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纳粹德国的化学武器研究

 QG8622 2020-10-11

第一次世界大战硝烟散尽,德国是落难的凤凰不如鸡,趴在地上让英法尽情收拾。但德国赖以起家的工业体系并没有伤到根基,蒂森-克虏伯、西门子之类巨头还是活着,尽管不那么舒坦了。这其中也包括了第二帝国最大的化工企业法本工业集团(I.G. Farben AG)。

格哈德.施拉德(Gerhard Schrader)博士毕业于布伦瑞克工业大学化学系,在法本集团下属的拜耳公司工作。

1936年末,他领导的研究组正在位于勒沃库森的实验室研究杀虫剂。首先研究含氟化合物,如酰基氟化物、磺酰氟化物、氟乙醇衍生物和氟乙酸衍生物。由于效果一般,他转向了有机磷化合物,看看切断神经系统传递作用是不是有戏。12月23日,他合成了一种化合物二甲氨基氰膦酸乙酯,很快发现这货的毒性特别大,在浓度仅为百万分之五(5ppm)时就能杀死实验中使用的所有叶虱。1937年初,正在进行生产性试验的施拉德和助手都中了这货的招。他的第一个症状是在人工照明下视力锐减,这让他无法在灯下看书,天黑后也别想开车回家了。极少的一点毒液就能使人瞳孔急剧缩小,呼吸困难。他和助手都在家躺了三个礼拜才算捡回条命。于是,第一种神经毒剂,当时世界上最具毒性的化学战剂,“塔崩(Tabun)”就此露出了狰狞面目。

塔崩等神经毒剂的机理是与生物体内的乙酰胆碱酯酶(AChE)结合。这种蛋白质本来的作用是高效水解生物体内产生的乙酰胆碱(ACh),ACh是一种传出神经系统递质,在治疗重症肌无力和阿尔兹海默症方面都有一定作用;AChE水解ACh使之的浓度不至于过高。但当毒剂与乙酰胆碱酯酶结合并使之失活后,不断分泌的乙酰胆碱在神经-肌肉接头处迅速蓄积,其毒性作用就开始了,它会持续刺激肌肉组织收缩,会出现瞳孔缩小等眼部症状、呕吐等消化系统症状。但对人体而言最要命的还是呼吸道的大量分泌物以及呼吸肌强直,会影响肺的通气换气功能导致严重的呼吸衰竭。很快死亡。下图中a为正常情况下的乙酰胆碱酯酶与ACh的作用过程,b为中毒后的ACh作用过程,黑点即为阻断乙酰胆碱酯酶的神经毒剂。

根据1935年纳粹颁布的法令,德国工业界要对所有具备军事潜力的发明保守秘密并立即上报。施拉德奉召到柏林为纳粹军界演示塔崩的威力:吸入塔崩的狗和猴子,瞳孔缩小,口吐白沫,肌肉抽搐,呕吐、腹泻,在10-15分钟内惊厥而死。而且,这种毒剂无色无味,既可通过呼吸也可通过皮肤接触作用于人体。正在重整军备的纳粹德国立即意识到了这种化合物作为毒气的巨大前景。

1939年,塔崩试验工厂在蒙斯特拉格建立,靠近劳布卡默的德军训练场。1940年1月,德国开始在靠近奥得河的Dyernfurth am Oder(现波兰的Brzeg Dolny)建设代号为Hochwerk的大型秘密化学武器工厂,长1英里半,宽半英里。在随后的三年(1942年至1945年),总共生产了12000吨塔崩,其中2000吨装填入炮弹,1000吨装填入航弹。二战结束时,苏军缴获了大量的塔崩。

由于塔崩的毒性巨大,又是第一次工业化生产,调试和生产过程中磕磕绊绊,险象环生,不断出人命。该厂设计产量每个月3000吨毒剂,但实际年产量平均下来也就4000吨。工人操作时都带上防毒面具,穿着专用防护服,防护服里夹着两层橡胶,每穿上十次就要换一次橡胶夹层。有染毒嫌疑的人员要把衣服在碳酸氢钠溶液中浸泡。在1942年4月投产前,工厂就发生了300多次中毒事件。投产后,至少有10人中毒而死:有四个管道清洁工清扫管道时,由于大量塔崩流到他们身上而死。另一次,两升的塔崩浇到一个工人脖子上,两分钟后死去。还有一次,七名工人吸入了液态塔崩的蒸汽,立即开始头晕、呕吐,为了呼吸顺畅扯下了防毒面具,反而吸入了更多毒气。最终五人死亡。

至于施拉德本人,他被立即调往鲁尔工业区的埃尔伯费尔德工厂,从事“秘密的有机磷化合物的研究工作”。二战中,他和同事试验了大约2000种新的有机磷酸化合物,包括1938年的沙林(Sarin)和1944年的第三种经典神经毒剂梭曼(Soman)。

沙林这一名称是以施拉德和奥托.安布罗斯(Otto Ambros)、G.吕第格(Gerhard Ritter)、范·德·林德(Van der Linde)等该毒剂研制生产中关键四人姓氏中的字母凑成的。其中安布罗斯不仅是法本集团的董事,也被希特勒视为化学战顾问,战后因为向集中营毒气室提供齐克隆B被判刑,旋又被美军释放。沙林不光毒性3倍于塔崩,且其挥发性是目前所有神经毒剂中最强的,很适合短时间大面积使用。美苏军队都大量装备。这也是1994-1995年间日本的奥姆真理教挑选它作为恐怖袭击工具的原因。

梭曼是1938年诺贝尔奖得主理查德.库恩合成的,其毒性更强(2-4倍于沙林),而且更不易治疗。原因是梭曼的烷氧基较大,能遮盖乙酰胆碱酯酶的负性部位,造成空间障碍。在使用酶重活化剂解毒时,梭曼庞大的烷氧基能阻碍重活化剂与酶的负性部位结合,使得梭曼中毒酶难以重活化,对梭曼中毒疗效差。

后来这三种神经毒剂统称为G类战剂,G表示德国,GA是塔崩,GB是沙林,GD是梭曼。

不过,沙林的制造并未大规模展开,1945年二战结束前,试验工厂只生产了约0.5吨沙林。至于梭曼,则只有配方,还谈不上组织生产。这些工厂及资料都随着维斯瓦-奥得河战役时苏军的迅速推进而换了主人。

当德国人甩开膀子大干之际 ,其它大国的化学战剂研究单位比如美国的迪特里克堡、英国的波顿实验室还蒙在鼓里,都在芥子气上琢磨新花样,殊不知德国人已经把他们远远抛在了身后。客观的看,和一战相同,二战中的德国再度站到了化学武器发展的潮头上。

那么,希特勒为什么没在二战中动用这些秘密武器呢?

人说因为希特勒自己在一战时中过芥子气的毒,比较反感化学武器。但希特勒在战争后期已经在认真考虑动用神经毒剂挽救败局。他曾经就这个问题咨询过安布罗斯,但后者强烈反对使用毒剂,理由是德国化学专家认为盟军方面已经掌握神经毒剂技术。证据之一是:有机磷化合物并不是新事物,1903年俄国化学家阿尔布佐夫(那时候阿氏才26岁,还在喀山大学攻读硕士学位,后来成为有机磷化学奠基人之一)已经提出了著名的阿尔布佐夫反应原理:三价磷化合物在卤代烷的影响下,转变为五价磷化合物的反应。而沙林和梭曼的前体甲基膦酸二甲酯就是利用了阿尔布佐夫反应制备的。因此,对于军事强国而言,神经毒剂的制备原理确实并无秘密可言。另一个证据是在二战前,美国突然不再发表神经毒剂相关领域的论文了,这让德国化学战专家疑窦丛生,认为这是掩盖毒剂研制的有意之举。美国倒也是为了掩盖,但不是神经毒剂,而是有机磷农药。在战争结束后,塔崩毒剂炮弹被拿到波顿实验室分析,这可让美英化学战的兖兖诸公们出了洋相,也算开了眼。

总之,由于德国人不了解对手的底细,最终没敢动用手中的独门兵器。

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