sabato 11 marzo 2017

IL POLIPROPILENE

L'unico Premio Nobel per la chimica italiano è stato assegnato a Giulio Natta (1903-1979), ingegnere chimico, che il giorno 11 marzo 1954 sintetizzò per la prima volta il polipropilene isotattico. 


Dietro questo termine difficile si nasconde un materiale che in realtà usiamo quotidianamente, la cui scoperta ha cambiato profondamente il nostro modo di vivere e l'economia della nostra nazione. 


Grazie ai finanziamenti di un'azienda privata (la Montecatini) a un'istituzione pubblica (il laboratorio di Natta presso il politecnico di Milano), l'ingegnere-scienziato compì una scoperta che riuscì a mutare le sorti dell'Italia di allora, un paese bastonato dalla guerra e piagato dalla disoccupazione e dall'emigrazione. 


In tal senso, la sintesi del polipropilene isotattico resta un unicum nel panorama scientifico italiano e non solo.


Cerchiamo in casa sugli oggetti di plastica la sigla PP e ammiriamo stupiti quanti di essi siano fatti con il polipropilene. Innumerevoli. Contenitori per alimenti, giocattoli, recipienti per detersivi, farmaci, imballaggi vari. 

Tutto inizia a partire dal propilene, un gas che fino alla scoperta di Natta era uno scomodo sottoprodotto derivato dalla lavorazione del petrolio, di formula CH2=CH-CH3

Immaginiamo una singola molecola di propilene come un vagone ferroviario (monomero): tanti vagoni si connettono in successione per formare un treno (polimero). 

Il problema che Natta doveva risolvere consisteva nel fatto che i monomeri si connettevano a caso, come se nel disporre i vagoni per formare il treno ne mettessimo alcuni con le ruote sul binario e altri con le ruote verso l'alto: ne usciva un polimero inutilizzabile (atattico). 

Era necessario riuscire a connettere i vagoni l'uno all'altro facendo si che le ruote andassero tutte dalla stessa parte, altrimenti il treno non poteva correre sui binari... ovvero, il polimero non avrebbe avuto caratteristiche utilizzabili.


Per essere più concreti, guardiamo la molecola del propilene: è definita da tre atomi di carbonio. Il secondo atomo di carbonio si lega al primo atomo di carbonio di un'altra molecola; il secondo atomo di carbonio della seconda molecola si lega al primo di una terza molecola e così via, a formare una catena di atomi di carbonio anche lunghissima. E' questa una proprietà del carbonio che và sotto il nome di desmalusogenia, grecismo che stà ad indicare la capacità di un elemento di creare catene di legami tra i suoi stessi atomi.

E il terzo atomo di carbonio di ciascuna molecola dove va a finire? E' il problema della posizione delle ruote del treno di cui sopra. Se ogni terzo atomo di carbonio di ciascuna molecola si dispone dalla stessa parte degli altri si ottiene il polipropilene isotattico: un polimero utilizzabile commercialmente, viste le sue caratteristiche di lavorabilità e di resistenza. Qui stà il merito di Natta, ovvero di aver trovato il modo di costringere le molecole di propilene a legarsi in lunghe catene con il terzo carbonio dalla stessa parte (isotattico) grazie all'impiego di un opportuno catalizzatore stereospecifico (che agisce cioé sulla disposizione spaziale degli atomi nelle molecole). 

Tale catalizzatore fu messo a punto perfezionando gli studi  che Karl Ziegler  (1898-1973) aveva intrapreso sulla polimerizzazione dell’etilene. 

Ziegler era figlio di un pastore luterano; laureatosi a Marburgo, fu professore in diverse università tedesche. 
Studiò alcuni composti metallorganici: in particolare preparò i litio-alchili per reazione diretta del litio con alogenuri alchilici; tentando la medesima sintesi con gli alogenuri vinilici osservò invece reazioni di coupling e, approfondendo ulteriormente, mise a punto i composti metallorganici dell’alluminio (trietilalluminio) noti come catalizzatori di Ziegler, capaci di favorire la polimerizzazione dell’etilene, in presenza di tetracloruro di titanio.

Il passo successivo, nella storia del polipropilene, è stato compiuto da Natta, che variò la composizione dei catalizzatori di Ziegler, concepiti per l’etilene. Lo studioso italiano osservò che tricloruro di titanio e cloruro di dietil-alluminio davano risultati positivi con il propilene: si formava un composto cristallino dalle apprezzabili proprietà, dovute alla disposizione regolare degli atomi nello spazio. Prima di Natta, solo la Natura si era dimostrata in grado di costruire polimeri stereospecifici: pensiamo alla stereospecificità degli zuccheri, delle proteine o degli acidi nucleici.



Documentari d’epoca ci permettono di mettere in evidenza, più che i dettagli scientifici, il notevole impatto sociale della novità costituita dal nuovo materiale, figlio della nuova tecnologia basata sulla catalisi e messo in produzione per la prima volta a Ferrara, nel 1957. Ha giocato un ruolo non da poco, in tal senso, la televisione: gli sketch con Gino Bramieri e i suoi travestimenti restano ancora nella memoria collettiva degli italiani...

Mo' signora guardi bén
che sia fatto di Moplén!

La metatesi olefinica
Robert H. Grubbs, nel tentativo di approfondire gli studi di Ziegler e Natta per realizzare la polimerizzazione delle olefine con catalizzatori a base di rutenio, ha scoperto per sbaglio una reazione nuova che gli ha valso il premio Nobel per la chimica nel 2005, insieme a Schrock e a Chauvin – autori di studi nel medesimo campo, condotti usando il molibdeno anziché il rutenio. Tale reazione si chiama metatesi olefinica e consiste nello scambio dei sostituenti presenti su olefine diverse.

A=B + C=D ---> A=C + B=D


La reazione avviene anche a temperatura ambiente e in soluzione acquosa. Al di là delle condizioni e dei dettagli, questa reazione è di notevole utilità sintetica, anche su scala industriale.