Diisopropylfluorophosphat ( DFP ) oder Isofluorophosphat ist eine ölige, farblose Flüssigkeit mit der chemischen Formel C₆H₁₄FO₃P. Es wurde früher zur Behandlung des Glaukoms eingesetzt [ 1 ] und wird heute als Organophosphor- Insektizid verwendet [ 2 ] . Es ist stabil, hydrolysiert jedoch bei Kontakt mit Feuchtigkeit.

Medizinische Anwendung

Diisopropylfluorophosphat ist ein Parasympathomimetikum mit irreversibler anticholinesterase Wirkung und wird in der Ophthalmologie als Miotikum zur Behandlung des chronischen Glaukoms , in der Veterinärmedizin als Miotikum und in den Neurowissenschaften aufgrund seiner Acetylcholinesterase- hemmenden Eigenschaften und seiner Fähigkeit, eine verzögerte periphere Neuropathie auszulösen, als experimentelles Mittel eingesetzt . [ 1 ]

Verwendung als Giftstoff

Reaktion des DIFP mit einer Serinprotease

Die ausgeprägte Toxizität der Monofluorphosphorsäureester wurde 1932 entdeckt, als Willy Lange und seine Doktorandin Gerda von Krueger die Methyl-, Ethyl-, n-Propyl- und n-Butylester herstellten und dabei zufällig deren toxische Wirkung erfuhren. Ein weiteres Homolog dieser Esterreihe, Diisopropylfluorophosphat, wurde von dem britischen Wissenschaftler Bernard Charles Saunders entwickelt . Auf der Suche nach Verbindungen für den Einsatz als chemische Kampfstoffe ließ sich Saunders von dem Bericht von Lange und Krueger inspirieren und beschloss, das neue Homolog, das er PF-3 nannte, herzustellen. Es war als chemische Waffe deutlich weniger wirksam als die Kampfstoffe der G-Reihe. Häufig wurde es mit Senfgas gemischt , wodurch eine wirksamere Mischung mit deutlich niedrigerem Schmelzpunkt entstand, die sich für den Einsatz bei Kälte eignete.

Protease-Inhibitor-Komplex.
Kristallstruktur des Herpes-simplex-Virus-Protease/Inhibitor-Komplexes (DFP). Das Serin im aktiven Zentrum (gelb) wurde phosphonyliert, was zu einer irreversiblen Hemmung führt. Dargestellt aus PDB 1AT3 .

In der militärischen Forschung wird es aufgrund seiner physikalischen und chemischen Ähnlichkeiten und seiner vergleichsweise geringen Toxizität als Simulant für G-Kampfstoffe ( GA , GB , GD und GF ) eingesetzt. Diisopropylfluorophosphat dient in zivilen Laboren zur Simulation letaler Nervengasvergiftungen oder Organophosphatvergiftungen. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] Es wurde auch zur Entwicklung eines Nagetiermodells für das Golfkriegssyndrom verwendet . [ 6 ]

Diisopropylfluorophosphat ist ein hochwirksames Neurotoxin . Seine LD <sub>50</sub> bei Ratten beträgt 6 mg/kg (oral). Es bindet an die Aminosäure Serin im aktiven Zentrum des Enzyms Acetylcholinesterase [ 7 ] , einem Enzym, das den Neurotransmitter Acetylcholin deaktiviert . Neurotransmitter sind notwendig, um die Weiterleitung von Nervenimpulsen von einem Neuron zum anderen über die Synapse aufrechtzuerhalten . Sobald der Impuls übertragen wurde, deaktiviert die Acetylcholinesterase das Acetylcholin nahezu unmittelbar durch dessen Abbau. Wird das Enzym gehemmt, reichert sich Acetylcholin an, und die Nervenimpulse können nicht mehr gestoppt werden, was zu einer anhaltenden Muskelkontraktion führt. Es kommt zu Lähmungen , und da die Atemmuskulatur betroffen ist, kann der Tod eintreten .

DFP also inhibits some proteases. It is a useful additive for protein or cell isolation procedure.

Diisopropyl fluorophosphate (DFP) was a nerve gas developed by the German during the Second World War. DFP irreversibly binds with the enzymes containing serine at the active site, e g. Serine proteases, acetylcholine esterase.

Production

Isoflurophate, the diisopropyl ester of fluorophosphoric acid, is made by reacting isopropyl alcohol with phosphorus trichloride, forming diisopropylphosphite, which is chlorinated and further reacted with sodium fluoride to replace the chlorine atom with fluorine, thus giving diisopropyl fluorophosphate.[8]

Another synthesis that is only of academic interest entails the reaction between two equivalents of isopropyl alcohol and phosphoryl dichloride fluoride.[9]

Biochemistry

DFP is a diagnostic test for the presence of the active site Ser in serine proteases, as well as a serine protease inhibitor. PMSF and AEBSF are less toxic alternatives that work well for most serine proteases. However, only DFP potently inhibits a subclass of serine proteases collectively known as neutrophil serine proteases (namely, neutrophil elastase, cathepsin G, and proteinase 3). DFP and other analogous organophosphate neurotoxins are inactivated by the enzyme paraoxonase, which is present in widely varying levels in humans.

Society and culture

It is marketed under many brand names including Difluorophate, Diflupyl, Diflurphate, Dyflos, Dyphlos, Fluropryl, Fluostigmine, Neoglaucit.

See also

  • MAFP (methoxy arachidonoylfluorophosphonate), a mechanistically related inhibitor
  • Neopentylene fluorophosphate, a cyclic analogue
  • Sarin (isopropyl methylphosphonofluoridate), a related phosphofluoridate
  • PMSF (4-(2-aminoethyl)benzenesulfonyl fluoride), an analogous sulfonyl fluoride sulfonating reagent
  • AEBSF (phenylmethylsulfonyl fluoride), an analogous sulfonyl fluoride sulfonating reagent

References

  1. ^ ab"Isofluorphate definition". Drugs.com. Archived from the original on 6 September 2017. Retrieved 6 September 2017.
  2. ^"Isoflurophate". National Cancer Institute. Retrieved 2022-10-30.
  3. Deshpande LS, Carter DS, Blair RE, DeLorenzo RJ (August 2010). „Entwicklung eines verlängerten Kalziumplateaus in Hippocampusneuronen von Ratten, die einen durch das Organophosphat Diisopropylfluorophosphat induzierten Status epilepticus überlebt haben“ . Toxicological Sciences . 116 (2): 623–31 . doi : 10.1093/toxsci/kfq157 . PMC 2905411. PMID 20498005 .  
  4. ^ Pessah IN, Rogawski MA, Tancredi DJ, Wulff H, Zolkowska D, Bruun DA, et al. (August 2016). „Modelle zur Identifizierung von Behandlungen für die akuten und anhaltenden Auswirkungen von anfallsauslösenden chemischen Kampfstoffen“ . Annals of the New York Academy of Sciences . 1378 (1): 124–136 . Bibcode : 2016NYASA1378..124P . doi : 10.1111 / nyas.13137 . PMC 5063690. PMID 27467073 .  
  5. ^ Kadriu B, Guidotti A, Costa E, Davis JM, Auta J (März 2011). „Die akute Behandlung mit Imidazenil nach dem Auftreten eines DFP-induzierten Krampfanfalls ist wirksamer und länger anhaltend als Midazolam bei der Prävention von Krampfanfällen und neuropathologischen Hirnschäden . “ Toxicological Sciences . 120 (1): 136–45 . doi : 10.1093/toxsci/kfq356 . PMID 21097996 . 
  6. ^ Phillips KF, Deshpande LS (Januar 2016). „Wiederholte Exposition gegenüber niedrigen Dosen des Organophosphats DFP führt zur Entwicklung von Depressionen und kognitiven Beeinträchtigungen in einem Rattenmodell des Golfkriegssyndroms“ . Neurotoxicology . 52 : 127–33 . Bibcode : 2016NeuTx..52..127P . doi : 10.1016/j.neuro.2015.11.014 . PMID 26619911 . 
  7. ^ Millard CB, Kryger G, Ordentlich A, Greenblatt HM, Harel M, Raves ML, et al. (Juni 1999). „Kristallstrukturen gealterter phosphonylierter Acetylcholinesterase: Nervenkampfstoff-Reaktionsprodukte auf atomarer Ebene“. Biochemistry . 38 (22): 7032–9 . doi : 10.1021/bi982678l . PMID 10353814 . 
  8. ^ US-Patent 2409039 , Hardy EE, Kosoloapoff GM, „Halogenierte Verbindungen und Verfahren zu deren Herstellung“, erteilt am 8. Oktober 1946, zugewiesen an die Monsanto Chemical Company 
  9. ^ Fest C, Schmidt KJ (1982). „Chemical Section“. The Chemistry of Organophosphorus Pesticides . Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. S. 82. doi : 10.1007/978-3-642-68441-8_3 . ISBN 978-3-642-68443-2Die

Weiterführende Literatur

  • Die MEROPS- Online-Datenbank für Peptidasen und deren Inhibitoren: DFP