루이사이트
1. 개요
루이사이트는 삼염화비소를 아세틸렌에 첨가하여 제조하는 유기 비소 화합물로, 강력한 화학 무기로 사용되었다. 피부에 심각한 수포를 유발하고, 호흡기를 자극하며, 시력 손실 및 실명을 일으킬 수 있다. 제1차 세계 대전 중 개발되었으나, 제2차 세계 대전에서는 주로 부동액으로 사용되었고, 1950년대에 구식으로 선언되었다. 루이사이트는 디메르카프롤로 치료할 수 있으며, 대부분의 비축물은 폐기되었고, 화학 무기 금지 협약에 따라 생산이 제한되었다.
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수포작용제 -
머스터드 황
머스터드 황은 알베르트 니만이 합성하고 제1차 세계 대전에서 사용된 화학 무기로, 피부, 눈, 호흡기에 심각한 손상을 일으키는 수포 형성 물질이며 현재는 화학 무기 금지 협약에 의해 금지되었다. -
수포작용제 -
질소 머스터드
질소 머스터드는 2차 세계 대전 중 림프종 치료 연구를 통해 개발되어 항암 화학 요법제로 발전했으며, DNA 알킬화 작용을 통해 세포 사멸을 유도하는 물질로, HN1, HN2, HN3 등은 화학 무기 금지 협약에 따라 생산과 사용이 제한된다. -
유기 염소 화합물 -
암로디핀
암로디핀은 디히드로피리딘계 칼슘 채널 차단제로, 고혈압과 협심증 치료에 사용되며 혈관을 이완시켜 혈압을 낮추고 심근으로의 산소 공급을 증가시키지만, 말초 부종이나 현기증 등의 부작용이 있을 수 있고 특정 질환에서는 사용이 금지된다. -
유기 염소 화합물 -
케타민
케타민은 NMDA 수용체 길항제로 작용하여 진통, 마취, 항우울 효과를 나타내지만, 정신과적 부작용, 남용 가능성, 장기 사용 시 독성 위험으로 인해 엄격히 규제되는 아릴시클로헥실아민 유도체이다. -
알켄 유도체 -
테스토스테론
테스토스테론은 남성의 고환에서 분비되는 안드로겐 호르몬으로, 단백질 합성 및 조직 성장을 촉진하고 근육량, 골밀도 증가, 2차 성징 발현, 성욕 증진 등에 관여하며, 남성 성선기능저하증 치료 등에 사용된다. -
알켄 유도체 -
리날룰
리날룰은 여러 식물의 정유에서 발견되는 테르페노이드로, 두 개의 거울상이성질체를 가지며 향료 및 향수 산업에서 널리 사용되고 다양한 화학적 유도체 생성에 이용된다.
2. 화학 반응
루이사이트는 적절한 촉매가 있는 상황에서 삼염화비소를 아세틸렌에 첨가하여 제조할 수 있다.
:AsCl3 + C2H2 → ClCHCHAsCl2 (루이사이트)
이 화학 반응은 두 번째 또는 세 번째로 발생할 수 있으며, 루이사이트 2와 루이사이트 3이 부산물로 생성된다.
다른 아르신 염화물들과 비슷하게, 루이사이트는 물에 가수분해하여 염산을 생성한다.
:ClCHCHAsCl2 + 2 H2O → ClCHCHAs(OH)2 + 2 HCl
이 반응은 알칼리 용액에서 빠르게 일어나며, 독성 (비휘발성) 아비산 나트륨과는 부산물이 된다. 루이사이트는 물에서 가수분해되어 염산과 클로로비닐비소산화물(덜 강력한 수포 작용제)을 형성한다. 이 반응은 알칼리 용액에서 가속화되며, 아세틸렌과 삼비산나트륨을 형성한다.
루이사이트는 금속과 반응하여 수소 가스를 생성한다. 가연성이지만 점화하기 어렵다.
3. 작용 기전
루이사이트는 피루브산 탈수소 효소의 E3 구성 성분의 자살 억제제이다. ATP 생성에 필요한 피루브산 탈수소 효소는 피루브산을 아세틸-CoA로 전환하며, 아세틸-CoA는 TCA 회로에 사용된다. 신경계는 포도당만을 에너지원으로 사용하기 때문에 루이사이트에 노출되면 말초 신경계에 문제가 발생한다.
3.1. 인체에 미치는 영향
루이사이트는 피루브산 탈수소 효소의 E3 구성 성분의 자살 억제제이다. ATP를 생성하는 효율적인 방법인 피루브산 탈수소 효소는 피루브산을 아세틸-CoA로 전환하는 데 관여하며, 아세틸-CoA는 이후 TCA 회로에 들어간다. 신경계는 본질적으로 유일한 이화 연료로 포도당에 의존하기 때문에 루이사이트 노출은 일반적으로 말초 신경계 병리를 유발한다.
루이사이트는 일반적인 의류와 라텍스 고무 장갑을 쉽게 관통한다. 피부에 닿으면 즉시 쏘는 듯한, 타는 듯한 통증과 가려움증이 발생하며 24시간 동안 지속될 수 있다. 몇 분 이내에 발진이 생기고 피부를 통해 약제가 흡수된다. 큰 액체로 채워진 수포 (겨자 가스 노출로 인한 것과 유사)는 약 12시간 후에 발생하며 2~3일 동안 통증을 유발한다. 이는 심각한 화학적 화상이며, 노출 후 2~3시간 이내에 피부의 붉은 부위에 작은 물집이 생기면서 시작하여 12~18시간 동안 전체 붉은 부위로 악화된다. 액체 루이사이트는 루이사이트 증기보다 더 빠른 영향을 미친다. 충분히 흡수될 경우 치명적인 간 독성 괴사를 유발할 수 있다.
루이사이트에 노출된 사람은 비소 독성의 일부 특징을 가진 루이사이트 쇼크라고 알려진 난치성 저혈압(낮은 혈압)이 발생할 수 있다. 루이사이트는 모세 혈관을 손상시켜 누출을 유발하여 혈압을 유지하는 데 필요한 혈액량을 감소시키는 저혈량증이라는 상태를 유발한다. 혈압이 낮으면 신장이 충분한 산소를 공급받지 못해 신장 손상을 입을 수 있다.
가장 흔한 노출 경로인 흡입은 호흡기 전체에서 타는 듯한 통증과 자극, 코피(비출혈), 후두염, 재채기, 기침, 구토, 호흡 곤란(호흡 곤란)을 유발하며, 심각한 노출의 경우 치명적인 폐부종, 폐렴, 또는 호흡 부전을 유발할 수 있다. 섭취는 심한 통증, 메스꺼움, 구토 및 조직 손상을 유발한다. 눈 노출의 결과는 쏘는 듯한, 타는 듯한 통증과 심한 자극에서 물집, 각막염 및 눈꺼풀 연축, 눈물흘림, 눈꺼풀 및 안와 주위 부위의 부종에 이르기까지 다양하다. 눈이 부어 감기면서 추가적인 노출로부터 눈을 보호할 수 있다. 루이사이트에 대한 눈 노출의 가장 심각한 결과는 안구 파열 및 실명이다. 일반적인 증상으로는 초조함, 쇠약, 저체온증 및 저혈압이 있다.
루이사이트가 발암성일 가능성이 있다. 비소는 국제 암 연구 기관에서 호흡기 발암 물질로 분류되지만, 루이사이트가 발암 물질임이 확인되지는 않았다.
루이사이트는 냄새 감지 역치보다 낮은 수준에서 호흡기에 손상을 유발하며, 초기 조직 손상은 통증을 유발한다.
가수분해는 클로로비닐아르손산(CVAA)으로 이어진다.
3.2. 치료
영국 항 루이사이트(디메르카프롤)은 루이사이트의 해독제이다. 전신 독성을 예방하기 위해 주사할 수 있지만, 피부, 눈 또는 점막 손상을 예방하지는 못한다. 화학적으로 디메르카프롤은 루이사이트의 비소와 결합한다. 땅콩 알레르기가 있는 사람에게는 금기이다.
루이사이트 노출에 대한 다른 치료법은 주로 보조적인 것이다. 응급 처치는 노출된 부위의 제독 및 치료적 관개로 구성된다. 기도 관리, 보조 환기, 활력 징후 모니터링과 같은 다른 조치가 필요에 따라 사용될 수 있다. 고급 치료 환경에서 보조 치료에는 수액 및 전해질 보충이 포함될 수 있다. 관은 식도를 손상시키거나 천공시킬 수 있으므로 위 세척은 금기이다.
3.3. 장기적인 영향
루이사이트는 피루브산 탈수소 효소의 E3 구성 성분의 자살 억제제이다. 피루브산 탈수소 효소는 피루브산을 아세틸-CoA로 전환하여 ATP를 생성하는 효율적인 과정에 관여하며, 아세틸-CoA는 TCA 회로에 들어간다. 신경계는 포도당을 유일한 이화 연료로 사용하기 때문에 루이사이트에 노출되면 말초 신경계 병리가 발생할 수 있다.
루이사이트에 만성적으로 노출되면 비소 중독과 루이사이트 알레르기가 발생할 수 있다. 또한 결막염, 광선 공포증, 시력 손상, 복시(겹보임), 눈물, 점막 건조, 마늘 냄새, 코와 입의 작열감, 독성 뇌병증, 말초 신경 병증, 발작, 구역질, 구토, 만성 폐쇄성 폐 질환(COPD), 기관지염, 피부염, 피부 궤양, 기저 세포 암종, 편평 세포 암종 등 장기적인 질병이나 영구적인 손상을 유발할 수 있다. 루이사이트를 흡입하면 만성 호흡기 질환이 발생할 수 있으며, 눈에 노출되면 영구적인 시력 손상 또는 실명을 유발할 수 있다.
4. 화학적 조성
루이사이트는 적절한 촉매가 있는 상황에서 삼염화비소를 아세틸렌에 첨가하여 제조할 수 있다.
:AsCl3 + C2H2 → ClCHCHAsCl2 (루이사이트)
이 화학 반응은 두 번째 또는 세 번째로 발생할 수 있으며, 루이사이트 2와 루이사이트 3이 부산물로 생성된다.
다른 비소 염화물과 마찬가지로 루이사이트는 물에서 가수분해되어 염산과 클로로비닐비소산화물(덜 강력한 수포 작용제)을 형성한다.
:ClCHCHAsCl2 + 2 H2O → ClCHCHAs(OH)2 + 2 HCl
이 반응은 알칼리 용액에서 더 빠르게 일어나며, 아세틸렌과 삼비산나트륨을 형성한다.
루이사이트는 금속과 반응하여 수소 가스를 생성한다. 수소 가스는 불에 탈 수 있지만, 루이사이트 자체는 점화하기 어렵다.
루이사이트는 비소 염화물에 다양한 수의 비닐 클로라이드 그룹을 가진 분자의 혼합물일 수 있다. 루이사이트 자체(2-클로로비닐아르소노스 이염화물)와 함께, 비스(2-클로로비닐)아르시노스 클로라이드 (루이사이트 2) 및 트리스(2-클로로비닐)아르신 (루이사이트 3)이 존재한다. 또한, 때로는 이성질체 불순물이 존재한다: 루이사이트 자체는 대부분 트랜스-2-클로로비닐아르소노스 이염화물이지만, 시스 입체 이성질체와 구조 이성질체 (1-클로로비닐아르소노스 이염화물)도 존재할 수 있다.
실험 및 계산 연구 모두 트랜스-2-클로로 이성질체가 가장 안정적이며, 탄소-비소 결합은 비소의 고립 전자쌍이 비닐 그룹과 대략 정렬되는 입체 이성질체를 갖는다는 것을 발견했다.
5. 역사
루이사이트는 1904년 율리우스 뉴랜드가 박사 학위 연구를 하는 동안 합성했다. 그의 논문에서 그는 아세틸렌과 삼염화비소의 반응을 기술했는데, 이 반응으로 루이사이트가 생성되었다. 이 화합물에 노출된 뉴랜드는 며칠 동안 입원해야 할 정도로 심하게 아팠다.
루이사이트는 미국의 화학자이자 군인이었던 윈포드 리 루이스(1878–1943)의 이름을 따서 명명되었다. 제1차 세계 대전에는 사용되지 않았지만, 영국은 1920년대에 이를 "죽음의 이슬"로 실험했다.
제1차 세계 대전 이후 미국은 루이사이트가 가연성이 없다는 점에 관심을 갖게 되었다. 2001년, 워싱턴 D.C.의 제1차 세계 대전 무기 폐기장에서 루이사이트가 발견되었다.
2023년 7월, 우크라이나군 대변인은 바흐무트 전투에서 러시아군의 포격이 루이사이트를 포함하여 우크라이나군에게 메스꺼움, 구토, 일부 경우에는 의식 불명 등의 증상을 유발했다고 주장했다. 그러나 샘플 분석 정보는 공개되지 않았다.
5.1. 개발 및 사용
루이사이트는 1904년 율리우스 뉴랜드가 박사 학위 연구 중에 처음 합성했다. 그는 아세틸렌과 삼염화비소의 반응을 통해 루이사이트를 생성하는 방법을 논문에 기술했다. 이 화합물에 노출된 뉴랜드는 며칠 동안 입원해야 할 정도로 심각한 증상을 겪었다.
루이사이트는 미국의 화학자이자 군인이었던 윈포드 리 루이스(1878–1943)의 이름을 따서 명명되었다. 1918년, 뉴랜드의 논문 지도교수였던 존 그리핀은 워싱턴 D.C.에 있는 미국 가톨릭 대학교의 화학 실험실인 말러니 홀에서 루이스에게 뉴랜드의 논문을 소개했다. 루이스는 증류를 통해 화합물을 정제하려고 시도했지만, 염산으로 세척하기 전까지 가열하면 혼합물이 폭발한다는 사실을 발견했다.
루이사이트는 오하이오주 클리블랜드의 이스트 131번가와 태프트 애비뉴에 있는 시설(클리블랜드 플랜트)에서 비밀 무기로 개발되었으며, 겨자 가스와의 혼동을 피하기 위해 이전 겨자 가스의 코드명이었던 "G-34"라는 이름이 붙었다. 1918년 11월 1일, 오하이오주 윌러비의 한 공장에서 생산이 시작되었다. 제1차 세계 대전에는 사용되지 않았지만, 영국은 1920년대에 "죽음의 이슬"이라는 이름으로 루이사이트를 실험했다.
제1차 세계 대전 이후 미국은 루이사이트의 불연성에 주목했다. 제2차 세계 대전까지 군사 기호는 "M1"이었지만, 이후 "L"로 변경되었다. 제2차 세계 대전 중 루이사이트의 현장 실험 결과, 높은 습도에서는 희생자를 낼 수 있는 농도에 도달하기 어렵다는 것이 밝혀졌다. 이는 루이사이트의 가수분해 속도와 특유의 냄새, 그리고 눈물 생성으로 인해 병사들이 방독면을 착용하고 오염 지역을 피했기 때문이다. 미국은 약 2만 톤의 루이사이트를 생산했으며, 주로 부동액으로 사용하거나 특수한 상황에서 방호복을 관통하기 위해 비축했다.
루이사이트는 겨자 가스 변종 HT(황 겨자와 O-겨자의 60:40 혼합물)로 대체되었으며, 1950년대에 구식으로 선언되었다. 루이사이트 중독은 영국제 항루이사이트(디메르카프롤)로 효과적으로 치료할 수 있다. 루이사이트의 대부분의 비축물은 표백제로 중화되어 멕시코만에 버려졌다. 유타주 솔트레이크시티 외곽에 위치한 데저렛 화학 데포에 남아 있던 마지막 미국 비축물은 2012년 1월에 파괴되었다.
1993년 화학 무기 금지 협약에 따라 시설당 연간 100g 이상의 루이사이트 생산은 일정 1 물질 목록에 의해 금지되었다. 1997년 협약이 발효되었을 때, 당사국들은 전 세계에 6,747톤의 비축량을 선언했다. 2015년 말까지 선언된 비축량의 98%가 파괴되었다.
2001년, 워싱턴 D.C.의 제1차 세계 대전 무기 폐기장에서 루이사이트가 발견되었다.
2023년 7월, 우크라이나군 대변인은 바흐무트 전투에서 러시아군의 포격이 루이사이트를 포함하여 우크라이나군에게 메스꺼움, 구토, 일부 경우에는 의식 불명 등의 증상을 유발했다고 주장했다. 그러나 샘플 분석 정보는 공개되지 않았다.
5.2. 폐기
루이사이트는 겨자 가스 변종 HT (황 겨자와 O-겨자의 60:40 혼합물)로 대체되었으며, 1950년대에 구식으로 선언되었다. 루이사이트 중독은 영국제 항루이사이트(디메르카프롤)로 효과적으로 치료할 수 있다. 대부분의 루이사이트 비축물은 표백제로 중화되어 멕시코만에 버려졌다. 유타주 솔트레이크시티 외곽에 위치한 데저렛 화학 데포에 남아 있던 마지막 미국 비축물은 2012년 1월에 파괴되었다.
1993년 화학 무기 금지 협약의 일정 1 물질 목록에 의해 시설당 연간 100g 이상의 루이사이트 생산이 금지되었다. 1997년 협약이 발효되었을 때, 당사국들은 전 세계에 6,747톤의 루이사이트 비축량을 선언했다. 2015년 말까지 선언된 비축량의 98%가 파괴되었다.