Sassari, 17/11/11

Sherlock Holmes ed altritra chimica e romanzo

Ugo AzzenaDipartimento di Chimica e Facoltà di Farmacia

Università di Sassari

Roald Hoffmann è nato a Zloczow, Polonia (oggi Ucraina) il 18/07/1937, ed è un chimico teorico di origini ebraiche e polacche. E’ emigrato negli Stati Uniti nel 1949, dove si è laureato alla Columbia University, ottenendo poi il dottorato ad Harward.Per i suoi lavori sui meccanismi di reazione in chimica organica, svolti in collaborazione con Robert Woodward, è stato insignito del Premio Nobel per la chimica nel 1981.Il Professor Hoffmann continua ad occuparsi attivamente di chimica teorica, ed insegna alla Cornell University. Oltre a questo, trova il tempo di scrivere libri di divulgazione scientifica, poesie, testi teatrali

Primo Levi (Torino, 31/07/1919 – 11/04/1987), è stato uno scrittore italiano autore di memorie, racconti, poesie e romanzi.Si laurea in Chimica nel 1941, a pieni voti e con lode, nonostante il divieto per gli ebrei di accedere alla scuola pubblica.Nel 1943 viene arrestato dai fascisti e deportato ad Auschwitz, dove lavora nei laboratori chimici della "Buna". Scampa fortunosamente alla marcia di evacuazione del lager, e viene liberato dall’Armata Rossa il 27/01/1945.Rientrato a Torino, trova lavoro presso una ditta di produzione di vernici di cui in seguito assumerà la direzione fino al pensionamento, dedicando via via sempre più tempo alla scrittura.Benché sia il racconto della sua esperienza nel lager a dargli la fama, Levi ha scritto molti racconti che trattano della natura e dell'impatto della scienza e della tecnica sulla quotidianità. In questo filone si inserisce la raccolta di racconti “Il Sistema Periodico”, in cui episodi biografici e racconti di fantasia vengono associati ciascuno ad un elemento chimico.L'11 aprile del 1987 Primo Levi muore, forse suicida

Vorrei citare anche un altro libro, secondo me molto utile a capire la forza che Primo Levi dichiara, a più riprese, di aver tratto dal proprio lavoro.

Nel libro intitolato “La chiave a stella”, l’Autore descrive in maniera romanzata una sua esperienza di lavoro in Russia.In uno dei passaggi più significativi, si legge:

“Se si escludono istanti prodigiosi e singoli che il destino ci può donare, l’amare il proprio lavoro (che purtroppo è privilegio di pochi) costituisce la migliore approssimazione concreta alla felicità sulla terra: ma questa è una verità che non molti conoscono …………..Per esaltare il lavoro, nelle cerimonie ufficiali viene mobilitata una retorica insidiosa, cinicamente fondata sulla considerazione che una medaglia ….. costa molto meno di un aumento di paga; però esiste una retorica di segno opposto, non cinica ma profondamente stupida, che tende a denigrarlo ……. come se del lavoro, proprio o altrui, si potesse fare a meno.”

Sir Arthur Conan-Doyle, è nato ad Edimburgo (Scozia) il 22/05/1859, ed è morto a Crowborough (Inghilterra) il 07/07/1930.È stato, insieme a Edgar Allan Poe, un maestro della letteratura, ed il fondatore di ben due generi: il Giallo ed il Fantastico.In particolare, è il padre di quel sottogenere definito giallo deduttivo, reso famoso grazie alla sua creatura di maggior successo, Sherlock Holmes, che ha costituito solo una frazione della sua enorme produzione

Sherlock Holmes è infatti il prototipo dell’investigatore geniale, cui vengono attribuite, fra l’altro delle grandi conoscenze chimiche. Peccato che non sia vero. Nessuno ci fa caso perché la chimica è, per il grosso pubblico, qualcosa di incomprensibile. Si accetta qualunque stupidaggine perché viene da una fonte autorevole che, pur scrivendo dei piacevolissimi romanzi, confonde chimica ed alchimia. Uno studio in rosso è il primo romanzo di Sir Arthur Conan Doyle di cui è protagonista questo celebre detective

Dorothy Leigh Sayers è nata ad Oxford (Inghilterra) il 13/06/1893, ed è morta a Londra il 17/12/1957.È stata una delle prime donne a conseguire un titolo accademico presso la prestigiosissima università di Oxford, in lingua e letteratura francese, ed è una scrittrice che ha avuto un enorme successo presso il pubblico di lingua inglese.Nei suoi racconti polizieschi sono intrecciati fatti e opinioni sulle conoscenze scientifiche degli anni ’20 e ’30. Per capire l’impatto di questi romanzi sul pubblico contemporaneo, può essere utile ricordare che in quegli anni la comunità scientifica internazionale dibatte furiosamente sulle nuove teorie scientifiche che scuotono le fondamenta di una scienza basata fino ad allora sulle leggi della meccanica classica formulate da Newton.La teoria della relatività di Einstein e la meccanica quantistica avevano inaugurato una nuova epoca, e termini come caso, evento, probabilità rimbalzavano, anche in maniera confusa, dal linguaggio scientifico al linguaggio quotidiano.

Il romanzo The Documents in the Case, contiene molti richiami a questa atmosfera, e viene universalmente indicato come il primo esempio di giallo nel quale appare l’investigazione scientifica in senso moderno.In breve, si tratta della morte di un esperto micologo, l’ingegner Harrison, ritrovato cadavere dopo aver mangiato dei funghi da lui stesso raccolti.L’inchiesta emette un verdetto di morte accidentale, concludendo che l’uomo ha confuso il fungo Amanita Muscaria, velenoso, con l’Amanita Rubescens, commestibile. Questa confusione avrebbe avuto come conseguenza la morte per avvelenamento da muscarina. L’ingestione di questo veleno da parte di Harrison viene provata dal medico legale al di là di ogni dubbio.Il figlio di Harrison non crede a questa possibilità e, con l’aiuto del vero protagonista, John Munting, raccoglie una serie di lettere che consente di ricostruire gli avvenimenti che hanno portato alla morte del padre, ed a sospettare la giovane seconda moglie del defunto di avere istigato un brillante e giovane pittore, Philip Lathom, ad uccidere il marito.Durante una conversazione con uno dei migliori chimici di Oxford, Munting scopre che esiste la possibilità di distinguere la muscarina naturale da quella di sintesi. Ottiene quindi una nuova analisi dei residui di muscarina che hanno portato alla morte di Harrison, e trova la conferma dei suoi dubbi.La muscarina trovata nel cibo è sintetica, Harrison è stato assassinato, e Lathom è il colpevole dell’omicidio.

C’E’ DIFFERENZA TRA UN PRODOTTO NATURALE ED UN PRODOTTO DI SINTESI?

QUALCHE VOLTA SI, ED E’ UNA DIFFERENZA DI FORMA

MA PERCHE’, CHE FORMA HANNO LE MOLECOLE?

ALCUNE SEMPLICI MOLECOLE ORGANICHE, E LA LORO FORMA

O C O

H C C H

O

CH H

L’acetilene, un’altra molecola lineare

L’anidride carbonica, una molecola lineare

La formalina, una molecola a forma di triangolo

ALCUNE SEMPLICI MOLECOLE ORGANICHE, E LA LORO FORMA

O C O

H C C H

O

CH H

L’acetilene, una molecola lineare

L’anidride carbonica, un’altra molecola lineare

La formalina, una molecola a forma di triangolo

ALCUNE SEMPLICI MOLECOLE ORGANICHE, E LA LORO FORMA

C

H

H

H

H E il metano, è fatto così?

No, il metano, come tutte le molecole con un atomo di carbonio legato a altri quattro atomi, o gruppi di atomi, è fatto in maniera molto diversa:è una molecola in tre dimensioni

H

CH

HH

IL METANO E’ UNA MOLECOLA TRIDIMENSIONALE

Questi tre atomi sono sul piano di scrittura

Quest’atomo viene verso di noi

Quest’atomo si allontana da noi

ANCHE IL BUTANO E’ UNA MOLECOLA TRIDIMENSIONALE

C

H

HH C

H H

C

H H

HC

H H

H3C CH2 CH2 CH3

LA FORMA DELL’ETANOLO, IL NORMALE ALCOOL

C

H

HH C

OH

H H

H3C CH2 OH

LA MUSCARINA

O

C

CH2C

C

OH

CH3

HH

H2C

H

N

CH3

H3C

CH3

+

LA MUSCARINA

O

C

CH2C

C

OH

CH3

HH

H2C

H

N

CH3

H3C

CH3

+

**

*

C

QUANTE MOLECOLE DIVERSE ESISTONO CONQUESTA CONNESSIONE TRA I VARI ELEMENTI?

OGNI SFERA RAPPRESENTA UN ATOMO, O UN GRUPPODI ATOMI, LEGATO AL CARBONIO CENTRALE.

I COLORI DIVERSI INDICANO SOSTITUENTI DIVERSI

C C

COSA SUCCEDE SE METTIAMO QUESTAMOLECOLA DAVANTI A UNO SPECCHIO?

SONO DUE MOLECOLE, DUE OGGETTI, UGUALI?

C C

E RUOTIAMO SOLO IL SECONDO OGGETTO

TOGLIAMO LO SPECCHIO

C C

SONO DUE OGGETTI DIVERSI,NON SONO SOVRAPPONIBILI!

ECCO IL RISULTATO

C C

SONO DUE OGGETTI DIVERSI,NON SONO SOVRAPPONIBILI!

ECCO IL RISULTATO

C C

SONO DUE OGGETTI DIVERSI,NON SONO SOVRAPPONIBILI!

ECCO IL RISULTATO

CC

SONO DUE OGGETTI DIVERSI,NON SONO SOVRAPPONIBILI!

ECCO IL RISULTATO

C

RIFACCIAMO IL NOSTRO ESPERIMENTO CON UN MODELLO DIFFERENTE, CON DUE SFERE UGUALI FRA DI LORO.

CAMBIA QUALCOSA?

STESSA DOMANDA:SONO DUE OGGETTI UGUALI?

C C

METTIAMO ANCHE QUESTA NUOVAMOLECOLA DAVANTI ALLO SPECCHIO

STESSA DOMANDA:SONO DUE OGGETTI UGUALI?

C C

E RUOTIAMO SOLO IL SECONDO OGGETTO

FACCIAMO COME PRIMA, TOGLIAMO LO SPECCHIO

C C

SONO DUE OGGETTI UGUALI,SONO SOVRAPPONIBILI

ECCO IL RISULTATO

C C

SONO DUE OGGETTI UGUALI,SONO SOVRAPPONIBILI

ECCO IL RISULTATO

C C

SONO DUE OGGETTI UGUALI,SONO SOVRAPPONIBILI

ECCO IL RISULTATO

CC

SONO DUE OGGETTI UGUALI,SONO SOVRAPPONIBILI

ECCO IL RISULTATO

OGNI VOLTA CHE UN ATOMO E’ LEGATO A QUATTRO GRUPPI TUTTI DIFFERENTI FRA DI LORO, QUELL’ATOMO VIENE

DEFINITO UNO STEREOCENTRO

SE IN UNA MOLECOLA E’ PRESENTE UNO STEREOCENTRO, QUESTA MOLECOLA VIENE DEFINITA CHIRALE

UNA MOLECOLA CHIRALE ESISTE IN DUE FORME, SPECULARI MA NON IDENTICHE, NON SOVRAPPONIBILI

PUR POSSEDENDO MOLTE PROPRIETA’ IDENTICHE, QUESTE DUE FORME SONO DISTINGUIBILI

LA COMPRENSIONE DELLA CHIMICA DELLE SOSTANZE ORGANICHE NATURALI NON PUO’ PRESCINDERE

DALL’ESISTENZA DI QUESTE FORME DIVERSE

ADESSO GUARDIAMO LA MUSCARINA CON MAGGIORE ATTENZIONE

O

C

CH2C

C

OH

CH3

HH

H2C

H

N

CH3

H3C

CH3

+

*

**

La muscarina posside ben tre stereocentri, che sono proprio gli atomi che avevamo inizialmente contrassegnato con un asterico

PERCHE’ LA MUSCARINA DI SINTESI PUO’ESSERE DIVERSA DA QUELLA NATURALE?

PERCHE’ NON E’ SEMPLICE COSTRUIRE UNA MOLECOLA CHEABBIA, OLTRE A TUTTI GLI ATOMI GIUSTI, COLLEGATI FRA DI LORO

NEL MODO GIUSTO, ANCHE LA FORMA GIUSTA

LA TECNICA DI SINTESI CHE SERVE PER DARE ALLE MOLECOLE LA LORO “GIUSTA” FORMA, SI CHIAMA SINTESI ASIMMETRICA,

E NEGLI ANNI IN CUI E’ STATO SCRITTO IL LIBRO DI CUI ABBIAMO PARLATO ERA POCO PIU’ CHE UNA TEORIA

ANCORA OGGI, LA SINTESI DI UNA MOLECOLA CON UNA FORMA COSI’ BEN DEFINITA NON E’ SEMPLICE, E RICHIEDE OTTIME

CONOSCENZE CHIMICHE, UN LABORATORIO BEN ATTREZZATO, UN NOTEVOLE INVESTIMENTO ECONOMICO

UN ESEMPIO DI MOLECOLE CHIRALI DI GRANDE IMPORTANZA PER LA NOSTRA ESISTENZA: GLI

AMINO ACIDI

un amino acido naturale

R

CCOOHH2N

H

R

CHOOC NH2

H

un amino acido non naturale

La natura del gruppo R è molto varia. Gli organismi superiori utilizzano almeno 20 amino acidi, che differiscono tra di loro in questo punto specifico.Ogni amino acido svolge, in natura, compiti biologici molto vari ma molto specifici

UN ESEMPIO DI MOLECOLE CHIRALI DI GRANDE IMPORTANZA PER LA NOSTRA ESISTENZA: GLI

AMINO ACIDI

(S)-Alanina, naturale

CH3

CCOOHH2N

H

CH3

CHOOC NH2

H

(R)-Alanina, non naturale

La natura del gruppo R è molto varia. Gli organismi viventi utilizzano almeno 20 amino acidi, che differiscono tra di loro in questo punto specifico.Ogni amino acido svolge, in natura, compiti biologici molto vari ma molto specifici

UN ESEMPIO DI MOLECOLE CHIRALI DI GRANDE IMPORTANZA PER LA NOSTRA ESISTENZA: GLI

AMINO ACIDI

(S)-Asparagina, naturale

CH2CONH2

CCOOHH2N

H

CH2CONH2

CHOOC NH2

H

(R)-Asparagina, non naturale

La natura del gruppo R è molto varia. Gli organismi viventi utilizzano almeno 20 amino acidi, che differiscono tra di loro in questo punto specifico.Ogni amino acido svolge, in natura, compiti biologici molto vari ma molto specifici

PERCHE’ GLI AMINO ACIDI SONO COSI’ IMPORTANTI?

R

CCHN

H

R

CCHN

H

O O

R

CCHN

H

R

CCHN

H

O O

R

CCOOHH2N

H

R

CCOOHH2N

H

R

CCOOHH2N

H

R

CCOOHH2N

H

in una proteina, gli amino acidi sono legati fra di loro per formare delle lunghe catene

Le proteine sono molecole di grandissima importanza biologica. L’emoglobina, la proteina che trasporta l’ossigeno, contiene 574 amino acidi. Pur avendo tutta la varietà possibile per i differenti sostituenti R, tutti gli amino hanno la stessa forma

DUE OGGETTI CHIRALI A PORTATA DI MANO

LA MANO SINISTRA LA MANO DESTRA

DUE COMPOSTI CHIRALI CHE CHIUNQUEE’ IN GRADO DI RICONOSCERE

d-carvone, odore di anice l-carvone, odore di menta

C

H2C

C

CH2

CH

CO

CH3

HCH2C

CH3

C

CH2

C

H2C

HC

C O

CH3

H C CH2

H3C

C

C

OH

H3C

O

H

C

C

HO

CH3

O

H

CH2CH

H3C

H3C

CH2HC

CH3

CH3

UN CASO IN CUI LA CHIRALITA’ PUO’ ESSERE TRASCURATA,CON CONSEGUENZE SOPPORTABILI: L’IBUPROFEN

(R)-Ibuprofen (S)-Ibuprofen

UN CASO IN CUI LA CHIRALITA’ E’ STATA TRASCURATA,CON CONSEGUENZE TERRIBILI: LA TALIDOMIDE

(S)-talidomide (R)-talidomide

C

C

NH

C

H2C

H2C

O

O

N HC

C

CCHC

HC

CH

CH

O

OC

C

HN

C

CH2

CH2

O

O

NH C

C

CC CH

CH

CH

HC

O

O

COS’E’ E COSA HA PROVOCATO LA TALIDOMIDE

Nel 1956, la Chemie-Gruenenthal (Germania Ovest) introdusse la talidomide come farmaco ad attività sedattiva, particolarmente adatto al trattamento dell’insonnia durante i primi mesi di gravidanza

Per propagandare il farmaco, la Chemie-Gruenenthal promosse una serie di studi sulla sua efficacia, risultati tutti superficiali e scarsamente affidabili, se non falsi

Nel 1960 venne notata, in Germania ed Austria, la nascita di un numero insolitamente alto di bambini affetti da focomelia, una gravissima malformazione resa evidente da molte e gravi anomalie, fra le quali la mancanza degli arti. Le mani sono direttamente attaccate al busto, ed i piedi alle anche

In breve tempo, venne fornito un numero enorme di prove che collegavano l’uso della talidomide alla nascita di bambini malformati

La Chemie-Gruenenthal ritirò la talidomide dal mercato tedesco nel novembre del 1961, ma in altre nazioni questo farmaco rimase in uso ancora per vari anni

COS’E’ E COSA HA PROVOCATO LA TALIDOMIDE

Almeno 8.000 casi di focomelia vennero ricondotti all’uso della talidomide

La talidomide è stata ancora impiegata in alcuni paesi per curare la lebbra; in uno di questi paesi, il Brasile, nonostante le precauzioni prese, nel 1994 venne segnalata una nuova ondata di malformazioni fetali

Diversi studi hanno indicato che solo una delle due forme della talidomide è responsabile delle malformazioni, ma altri studi indicano che l’organismo umano, che è un ottimo chimico con un attrezzatissimo laboratorio a disposizione, è in grado di trasformare la forma “buona” della talidomide in quella “cattiva”

Anche per altri farmaci chirali, come la penicillamina, l’etambutanolo, il benoxaprofen, è stato dimostrato che una delle due forme può avere effetti collaterali particolarmente gravi

Già nel 1993, dei 25 farmaci più venduti negli Stati Uniti (34,4 miliardi di dollari di fatturato), 3 erano molecole non chirali, 1 era chirale ma venduta come miscela di entrambe le forme, le altre 21 erano chirali e venivano vendute come una sola delle forme chirali possibili

E’ CAMBIATO QUALCOSA DOPO QUESTI EPISODI?

Il 2000 ha rappresentato una pietra miliare per le industrie che producono farmaci chirali. Per la prima volta il loro fatturato ha superato i 100 miliardi di dollari e, da allora, il settore è sempre stato in crescita

Primo Levi, nel Sistema Periodico, racconta di una esplosione che gli occorse mentre lavorava alla sua Tesi di laurea.Per un certo esperimento, Levi aveva bisogno di utilizzare il sodio metallico e, non trovandolo, utilizzò del potassio, molto simile, ma anche molto più reattivo.Il potassio, infatti, prende fuoco a contatto con l’aria, il sodio no.Una piccola sbadataggine provoca un incidente che, per poco, non si rivela catastrofico. Questa esperienza insegna a Levi “un’altra morale…..terrena e concreta, e credo che ogni chimico militante la potrà confermare: che occorre diffidare del quasi-uguale…….del praticamente identico, del pressappoco, dell’oppure, di tutti i surrogati e tutti i rappezzi. Le differenze possono essere piccole, ma portare a conseguenze radicalmente diverse ………….; il mestiere di chimico consiste in buona parte nel guardarsi da queste differenze, nel conoscerle da vicino, nel prevederne gli effetti.Non solo il mestiere di chimico.

Primo Levi, Il Sistema Periodico – “Potassio” – Einaudi

COSA POSSIAMO CONCLUDERE DA QUESTA CHIACCHIERATA?

Sassari, 17/11/11

Sherlock Holmes ed altritra chimica e romanzo

Ugo AzzenaDipartimento di Chimica e Facoltà di Farmacia

Università di Sassari