A mustárgáz vagy kén-mustár egymáshoz köthető citotoxikus és hólyaghúzó harci vegyületek osztálya, amelyek azzal a képességgel rendelkeznek, hogy nagy hólyagokat okoznak a nekik kitett bőrfelületen és a tüdőben. A tiszta kén-mustárok szobahőmérsékleten színtelen, viszkózus folyadékok. Amikor szennyezett formában használják, mint például harci anyagként; általában sárgás-barna színű, mustárra, fokhagymára és tormára emlékeztető szaga van; innen ered az elnevezése is. A mustárgázhoz eredetileg a LOST nevet társították, mivel Wilhelm Lommell és Wilhelm Steinkopf dolgozta ki a császári német hadsereg számára történő nagyüzemi termelés módszerét, 1916-ban.
A mustár-vegyületeket az 1993-as Vegyifegyver-tilalmi Egyezmény (CWC) szabályozza. Az egyezmény a vegyi anyagok három osztályát különbözteti meg, a kén- és nitrogén-mustárok az 1. csoportba tartoznak, a kizárólag vegyi hadviselésre használt anyagok közé. A mustár-származékokat a csatatéren tüzérségi lövedékek, légibombák, rakéták segítségével vagy katonai repülőkről permetezve lehet bevetni.
Szintézise A mustárgáz egy szerves vegyület, amelynek kémiai képlete: (Cl-CH2CH2)2S. A Depretz-módszer szerint, kén-dikloridot etilénnel kezelve kén-mustár szintetizálódik: SCl2 + 2 C2H4 → (Cl-CH2CH2)2S
A Levinstein-eljárásban ezzel szemben kén-monokloridot használnak: 8 S2Cl2 + 16 C2H4 → 8 (Cl-CH2CH2)2S + S8
A Meyer-módszer során klóretanolból és kálium-szulfidból tiodiglikolt állítanak elő, majd ezt foszfor-trikloriddal klórozzák: 3 (HO-CH2CH2)2S + 2 PCl3 → 3 (Cl-CH2CH2)2S + 2 P(OH)3
A Meyer–Clarke-módszerben, a PCl3 helyett tömény sósavat (HCl) használnak klórozásra (erre a célra tionil-kloridot és foszgént szintén felhasználnak): (HO-CH2CH2)2S + 2 HCl → (Cl-CH2CH2)2S + 2 H2O
Normál hőmérsékleten viszkózus folyadék. A tiszta vegyület olvadáspontja 14 °C (57 °F), és forrás előtt 218 °C (424,4 °F) fokon bomlik.
A mérgezés mechanizmusa A vegyület molekulán belüli nukleofil szubsztitúció révén könnyen eliminál egy kloridiont, és egy ciklikus szulfóniumiont képez. Ez a nagyon reaktív közbenső láncszem hajlamos a DNS-szálban lévő guanin nukleotid folyamatos alkilálására, amely megakadályozza a sejtosztódást, és általában közvetlenül programozott sejthalálhoz vezet,Mustard agents: description, physical and chemical properties, mechanism of action, symptoms, antidotes and methods of treatment. Organisation for the Prohibition of Chemical Weapons. Accessed June 8, 2010. vagy ha a sejthalál nem azonnali, akkor a károsodott DNS rák kialakulásához vezethet. A kén-mustár rosszul oldódik a vízben, ellenben nagyon jól oldódik zsírokban; ez hozzájárul a bőrbe történő gyors felszívódásához.
Tágabb értelemben minden olyan vegyületet mustárnak neveznek, amelynek szerkezete BCH2CH2X alakú, ahol az X bármilyen távozó csoport, és a B egy Lewis bázis. Az ilyen vegyületek ciklikus ionokat alkothatnak, amelyek jó alkiláló szerek. Ilyen például a bisz-(2-klóretil)-éter; a (2-haloetil)-aminok (nitrogén mustárok); és a kén-szeszkvimustár, amely két α-klóretil-tioéter csoport (ClH2C-CH2-S-) amiket egy etilén (-CH2CH2-) csoport köt össze. Ezek a vegyületek hasonló módon képesek alkilálni a DNS-t, de a fizikai tulajdonságaik, például az olvadáspontjaik eltérőek.
Fiziológiai hatásai
A mustárgáz rendkívül erős hólyaghúzó hatást vált ki az áldozatain. Emellett, az alkiláló tulajdonságának köszönhetően erősen mutagén és karcinogén; valamint lipofil (zsíroldható). Mivel a mustárgáznak kitett személyek ritkán szenvednek azonnali tüneteket, és mert a mustárral szennyezett területek teljesen normálisnak tűnnek; az áldozatok anélkül kapnak nagy dózist, hogy tudatában lennének a vegyület jelenlétének. A mustárgáznak való kitettség után 24 órán belül intenzív viszketés és bőrirritáció tapasztalható, amely fokozatosan alakul át sárga folyadékkal telt nagy hólyagokká azokon a helyeken, ahol a mustár érintkezett a bőrrel. Ez a kémiai égés, amely nagyon súlyos egészségkárosodással jár. A mustárgáz gőzei könnyen áthatolnak a ruházati anyagokon, úgymint a gyapjún, a pamuton, így nemcsak a szabadon lévő bőrfelület, hanem az áldozatok akár teljes testfelszíne is megéghet. Ha a vegyület az áldozat szemét éri, az fájni kezd; kezdve a kötőhártya-gyulladással, majd a szemhéjak megduzzadása átmeneti vakságot idéz elő. Pupillaszűkület is előfordulhat, ami valószínűleg a mustár kolinomimetikus tevékenységének eredménye.004 Vesicants Nagyon nagy koncentrációban belélegezve a mustárgáz vérzést és hólyagosodást okoz a légzőrendszerben, károsítja a nyálkahártyát és tüdőödémát okoz. A szennyeződés szintjétől függően, a mustárgáz első és másodfokú égési sérüléseket okoz, de ezek sokszor annyira súlyosak, torzítóak és veszélyesek, mint a harmadfokú égési sérülések.Effects of mustard gas, WW1|Gas Warfare Medical Aspects|World War II Resource Centre. Vlib.us (2004-08-23). Hozzáférés ideje: 2011-05-29. A súlyos mustárgáz okozta égések (azaz amikor az áldozat testfelületének több mint 50%-a megégett) gyakran halálos kimenetelűek; ami néhány nappal vagy akár héttel később következik be. Az enyhe vagy közepesen súlyos mustárgáz-égések sokkal kevésbé halálosak, de az áldozatok hosszú ideig orvosi kezelést, és a teljes felépülés előtt lábadozást igényelnek. A mutagén és karcinogén hatások azt jelentik, hogy a mustárgáz égésből teljesen felépült áldozatoknak a rák fokozott kockázatával kell szembenézniük a későbbi életükben.
thumb|right|Hólyaghúzó anyag okozta hólyagok az alkaron A bőr károsodása povidon-jód (Betadine) alkalmazásával csökkenthető, de mivel a mustárgáznak kezdetben nincsenek tünetei, ezért a bőrirritáció kezdetéig nem ismerhető fel a gáznak való kitettség; ekkor pedig már túl késő ellenlépéseket tenni. A mustárgáz hólyaghúzó tulajdonságát oxidációval vagy klórozással lehet semlegesíteni; háztartási fehérítő (nátrium-hipoklorit) vagy például a "DS2" fertőtlenítőoldat (2% NaOH, 70% dietiléntriamin, 28% etilén-glikol-monometil-éter) használható. Az áldozat sebeinek kezdeti fertőtlenítése után az orvosi kezelés hasonló, mint bármely más hagyományos égési sérülés esetén. Az áldozat által érzett fájdalom nagysága és a diszkomfort is összehasonlítható a hagyományos égési sérüléssel. A mustárgáz okozta égési sebek lassan gyógyulnak, és hasonlóan más típusú égésekhez, fennáll a kórokozók – például a Staphylococcus aureus és a Pseudomonas aeruginosa – okozta szepszis kockázata.
Egy első világháborús brit nővér, aki mustárgáz-égéses katonákat kezelt, így írt erről:
Készítmények A történelem során a kén-mustárok különböző típusai és keverékei álltak alkalmazásban. Ezek a következőek: H – Ismert még HS (Hun Stuff) vagy Levinstein mustár néven. A gyors, de piszkos Levinstein-féle gyártási folyamat feltalálójáról nevezték el. Az eljárás során ellenőrzött körülmények között száraz etilént és kén monokloridot reagáltatnak. A desztillálatlan kén-mustár 20-30% szennyeződést tartalmaz, ezért nem tárolják olyan körültekintően, mint a HD-t. Továbbá mivel elbomlik, megnöveli a gőznyomást a lőszer belsejében, ezzel képes előidézni annak varrat menti szétrepedését, és a kén-mustár légkörbe jutását. HD – Brit kódneve Pyro, amerikai kódneve Distilled Mustard. Desztillált kén-mustár (bisz (2-klóretil)-szulfid); mintegy 96%-os tisztaságú. A "mustárgáz" kifejezés általában erre a kén-mustár variánsra utal. Egy sokat használt szintézisének alapjául a tiodiglikol sósavval történő reakciója szolgál. HT – Brit kódneve Runcol, amerikai kódneve Mustard T- mixture. 60% kén-mustár (HD) és 40% T (bisz [2-(2-klóretiltio)etil]-éter) keveréke, amely utóbbi egy alacsonyabb fagyáspontú, alacsonyabb volatilitású és hasonló hólyaghúzó jellemzőkkel bíró, rokon hólyaghúzó vegyület. HL – Desztillált mustár (HD) és lewisite (L) keveréke, amelyet eredetileg téli körülmények közé szántak, a tiszta származékokénál alacsonyabb fagyáspontja miatt. A HL lewisite összetevőjét egyfajta fagyállóként használták.The Emergency Response Safety and Health Database: MUSTARD-LEWISITE MIXTURE (HL). National Institute for Occupational Safety and Health. Accessed March 19, 2009. HQ – Desztillált mustár (HD) és szeszkvimustár (Q) keveréke (Gates and Moore 1946).
Kén mustárok (osztály) A gyakorta raktáron tárolt kén mustárok teljes listája: + Vegyület Kód Triviális név CAS-szám PubChem Szerkezet bis(2-klóretil)szulfid H/HD mustár 505-60-2 10461 150px 1,2-bis-(2-klóretiltio)-etán Q szeszkvimustár 3563-36-8 19092 200px bis-(2-klóretiltioetil)-éter T o-mustár 63918-89-8 45452 250px 2-klóretil-klórmetil-szulfid 2625-76-5 125px bis-(2-klóretiltio)-metán HK 63869-13-6 195px bis-1,3-(2-klóretiltio)-n-propán 63905-10-2 240px bis-1,4-(2-klóretiltio)-n-bután 142868-93-7 245px bis-1,5-(2-klóretiltio)-n-pentán 142868-94-8 245px bis-(2-klóretiltiometil)-éter 63918-90-1 230px
Története Kifejlesztése A mustárgázt feltehetőleg César-Mansuète Despretz (1798–1863) fejlesztette ki, 1822-ben.By Any Other Name: Origins of Mustard Gas . Itech.dickinson.edu (2008-04-25). Hozzáférés ideje: 2011-05-29. Despretz leírta a kén-diklorid és az etilén reakcióját, de sosem tett említést a reakciótermék irritáló tulajdonságairól, ami vitathatóvá teszi az állítást. 1854-ben Alfred Riche (1829–1908), egy másik francia kémikus megismételte ezt az eljárást, de ő sem írta le a káros élettani tulajdonságait. 1860-ban a brit tudós, Frederick Guthrie szintetizálta és jellemezte a mustárgáz vegyületet, valamint feljegyezte annak irritáló tulajdonságait, különösen ízleléskor. 1886-ban Albert Niemann kémikus – aki a kokain-kémia úttörőjeként ismert – megismételte a reakciót, és feljegyezte hólyaghúzó tulajdonságait. 1886-ban Viktor Meyer közzétett egy tanulmányt, amelyben leírt egy jó hozammal rendelkező szintézist. Ő a 2-klóretanolt kálium-szulfid vizes oldatával kombinálta, majd az ebből származó tiodiglikolt foszfor-trikloriddal kezelte. A vegyület tisztasága jelentősen nagyobb volt, így a kitettséggel járó egészségkárosító hatások is sokkal súlyosabbak voltak. Ezek a tünetek megmutatkoztak az asszisztensén is; annak érdekében, hogy a mentális betegség (pszichoszomatikus tünetek) lehetőségét kizárják, Meyer a vegyületet laboratóriumi nyulakon tesztelte, amelyek közül sok elpusztult. 1913-ban az angol kémikus, Hans Thacher Clarke (aki az Eschweiler–Clarke-reakcióról ismert) miközben Emil Fischerrel Berlinben dolgozott, Meyer formulájában a foszfor-trikloridot sósavra cserélte fel. Clarke égési sérülésekkel két hónapra kórházba került, miután eltört az egyik lombikja. Meyer szerint Fischer a Német Kémiai Társaság (Gesellschaft Deutscher Chemiker) számára a balesetről küldött jelentése indította el a Német Birodalmat a vegyi fegyverek felé. A Német Birodalom az első világháború évei alatt a Meyer–Clarke-eljárásra támaszkodott, mivel abban az időben a német vegyiparifesték-ipar képes volt előállítani a 2-klóretanolt.
Használata thumb|Raklapolt, desztillált kén-mustárt (HD) tartalmazó 155 mm-es tüzérségi lövedékek a Pueblo vegyifegyver-tároló létesítményben. Minden lövedéken látható a megkülönböztető színkód rendszer
A mustárgáz első hadi célú alkalmazására az első világháborúban, a Belgiumban található Ypres mellett került sor 1917. július 12-én a német hadsereg hatékonyan alkalmazta a brit katonák, majd később a második francia hadsereg ellen. Innen ered az yperite elnevezés is. A szövetségesek 1917 novemberéig nem használtak mustárgázt, amikor is a franciaországi Cambraiben lefoglalták a német hadsereg mustárgázlövedék-készletét. A briteknek több mint egy évébe telt, hogy saját mustárgáz-fegyvert állítsanak elő. (A britek egyetlen lehetősége a Despretz–Niemann–Guthrie-eljárás volt). Ezt először 1918 szeptemberében, a Hindenburg-vonal áttöréséhez használták.