芥子毒氣

芥子毒氣（英語：mustard gas），亦簡稱為芥子氣，學名二氯二乙硫醚，是一種重要的糜爛性毒劑，因味道與芥末相似而得名。

芥子毒氣
IUPAC名 bis(2-chloroethyl) sulfide
識別
CAS號	505-60-2  Y
PubChem	10461
ChemSpider	21106142
SMILES	ClCCSCCCl
InChI	1/C4H8Cl2S/c5-1-3-7-4-2-6/h1-4H2
InChIKey	QKSKPIVNLNLAAV-UHFFFAOYAK
ChEBI	25434
KEGG	C19164
性質
化學式	C4H8Cl2S
摩爾質量	159.08 g·mol−1
外觀	純淨物為無色，但一般為淺黃至深棕色。具有輕微的蒜或辣根味道。[1]
密度	液態時為1.27 g/ml
熔點	14.4 °C
沸點	217 °C（分解）
溶解性（水）	可忽略
危險性
歐盟危險性符號 劇毒 T+ 危害環境N
MSDS	External MSDS
NFPA 704	1 4 1
閃點	105 °C
相關物質
相關化學品	氮芥
若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

芥子氣主要通過皮膚或呼吸道侵入肌體，潛伏期2—12小時。它會直接損傷組織細胞，對皮膚、黏膜具有糜爛刺激作用：皮膚燒傷，出現紅腫、水泡、潰爛；呼吸道黏膜發炎壞死，出現劇烈咳嗽和濃痰，甚至阻礙呼吸；眼睛出現結膜炎，導致紅腫甚至失明；對造血器官也有損傷；多半有繼發感染。攝入芥子氣會引起嘔吐和腹瀉。世界衛生組織界定為一級致癌物。正常氣候條件下，僅0.2mg·m^-3的濃度就可使人受到毒害^{[來源請求]}，死亡率約為1%。

由於其可以經皮膚入侵人體，只使用防毒面具不足以應付芥子氣的威脅，唯有穿着全套防毒衣或乘搭有核生化防護的載具，才可以安全通過受污染地區。在戰史上使用量、普遍性和殺傷最大，故被稱作「毒劑之王」。

芥子氣的含氮類似物稱為氮芥，毒性比芥子氣弱，被作為腫瘤化療藥物使用。

歷史

1822年，比利時化學家德斯普雷茲（César-Mansuète Despretz）發現芥子氣。1886年，德國化學家維克托·梅耶首次人工合成純淨的芥子氣；他發明的合成方法至今仍是芥子氣最重要的合成方法之一。

在第一次世界大戰中，德軍首先在比利時的伊普爾地區對英法聯軍使用芥子氣，並引起交戰各方仿效，當時稱芥子氣為「Yperite」；當時身為德國巴伐利亞步兵班長的希特拉曾被英軍的芥子氣炮彈毒傷，眼睛暫時失明。據統計，在第一次世界大戰中共有1,2000噸芥子氣被用於戰爭用途；因毒氣傷亡的人數達到130萬人，其中88.9%是因芥子氣中毒。

在第二次世界大戰中，日軍曾在中國東北地區秘密駐有負責毒氣研究和試驗的七三一部隊；並在中日戰爭初期的淞滬會戰、徐州會戰、衡陽戰役等大規模戰役中使用過大量芥子氣，造成中國軍民大量傷亡。兩伊戰爭中，伊拉克也使用過芥子氣對付伊朗軍隊。

物理性質

芥子氣的凝固點高，當氣溫低於凝固點時純品會形成針狀結晶，所以一般不在氣溫低的情況（如冬季）下使用，或加入四氯化碳/二氯乙烷/路易氏氣形成低凝固點的混合物；比重大、溶解度小，在水中大都沉於水底，少部分呈油狀薄膜漂浮水面，可造成水源長期染毒；蒸氣壓低而難揮發，但能穿透橡膠製品。

物理特性

狀態和顏色	無色或微黃色油狀液體；工業品為淡黃色/黃色油狀液體，含雜質越多，貯存時間越長、顏色越深，有深至深褐色的。揮發性中等，難溶於水，易溶於乙醇等有機溶劑。
氣味	純品有不易察覺、略帶甜味的大蒜氣味，工業品有較濃的大蒜氣味或芥末氣味。空氣中可憑嗅覺察覺到的最低濃度為0.7ug/L。
凝固點	14.43℃
沸點	217℃（常壓；分解）
比重（20℃）	1.27
蒸氣比重	5.5
揮發度（20℃）	0.57 mg/L
溶解度（20℃）	0.081％
持久性	夏天：空曠地5到24小時、森林三到五天 冬天：三天到數周
滲透性	能滲透皮膚、布、皮革、橡皮等物質

化學性質

芥子氣可以被濃硝酸氧化為β,β'-二氯乙基亞碸，被三氧化鉻-乙酸氧化為β,β'-二氯乙基碸。^[2]

合成

Depretz利用乾燥的乙烯處理二氯化硫製備芥子氣:

SCl₂ + 2 C₂H₄ → (ClCH₂CH₂)₂S

Levinstein法則以一氯化硫為底物:^[3][4]

8 S₂Cl₂ + 16 C₂H₄ → 8 (ClCH₂CH₂)₂S + S₈

以上反應都要求和緩的加料速度，成品純度在66%~70%間，且含有膠狀硫，久置則析出。多用於工業規模的生產。

Meyer法用三氯化磷作氯化劑，通過硫二甘醇的氯代獲得芥子氣^[5]。硫二甘醇可由2-氯乙醇和硫化鈉作用製得：

3 (HOCH₂CH₂)₂S + 2 PCl₃ → 3 (ClCH₂CH₂)₂S + 2 P(OH)₃

1912年，Clarke以濃鹽酸替代Meyer法所用的三氯化磷，進一步降低了生產成本^[6]：

(HOCH₂CH₂)₂S + 2 HCl → (ClCH₂CH₂)₂S + 2 H₂O

此外，氯化亞碸、光氣均可用作硫二甘醇的氯化劑。後者可以製得純度很高的芥子氣。

毒害機理

硫原子的親核性產生鄰基參與作用，使得氯格外容易脫離，形成強親電試劑鋶離子。後者受DNA的鳥嘌呤鹼基進攻，形成交聯DNA，干擾基因複製與表達，從而誘發胞溶作用（英語：Lysis），產生組織壞死、水腫乃至癌變。

急救辦法

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在染毒12小時內用30％濃度的硫代硫酸鈉（大蘇打）溶液處理染毒部位皮膚可以有效減輕痛苦。臨床上常用注射穀胱甘肽配合口服維生素E來治療芥子氣中毒。芥子氣可溶於鹼性液，所以殘毒可以用石灰水消毒。

參考文獻

1. FM 3-8 Chemical Reference handbook; US Army; 1967
2. S. Popiel et al. The GC/AED studies on the reactions of sulfur mustard with oxidants （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. Journal of Hazardous Materials B123 (2005) 94–111
3. Stewart, Charles D. Weapons of mass casualties and terrorism response handbook. Boston: Jones and Bartlett. 2006: 47. ISBN 0-7637-2425-4.
4. Chemical Weapons Production and Storage. Federation of American Scientists. （原始內容存檔於August 11, 2014）.
5. Institute of Medicine. Chapter 5: Chemistry of Sulfur Mustard and Lewisite. Veterans at Risk: The Health Effects of Mustard Gas and Lewisite (The National Academies Press). 1993 [2016-05-08]. ISBN 0-309-04832-X. （原始內容存檔於2015-07-15）.
6. Clarke, H.T. Synthesis of 4-alkyl-1,4-thiazans. J Chem. Soc., 1912,101, 1583-90.