Brontekst bekijken van Fosgeen

{{Infobox chemische stof
| Naam = Fosgeen
| afbeelding1 = Phosgene-dimensions-2D.png
| afbeeldingbreedte1 = 150
| onderschrift1 = [[Structuurformule]] van fosgeen
| afbeelding2 = Phosgene-3D-balls.png
| afbeeldingbreedte2 = 125
| onderschrift2 = [[Molecuulmodel]] van fosgeen
| afbeelding3 = 
| onderschrift3 = 
| afbeelding4 = 
| onderschrift4 = 
| Formule = COCl<sub>2</sub>
| SMILES = O=C(Cl)Cl
| IUPAC = carbonyldichloride
| AndereNamen = carbonylchloride, chloorkooloxide, koolstofoxychloride
| CAS = 75-44-5
| EINECS = 200-870-3
| VN = 
| Beschrijving = Kleurloos prikkelend gas
| Vergelijkbaar = 
| AfbWaarsch = {{Pictogram GHS|C|T|D}}
| TekstWaarsch = Gevaar
| Carcinogeen = 
| Hygroscopisch = 
| Rzinnen = {{H280}} - {{H314}} - {{H330}}
| EUHzinnen =  {{EUH071}}
| Szinnen = {{P260}} - {{P280}} - {{P301+P310}} - {{P305+P351+P338}} - {{P310}}
| Omgang = Dampen niet inademen, blootstelling vermijden
| Opslag = Bij bewaring in gasfles: bewaartemperatuur mag niet boven 52°C uitkomen.
| ADR = 
| MAC = 0,02 ml/m³
| LethaalRat = 
| LethaalKonijn = 
| MSDS = 
| Aggregatie= gasvormig
| Kleur = kleurloos
| Dichtheid = (damp, 0°C) 4,531 g/L<br />(vloeistof, 7,6°C) 1,4028
| Molgewicht = 98,92
| Smeltpunt = −127,76
| Kookpunt = 7,6
| Vlampunt = 
| Zelfontbranding = 
| Dampdruk = 161.600
| Oplosbaarheid = 
| GoedOplIn = azijnzuur, benzeen, tolueen
| SlechtOplIn = 
| OnoplIn = 
| Dipoolmoment = 
| Viscositeit = 
| Kristalstructuur = 
| fG0g = 
| fG0l = 
| fG0s = 
| fH0g = 
| fH0l = 
| fH0s = 
| S0g = 
| S0l = 
| S0s = 
| Cpm0 = 
| Evenwicht = 
| KlassiekeAnalyse = 
| Spectra = 
}}

'''Fosgeen''' is een [[gifgas|giftig gas]] dat in de [[Eerste Wereldoorlog]] als strijdmiddel is gebruikt. De [[IUPAC]] naam is '''carbonyldichloride''' en de [[brutoformule]] is COCl<sub>2</sub>. Fosgeen heeft een karakteristieke geur van vers hooi. Het behoort tot de [[stofklasse]] der [[acylhalogenide]]n. Door de grote [[elektronegativiteit]] van het zuurstofatoom en de [[Chloor (element)|chlooratomen]] is het koolstofatoom sterk [[elektrofiel]]. Hierdoor kan het heftig reageren met [[nucleofiel]]en, hetgeen dan ook de hoofdoorzaak is van zijn grote [[Giftigheid|toxiciteit]].

==Geschiedenis==
===Ontdekking===
Fosgeen werd voor het eerst gesynthetiseerd in [[1812]] door de Britse scheikundige [[John Davy]]. Hij deed dit door [[Dichloor|chloorgas]] en [[koolstofmonoxide]] bij elkaar te brengen, met [[actieve kool]] als [[katalysator]].<ref name= "emedicine">https://emedicine.medscape.com/article/832454-overview. [https://web.archive.org/web/20230410205125/https://emedicine.medscape.com/article/832454-overview Gearchiveerd] op 10 april 2023.</ref> De energie die nodig was voor de reactie verkreeg hij door [[zonlicht]] op het mengsel te laten schijnen. Fosgeen is genaamd naar de Griekse woorden ''phos'' (licht) en ''genesis'' (geboorte), verwijzend naar de allereerste synthesemethode.<ref>http://www.hpa.org.uk/web/HPAwebFile/HPAweb_C/1202487130304. [https://web.archive.org/web/20110707060519/http://www.hpa.org.uk/web/HPAwebFile/HPAweb_C/1202487130304 Gearchiveerd] op 7 juli 2011.</ref> Het werd gedurende de [[19e eeuw]] een steeds belangrijkere verbinding, vooral bij de productie van [[verf]].

===Fosgeen als wapen===
Fosgeen werd voor het eerst als wapen gebruikt in de [[Eerste Wereldoorlog]] door de Fransen<ref>{{Citeer boek |titel=Before big science: the pursuit of modern chemistry and physics, 1800 - 1940 |achternaam=Nye |voornaam=Mary Jo |uitgever=Harvard University Press |plaats=Cambridge, Mass. |datum=1999 |isbn=978-0-674-06382-2}}</ref>, op [[19 december]] [[1915]]. Bij deze aanval gebruikten de Duitsers ongeveer 4000 cilinders met fosgeengas tegen de Britten. Later gebruikten de Fransen, de Britten en de Amerikanen ook fosgeen als wapen. Vaak werd fosgeen gecombineerd met chloorgas in bommen, hierdoor is het niet duidelijk hoeveel mensen er daadwerkelijk door fosgeen gewond zijn geraakt of dood gegaan. De effectiviteit van deze stof ligt in de manier van oorlogvoering. In de Eerste Wereldoorlog werd veelvuldig gebruikgemaakt van [[loopgraven]], hier kon fosgeen zeer gemakkelijk inkomen omdat het zwaarder is dan lucht. Gebombardeerde loopgraven werden dus eenvoudig en snel gevuld met fosgeen. Na de Eerste Wereldoorlog is fosgeen nauwelijks meer gebruikt als wapen.<ref name= "emedicine"/>

===Incidenten===
In het verleden is er een aantal ernstige incidenten geweest met fosgeen, het grootste hiervan vond plaats in de Duitse stad [[Hamburg]]. Op [[20 mei]] [[1928]] ontsnapte er elf ton fosgeen uit een industriële opslagtank, waarna het gas zich langzaam uit de fabriek verspreidde.<ref>http://www.inchem.org/documents/ehc/ehc/ehc193.htm</ref> Binnen 5 dagen raakten meer dan 300 mensen gewond, van wie er 10 overleden. Een meer recent incident met fosgeen vond plaats op [[16 juni]] [[2004]] in [[Fuzhou (Fujian)|Fuzhou]] ([[Volksrepubliek China|China]]): bij een ongeluk in een [[laboratorium]] kwam fosgeen vrij, waardoor meer dan 260 mensen gewond raakten en één persoon overleed. Eenzelfde soort incident vond plaats in [[2000]] in [[Thailand]]: in een plasticfabriek ontstond een lek waardoor fosgeen vrijkwam. Hierbij overleed één persoon en raakten er 814 gewond.<ref name= "emedicine"/>

== Synthese ==
Er zijn verschillende methoden om fosgeen te bereiden. Op industriële schaal wordt het meestal geproduceerd door koolstofmonoxide te laten reageren met chloorgas:

:<chem>CO + Cl2 -> COCl2</chem>

Hierbij wordt actieve kool gebruikt als katalysator. De reactie wordt uitgevoerd bij een [[temperatuur]] van 40° tot 100°C. Omdat er bij de reactie [[warmte]] vrijkomt moet het reactievat gekoeld worden, zodat de temperatuur niet boven 100°C uitkomt. Boven deze temperatuur is de reactie minder efficiënt, doordat het evenwicht dan terug naar links wordt gedrongen, hetgeen in overeenstemming is met het [[principe van Le Châtelier]]. De aanwezigheid van chloor in het uiteindelijke product is niet gewenst. Er wordt dan ook een kleine overmaat (3-10%) koolstofmonoxide gebruikt.<ref>{{US patent|4764308}} "Process for the production of phosgene with simultaneous generation of steam"</ref> De uitstoot van koolstofmonoxide kan verminderd worden door na de eerste reactie fosgeen en koolstofmonoxide te scheiden. Vervolgens wordt dit koolstofmonoxide in een ander reactievat opnieuw in de reactie gebracht. Dit proces kan een aantal malen herhaald worden, waardoor de uitstoot van koolstofmonoxide aanzienlijk verminderd wordt.<ref>http://www.faqs.org/patents/app/20090143619. [https://web.archive.org/web/20150924050208/http://www.faqs.org/patents/app/20090143619 Gearchiveerd] op 24 september 2015.</ref> Vanwege de gezondheidsrisico's wordt fosgeen in meer dan 99% van de gevallen geproduceerd op de plek waar het verder verwerkt wordt. Geschat wordt dat er in [[1998]] ongeveer 6 miljoen ton fosgeen werd geproduceerd.<ref>http://www.inchem.org/documents/hsg/hsg/hsg106.htm#SectionNumber:1.5</ref>

Fosgeen kan ook spontaan ontstaan uit [[chloroform]] onder invloed van [[licht]] of warmte. Om dit te voorkomen wordt chloroform gestabiliseerd met [[ethanol]] en moet chloroform op een donkere plaats bewaard worden.<ref>https://web.archive.org/web/20110106175851/http://www.bath.ac.uk/internal/bio-sci/bbsafe/chloroform.htm</ref>

Op laboratoriumschaal kan fosgeen bereid worden door reactie van [[zwavelzuur]] met [[zwaveltrioxide]] en [[tetrachloormethaan]]:

:<chem>H2SO4 + SO3 + CCl4 -> 2 HSO3Cl + COCl2</chem>

==Toepassing==
===Industrieel gebruik===
Fosgeen werd aanvankelijk in de Eerste Wereldoorlog gebruikt als strijdgas. Tegenwoordig wordt het gebruikt voor de productie van een breed scala aan producten, vooral [[isocyanaat|isocyanaten]] en zuurchloriden. Verder doet het ook dienst bij de productie van sommige [[kleurstof]]fen, [[Chemisch bestrijdingsmiddel|pesticiden]] en [[geneesmiddel]]en.

===Isocyanaten===
De productie van [[isocyanaat|isocyanaten]] is veruit de belangrijkste toepassing van fosgeen. Hierbij reageert een [[amine]] met fosgeen. Het [[reactiemechanisme]] is als volgt: het [[vrij elektronenpaar]] van het [[Stikstof (element)|stikstofatoom]] voert een nucleofiele aanval uit op het zeer elektronenarme koolstofatoom in fosgeen. Hierbij wordt tijdelijk de negatieve lading op zuurstof geconcentreerd en de positieve op stikstof, waardoor een [[alkoxide]] en een [[ammonium]]gedeelte ontstaan. Vervolgens wordt de [[carbonylgroep]] (een thermodynamisch zeer stabiele [[functionele groep]]) hervormd en wordt een [[chloride]]-[[Ion (deeltje)|ion]] uitgestoten. Het chloride-ion kan hierbij een [[Waterstofion|proton]] van het ammoniumgedeelte opnemen. De verschuiving van ladingen kan nog een keer optreden, maar nu is het een intra-moleculair proces, hetgeen vervolgens een [[isocyanaat]] oplevert.

[[Bestand:isocyanaatsmall.jpg|center|563px|Reactiemechanisme voor de vorming van een isocyanaat uit fosgeen en een amine]]

Als in plaats van een mono-amine een diamine wordt gebruikt, is het mogelijk moleculen met 2 isocyanaatgroepen te vormen, waaruit [[Polymeer|polymeren]] te vormen zijn. De bekendste toepassing hiervan is de vorming van [[Polyurethaan|polyurethanen]] met een di-isocyanaat ([[methyleendifenyldi-isocyanaat]] of [[2,4-tolueendi-isocyanaat]]) en [[polyol]]en.

===Zuurchloriden===
De reactie van een [[carbonzuur]] met fosgeen levert een [[Acylchloride|zuurchloride]] op. Een van de [[Resonantie (scheikunde)|resonantiestructuren]] van een carbonzuur zal het fosgeen aanvallen op het koolstofatoom. Deze zal tijdelijk een alkoxide vormen. De carbonylgroep wordt echter opnieuw gevormd, waarbij een chloride-ion uitgestoten wordt. Dit chloride zal het koolstofatoom van de carbonylgroep uit het carbonzuur aanvallen, hierbij wordt de [[Dubbele binding (scheikunde)|dubbele binding]] met het zuurstofatoom verbroken en ontstaat een alcohol. Later wordt de carbonylgroep opnieuw gevormd en zullen [[koolstofdioxide]] en een chloride-ion uitgestoten worden.

[[Bestand:acidchloridesmall.jpg|center|480px|Reactiemechanisme voor de vorming van een zuurchloride uit fosgeen en een carbonzuur]]

Omdat tijdens de reactie een gas (koolstofdioxide) ontsnapt, is deze reactie [[Aflopende reactie|aflopend]].

===Pesticiden===
[[1-naftol]] reageert in de aanwezigheid van [[natriumhydroxide]] met fosgeen tot [[chloorformiaat]]. Dit wordt vervolgens door reactie met [[monomethylamine]] omgezet tot het pesticide [[carbaryl]]:

[[Bestand:carbaryl.jpg|551px|center|Reactiemechanisme voor de vorming van carbaryl]]

==Opname==
Fosgeen heeft een [[kookpunt]] van 8°C; bij [[kamertemperatuur]] is fosgeen dus een gas. De belangrijkste opnameroute voor fosgeengas is via de [[Long (orgaan)|longen]] (door [[inhalatie]]). De opnamesnelheid is dan afhankelijk van de ademhalingssnelheid en minder van de hoeveelheid [[bloed]] die door de longen stroomt. Aangezien fosgeen vaak in vloeibare vorm wordt getransporteerd, kan het in deze vorm in contact komen met de [[huid]] of de [[Oog (anatomie)|ogen]]. Dit vloeibare fosgeen kan echter ook snel verdampen bij kamertemperatuur, waardoor ook bij vloeibaar fosgeen het risico op inhalatie aanwezig is.

==Toxicokinetiek==
===Absorptie===
Fosgeen is slecht oplosbaar in [[water]], waardoor het bijna niet wordt opgenomen in de [[Keel (anatomie)|keel]], [[luchtpijp]] of [[Luchtpijpvertakking|bronchiën]]. Het kan daarom gemakkelijk tot diep in de longen, in de [[longblaasjes|pulmonaire alveolen]] (longblaasjes), terechtkomen.

===Metabolisme===
Het [[stofwisseling|metabolisme]] van fosgeen kan op verschillende manier plaatsvinden. De eenvoudigste reactie is de [[hydrolyse]] van fosgeen met [[water]] tot [[koolstofdioxide]] en [[waterstofchloride]].<ref>CBRNE - Lung-Damaging Agents, Phosgene, Joy C Wethern / Kermit D Huebner</ref> Daarnaast kan fosgeen ook conjugeren met [[glutathion]]. Hierbij wordt diglutathionyldithiocarbonaat gevormd.<ref name = "noltkamper">Toxicity, Phosgene, Daniel Noltkamper / Stephen W Burgher</ref><ref name = "pohl">The formation of diglutathionyl dithiocarbonate as a metabolite of chloroform, bromotrichloromethane and carbon tetrachloride, Pohl LR et al, Lab. of Chem. Pharmacol., National Heart, Lung, and Blood Inst., National Inst. of Health, Bethesda, Md. 20205</ref> Dit lijkt de reden te zijn voor het feit dat fosgeen de hoeveelheid glutathion in het lichaam sterk kan laten afnemen. Alleen wanneer er geen glutathion meer aanwezig is, blijkt fosgeen te reageren met [[Macromolecuul|macromolecule]]n in [[Celmembraan|celmembranen]].<ref name="noltkamper"/>. Dit toxische effect komt voort uit hetzelfde type reactie als de reactie met glutathion.

[[Bestand:Metabolisme.gif|500px|center|Metabolisme van fosgeen en precursors.]]

Een laatste reactie die plaats kan vinden is een reactie met het [[zwavel]]houdende [[aminozuur]] [[cysteïne]]. Hierbij worden de elektrofiele eigenschappen van het koolstofatoom gebruikt om een [[Cyclisatie|ringsluiting]] uit te voeren. Zowel het zwavel- als het stikstofatoom in cysteïne binden aan fosgeen. Hierbij ontstaan twee moleculen waterstofchloride. Het product wordt 2-oxothiazolidine-4-carbonzuur genoemd<ref>Syntheses and Properties of 2-Oxothiazolidine-4-carboxylic Acid and Its Derivatives, Takeo Kaneko, Takeo Shimokobe, Yoshimoto Ota, Ekido Toyokawa, Toshishige Inui and Tetsuo Shiba, Bulletin of the Chemical Society of Japan, Vol.37 , No.2(1964)pp.242-244</ref> en kan bijvoorbeeld als [[antioxidant]] dienen.<ref>A Prodrug of Cysteine, L-2-Oxothiazolidine-4-carboxylic Acid, Regulates Vascular Permeability by Reducing Vascular Endothelial Growth Factor Expression in Asthma, Kyung Sun Lee et al.</ref>

Fosgeen kan zelf ook een metaboliet zijn van andere gechloreerde [[Koolwaterstof|koolwaterstoffen]]. Zo kunnen zowel chloroform als tetrachloormethaan in het lichaam en ''[[in vitro]]'' worden omgezet in fosgeen.<ref name="pohl"/> Hierbij wordt waarschijnlijk een [[koolstof-waterstofbinding]] in chloroform [[Oxidatie|geoxideerd]] door [[cytochroom P450]], waarna het product ([[trichloormethanol]]) spontaan ontleedt in waterstofchloride en fosgeen.<ref>Pohl LR et al; Biochem Biophys Res Commun 79 (3): 684-91 (1977)</ref>

==Toxicodynamiek==
De toxische uitwerking van fosgeen vindt plaats in de longen. Eenmaal in de longen ondergaat het met water hydrolyse tot koolstofdioxide en waterstofchloride ([[zoutzuur]]). Dit laatste is een zeer [[corrosief]] gas dat zeer gemakkelijke oplosbaar is in water. Dit zal het [[membraan]], dat [[Dizuurstof|zuurstofgas]] doorlaat van de longen tot het bloed, aantasten, waardoor zuurstof dus minder goed opgenomen wordt.<ref>John A Timbrell - Principles of Biochemical Toxicology 4th Ed (page 205)</ref> Een andere reactie die plaatsvindt in de longen is een [[acylering]] door fosgeen aan [[Proteïne|eiwitten]] op membranen in de longen. Dit kan leiden tot [[Denaturatie (biochemie)|denaturatie]] van deze eiwitten en veranderingen in de permeabiliteit van de membranen, waardoor de bloed-luchtbarrière verstoord wordt. Dit kan leiden tot [[longoedeem]]. Deze reactie vindt vooral plaats in de bronchioli en longblaasjes, aangezien deze niet door een [[Kiemlaag|slijmlaag]] beschermd worden.<ref name="noltkamper"/>

Door binding aan glutathion kan fosgeen glutathion-depletie veroorzaken. Aangezien glutathion als geen andere lichaamsstof de cel beschermt tegen externe biochemische aanvallen (zoals door [[Radicaal (scheikunde)|vrije radicalen]]), leidt een glutathion-depletie tot extreme kwetsbaarheid van de cel. Celdood ([[necrose]]) is in veel gevallen het onvermijdelijke gevolg.<ref>https://web.archive.org/web/20091104104218/http://www.nijbakker-morra.nl/documenten/2005%20Hulsman%20-%20Achtergrond%20artikel.pdf</ref>

Verder kan fosgeen ook irriterend voor de [[huid]] zijn. Door de kleine omvang van de molecule en haar [[lipofiel|lipofilie]], zal ze gemakkelijk opgenomen worden in de huid. Eenmaal daar kan het fosgeen, vanwege zijn [[elektrofiel|elektrofiele]] karakter, vrij gemakkelijk reageren en zo irritatie en zelfs [[brandwond]]en veroorzaken.<ref>Derek, https://web.archive.org/web/20110814124506/http://dereknetworked.lhasalimited.org/</ref>

==Symptomen==
Fosgeen vertoont bij verschillende concentraties verschillende symptomen:

*3 ppm: irritatie aan de ogen, neus en ademhaling, afhankelijk van de dosis die geïnhaleerd is, kan schade ontstaan aan de bloedsomloop.

*10 ppm: irritatie aan ademhalingsorganen met kans op een permanente beschadiging. Dit kan zich pas na enkele uren openbaren.

*150 ppm: kan zich openbaren als longoedeem, afhankelijk van de inhalatie kan dit pas na 20 uur gebeuren. Bij een hogere dosis gebeurt dit al binnen enkele uren, door inspanning wordt het extra versterkt. Medische behandeling is daarom genoodzaakt. Behalve een bloedanalyse, zijn bij een röntgenscan van de long vaak in een vroeg stadium (al voor dat de klinische symptomen zich openbaren) de verschijnselen van een longoedeem te zien.

*300 ppm: mogelijkheid tot overlijden (ook na 24 tot 30 uur na de blootstelling)

Fosgeenvergiftiging is verraderlijk omdat er een latente periode optreedt waarin het slachtoffer zich prima voelt en zelfs euforisch kan zijn, alvorens na enkele uren de symptomen verschijnen.

==Behandeling==
Er is geen specifiek [[tegengif]] voor fosgeen, maar er kunnen wel tal van andere maatregelen worden getroffen. Over het toedienen van geneesmiddelen zijn geen goede onderzoeksresultaten beschikbaar en dit is dan ook nog punt van discussie.<ref name= "emedicine"/>

===Inademing===
Fosgeen is zeer giftig bij inademing. Langdurige blootstelling aan lage concentraties kan leiden tot [[longoedeem]], ook op de langere termijn kunnen nadelige gevolgen optreden. Wanneer iemand fosgeen heeft ingeademd moet het slachtoffer eerst verplaatst worden naar een onbesmette ruimte met frisse lucht. Hierbij moet adembescherming gebruikt worden. Vervolgens is het noodzakelijk om een arts te waarschuwen, ook als het slachtoffer beweert dat hij zich prima voelt en dat er niets aan de hand is. Als de ademhaling stopt dient [[Beademing|kunstmatige beademing]] toegepast te worden.<ref>https://web.archive.org/web/20160305001803/http://baical-nl-be.airliquide.com/nl-BE/Msdsnl/099.pdf</ref>

===Contact met huid of ogen===
Wanneer fosgeen in contact komt met de huid of de ogen kunnen brandwonden ontstaan op de [[huid]] en het [[hoornvlies]]. Dit kan leiden tot vertroebeling van het zicht. Bij contact met fosgeen dienen de ogen en/of de huid onmiddellijk gedurende minimaal 15 minuten gespoeld te worden met [[water]]. Besmette kledij moet zo snel mogelijk verwijderd worden.<ref>http://www.idph.state.il.us/Bioterrorism/factsheets/phosgene.htm. [https://web.archive.org/web/20230606045124/http://www.idph.state.il.us/Bioterrorism/factsheets/phosgene.htm Gearchiveerd] op 6 juni 2023.</ref> Aangezien hierbij vaak sprake is van vloeibaar fosgeen, moet de hulpverlener beschermende kleding dragen.

== Zie ook ==
* [[Lijst van toxische gassen]]

== Externe links ==
* {{Link International Chemical Safety Card|id=0007|label=Fosgeen}}
* {{Link GESTIS|ZVG=1340}}
* [http://www.sigmaaldrich.com/MSDS/MSDS/DisplayMSDSPage.do?country=BE&language=NL&productNumber=79372&brand=ALDRICH&PageToGoToURL=http%3A%2F%2Fwww.sigmaaldrich.com%2Fcatalog%2Fproduct%2Faldrich%2F79372%3Flang%3Den MSDS van ''fosgeen'']
{{Appendix}}
{{Navigatie chemische wapens}}

[[Categorie:Chemisch wapen]]
[[Categorie:Zuurchloride]]
[[Categorie:Anorganische verbinding van koolstof]]
[[Categorie:Lewiszuur]]
[[Categorie:Ontvlambare stof]]
[[Categorie:Corrosieve stof]]
[[Categorie:Toxische stof]]