Cyclopropane

Ben Valsler

Questa settimana, Katrina Krämer con un gas anestetico che è esploso nelle operazioni, forse un po’ troppo letteralmente, negli anni 30.

Katrina Krämer

‘Stavamo facendo un’operazione perfettamente di routine, quasi minore, su una donna che richiedeva la diatermia – un intervento che utilizzava il calore indotto elettricamente – per rimuovere un tumore non maligno della lingua. Poi è avvenuta la catastrofe. Ci trovammo sdraiati sul pavimento, storditi, con le orecchie che ci fischiavano per una tremenda esplosione. Eravamo completamente assordati. Eravamo anche accecati, suppongo, dal flash, ma anche dai detriti nell’aria. C’era un terribile odore acre, ricordo l’odore in particolare, suppongo fosse la gomma bruciata del tubo che collegava il paziente alla macchina anestetica.”

Queste erano le parole del chirurgo di casa junior A Friedman, riferite ad Alan Macdonald e pubblicate in un articolo del 1994 sul British Journal of Anaesthesia. La scena che descrivono non si è svolta durante una guerra mondiale. L’esplosione non fu causata da una bomba, ma proprio dalla sostanza che avrebbe dovuto mantenere il paziente in un sonno indolore durante la procedura invasiva: Ciclopropano.

Nel 1957, quando avvenne questa esplosione, il ciclopropano era un anestetico comune. Il composto era stato scoperto nel 1881 dal chimico austriaco August Freund, che inizialmente lo chiamò trimetilene.

Nel manoscritto di 11 pagine1 che descriveva la scoperta, Freund ne spese otto per discernere minuziosamente la struttura del ciclopropano. Senza accesso alla spettroscopia all’epoca, utilizza un mix di esperimenti e lavoro investigativo che renderebbe Sherlock Holmes orgoglioso, concludendo che la sostanza deve avere tre unità CH2 disposte a triangolo – e aveva ragione.

L’anello ciclopropano è il più piccolo carbociclo possibile. È, infatti, così piccolo che i legami chimici vengono distorti in una forma decisamente scomoda. Di solito, quando c’è un singolo legame tra due atomi di carbonio, gli elettroni di legame stanno proprio in mezzo ai due atomi – una situazione che è rappresentata abbastanza bene dalle linee rette nei disegni della struttura.

Non così nel ciclopropano. Uno sforzo intenso deforma le connessioni carbonio-carbonio in ciò che i chimici chiamano legami a banana – una descrizione appropriata delle nuvole di elettroni piegate che sembrano essere sul punto di rompersi. Quindi potrebbe non essere sorprendente che il ciclopropano sia abbastanza reattivo e incline a esplodere quando viene mescolato con ossigeno e una scintilla.

Questo non ha impedito agli scienziati di provarlo come anestetico. All’inizio del 20° secolo, i medici stavano cercando di sostituire l’etere. Anche se questo era stato il principale anestetico per più di 50 anni, aveva effetti collaterali, causando nausea e vomito dopo un intervento chirurgico.

Nel 1928, due medici canadesi iniziarono a testare2 ciclopropano sugli animali. Una volta ottenuta la giusta miscela – circa il 10% con l’aria – si rivelò un discreto successo. Un gatto messo in una vasca piena di gas svenne in pochi minuti e, secondo i ricercatori, “non rispose al punzecchiamento”. Una volta rimosso dalla vasca, “il gatto ammiccava e muoveva la lingua in un minuto, si sedeva e camminava in tre minuti. In cinque minuti faceva le fusa quando veniva accarezzato. Era abbastanza normale una settimana dopo.”

Hanno anche provato il gas su un coniglio “molto grasso” di 2,5 chili. Lo anestetizzarono tre volte di seguito, senza apparenti effetti negativi.

A metà degli anni ’30, il ciclopropano fu prodotto industrialmente, dando ai medici accesso al gas in grandi quantità e di alta qualità. Si rivelò un potente anestetico non solo per gatti e conigli ma anche per gli esseri umani. Le persone si riprendevano rapidamente dall’anestesia indotta dal ciclopropano, e il suo odore dolce significava che inalarlo non era del tutto sgradevole.

Ma la crescente popolarità del ciclopropano significò che più persone iniziarono a sperimentare il suo lato esplosivo. Nel 1939, ci furono 74 esplosioni di ciclopropano nelle sale operatorie statunitensi, 13 delle quali furono mortali. Tuttavia, come MacDonald ha sottolineato nel 1994: “Anche se sono stati identificati molti fattori causali, non sembra che sia stata imparata alcuna lezione, dato che le esplosioni fatali hanno continuato a verificarsi ogni anno.”

Tra le cause c’erano scintille causate dall’elettricità statica, dalle prese di corrente e dagli interruttori di lampade e attrezzature chirurgiche. In un incidente particolarmente raccapricciante, un’intera bombola di ciclopropano esplose durante un’operazione, lanciando schegge e dando fuoco a diverse altre bombole di gas nella stessa stanza. I pazienti, due bambini operati simultaneamente, e quattro medici sono stati uccisi, due infermiere e un altro medico mutilati.

Un’indagine ha scoperto che la bombola di ciclopropano era stata parzialmente riempita di ossigeno per caso prima che il ciclopropano fosse aggiunto. Le bombole di gas sono spesso riutilizzate negli ospedali, ma questa volta la pratica di usare la stessa bombola per gas diversi ha prodotto una miscela mortale.

Quando l’uso del ciclopropano in sala operatoria aumentò, così fece la ricerca sui suoi effetti collaterali. Dopo periodi prolungati di incoscienza, alcuni pazienti collassavano perché la loro pressione sanguigna calava rapidamente e il loro battito cardiaco diventava irregolare. Questo cosiddetto shock da ciclopropano segnò alla fine la fine della molecola triangolare come anestetico – probabilmente per il bene di tutte le persone coinvolte. Oggi, gli eteri fluorurati sono gli anestetici volatili più usati.

Anche se il ciclopropano ha causato molte vittime in un luogo che avrebbe dovuto curare le persone, il chirurgo junior dell’inizio della nostra storia ne è uscito illeso. Per lo stupore di tutti quelli che sentono questa storia, il paziente è sopravvissuto.”

Ben Valsler

Katrina Krämer, abilmente aiutata dal team di Chemistry World. La prossima settimana, Brian Clegg ritorna con un luccichio negli occhi

Brian Clegg

L’uso degli zirconi in gioielleria ci dà una finestra sulla storia dell’uomo, ma i cristalli agiscono anche come macchine del tempo, dando agli scienziati intuizioni sulla chimica della Terra primitiva.

Ben Valsler

Incontra Brian la prossima volta. Fino ad allora le solite linee di comunicazione sono aperte – email [email protected] o tweet @chemistryworld. Sono Ben Valsler, grazie per esserti unito a me.