudaram as forças iraquianas a localizar a posição das tropas iranianas durante esses ataques.[214][215]
  • 1993: A Convenção sobre Armas Químicas das Nações Unidas foi assinada por 162 países membros, o tratado proíbe a produção e o armazenamento de várias armas químicas inclusive o sarin. O acordo entrou em vigor em 29 de Abril de 1997, e pediu a destruição completa de todos os arsenais das armas químicas especificadas até Abril de 2007.[216]
  • 1994: A seita religiosa japonesa Aum Shinrikyo lançou uma forma impura de sarin em Matsumoto, Nagano, matando oito pessoas e ferindo mais de 200.
  • 1995: Novamente, a seita religiosa japonesa Aum Shinrikyo liberou sarin no metrô de Tóquio. Trinta pessoas morreram.
  • 1998: Nos EUA, a Time Magazine e a CNN publicaram notícias não confirmadas de relatos alegando que, em 1970, a unidade da Força aérea norte-americana A-1E Skyraiders envolveu-se em uma operação secreta chamada Operação Tailwind, em que deliberadamente deixaram cair as armas contendo sarin sob tropas americanas que desertaram no Laos. A CNN e a Time Magazine depois se retratou sobre as histórias e demitiu os produtores responsáveis.[217] Os produtores, Oliver e Smith foram punidos, mas defenderam sua posição, reunindo um documento de 77 páginas suportando a história com depoimentos de militares que confirmam a utilização de sarin.
  • 2004: insurgentes iraquianos detonaram cápsulas 155mm contendo precursores bi-componentes para sarin perto de um comboio dos EUA no Iraque. A cápsula foi desenhada para misturar os produtos químicos ao girar durante o voo. A cápsula detonada libera apenas uma pequena quantidade de gás sarin para a explosão não misturar os agentes corretamente ou porque os produtos químicos dentro do reservatório tinha se degradado com a idade. Dois soldados Estados Unidos foram tratados após a exibição dos primeiros sintomas de exposição ao sarin.[218]
  • 21 agosto de 2013: Mortes causadas por Sarin ocorreram em 21 agosto de 2013, em Ghouta região do Rif Dimashq Governatorato da Síria durante a Guerra Civil Síria. Fontes[219] estimam de 322[220] a 1,729 mortes e que nenhuma das vítimas apresentavam ferimentos aparentes.[221][222]
  • 04 abril de 2017 - Um ataque à cidade síria de Khan Cheikhoun foi supostamente feito por gás. A Turquia, após realizar autópsia em vítima, afirmou que há indícios de que foi usado gás sarin. O regime de Bashar Al-Assad, por sua vez, nega que tenha usado armas químicas. Esse ataque matou, segundo a União das Organizações de Cuidados Médicos, pelo menos 100 pessoas e feriu mais de 400 . Há dezenas de crianças entre as vítimas do bombardeamento. Em retaliação, os Estados Unidos lançaram 59 mísseis Tomahawk contra uma base aérea na Síria .[1][2]

Ver tambémEditar

Referências

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