Cyklopropan

Ben Valsler

W tym tygodniu Katrina Krämer o gazie znieczulającym, który eksplodował w operacjach, być może trochę zbyt dosłownie, w latach 30-tych.

Katrina Krämer

„Przeprowadzaliśmy całkowicie rutynową, niemal drobną operację na kobiecie wymagającej diatermii – chirurgii wykorzystującej elektrycznie wywołane ciepło – w celu usunięcia niezłośliwego guza języka. Wtedy nastąpiła katastrofa. Leżeliśmy na podłodze, oszołomieni, a w uszach dzwoniło nam od potężnej eksplozji. Byliśmy całkowicie ogłuszeni. Oślepił nas też, jak sądzę, błysk, ale i odłamki unoszące się w powietrzu. W powietrzu unosił się okropny, ostry zapach, pamiętam go szczególnie, przypuszczam, że była to paląca się guma rurki, która łączyła pacjenta z aparatem do znieczulania.”

To były słowa młodszego chirurga domowego A Friedmana, przekazane Alanowi Macdonaldowi i opublikowane w pracy z 1994 roku w British Journal of Anaesthesia. Opisana w nich scena nie rozegrała się w czasie wojny światowej. Wybuch nie został spowodowany przez bombę, ale przez substancję, która miała utrzymać pacjenta w bezbolesnym uśpieniu podczas inwazyjnego zabiegu: Cyklopropan.

W 1957 roku, kiedy doszło do wybuchu, cyklopropan był powszechnie stosowanym środkiem znieczulającym. Związek ten został odkryty już w 1881 roku przez austriackiego chemika Augusta Freunda, który początkowo nazwał go trimetylenem.

Z 11-stronicowego rękopisu1 opisującego odkrycie, Freund poświęcił osiem stron na żmudne ustalanie struktury cyklopropanu. Nie mając dostępu do spektroskopii w tym czasie, użył mieszanki eksperymentu i pracy detektywistycznej, z której Sherlock Holmes byłby dumny, dochodząc do wniosku, że substancja musi mieć trzy jednostki CH2 ułożone w trójkąt – i miał rację.

Pierścień cyklopropanu jest najmniejszym możliwym cyklem węglowym. To jest w rzeczywistości tak małe, że wiązania chemiczne dostać zniekształcony w zdecydowanie niewygodny kształt. Zazwyczaj, gdy istnieje pojedyncze wiązanie pomiędzy dwoma atomami węgla, elektrony wiązania znajdują się dokładnie pomiędzy tymi atomami – sytuacja ta jest dość dobrze przedstawiona przez linie proste na rysunkach strukturalnych.

Nie tak w przypadku cyklopropanu. Intensywne naprężenia wypaczają połączenia węgiel-węgiel w coś, co chemicy nazywają wiązaniami bananowymi – trafny opis wygiętych chmur elektronowych, które wyglądają, jakby były na granicy rozpadu. Więc to może nie być zaskakujące, że cyklopropan jest dość reaktywny i skłonny do eksplozji po zmieszaniu z tlenem i iskrą.

To nie powstrzymało naukowców przed wypróbowaniem go jako środka znieczulającego. Na początku XX wieku, lekarze szukali sposobu na zastąpienie eteru. Chociaż był to podstawowy środek znieczulający przez ponad 50 lat, miał skutki uboczne, powodując mdłości i wymioty po operacji.

W 1928 roku dwóch kanadyjskich lekarzy zaczęło testować2 cyklopropan na zwierzętach. Po uzyskaniu właściwej mieszaniny – około 10% z powietrzem – okazało się, że jest to całkiem skuteczne. Kot umieszczony w zbiorniku wypełnionym gazem zemdlał w ciągu kilku minut i, jak twierdzą badacze, „nie reagował na szturchanie”. Po wyjęciu ze zbiornika „kot mrugnął i poruszył językiem w ciągu jednej minuty, usiadł i chodził w ciągu trzech minut. W ciągu pięciu minut mruczał, gdy był głaskany. To było całkiem normalne tydzień później.’

They również próbował gazu na „bardzo tłuszczu” 2,5-kilogramowy królik. Znieczulili go trzy razy z rzędu, bez widocznych negatywnych skutków.

W połowie lat 30. cyklopropan był produkowany przemysłowo, dając lekarzom dostęp do gazu w dużych ilościach i wysokiej jakości. Okazało się, że jest to silny środek znieczulający nie tylko dla kotów i królików, ale także dla ludzi. Ludzie szybko dochodzili do siebie po znieczuleniu cyklopropanem, a jego słodki zapach sprawiał, że wdychanie go nie było całkowicie nieprzyjemne.

Ale rosnąca popularność cyklopropanu sprawiła, że coraz więcej osób zaczęło doświadczać jego wybuchowej strony. W 1939 roku na amerykańskich salach operacyjnych doszło do 74 eksplozji cyklopropanu, z których 13 zakończyło się śmiercią. Niemniej jednak, jak zauważył MacDonald w 1994 roku: „Chociaż zidentyfikowano wiele czynników sprawczych, wydaje się, że nie wyciągnięto żadnych wniosków, ponieważ śmiertelne eksplozje nadal zdarzały się każdego roku.”

Wśród przyczyn były iskry spowodowane elektrycznością statyczną, wtyczkami zasilania i przełącznikami na lampach i sprzęcie chirurgicznym. W jednym ze szczególnie makabrycznych wypadków podczas operacji eksplodowała cała butla z cyklopropanem, wyrzucając odłamki i zapalając kilka innych butli z gazem znajdujących się w tym samym pomieszczeniu. Pacjenci, dwoje dzieci operowanych jednocześnie, i czterech lekarzy zginęło, dwie pielęgniarki i inny lekarz zostali okaleczeni.

Dochodzenie wykazało, że butla z cyklopropanem została przez przypadek częściowo wypełniona tlenem przed dodaniem cyklopropanu. Butle z gazem są często ponownie wykorzystywane w szpitalach, ale tym razem praktyka używania tej samej butli do różnych gazów doprowadziła do powstania śmiertelnej mieszanki.

W miarę jak wzrastało zastosowanie cyklopropanu na sali operacyjnej, rosły też badania nad jego skutkami ubocznymi. Po dłuższych okresach utraty przytomności, niektórzy pacjenci upadli, jak ich ciśnienie krwi spadło gwałtownie i ich bicie serca stało się nieregularne. Ten tak zwany szok cyklopropanowy ostatecznie oznaczał upadek trójkątnej cząsteczki jako środka znieczulającego – prawdopodobnie z korzyścią dla wszystkich zainteresowanych. Obecnie etery fluorowane są najszerzej stosowanymi lotnymi środkami znieczulającymi.

Ale cyklopropan spowodował wiele ofiar śmiertelnych w miejscu, które miało leczyć ludzi, młodszy chirurg z początku naszej historii uszedł bez szwanku. Ku zdumieniu każdego, kto usłyszy tę historię, pacjent przeżył.”

Ben Valsler

Katrina Krämer, wspomagana przez zespół Chemistry World. W przyszłym tygodniu Brian Clegg powróci z błyskiem w oku

Brian Clegg

Zastosowanie cyrkonów w biżuterii daje nam okno do historii ludzkości, ale kryształy te działają również jak wehikuły czasu, dając naukowcom wgląd w chemię wczesnej Ziemi.

Ben Valsler

Dołącz do Briana następnym razem. Do tego czasu zwykłe linie komunikacyjne są otwarte – wyślij e-mail [email protected] lub tweet @chemistryworld. Jestem Ben Valsler, dziękuję za przyłączenie się do mnie.

.