Rossini! Rossini! - Trailer e cloroformio (?!)

Venerdì 13 novembre 1868 morì, nella sua villa alle porte di Parigi, il compositore Gioacchino Rossini. Operato dal chirurgo August Nelaton (1907-1873) per un tumore al retto, Rossini incorse in un'infezione che si estese a tutto l'organismo nel giro di pochi giorni, conducendolo a morte.

Per l'operazione fu utilizzato come anestetico il cloroformio, scoperto nel 1831 da Liebig (e, sembra contemporaneamente, da Samuel Guthrie).  

(Grafica di G. Uliu)

Il nome tradizionale fu assegnato al composto da Jean Baptiste Dumas nel 1834: oggi la IUPAC ci insegna a chiamarlo triclorometano.

Già dal 1847 fu usato come anestetico, almeno in Europa, a partire dal chirurgo Simpson che operava a Edimburgo. Solo agli inizi del XX secolo fu sostituito con l'etere (già diffuso negli USA), vista la tossicità del composto. Come molti composti organici clorurati, il cloroformio causa danni al fegato e ai reni; sembra sia corresponsabile dell'insorgenza di aritmie cardiache e di manifestazioni allergiche.

Il cloroformio reagisce con basi come NaOH e KOH per dare il diclorocarbene, una specie molto reattiva che si lega ad anelli aromatici attivati alla sostituzione elettrofila aromatica per condurre alla formazione dell'aldeide aromatica (formilazione di Reimer - Tienmann). In questo modo è possibile produrre, ad esempio, l'aldeide salicilica dal fenolo.

Sull'anello del pirrolo, il diclorocarbene agisce causando l'espansione dell'anello (da 5 a 6 termini) con la formazione dell'anello piridinico.

Sul doppio legame C=C, il diclorocarbene si addiziona formando il diclorociclopropano corrispondente.

Con le ammine primarie, il diclorocarbene reagisce per formare la carbilammina corrispondente, di odore sgradevole: la cosa era sfruttata in un saggio analitico qualitativo per ricercare la presenza di ammine (che già puzzano di loro: l'isonitrile formantesi è vomitevole a dir poco - io lo feci a suo tempo sull'anilina, secondo una procedura nota come sintesi di Hofmann degli isonitrili). 

Secondo Ugi, proprio l'odore nauseabondo degli isonitrili ha ritardato gli studi su questa classe di composti, che rivelano un certo interesse anche per la chimica di coordinazione.

Al di là di questa digressione sul cloroformio e sulla sua chimica (evviva l'organica!), guardate il trailer del film dedicato a Rossini, per la regia di Mario Monicelli, con Sergio Castellitto nella parte del compositore e Giorgio Gaber nella parte dell'impresario teatrale e biscazziere Domenico Barbaja. 

Quanta fame mi fa venire quel piatto di spaghetti consumato in carrozza, mentre all'Argentina si consumava il fiasco programmato ad arte per la prima esecuzione del Barbiere di Siviglia... guardatevi il video di apertura. E poi questo... 

("L'assedio di Corinto" come sottofondo musicale)

Nicotina e similari: appunti.

La diffusione del tabacco in Francia si deve a Jean Nicot (1530-1600), ambasciatore francese che presentò alla regina Caterina de' Medici la pianta proveniente dal Nuovo Mondo.

Se essiccata e bruciata, essa era in grado di allontanare gli insetti e il loro fastidioso ronzio: estratti di tabacco sono impiegati per scopi simili anche oggi, soprattutto in agricoltura.

Il tabacco fu inizialmente utilizzato per curare l'emicrania e alcune patologie respiratorie; si diffuse poi per usi ricreativi, con alterne fortune tra tasse governative e scomuniche papali.

Agli inizi dell'Ottocento, da questa pianta fu ricavata la nicotina, C10H14N2, l'unico alcaloide liquido (tutti gli altri sono solidi), che bolle a 247°C. Il merito della scoperta è attribuito a Gaspare Cerioli (1807), Nicholas Vaquelin (1809) e accreditato tuttavia a Karl Ludwig Reimann e Wilhelm Heinrich Posselt, che effettuarono il lavoro nel 1828, in quanto furono i primi a sperimentare sugli animali le proprietà della sostanza. Come tutti gli alcaloidi, anche la nicotina mostra un effetto fisiologico sul sistema nervoso: se pura, è un veleno potentissimo. Pochi centigrammi sono sufficienti a provocare la morte di un uomo.

Chimicamente è una N-metil-tetraidropirrol-piridina: all'anello piridinico, in posizione 3, è legato un anello a cinque termini. Tale anello a cinque termini è formato da quattro atomi di carbonio e da uno di azoto, come quello del pirrolo. Sull'atomo di azoto di questo anello è legato un gruppo metile.

Trattando la nicotina con un forte ossidante (ad esempio con acido nitrico, con permanganato o con bicromato), da essa si ricava l'acido nicotinico: l'anello a cinque termini è demolito e sull'unico carbonio superstite si ha un gruppo carbossilico -COOH.

L'acido nicotinico è isomero dell'acido picolinico (con il gruppo carbossilico sul secondo atomo di carbonio) dell'acido isonicotinico (con il gruppo carbossilico in posizione quattro, al vertice opposto rispetto a quello occupato dall'atomo di azoto nell'anello piridinico esagonale).

Dall'acido nicotinico deriva la nicotinammide, che nelle cellule è un precursore del NAD, una molecola coinvolta nei processi ossidoriduttivi alla base della vita.

Dall'acido isonicotinico (o meglio, dal nitrile corrispondente) deriva invece l'isoniazide, una molecola utilizzata nel trattamento della tubercolosi: il suo impiego in tal senso fu perfezionato dal medico italiano Attilio Omodei Zorini (1897-1983) a Roma, presso l'Istituto Forlanini. Tali ricerche gli valsero, nel 1975, la candidatura al Premio Nobel per la Medicina (che non vinse e che fu assegnato a Renato Dulbecco e ad altri).

Composti azotati: ammine, ammidi, amminoacidi...

Molti composti organici contengono anche azoto - oltre a carbonio, idrogeno e ossigeno. Tra i composti organici azotati, voglio ricordare le ammine, le ammidi, gli amminoacidi, le proteine, gli alcaloidi.

Le ammine contengono il gruppo funzionale -NH2, derivato dall'ammoniaca per sostituzione di un atomo di idrogeno con un atomo di carbonio. Analogamente all'ammoniaca, anche le ammine si comportano da basi: reagiscono con gli acidi formando sali di ammonio.

Il vecchio saggio della carta da giornale è tuttora utile per evidenziare il gruppo funzionale amminico. Lo raccontiamo, Thomas (dr. Scattolin) ed io, in questo breve video.

Altra reazione caratteristica è quella con l'acido nitroso:

Si distinguono:

• ammine alifatiche, se l'atomo di carbonio appartiene a una catena alifatica (di un alcano o di un cicloalcano);
• ammine aromatiche, se l'atomo di carbonio appartiene a un anello aromatico (come quello del benzene) e sono dette anche aniline dal nome del termine più semplice (anilina, un composto dal quale si preparano farmaci, pesticidi e soprattutto coloranti sintetici, come accenniamo sempre Thomas ed io nel seguente video); 

• ammine eterocicliche, se l'atomo di azoto appartiene a un anello, ossia concorre a definire un sistema ciclico come quello del pirrolo e della piridina.

Le ammidi contengono il gruppo funzionale -CONH2. A questa classe di composti appartengono, ad esempio:

• l'Autàn (il noto repellente per le zanzare);
• l'allucinogeno LSD (dietim-ammide dell'acido lisergico);
• l'urea (diammine dell'acido carbonico), presente nell'urina dei mammiferi, importante fertilizzante azotato (N46%) e intermedio nella preparazione di pesticidi, di resine ureiche e di farmaci (barbiturici).

Gli alfa-amminoacidi sono composti che contengono un gruppo amminico -NH2 e un gruppo carbossilico -COOH legati a uno stesso atomo di carbonio (C alfa). Sono i principali costituenti delle proteine, macromolecole chiamate così perché ritenute essere i principi primi della materia vivente.

Gli aminoacidi costituenti le proteine sono venti; alcuni sono sintetizzati dal nostro corpo, mentre altri (detti "essenziali") devono essere introdotti con una corretta alimentazione.

Le proteine: 

• risultano dalla condensazione di più amminoacidi legati tra loro attraverso il legame peptidico;
• svolgono svariate funzioni fisiologiche;
• si denaturano con il calore, coagulando;
• si evidenziano, ad esempio, mediante il saggio del biureto: la soluzione azzurra basica di Cu (II) vira al viola se riscaldata in presenza di due o più legami peptidici.

Anche gli alcaloidi contengono atomi di azoto che conferiscono a queste molecole proprietà "simili agli alcali" (da cui il nome): reagiscono con gli acidi per formare sali. 

Agli alcaloidi appartengono molte molecole ricavate dalle angiosperme, dotate di particolare azione fisiologica sul sistema nervoso. Si classificano in base all'effetto conseguente alla loro assunzione in: 

• stimolanti (caffeina, teobromina);
• rilassanti (morfina, codeina, eroina); 
• allucinogeni (psilocibina, mescalina). 

Alcuni alcaloidi sono spiccatamente tossici (curarina, fisostigmina) mentre altri sono sfruttati per la loro azione farmacologica (chinino per la cura della malaria; alcaloidi della vinca in chemioterapia).

Tutti si caratterizzano per un gusto amaro: la stricnina è conosciuta come la sostanza più amara nota all'uomo.

Il loro impiego criminale ha costretto la Tossicologia a mettere a punto metodi analitici sempre più sensibili per determinare la presenza di queste molecole e dei loro metaboliti nei tessuti e nei liquidi biologici, a partire dalla metà del XIX secolo fino alle tecniche strumentali dei giorni nostri.

BENZENE, OMOLOGHI E DERIVATI.

La chimica del benzene,  C₆H₆, dei suoi omologhi (con formula C_nH_2n-6 e n = 6, 7, 8...) e dei derivati catturò l'interesse degli studiosi per buona parte del XIX secolo, arrivando fino ai giorni nostri.

L'albero del catrame.

Essi si ricavavano dalla distillazione del catrame, sottoprodotto dell'industria del gas illuminante, e servivano all'industria dei coloranti sintetici, degli esplodenti e dei farmaci. Oggi si ricavano anche dalla raffinazione del petrolio.

La fiamma fuligginosa del benzene che brucia.

Pur trattandosi di composti insaturi (ovvero contenenti meno idrogeno rispetto a quello che potrebbero contenere in relazione al numero di atomi di carbonio presenti), non si comportano come le olefine alifatiche. I legami insaturi del benzene non addizionano specie elettrofile, come invece il doppio legame dell'etilene che reagisce col bromo (rosso) per dare il dibromoetano (incolore):

CH₂=CH₂ + Br₂ -> CH₂Br-CH₂Br

I sistemi aromatici danno reazioni di sostituzione che avvengono in particolari condizioni. Così il benzene reagisce con:

- cloro (in presenza di cloruro di alluminio) per dare clorobenzene e acido cloridrico:

C₆H₆ + Cl₂ -> C₆H₅-Cl + HCl

- acido nitrico (in acido solforico) per dare nitrobenzene e acqua:

C₆H₆ + HNO₃ -> C₆H₅-NO₂ + H₂O

- anidride solforica (in acido solforico) per dare acido benzensolfonico:

C₆H₆ + SO₃ -> C₆H₅-SO₃H

- i cloruri degli acidi carbossilici (come il cloruro di acetile, in presenza di cloruro di alluminio) per dare chetoni (come l'acetofenone):

C₆H₆ + CH₃COCl -> C₆H₅COCH₃ + HCl

- il monossido di carbonio (CO), in presenza di acido cloridrico e cloruro di alluminio, per dare benzaldeide:

C₆H₆ + CO -> C₆H₅-CHO

La benzaldeide, per inciso, è un composto dall'intenso aroma di mandorle e per questo usato anche in pasticceria.

Attraverso la reazione di Cannizzaro, per azione sulla benzaldeide dell'idrossido di potassio si formano l'alcol benzilico e il benzoato di potassio (sale di potassio dell'acido benzoico, C₆H₅-COOH, usato come conservante alimentare):

2C₆H₅-CHO + KOH -> C₆H₅-CH₂OH + C₆H₅-COOK

Da questi composti ne derivano molti altri, ad esempio: 

• dal clorobenzene si fabbrica il DDT (per reazione con il cloralio) o il fenolo (C₆H₅-OH, per fusione con NaOH); 
• per riduzione del nitrobenzene si preparara l'anilina, C₆H₅-NH₂, importante intermedio nell'industria dei coloranti e dei farmaci; 
• dall'acido benzoico derivano il cloruro di benzoile e soprattutto il perossido di benzoile; 
• dall'alcol benzilico il cloruro di benzile (un lacrimogeno); 
• vanillina, eugenolo, acido salicilico, paracetamolo, etc, son tutti esempi di composti aromatici con i quali familiarizziamo tutti i giorni.

Derivati del benzene di uso pratico.

Concludo completando il discorso sugli aromatici: il benzene possiede un solo anello, tutto di atomi di carbonio. Esistono composti con caratteristiche simili che al posto di uno o due atomi di carbonio hanno un atomo diverso: ossigeno (furano), zolfo (tiofene) o azoto (pirrolo). 

Composti eterociclici aromatici.

Quattro pirroli collegati da ponti metinici definiscono la struttura della porfirina, presente nell'emoglobina del sangue (con il ferro al centro), nelle clorofille (con il magnesio) e nella vitamina B12 (con il cobalto).

Questi sono esempi di composti dove coesistono più anelli aromatici; in alcuni casi essi sono condensati tra loro (ovvero i vari anelli condividono un lato con un altro o più), come nel naftalene (due anelli), nell'antracene e nel fenantrene (tre anelli), nel benzopirene (cinque anelli), etc.

Idrocarburi policiclici aromatici.