Способ уничтожения иприта

Изобретение относится к химии и медицине, точнее к способам уничтожения отравляющих веществ. Способ уничтожения иприта заключается в проведении реакции с тиомочевиной, растворенной в воде, с последующим перемешиванием реакционной смеси при нагревании, при этом реакцию проводят в растворе смеси изопропилового спирта и воды, взятых в соотношении 1:1, а нагревание осуществляют при 70°С в течение 1 часа. Изобретение обеспечивает увеличение скорости реакции, повышения селективности процесса и полноты уничтожения. Полная детоксикация наступает менее чем через 10 минут.

 

I. Область применения.

В настоящее время согласно международным договоренностям запасы иприта уничтожены [Федеральный закон от 2 мая 1997 г. №76 ФЗ "Об уничтожении химического оружия"]. Однако остаются объекты по уничтожению отравляющих веществ, где отдельные фрагменты конструкций могут содержать иприт, который должен быть быстро и эффективно детоксицирован. Кроме того, возможно использование данного токсиканта террористами, поэтому разработка быстрого метода уничтожения иприта актуальна и в настоящее время.

II. Предшествующий уровень техники.

Известен способ утилизации иприта его взаимодействием с водно-спиртовым раствором сульфида натрия [Александров В.Н., Емельянов В.И. Отравляющие вещества. - М.: Воениздат, 1990, С.136] по схеме:

Иприт можно уничтожать реакцией с водно-спиртовыми растворами щелочей [Франке З. Химия отравляющих веществ. - М.: Химия, 1973, ч.1., С.158-159]:

Можно уничтожать иприт при его взаимодействии с аммиаком или аминами [Франке З. Химия отравляющих веществ. - М.: Химия, 1973, ч.1., С.160].

К вышеприведенным методам можно отнести способ утилизации иприта, основанный на его взаимодействии с моноэтаноламином и этиленгликолем [Концепция уничтожения химического оружия в Российской Федерации. - М.: Воениздат, 1994]

Возможна реакция иприта с металлическим натрием. В данном случае получают тетрагидротиофен [Патент РФ №2073543, БИ №5, 1997].

Недостатками указанных методов детоксикации иприта является применение реакционных сред или условий реакции, которые могут привести в негодность сложное оборудование, обмундирование, электронные схемы и. т.д.

Известен способ уничтожения галогеносодержащих органических соединений (в том числе, боевых отравляющих веществ), основанный на разложении субстрата с последующим связыванием при помощи паров металлов. Сущность данного изобретения заключается в том, что уничтожаемые вещества помещают в реактор, который заполняют инертным газом и в качестве реагентов вводят пары щелочного или щелочноземельного металла, а энергетическое воздействие осуществляют с помощью импульсно-периодического разряда, возбуждаемого в объеме реактора от внешнего источника питания [Патент РФ №2209104, 27.07.2003].

Недостатком данного метода является его высокая энергоемкость и необходимость применения инертной атмосферы и паров металлов, что приводит к значительному удорожанию процесса и невозможности его применения вне заводских условий.

Известен способ уничтожения галогенсодержащих газообразных веществ, включающий осуществление реакций разложения молекул под действием нагрева и ультрафиолетового излучения, испускаемого поверхностным скользящим разрядом, и связывания продуктов реакции разложения с помощью реагента в реакторе, заполненном смесью газообразных высокотоксичных веществ, газов, способствующих осуществлению реакции разложения по всему реактору (реактор заполняется смесью газообразного субстрата, водорода и кислорода), и реагентов (Патент РФ №2152236 С1, А62D 3/00).

Данный способ является высокотемпературным, что предполагает использование дорогостоящего оборудования, поэтому он является дорогостоящим и не может быть применен вне заводских условий.

Известен способ уничтожения галогеносодержащих органических веществ, включающий в себя разложение их молекул и связывание продуктов разложения в реакциях с реагентами (ЕР 0257170, МПК А62D 3/00). В названном способе разложение молекул осуществляется с помощью ультрафиолетового излучения (280-320 нм). В качестве реагентов используются смеси из соединений, образованных конденсацией окиси пропилена, окиси этилена, щелочью с окисляющим агентом или источником свободных радикалов и т.д.

Данный метод требует применения дорогостоящего оборудования и не может использоваться для уничтожения иприта.

Известен метод уничтожения иприта под воздействием УФ излучения в присутствии четырехбромистого углерода [Заявка на выдачу патента №2004116894/15(018206) от 3 июня 2004 г.]. В данном случае реакция протекает в течении нескольких часов, поэтому имеет несколько иную сферу приложения.

Известен способ уничтожения иприта, основанный на взаимодействии с мочевиной и тиомочевинной [Патент РФ №2073542, БИ №5, 1997].

В данном случае авторами сделано предположение о том, что реакция протекает как по аминному так и по тиольному фрагментам молекул, что не совсем соответствует реальностям, поэтому не были достигнуты оптимальные условия проведения реакций. Кроме того, используемые авторами методы анализа не позволяли с высокой точностью определить количество остаточного иприта в реакционной среде.

Предложенный метод уничтожения иприта требовал достаточно много времени для выполнения процесса детоксикации не давал возможности полностью уничтожить OB.

III. Сущность изобретения.

Целью данного изобретения является создание нового метода уничтожения иприта, который позволял бы дегазировать поверхности в кратчайшие промежутки времени, не нанося им существенного ущерба.

Ранее было установлено, что в водной среде данный процесс продолжается несколько часов [Патент РФ №2073542, БИ №5, 1997].

Сущность данного изобретения заключается в том, что иприт подвергается воздействию тиомочевины в системе растворителей: изопропиловый спирт : вода 1:1.

За ходом реакции следили при помощи газового хроматографа HP 5890 с масс-селективным детектором HP 5972. Хроматографическая колонка HP5MS, капиллярная, неподвижная фаза: 5% дифенил- и 95% диметил-полисилоксан (d=0,25 мм и L=30 м). Т_нач.=50°С. T_кон=260°С. Скорость подъема температуры =20°С/мин. Т_{инжектора}=250°С. Т_{детектора}=270°С.

В качестве внутреннего стандарта использовался додекан. Время удерживания внутреннего стандарта 6,74 мин. Время удерживания иприта 6,55 мин. Молекулярный ион иприта проявляется в виде трех сигналов с m/z=158, 160, 162 с интенсивностью, которая характеризуется природным соотношением изотопов хлора Cl³⁵ и Cl³⁷.

Известно, что тиомочевина в растворах находится в виде двух таутомерных форм [Дарст Т. Сульфоксиды // В кн.: Общая органическая химия. - М.: Химия. - 1983. - Т.5. - С.253-299]. При этом следует отметить, что наиболее реакционно - способной является таутомерная форма, содержащая меркапто-группу.

При реакции иприта (содержание основного вещества 99,8%) и тиомочевины в растворе изопропилового спирта (в соотношении иприт:тиомочевина =1:2) через 4 часа (по данным хроматографического анализа) детоксикации подверглось 80% иприта (нагревание до 70°С).

Основными продуктами реакции в данном случае являлись 1,4-дитиан и 1,2,5-тритиациклогептан. Продуктов взаимодействия иприта с тиомочевиной по атому азота не обнаружено.

Водно-спиртовая среда по сравнению со спиртовой средой обладает большей диэлектрической проницаемостью, что способствует более быстрому протеканию реакций между ипритом и тиомочевиной, при этом сохраняется хорошая растворимость обоих реагентов в растворителе, что способствует увеличению скорости реакции.

Анализ хроматограмм и масс-спектров реакционной среды показал, что менее чем через 10 минут (отбор пробы и ее анализ происходил 10 минут) нагревания иприта с тиомочевиной в водно-спиртовой среде достигнута полная детоксикация иприта.

Аналогичные результаты были получены для реакции конденсации иприта с тиомочевиной для соотношения 1:1, 1:2, 1:4 в среде: вода : изопропиловый спирт в соотношении 1:1.

В реакции иприта с тиомочевиной в водно-спиртовой среде 1:1 основным продуктом реакции является 1,4-дитиан. Вместе с тем, в реакционной среде под действием кислорода воздуха образуется 1,2,5-тритиациклогептан и олигомеры сложного строения.

Общая схема предполагаемого механизма представлена ниже:

Для полной иллюстрации изобретения приводим конкретные методики выполнения экспермента.

1. Общая методика I серии опытов

Раствор 0,020 г (0,00012 моль) иприта и 0,019 г (0,00025 моль) тиомочевины в 4 мл изопропилового спирта помещали в колбу, снабженную магнитной мешалкой. В качестве внутреннего стандарта использовали додекан (0,02 мл). Реакционную смесь выдерживали при Т=70°С в течение 4-х часов. Пробы реакционной смеси отбирали каждый час. Анализ проводили хромато-масс-спектрометрическим методом. Реакция закончилась детоксикацией 80% иприта с образованием 1,4-дитиана и 1,2,5-тритиациклогептана.

2. Общая методика II серии опытов

Раствор 0,0362 г (0,0002 моль) иприта и 0,0787 г (0,001 моль) тиомочевины в 10 мл изопропилового спирта помещали в колбу, снабженную магнитной мешалкой. В качестве внутреннего стандарта использовали додекан (0,02 мл). Реакционную смесь выдерживали при Т=70°С в течение 4-х часов. Пробы реакционной смеси отбирали каждый час. Анализ проводили хромато-масс-спектрометрическим методом. Реакция закончилась детоксикацией 80% иприта с образованием 1,4-дитиана и 1,2,5-тритиациклогептана.

3. Общая методика III серии опытов

Раствор 0,0265 г (0,00017 моль) иприта и 0,053 г (0,0007 моль) тиомочевины в 6 мл изопропилового спирта и 6 мл дистиллированной воды помещали в колбу, снабженную магнитной мешалкой. В качестве внутреннего стандарта использовали додекан (0,02 мл). Реакционную смесь выдерживали при Т=70°С в течение 1-го часа. Пробы реакционной смеси отбирали каждые 10 минут. Анализ проводили хромато-масс-спектрометрическим методом. Реакция закончилась полной детоксикацией иприта менее чем через 10 минут.

4. Общая методика IV серии опытов

Раствор 0,031 г (0,00019 моль) иприта и 0,031 г (0,0004 моль) тиомочевины в 6 мл изопропилового спирта и 6 мл дистиллированной воды помещали в колбу, снабженную магнитной мешалкой. В качестве внутреннего стандарта использовали додекан (0,02 мл). Реакционную смесь выдерживали при Т=70°С в течение 1-го часа. Пробы реакционной смеси отбирали каждые 10 минут. Анализ проводили хромато-масс-спектрометрическим методом. Реакция закончилась полной детоксикацией иприта менее чем через 10 минут.

5. Общая методика V серии опытов

Раствор 0,0312 г (0,0002 моль) иприта и 0,0158 г (0,0002 моль) тиомочевины в 6 мл изопропилового спирта и 6 мл дистиллированной воды помещали в колбу, снабженную магнитной мешалкой. В качестве внутреннего стандарта использовали гексанол (0,03 мл). Реакционную смесь выдерживали при Т=70°С в течение 1-го часа. Пробы реакционной смеси отбирали каждые 10 минут. Анализ проводили хромато-масс-спектрометрическим методом. Реакция закончилась полной детоксикацией иприта менее чем через 10 минут.

Способ уничтожения иприта путем проведения реакции с тиомочевной, растворенной в воде, с последующим перемешиванием реакционной смеси при нагревании, отличающийся тем, что реакцию проводят в растворе смеси изопропилового спирта и воды, взятых в соотношении 1:1, а нагревание осуществляют при 70°С в течение 1 ч.