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Cien años del gas mostaza, el «rey de los gases»

En la noche del 12 al 13 de julio de 1917, el Ejército alemán lanzaba proyectiles cargados con una nueva arma química en el preludio de la tercera Batalla de Ypres. El ataque causó más de 2.000 bajas entre las tropas británicas. Los alemanes habían almacenado grandes cantidades de estos proyectiles químicos marcados con una cruz amarilla, con el fin de realizar una dura campaña contra los aliados en el saliente de Ypres.

El nuevo agente químico, el sulfuro de bis(2-cloroetilo), pasó a conocerse como iperita, en referencia a su empleo en Ypres, y como «gas mostaza», por el olor de los vapores que describían los combatientes próximos a las zonas donde se producía la detonación de la munición. Sin embargo, la iperita no es un gas a temperatura ambiente sino un líquido que se evapora lentamente, persistiendo un tiempo considerable en la zona afectada.

La iperita se sintetizó por primera vez en el siglo XIX, pero no fue hasta la Primera Guerra Mundial, entre 1916 y 1917, cuando dos químicos alemanes, Lommel y Steinkopf, desarrollaron un proceso de producción a gran escala. Ya en 1915, el Centro de Porton Down en el Reino Unido había barajado su uso como arma química, pero sería rechazada por no considerarla suficientemente letal. Enfadados por la decisión, los científicos británicos que habían trabajado en el programa colocaron una gota de iperita en la silla del director del centro, quien no podría sentarse durante un mes debido a la lesión que le produjo.

Hasta la incorporación de los proyectiles de iperita en la Primera Guerra Mundial, las armas químicas empleadas consistían en bombonas para la dispersión de gases, como el cloro o el fosgeno, y proyectiles cargados con líquidos muy volátiles, como el difosgeno, que una vez inhalados tenían un efecto sofocante y que persistían poco en la zona en la que eran empleados. Desde el 22 de abril de 1915, cuando los alemanes emplearon por primera vez esta táctica, la máscara de gas formaba parte del pertrecho habitual de los combatientes de todos los bandos.

Pero la iperita no solo producía lesiones en las vías respiratorias, sino también en la piel, de ahí que el empleo de las máscaras no proporcionara protección suficiente. Los primeros equipos para la protección corporal tardaron en estar disponibles, y solo para un pequeño número de tropas especializadas en labores de descontaminación. Un contratiempo añadido era que los efectos no se manifestaban hasta pasadas varias horas, de manera que el personal expuesto no era consciente de estar en contacto con una sustancia tóxica. Pasado ese tiempo, aparecían las dolorosas ampollas en la piel que causaban la incapacitación de la persona. Esto entrañaba un problema grave, ya que un combatiente incapacitado, al contrario que uno muerto, requería de evacuación y tratamiento médico, consumiendo recursos logísticos materiales y personales.

Según los registros del Ejército británico, aproximadamente un 80% de los iperitados podía volver a su puesto entre 4 y 8 semanas después de la exposición. Hubo incluso tropas que decidían autolesionarse para evitar continuar en combate y que buscaban intencionadamente exponerse a la iperita, hecho que consideraban mejor alternativa que dispararse en una pierna o en un brazo. Un soldado canadiense iperitado en Ypres describía sus síntomas como una «agradable y suave peste» en comparación con los que padecían sus compañeros heridos por munición convencional.

La eficacia de la iperita en los ataques alemanes hizo que se ganase el título de «rey de los gases» y que los Ejércitos aliados iniciaran los preparativos para su empleo. El propio Adolf Hitler en Mein Kampf narra cómo en un ataque británico, en octubre de 1918, sufrió sus efectos cuando servía como mensajero en el 16º Regimiento de Infantería Bávaro de Reserva. Sin embargo, este hecho ha sido puesto en tela de juicio por algunos historiadores.

A lo largo de la Primera Guerra Mundial se utilizaron unas 12.000 toneladas de iperita y las armas químicas, en general, causaron más de 1,3 millones de bajas, incluidas 100.000 víctimas mortales. Si bien el uso de armas químicas no fue decisivo en el resultado final de la guerra, sí lo fue en muchas batallas. Además, no solo hay que tener en cuenta el número de bajas físicas que provocaron, sino los importantes efectos psicológicos que tenían sobre los combatientes, así como la disminución de su operatividad al tener que utilizar la máscara de protección.

Finalizada la guerra, los servicios de guerra química y la industria de EE. UU., Francia y el Reino Unido iniciaron una campaña para fomentar la idea de que el arma química era el arma del futuro. Se llegaron incluso a poner en marcha campañas publicitarias para intentar explicar que las armas químicas eran más «humanas» que las convencionales, con absurdos mensajes sobre sus supuestos usos pacíficos, como la eficacia de la iperita para tratar la tuberculosis.

La iperita pasó a ser el principal agente de los arsenales químicos de todos los países que decidieron poner en marcha programas con esta nueva arma. No resulta, por tanto, extraño que se emplease en distintos conflictos armados, como fueron los casos de España en la guerra del Rif en la década de 1920, Italia en Etiopía entre 1935 y 1936, y Japón contra China desde 1938. En el teatro de operaciones europeo de la Segunda Guerra Mundial todos los bandos estaban preparados para el empleo de armas químicas, pero tenían recelo de ser los primeros en emplearlas por el riesgo de contraataques similares, un claro ejemplo de su importante poder disuasorio. Aun así, se dieron casos puntuales en los que algunos mandos militares, sin autorización de sus superiores, decidieron emplear armas químicas en situaciones tácticas desesperadas.

Durante la Guerra Fría, la producción y almacenamiento de iperita continuó, sobre todo en las grandes potencias. Se denunció su empleo en la guerra civil de Yemen del Norte a mediados de los años 60 y, entre 1983 y 1988, Irak utilizó 1.800 toneladas en la guerra contra Irán, donde las armas químicas causaron más de 45.000 bajas. Con la entrada en vigor de la Convención de Armas Químicas en 1997, se declararon, a nivel mundial, unas 18.000 toneladas de iperita de un total de 70.000 toneladas de armas químicas. Gracias a este tratado internacional, a fecha de hoy, un 95% de los arsenales químicos declarados ya han sido destruidos, aunque cuatro países –Corea del Norte, Egipto, Israel y Sudán del Sur–, algunos de ellos sospechosos de poseer armamento químico, todavía no se han adherido a la Convención.

A pesar de los importantes logros conseguidos por la Convención en el desarme y la no proliferación, la amenaza química no ha desaparecido. A los recientes ataques químicos en Siria hay que añadir el interés que el terrorismo yihadista ha mostrado por acceder a este tipo de armamento. De hecho, procedimientos para sintetizar iperita ya se probaron en los antiguos campos de entrenamiento de Al Qaeda en Afganistán y siguen apareciendo en publicaciones electrónicas vinculadas al terrorismo yihadista. Estos métodos han sido heredados por el Daesh para llevar a cabo ataques en Irak y Siria desde el año 2014. Si bien la mala calidad de la iperita obtenida no permite causar un elevado número de víctimas, el que continúen empleándola deja claro que el terrorismo yihadista es consciente de su importante efecto psicológico para desmoralizar a las tropas y para provocar miedo y pánico entre la población. Todo esto apunta a que, después de cien años, el reinado de la iperita aún no ha finalizado.

 

El teniente coronel René Pita es jefe del Departamento de Defensa Química de la Escuela Militar de Defensa NBQ.

El teniente coronel (reserva) Juan Domingo es especialista en Defensa NBQ y editor de la página web cbrn.es.

El proceso Levinstein

La reacción de obtención del sulfuro de bis(2-cloroetilo), más conocido como iperita o gas mostaza (CAS 505-60-2), haciendo borbotear etileno seco (CAS 74-85-1) sobre monocloruro de azufre (CAS 10025-67-9) a 35 °C, y posterior destilación del material resultante, se conoce generalmente como proceso Levinstein, y en menor medida como reacción de Levinstein.1,2,3

El producto producido mediante este proceso contiene normalmente hasta un 70% de sulfuro de bis(2-cloroetilo), y aproximadamente un 30% de polisulfuros de bis(2-cloroetilo)4,5, desde trisulfuro a nonasulfuro4, dependiendo de las condiciones bajo las cuales se lleva a cabo la reacción (temperatura, grado de agitación, velocidad de adición del etileno, características del monocloruro de azufre5.

 

Las mostazas de azufre

En la noche del 11 de julio de 1917, los alemanes bombardearon a las tropas inglesas de Ypres con proyectiles químicos marcados con una cruz amarilla y cargados con un nuevo tipo de agresivo, de fuerte olor a mostaza. El sulfuro de bis(2-cloroetilo), utilizado como agente vesicante pasó a conocerse como iperita (derivado de Ieper, nombre en flamenco de Ypres), o gas mostaza (por el fuerte olor a mostaza de los vapores y aerosoles, aunque en condiciones normales de temperatura la sustancia está en forma líquida)1,2,4,6,7

La iperita fue descubierta por César-Mansuete Despretz8, 9,10,11 en 1822, preparada por la reacción entre el cloruro de etileno y el azufre. Después de Despretz, la iperita también fue preparada por Alfred Riche8,9,10,12 en 1854 y más adelante Frederick Guthrie8,9,10,13 en 1860, cuando éste último estudiaba los productos de condensación resultantes de la reacción de los compuestos halogenados de azufre con las olefinas. Más tarde, en 1896, Viktor Meyer8,9,10,14 preparaba la iperita por cloración del tiodiglicol (Lista 2B.13, CAS 111-48-8) con tricloruro de fósforo (Lista 3B.6, CAS 7719-12-2).

También se ha preparado iperita mediante la cloración del tiodiglicol con cloruro de hidrógeno, HCl, (Hans Thacher Clarke8,9,10,15 en 1913), con cloruro de tionilo, SOCl2 (Lista 3B.14, CAS 7719-09-7), (Wilhelm Steinkopf8,9,10,16 en 1920) y con monocloruro o dicloruro de azufre, SCl (Lista 3B.12, CAS 10025-67-9) y SCl2 (Lista 3B.13, CAS 10545-99-0), (Lundin8,9,10,17)

Mediante el método de Meyer y Stephen8,9,10,18, puede obtenerse iperita con un rendimiento de casi el 98 %, rociando una mezcla constituida por 75 partes de S2Cl2 y 25 partes de SCI2 en una atmósfera de etileno.

El sulfuro de bis(2-cloroetilo), iperita, gas mostaza o “cruz amarilla” (“Gelbkreuz”), también se conoce como “LOST”” o “S-LOST” después de que el ingeniero químico alemán Wilhelm Lommel (1877-1962), y el químico, también alemán, Georg Wilhelm Steinkopf (1879-1949) desarrollaran en 1915 un procedimiento industrial para su obtención. Los americanos que obtenían el sulfuro de bis(2-cloroetilo), mediante el proceso Levinstein también lo denominaron, agente “H” cuando el producto estaba sin purificar y agente “HD” cuando el producto había sido purificado por destilación.19,20

Los agentes químicos clasificados como agentes vesicantes por su acción fisiopatológica se subdividen normalmente en tres grandes grupos20,21:

  • Las mostazas de azufre (recogidas en la Lista 1A.4, con un total de nueve sustancias químicas)
  • Las lewisitas (vesicantes con arsénico, recogidas en la Lista 1A.5, tres sustancias químicas) y
  • Las mostazas de nitrógeno (recogidas en la Lista 1A.6, tres sustancias químicas)

 

 

El proceso Levinstein

Durante la I Guerra Mundial los alemanes utilizaban para la obtención del sulfuro de bis(2-cloroetilo) el método de Meyer, consistente básicamente en la cloración del tiodiglicol22:

Los aliados utilizaban el método de Guthrie, consistente básicamente en hacer reaccionar el etileno gaseoso con cloruro de azufre22:

El procedimiento utilizado, primero por los americanos, y más tarde por los aliados, y conocido como proceso Levinstein, se llevaba a cabo en un recipiente cilíndrico de unos 100 cm de diámetro y unos 130 cm de altura, de chapa de acero o hierro fundido, forrado con plomo, dotado de un sistema de refrigeración, y provisto de un agitador. Un tubo introducido a través de la tapa del recipiente, llegaba hasta casi el fondo del mismo y permitía la introducción del etileno gaseoso. Se llenaba el recipiente con suficiente monocloruro de azufre como para cubrir el extremo del tubo, y luego se hacía borbotear etileno, ajustando la velocidad de borboteo y el sistema de refrigeración para mantener la temperatura de reacción de la mezcla entre 30- 35 °C. A medida que la reacción progresaba se iba añadiendo más monocloruro de azufre en pequeñas porciones. Para unos 430 kg de etileno, se requerían unos 750 kg de cloruro de azufre, y la reacción se completaba en aproximadamente 20 horas. Al final de la reacción el producto se extraía mediante sifón a un decantador donde se eliminaba el azufre22.

En 1920, Conant, Hartshorn y Richardson estudiaron el mecanismo de reacción entre el etileno y el cloruro de azufre, y postularon la formación del cloruro de (2-cloroetil)sulfenilo (CAS 26650-04-4) como una sustancia intermedia en la obtención del sulfuro de bis(2-cloroetilo), pero no consiguieron aislarla23:El siguiente diagrama muestra el mecanismo de intercambio propuesto entre los distintos sulfuros y polisulfuros del proceso Levinstein1, con la participación de los diferentes cloruros de azufre y del cloruro de (2-cloroetil)sulfenilo :

El cloruro de (2-cloroetil)sulfenilo reacciona rápidamente con azufre para producir una mezcla de productos que incluyen monocloruro de azufre, S2Cl2, disulfuro de bis(2-cloroetilo), (ClCH2CH2)2S2, y trisulfuro de bis(2-cloroetilo), (ClCH2CH2)2S3.2,24

Las reacciones más interesantes del cloruro de (2-cloroetil)sulfenilo son aquellas que tiene con las olefinas, especialmente con el etileno. Cuando se hace borbotear etileno sobre cloruro de (2-cloroetil)sulfenilo puro, no hay reacción. Sin embargo, si el cloruro de (2-cloroetil)sulfenilo se disuelve en tetracloruro de carbono, el etileno reacciona muy rápidamente, con desprendimiento de calor y formación del sulfuro de bis(2-cloroetilo). Este resultado corroboraría la hipótesis de Conant, Hartshorn y Richardson de que el cloruro de (2-cloroetil)sulfenilo es un producto intermedio en el proceso de obtención del sulfuro de bis(2-cloroetilo) por reacción del etileno con los cloruros de azufre.2

La falta de reacción en ausencia de disolvente se atribuye al hecho de la baja solubilidad del etileno en el cloruro de (2-cloroetil)sulfenilo puro. Algo similar se observa en la reacción de etileno con monocloruro de azufre; la reacción es muy lenta a menos que se utilice un disolvente o se añada una “semilla” que inicie la reacción.2,25

La formación de polisulfuros se debe a la desproporción molecular del monocloruro de azufre en azufre dicloruro de azufre y dicloruro de triazufre; el último reacciona con etileno para formar trisulfuro de bis(2-cloroetilo) (CAS 19149-77-0) y otros polisulfuros de bis(2-cloroetilo). Al aumentar la temperatura de la reacción (por ejemplo, a 60 °C), la producción de sulfuro de bis(2-cloroetilo) se incrementa hasta un 80% y aparecen inmediatamente depósitos de azufre; a temperaturas más bajas (por ejemplo, a 20 °C), la producción de sulfuro de bis(2-cloroetilo) baja al 61%, y el azufre aparece en el sulfuro de bis(2-cloroetilo) al cabo de varias semanas.5

La Lista 1A.4 de la CAQ, “Mostazas de azufre”, recoge 9 sustancias químicas consideradas “mostazas de azufre”, incluida la iperita, pero no recoge ninguna de las “mostazas de azufre” consideradas impurezas en el proceso Levinstein:

“mostazas de azufre” en la Lista 1A.4 “mostazas de azufre” en el proceso Levinstein

CAS 2625-76-5

CAS 26650-04-4

CAS 505-60-2

CAS 505-60-2

CAS 63869-13-6

CAS 19149-77-0

CAS 3563-36-8

 

CAS 63905-10-2

CAS 1002-41-1

CAS 142868-93-7

 

 

CAS 142868-94-8

 

CAS 63918-90-1

 

 

CAS 63918-89-8

 

 

La ausencia en las Listas de la CAQ de los polisulfuros de bis(2-cloroetilo) probablemente se deba a su débil poder vesicante. La siguiente tabla recoge el poder vesicante de varias mostazas de azufre, algunas recogidas en las Listas de la CAQ (en rojo) y otras no (en negro)26:

“mostazas de azufre” Poder vesicante comparado con la iperita (PVesc=100)

CAS 505-60-2

100

CAS 1002-41-1

1

CAS 63869-13-6

200

CAS 3563-36-8

500

CAS 63905-10-2

400-500

CAS 142868-93-7

400

CAS 142868-94-8

200
  50
  1
  1
  1

De todos los productos y subproductos que aparecen en el proceso Levinstein, sólo el sulfuro de bis(2-cloroetilo), CAS 505-60-2 y Lista 1A.4, el monocloruro de azufre, CAS 10025-67-9 y Lista 3B.12 , y el dicloruro de azufre, CAS 10545-99-0 y Lista 3B.13, están recogidos en el anexo sobre sustancias químicas de la CAQ.

 

Referencias

  1. “392-Levinstein Process”, Comprehensive Organic Name Reactions and Reagents, Zerong Wang, John Wiley & Sons, Inc, 2010, pags. 1747-1749
  2. “Levinstein mustard gas-I-2-haloalkylsulfenyl halides”, R.C. Fuson, C. C. Price, R. A. Bauman, O. H. Bullitt, W. R. Hatchard & E. W. Maynert, J. Org. Chem., 1946, 14, 469-474.
  3. “Levinstein mustard gas-V-The action of chlorine and sulfur chlorides on the bis(2-chloroethyl)polysulfides”, R. C. Fuson, D. M. Burness, R. E. Foster & R. D. Lipscomb, J. Org. Chem., 1946, 11, 499-503.
  4. “Levinstein mustard gas-IV-The bis(2-chloroethyl) polysulfides”, R. C. Fuson, C. C. Price, D. M. Burness, R. E. Foster, W. R. Hatchard & R. D. Lipscomb, J. Org. Chem., 1946, 11, 487-498.
  5. “Levinstein mustard gas-VI-The mode of formation”, R. C. Fuson, R. E. Foster, & R. D. Lipscomb, J. Org. Chem., 1946, 11, 504-509.
  6. “The Polysulfides in Levinstein Process Mustard Gas”, R. Macy, G. N. Jarman, A. Morrison & E. Emmet Reid, Science, 1947, 106, 355-359.
  7. “Levinstein mustard gas-III-The structure of the monochlorination product of mustard gas”, R. C. Fuson & W. E. Parham, J. Org. Chem., 1946, 11, 482-486.
  8. “Mustard Gas-Its Pre-World War I History”, R. J. Duchovic & J.A. Vilensky, J. Chem. Educ., 2007, 84 (6), p 944-948
  9. ¿El ácido sulfúrico, precursor de la iperita?, J. Domingo, http://cbrn.es/?m=201610
  10. “Chemistry and Toxicology of Sulphur Mustard-A Review”, R.C. Malhotra, K. Ganesan, K. Sugendran & R.V. Swamy, Defence Science Journal, vol 49, No 2, April 1999, pp. 97-116
  11. “Sulphur mustard preparation and properties”, César-Mansuete Despretz, Annales de Chimie et de Physique, 1822, 21, 428.
  12. “Recherches sur des combinaisons chlorées dérivées des sulfures de méthyle et d’éthyle”, M. Alfred Riche, Annales de Chimie et de Physique, 1855, 43(3), 283-304.
  13. “On some derivatives from olefines”, F.G. Guthrie, Quart. J. Chem. Soc., 1860, 12, 116 & 1861, 13, 129-35.
  14. “Weitere Studien zur Kenntnis der Thiophengruppe”, V. Meyer, Dtsch. Chem. Ges., 1986,19: 628–632.
  15. ” 4-Alky-1:4-thiazans”, Hans Thacher Clarke, J. Chem. Soc., 1912, 101, 1583-90.
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  17. “Verification of dual-use chemicals under the Chemical Weapon Convention: The case of thiodiglycol”, S.J. Lundin, Oxford University Press, UK, 1991.
  18. “Über thiodiglykolverbindungen”, V. Meyer, Chemische Berichte, 1886, 19, 3259-65.
  19. “Medical Aspects of Chemical and Biological Warfare”, “Chapter 7. Vesicants”, F. R. Sidell, E. T. Takafuji, & D.R. Franz, Walter Reed Army Medical Center, 1977.
  20. “Toxicología cutánea y sistémica de los agentes vesicantes de guerra”, Pita y S. Vidal-Asensi, Actas Dermosifiliogr. 2010;101(1):7–18
  21. “Convención sobre la Prohibición del Desarrollo, la Producción, el Almacenamiento y el Empleo de Armas Químicas y sobre su Destrucción (CAQ)”, disponible en https://www.opcw.org/fileadmin/OPCW/CWC/CWC_es.pdf y en https://www.opcw.org/fileadmin/OPCW/CWC/CWC_es.doc
  22. “The War Gases: Chemistry and Analysis”, M. Sartori, Van Nostrand, New York, 1939.
  23. “The mechanism of the reaction between ethylene and sulfur chloride”, J. B. Conant, E. B. Hartshorn, G. O. Richardson. J. Am. Chem. Soc. , 1920, 42 (3), pag 585–595.
  24. “The composition of mustard gas made by the Levinstein process”, Kinnear, A. M. and Harley-Mason, J., J. Soc. Chem. Ind., London, Trans. & Commun., 1948, 67, 107-110.
  25. “XXXIV-beta,beta’-Dichloroethyl Sulphide”, C. S. Gibson & W. J. Pope, J . Chem. Soc., 117, 271 (1920).
  26. “8. New organic sulphur vesicants-Part II-Analogues of 2,2′-dichlorodiethyl sulphide and 2,2′-di-(2-chloroethylthio)diethyl ether”, A. H. Williams & F. N. Woodward, J. Chem. Soc., 1948, 38-42