氢原子百科 
芥子气（英文名称：Mustard gas）为有机糜烂性毒剂，学名β,β′-二(2-氯乙基)硫醚，化学式为C4H8Cl2S，摩尔质量为159.08g/mol。[1][2]芥子气为无色至黄色油状液体或晶体，有大蒜或芥末气味，渗透性强，微溶于水，易溶于醇、脂肪、含氯溶剂等。[4][3]会发生水解反应，易被氧化剂氧化，其中的氢原子可被氯原子取代生成无糜烂作用的多氯化物。[5]
1822年，德斯普雷兹（Desprez）发现了芥子气。1886年德国的梅耶（Meillet，Antoine）首先用β，β，-二氯乙基硫代物与氯化氢气体进行人工合成，他发明的合成方法至今仍是芥子气最重要的合成方法之一。[4][6]在第一次世界大战中已被德国军队制成毒气弹使用。[6]
芥子气可对体内多种酶产生作用。抑制后可影响糖的酵解和转化，引起糖代谢障碍和组织营养失调，使机体抵抗力减低，易发生继发感染。可与蛋白质和氨基酸上的许多功能基团，使蛋白质变性，影响机体的免疫功能。[7]皮肤接触芥子气后，局部渐渐出现红斑。眼睛染毒出现炎症，可引起结膜炎，合并感染可成脓性。经呼吸道吸入容易使呼吸道黏膜受损坏死，出现剧烈的咳嗽并有黏稠浓痰。[1][8]神经系统早期出现恶心、呕吐，随后有头痛、头晕、烦躁不安。极端严重中毒的伤员有阵发性惊厥、谵妄和神志不清，以后出现全身肌肉松弛、麻痹、以致死亡。心血管系统早期心跳加快、心音亢进、血压升高及期外收缩等。严重者心跳变慢、心律失常、内脏血管麻痹扩张出现丝状脉、血压下降或虚脱，乃至严重循环衰竭。泌尿系统中毒严重者可见急性中毒性肾炎，肾小管上皮细胞及肾小球变性。[9]
芥子气与DNA可发生烃化，单烃化则多引起DNA遗传信息障碍，与致突变、致癌、致畸等遗传毒性密切相关。[10]2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单中，硫芥子气属于1类致癌物。[11]
相关历史
1822年，德斯普雷兹（Desprez）发现了芥子气。1886年德国的梅耶（Meillet，Antoine）首先用β，β，-二氯乙基硫代物与氯化氢气体进行人工合成，他发明的合成方法至今仍是芥子气最重要的合成方法之一。[4][6]在第一次世界大战中已被德国军队制成毒气弹使用。[6]
一战后期，德国首先使用芥子气，引起交战各方纷纷效仿。据统计，一战因毒气伤亡人数达到130万，88.9%是因芥子气中毒。在第一次世界大战中，各交战国共生产芥子气13500吨，其中12000吨用于实战。最为著名的伤害案例是，当时身为巴伐利亚步兵班长的阿道夫·希特勒，被英军的芥子气炮弹毒伤，眼睛曾一度失明。芥子气不仅杀伤力大，而且受害者会受到极大的痛苦和折磨。所以它早在第一次世界大战时就被世界各国定为非人道主义武器，也为《日内瓦公约》所明文禁止。[6]
但历史上最惨烈的一次芥子气伤害事件发生在意大利的巴里港。1936年，德军飞机击中了一艘停泊在这里的美军运输船，船上秘密存放着100吨芥子气。毒气泄露之后与油料混合污染了海面，毒雾笼罩在城市上空，造成近两千名不明真相的市民死亡，后人将这个事件称为芥子武器发展初期发生的“最惨烈的大试验”。惨剧发生后，包括12个民族的40具典型受害者尸体被军方运走进行研究。[6][12]
第二次世界大战期间，除侵华日军外，其他战场均未使用化学武器。日军在中国18个省的战场上使用了毒气弹，造成中国军民大批伤亡。日本投降前，日军又将大量毒气弹隐藏，随时可能会给公众带来危害。[12]20世纪90年代，联合国通过的《禁化武公约》中还明确了此类化学武器遗弃国必须承担相应的责任。[6]
2003年8月4日，在中国齐齐哈尔市某一建筑工地内挖出5个铁桶致使1人当场受伤，自此，在不到1个月的时间内先后有40余人中毒。经专家鉴定，这几个铁桶是日军侵华战争时遗弃的化学武器，桶内所装的物质正是此事件的元凶，它就是被称为毒气之王的军事毒剂——芥子气。[4]
生理代谢
芥子气经不同途径吸收进入血流后能广泛分布于体内各组织。根据鼠、兔、狗的实验，其中以肾、肺、肝含量最多，骨髓中的含量很少，但后者的变化却很显著说明骨髓对芥子气是很敏感的。其它器官和脂肪组织对芥子气无选择性蓄积作用。给小鼠和大鼠注射含有S35的芥子气后，大部分S35主要以二羟二乙硫醚的形式从尿中排出体外。[13]
芥子气在体内有多种代谢途径。芥子气可与脱氧核糖核酸（DNA）、核糖核酸(RNA）、某些蛋白质、酶等起反应，形成烃化产物。芥子气也可直接与谷胱甘肽作用成结合体排出体外，或在机体内经水解、氧化等反应后产生硫代二乙醇、芥子亚碱砜、硫代二乙酸、硫代二乙酸砜等代谢产物以及这些化合物与谷胱甘肽或半胱氨酸的结合体。少部分芥子气可转变成乙磺酸、磺基醋酸及无机硫酸盐等。原形芥子气在体内存留时间很短，狗交叉循环实验证明血液中游离芥子气存留时间不超过半小时，在体外37℃血液中半水解时间为十几分钟。[14]
中毒机制
芥子气可对体内多种酶产生作用，特别是对己糖磷酸激酶。抑制后可影响糖的酵解和转化，引起糖代谢障碍和组织营养失调，使机体抵抗力减低，易发生继发感染。[7]
可与蛋白质和氨基酸上的许多功能基团，如酸基、氨基、巯基等相互反应，使蛋白质变性，影响机体的免疫功能。[7]
芥子气与DNA的多个碱基部位可发生烃化，DNA烃化损伤的毒理学作用主要有细胞毒性及遗传毒性。而单烃化则多引起DNA遗传信息障碍，与致突变、致癌、致畸等遗传毒性密切相关。[10]芥子气本身就是一种细胞毒，细胞周期中的S、G2期最敏感，M期相对差些。它可抑制细胞有丝分裂，引起染色体损伤，出现断裂、畸变等。而对细胞的作用是引起机体损伤的基础，对增殖旺盛的细胞如淋巴、造血、生殖细胞等尤为敏感。所以芥子气是一种较强的细胞诱变剂，使细胞的突变和癌变率增高，故称作“拟辐射性物质”。[7]2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单中，硫芥子气属于1类致癌物。[11]
大剂量中毒时，可使中枢神经系统先兴奋后抑制，以后转入全身肌肉麻痹（通过刺激皮肤化学感受器引起兴奋冲动，通过传入神经传向中枢部位，再沿传出神经反应器引起中毒部位血管充血扩张，使通透性增高）。[7]
临床表现
较大面积皮肤、消化道食入和呼吸道吸入染毒，都可引起全身吸收中毒。潜伏期后出现不同程度的神经、消化、血液和心血管系统症状和体征。早期有恶心、呕吐、食欲不振、头痛、头晕。外周血白细胞总数暂时增加，2~3天后迅速减少。中毒越严重，白细胞减少越明显，细胞质量改变和淋巴细胞减少亦越明显。严重中毒时心律失常，血压下降，白细胞极度减少，红细胞和血小板也明显减少。中性粒细胞和淋巴细胞形态上可见核浓缩、核破裂、异形，胞浆空泡或中毒颗粒。[8]
皮肤损伤：皮肤损伤常发生在身体的暴露处及会阴、腋窝、胸窝等皮肤薄嫩而敏感部位。液态比气态芥子气染毒引起的损伤潜伏期短且严重。潜伏期后出现红斑，损伤轻时红斑逐渐减退，损伤重时通常于红斑期后出现水疱，数日后水疤破裂形成溃疡。严重损伤时可不发生水疤，直接形成凝固性坏死。[8]液态芥子气对人皮肤损伤分五种类型：红斑、浅Ⅱ度水疱、深Ⅱ度水疱、深Ⅱ度坏死痂、Ⅲ度坏死痂（少见）。一般以红斑及水疱性病变为多见。气雾态芥子气对人皮肤损伤的严重程度与浓度及接触时间长短有关，以红斑损伤为多见，但也可产生水疱性病变。[15]
眼损伤：眼睛对芥子气比皮肤和呼吸道更为敏感。眼中毒一般由蒸气或雾状芥子气所引起，极少数由液滴状芥子气直接溅入眼内所致。潜伏期后出现不同程度的结膜炎、眼睑炎和角膜炎等症状，液滴态染毒常致重度中毒，可引起虹膜睫状体炎，角膜溃疡、坏死，甚至穿孔，但重度少见。[8][7]
呼吸道损伤：呼吸道损伤是由于吸入芥子气蒸气或雾滴引起，损伤程度取决于毒剂浓度和接触时间。上呼吸道损伤程度一般较下呼吸道重。潜伏期后，中毒症状为急性鼻咽喉炎、气管炎和支气管炎等症状。严重时可致出血和假膜性气管、支气管炎。[8]
消化道损伤：消化道损伤主要由于误服芥子气染毒水或食物所引起，重度皮肤及呼吸道吸收中毒也可见到有消化道症状。经口中毒的特点是损伤上消化道，以胃为主。非经口吸收中毒的特点是损伤下消化道，以小肠为主。[8][7]
神经系统：早期出现恶心、呕吐，随后有头痛、头晕、烦躁不安。继则情绪低落、抑郁寡言、神情淡漠、反应迟钝、无力和嗜睡等。严重中毒伤员，可能出现类似休克的情形；极端严重中毒的伤员有阵发性惊厥、谵妄和神志不清，以后出现全身肌肉松弛、麻痹、以致死亡。[9]
心血管系统：早期心跳加快、心音亢进、血压升高及期外收缩等。严重者心跳变慢、心律失常、内脏血管麻痹扩张出现丝状脉、血压下降或虚脱，乃至严重循环衰竭。[9]
泌尿系统：中毒严重者可见急性中毒性肾炎，肾小管上皮细胞及肾小球变性。尿量减少，出现蛋白尿、管型尿及血尿。[9]
后遗症：芥子气中毒后可遗留有多种后遗症。如：皮肤损伤后可引起过敏现象，再次染毒时可出现麻疹样皮炎，在原损伤区附近产生湿疹样皮炎；皮肤疤痕形成可引起功能障碍如损伤肢体的运动障碍、尿道狭窄、包皮与龟头粘连等；中、重度眼损伤可遗留结膜炎、角膜炎、角膜溃疡、视力减退乃至失明。芥子气迟发效应，可使癌变和畸变率增高。症状特点：无防护人员常在数小时潜伏期后相继出现眼、呼吸道和皮肤损伤，甚至伴有神经、血液和消化系统损伤的临床表现。[8]
医药领域
芥子气可以用于治疗银屑病时，虽然显效快，皮损在1周左右就能消退，但复发也快，而且多次使用后会使皮损变得顽固，缓解期缩短，皮疹加重，甚至可产生红皮病。大面积外涂时，因能被吸收而产生肾脏损害，长期应用有致突变、致畸的作用。因此，这类药物虽然短期应用效果较好，但临床上已很少应用，也不作为银屑病治疗的一线药物，仅用于局部增厚明显、其他药物治疗不佳的斑块，并和内服药物等联合治疗。[16]
最早的有效抗癌药物之一正是在研究芥子气时发现的。很多癌症的化学疗法都是通过杀死快速分裂的细胞来发挥作用的，而分裂速度快正是癌细胞的特点之一。不过，这些化学试剂也会同时杀死那些分裂速度快的健康细胞，如毛囊、消化道、骨髓中的细胞等。令人意外的是抗癌药物的发现过程，第二次世界大战时有1000多人意外接触了美国制造的芥子气，而最早的有效抗癌药物之一正是美国药理学家艾尔弗雷德·吉尔曼（Alfred G. Gilman）和路易斯·古德曼（Louis S Goodman）在秘密研究芥子气时发现的。他们发现这种化学武器可以伤害快速增长的白细胞，因此科学家推测，这或许对特定的淋巴瘤（特定白细胞的癌症）有疗效。[17]
物理性质
芥子气纯品为无色至黄色油状液体或晶体，有大蒜或芥末气味，工业用品呈褐色或黑色，气味更浓烈。熔点为13.5℃，沸点为216℃，闪点为105℃，挥发度小，液体密度为1.27g/cm3，气体密度为5.5g/cm3，渗透性强，能渗透皮肤、布、皮革、橡胶、塑料等。微溶于水，25℃时水中的溶解度为0.0068g/100mL（难溶），易溶于醇、苯、醚、脂肪、二硫化碳、含氯溶剂等。[4][3]
水解反应
升温和加碱都能促进芥子气的水解，因此可以通过加碱煮沸法对芥子气污染的物品消毒。[5]
氧化反应
氯化反应
分子结构
芥子气为双功能烃化剂，化学结构中含有二价硫原子和2个β-氯乙基。硫原子具有2对未共用的电子，呈正诱导效应，是电子供体；而β-氯乙基的氯原子电负性（3.0）较强，呈负诱导效应，是电子受体。由于正负诱导效应，硫原子上未共用电子对沿着氯原子诱导效应的方向移动，促进氯离子分离。所以，溶解于水或体液等极性溶液中的芥子气分子迅速离解，内部电子重新排列环化形成流离子。这种中间体具有很强的亲电子性，链性强，活性高，反应速度快、比率高。极易与生物大分子的亲核性原子（N、S、O等）起烃化作用，形成以共价键结合的不可逆的烃化产物。[18]
化学比色法
①γ-(4-硝基苄基)-吡啶法：在一定条件下，芥子气能使吡啶及其衍生物，如γ-(4-硝基苄基)-吡啶烃化，烃化产物在碱性条件下呈蓝紫色。加温使反应加速。如将γ-(4-硝基苄基)-吡啶制成高氯酸盐，反应产物用苯提取变成红色产物可提高检定灵敏度。用双吲哚基吡啶基甲烷类化合物灵敏度更高。[15]
②麝香草酚酞法：芥子气在碱性溶液中与麝香草酚酞在加热条件下作用生成橙黄色化合物可用于芥子气的定量测定。[15]
③硫腺-镍盐法：芥子气使硫脲烃化，形成季铵化合物，后者在弱碱条件下分解成相应的硫醇，硫醇在氨溶液里和镍盐结合生成红色络合物，反应在加热条件下进行。[15]
④三氯化金（或铂）法，芥子气与三氯化金反应得黄色化合物。反应时常加入少量氯化钯。在二价铂盐或四价铂盐的水溶液中与芥子气生成紫色络合物。[15]
⑤有机磷化合物转化法：由于芥子气是一亲核试剂，而有机磷化合物是一亲电子试剂，两者易结合为一新的胆碱酯酶抑制剂，如用有机硫赶磷酸酯银盐与芥子气形成胆碱酯酶抑制剂的时间只需1~5min。检定方法同神经性的生化反应法。[15]
⑥由⑤得到的生成物可用氯化汞与氰化钾裂解为硫醇，而硫醇可以催化乙酰水杨酸为水杨酸。再以三氯化铁检定水杨酸以检定芥子气。[15]
上述化学比色法①、②和⑤、⑥的灵敏度，均可达到饮水安全浓度的规定。[15]
色谱分析法
①纸层析法：最适于尿排泄液中芥子气及其代谢产物的分离。[15]
②薄层层析法：可作芥子气与硫代双乙二醇或其他杂质的分离。用硅胶G薄层，展开剂为氯仿:丙酮（50:40），显色剂为1%高锰酸钾溶液（在6%碳酸钠溶液中）。在红色背景上可见一黄色斑点。如用碘铂酸钾作喷洒剂，在白色背景上显蓝绿色斑点。[15]
③气液色谱法：用3%琥珀酸二甲酯的环己烷液，作固定相的100—120目Gas-ChromG柱，在120℃柱温，火焰离子化检定器，热导池及硫火焰光度计等检定器以分离芥子气及其水解产物。[15]
④气液色谱-质谱法也可用作以上分离与检定。[15]
红外光谱法
芥子气的功能基在红外光谱上1220-1450cm-1和 2800—3000cm-1处为-CH伸展振动，710cm-1处显脂肪族C-CI强吸收峰。[15]
合成方法
芥子气的学名是β,β′-二(2-氯乙基)硫醚，因带有芥子的气味而俗称芥子气。其制备方法如下：[19]
安全标识
象形图[1]
GHS 危险性说明[1]
H300 （100%）：吞咽致命 [危险 急性毒性，经口]
H310 （100%）： 皮肤接触致命 [危险 急性中毒，皮肤]
H315 （100%）：引起皮肤刺激 [警告皮肤腐蚀/刺激]
H319 （100%）：引起严重的眼睛刺激 [警告：严重的眼睛损伤/眼睛刺激]
H330 （100%）：吸入致命 [危险 急性中毒，吸入]
H335 （100%）：可能引起呼吸道刺激 [警告 特异性靶器官毒性，单次暴露;呼吸道刺激]
急救措施
一旦怀疑或确诊为芥子气中毒，迅速脱离现场，将伤员移至通风良好无毒处，脱去衣物，并用温水冲洗全身。[20][7]
皮肤清洗 脱去污染的衣物，置塑料袋中，有毒剂时先用吸水纸或纱布去毒汁，立即用水冲洗污染皮肤，最好用温水冲洗，有条件时用消毒液进行消毒，20%二氯胺乙醇溶液或1:5漂白粉浆、1:10次氯酸钙悬浮液、漂白粉和滑石粉1:1混合粉剂，为减少皮肤刺激，消毒10min后，再用水冲洗。立即就医。[20][7][1]
眼睛的清洗 眼睛染毒后要立即清洗，可用清水或生理盐水冲洗，也可用2%碳酸氢钠、0.5%氯胺冲洗液，以减轻化学损伤。冲洗时越快越好，否则效果不佳。立即就医[20][7][1]
呼吸道和消化道的清洗 立即用清水漱口和冲洗鼻咽部，也可用2%碳酸氢钠、0.5%氯胺水溶液漱口和清洗鼻咽部。立即就医[20][7][1]
参考资料 20
- Mustard gas | C4H8Cl2S | CID 10461 - PubChem — PubChem
- 芥子气 — 中国大百科全书
- 芥子毒气 — 国际化学品安全卡
- 参考 4
- 参考 5
- “8.4”中毒事件元凶:“毒气之王”芥子气 — 新浪网
- 参考 7
- 参考 8
- 参考 9
- 参考 10
- 世界卫生组织国际癌症研究机构致癌物清单 1类致癌物清单(共120种) — 绍兴市市场监督管理局
- 参考 12
- 参考 13
- 参考 14
- 参考 15
- 参考 16
- 参考 17
- 参考 18
- 参考 19
- 参考 20