Cyclopropane

In 1957, toen deze ontploffing plaatsvond, was cyclopropaan een gangbaar narcosemiddel. De verbinding was al in 1881 ontdekt door de Oostenrijkse chemicus August Freund, die het aanvankelijk trimethyleen noemde.

Uit het 11 pagina’s tellende manuscript1 waarin de ontdekking werd beschreven, besteedde Freund er acht aan de structuur van het cyclopropaan nauwkeurig te bepalen. Zonder toegang tot spectroscopie in die tijd, gebruikte hij een mix van experiment en speurwerk waar Sherlock Holmes trots op zou zijn. Hij kwam tot de conclusie dat de stof drie CH2 eenheden moest hebben die in een driehoek waren gerangschikt – en hij had gelijk.

De cyclopropaanring is de kleinst mogelijke carbocyclus. Hij is zelfs zo klein dat de chemische bindingen vervormd raken in een ongemakkelijke vorm. Normaal gesproken, wanneer er een enkele binding is tussen twee koolstofatomen, zitten de bindingselektronen precies tussen de twee atomen in – een situatie die vrij goed wordt weergegeven door de rechte lijnen in structuurtekeningen.

Maar dat is niet zo bij cyclopropaan. Door de grote spanning worden de koolstof-koolstofverbindingen vervormd tot wat chemici bananenbindingen noemen – een treffende beschrijving van de gebogen elektronenwolken die eruit zien alsof ze op het punt staan uit elkaar te vallen. Het is dus niet verwonderlijk dat cyclopropaan nogal reactief is en kan exploderen wanneer het wordt gemengd met zuurstof en een vonk.

Dat weerhield wetenschappers er niet van om het uit te proberen als verdovingsmiddel. In het begin van de 20e eeuw zochten artsen naar een alternatief voor ether. Hoewel dit al meer dan 50 jaar het belangrijkste verdovingsmiddel was, had het bijwerkingen die na een operatie misselijkheid en braken veroorzaakten.

In 1928 begonnen twee Canadese artsen met het testen van 2 cyclopropaan op dieren. Toen ze eenmaal het juiste mengsel hadden – ongeveer 10% met lucht – bleek het vrij succesvol te zijn. Een kat die in een tank gevuld met het gas werd geplaatst, raakte binnen een paar minuten bewusteloos en reageerde volgens de onderzoekers ‘niet op porren’. Eenmaal uit de tank gehaald, “knipoogde de kat en bewoog zijn tong in één minuut, ging rechtop zitten en liep rond in drie minuten. Na vijf minuten spinde hij als hij geaaid werd. Een week later was hij weer helemaal normaal.’

Ze probeerden het gas ook uit op een ‘heel dik’ konijn van 2,5 kilo. Ze verdoofden het drie keer achter elkaar, zonder duidelijk nadelig effect.

In het midden van de jaren dertig werd cyclopropaan industrieel geproduceerd, waardoor artsen toegang kregen tot het gas in grote hoeveelheden en van hoge kwaliteit. Het bleek een krachtig verdovingsmiddel te zijn, niet alleen voor katten en konijnen, maar ook voor mensen. Mensen herstelden snel van door cyclopropaan veroorzaakte narcose, en door de zoete geur was het inhaleren ervan niet geheel onaangenaam.

Maar de toenemende populariteit van cyclopropaan betekende dat meer mensen de explosieve kant ervan begonnen te ervaren. In 1939 waren er 74 cyclopropaan-explosies in Amerikaanse operatiekamers, waarvan 13 met dodelijke afloop. Desondanks, zoals MacDonald in 1994 opmerkte: “Hoewel veel oorzakelijke factoren werden geïdentificeerd, leken er geen lessen te zijn geleerd, aangezien er elk jaar dodelijke explosies bleven plaatsvinden.”

Onder de oorzaken waren vonken veroorzaakt door statische elektriciteit, stekkers en schakelaars van lampen en chirurgische apparatuur. Bij een bijzonder gruwelijk ongeval explodeerde een hele cyclopropaancilinder tijdens een operatie, waarbij granaatscherven werden weggeslingerd en verschillende andere gascilinders in dezelfde kamer in brand werden gestoken. De patiënten, twee kinderen die gelijktijdig werden geopereerd, en vier artsen kwamen om het leven, twee verpleegsters en een andere arts werden verminkt.

Bij onderzoek bleek dat de cyclopropaancilinder per ongeluk gedeeltelijk met zuurstof was gevuld voordat er cyclopropaan aan werd toegevoegd. Gascilinders worden in ziekenhuizen vaak hergebruikt, maar deze keer leverde het gebruik van dezelfde cilinder voor verschillende gassen een dodelijk mengsel op.

Toen cyclopropaan steeds vaker in de operatiekamer werd gebruikt, nam ook het onderzoek naar de neveneffecten ervan toe. Na lange perioden van bewusteloosheid zakten sommige patiënten in elkaar doordat hun bloeddruk snel daalde en hun hartslag onregelmatig werd. Deze zogenaamde cyclopropaanshock betekende uiteindelijk de ondergang van de driehoekige molecule als anestheticum – waarschijnlijk ten goede van alle betrokkenen. Tegenwoordig zijn gefluoreerde ethers de meest gebruikte vluchtige anesthetica.

Hoewel cyclopropaan vele dodelijke slachtoffers veroorzaakte op een plaats die verondersteld werd mensen te genezen, kwam de junior chirurg uit het begin van ons verhaal er ongedeerd vanaf. Tot ieders verbazing, die dit verhaal hoort, overleefde de patiënt het.’

Ben Valsler

Katrina Krämer, bijgestaan door het Chemistry World-team. Volgende week komt Brian Clegg terug met een twinkeling in zijn ogen

Brian Clegg

Zirkonen geven ons door hun gebruik in juwelen een venster op de menselijke geschiedenis, maar de kristallen fungeren ook als tijdmachines, die wetenschappers inzicht geven in de chemie van de vroege aarde.

Ben Valsler

Ga de volgende keer mee met Brian. Tot die tijd staan de gebruikelijke communicatielijnen open – e-mail [email protected] of tweet @chemistryworld. Ik ben Ben Valsler, bedankt voor het komen.