CCHH II MM II CCAA

CCOONNTT RROO

CCHH II MM II CCAA

III...TTT...III...SSS... ««« BBB... FFFOOOCCCAAACCCCCCIIIAAA »»»

SSSAAALLLEEERRRNNNOOO

FFFEEEDDDEEERRRIIICCCOOO CCCOOOPPPPPPOOOLLLAAA VVV III

1

Ogni anno in Italia vengono impiegate circa 150.000 tonnellate di prodotti fitosanitari. Il be-

neficio per le produzioni agricole che deriva da queste sostanze - spesso indicate col nome di

pesticidi - non è in discussione, ma il loro uso pone questioni in termini di possibili effetti ne-

gativi sull’uomo e sull’ambiente.

La maggior parte di esse, infatti, è costituita da molecole di sintesi concepite per combattere

determinati organismi nocivi

e per questo generalmente pe-

ricolose per tutte le specie vi-

venti. Sono circa 400 le so-

stanze attive annualmente uti-

lizzate in Italia, presenti con

diverse formulazioni in alcu-

ne migliaia di prodotti com-

merciali. Molte di queste so-

stanze, peraltro, sono presenti

anche nei biocidi, prodotti

che trovano impiego in vari

campi (disinfettanti, conservanti del legno, pesticidi per uso non agricolo, antincrostanti, ecc.),

per i quali non si dispone di dati certi circa le quantità utilizzate e non è possibile pertanto

quantificarne esdattamente l’incidenza in termini ambientali.

I fitofarmaci sono utilizzati

per combattere gli organismi

nocivi alle colture, così da

raggiungere rese produttive

confacenti alle esigenze mon-

diali in continuo aumento.

I pesticidi sono classificati in

base all’organismo bersaglio

o in base alla classe chimica

di appartenenza. Si hanno,

pertanto, fungicidi, erbicidi,

acaricidi e organo clorurati, organofosforati ecc.

I prodotti in commercio non contengono solo il principio attivo ma anche coformulanti e iner-

ti che ne aumentano la persistenza e garantiscono una omogeneizzazione del principio attivo

2

nel prodotto stesso. Le formulazioni commerciali sono svariate, esistono prodotti in soluzione,

micro incapsulato, gassoso ecc. Le diverse formulazione agiscono in modo differente, ad e-

sempio un pesticida in polvere può essere facilmente trasportato dal vento mentre quando è

micro incapsulato, il rilascio è lento e difficilmente si disperde nell’ambiente circostante.

Di un fitofarmaco è importante conoscere il tempo di persistenza e la sua biodegradabilità:

è necessario che il prodotto persista per un certo tempo per esercitare l’azione biocida ma è

anche utile che, in ogni modo, sia biodegradabile entro un intervallo noto di tempo.

Il “ tempo di carenza” è appunto il tempo che deve intercorrere tra il trattamento e la succes-

siva raccolta, mentre il “limite di tolleranza” è la quantità di fitofarmaco, espressa in mg/kg,

che può essere ancora presente al termine del tempo di carenza.

I limiti di tolleranza si stabiliscono tramite esperimenti su cavie, la dose che non comporta

danni tessutali e cellulari prende il nome di NOEL (livello del tossico che non comporta alcun

effetto sulla salute). Il valore più basso della NOEL è utilizzato per stabilire la dose massima

giornaliera o ADI (Acceptable Daily Intake) di sostanza tossica che può essere assunta

dall’ignaro consumatore, senza alcun rischio di sviluppo di un danno.

La permanenza nell’ambiente del pesticida ancora attivo dipende dalle caratteristiche chimi-

co-fisiche della molecola.

Per quanto concerne il rischio di contaminazione, gli addetti al trattamento sono i più esposti

per contaminazione cutanea e per esposizione di parti del corpo.

L’ingestione del fitofarmaco riguarda, invece, tutti coloro che si cibano di vegetali trattati sen-

za che sia stato rispettato il tempo di carenza. La diffusione dei fitofarmaci nell’ambiente an-

che a concentrazioni molto basse possono comunque produrre effetti negativi sull’uomo sia

per bioaccumulazione, sia per biomagnificazione. La bioaccumulazione riguarda quelle so-

stanze che tendono ad accumularsi, producendo nel tempo, per assunzioni continue anche in-

finitesimali, un aumento significativo della loro concentrazione negli organismi viventi. La

biomagnificazione riguarda invece la possibilità di assumere involontariamente quantità signi-

ficative di biocidi solo perché essendo l’uomo al vertice della catena alimentare, va a cibarsi

di specie che, bioaccumulando sostanze tossiche, trasferiscono al proprio predatore la somma

delle quantità di biocida presenti in ciascuna specie che fa parte della catena alimentare.

Una nota contaminazione ambientale è quella dei clororganici, in particolare del DDT, che

provocò la quasi estinzione di alcune specie di rapaci per l’inibizione dell’enzima anidrasi

carbonica, responsabile del metabolismo del calcio con la conseguenza che si produsse un gu-

scio fragile che non riusciva a completare l’ontogenesi.

3

Per la produzione del pesticida 2,4,5 T si sfrutta la rea-

zione del 2,4,5 triclorofenolo con NaOH che però porta

alla formazione di diossina.

Tale reazione è di secondo ordine rispetto al cloro fe-

nossido di conseguenza dipende dal quadrato della

concentrazione dello ione e dalla temperatura.

I clorofenoli vengono largamente utilizzati come principi atti-

vi in erbicidi e conservanti del legno, il più noto è il PCP, pen-

taclorofenolo. �

Il legno trattato con questa sostanza, quando brucia, elimi-

nando HCl, porta alla formazione di OCDD ovvero ottacloro-

dibenzo p-diossina.

Ottaclorodibenzo p-diossina

In generale si è visto che la produzione di dios-

sine avviene ogni qualvolta si verifica una

combustione di sostanze contenenti cloro. Es-

sendo di natura lipofila tende a bioaccumularsi

negli strati di grasso. L’uomo è esposto a que-

sto rischio tramite l’ingestione di carne, pesce e

prodotto caseari. La poca conoscenza della tos-

sicità di questa classe di composti, ha indotto i ricercatori a formulare svariate nuove molecole

organoclorurate che col tempo si sono rivelate gravi pericoli ambientali.

I policlorodifenile PCB che furono impiegati come isolanti e refrigeranti per il loro alto punto

di ebollizione, inerzia chimica e alto potere dielettrico, costituiscono un valido esempio.

Questa classe di sostanze si bioaccumula ed è molto persi-

stente nell’ambiente.

I PCB provengono dalla reazione di benzene alla tempera-

tura di 750 °C catalizzata con cloruro ferrico

Difenile

Dalla stechiometria della reazione derivano quindi diversi congeneri, tutti però sono insolubili

in acqua e affini alle sostanze grasse.

4

Per le loro peculiari caratteristiche ebbero grande successo commerciale ma presto si com-

prese l’elevata pericolosità derivante dalla loro tossicità e

persistenza nell’ambiente che produsse danni ambientali in-

genti.

I PCB alle alte temperature e in presenza di ossigeno portano

alla produzione di dibenzofurani, molecole strutturalmente

simili alle diossine.

Dibenzofurano

La molecola presenta un anello furanico interposto tra due anelli benzenici. Tutti i congeneri

dei dibenzofurani sono planari e si formano dalla eliminazione di due atomi in posizioni ade-

guate con sostituzione di ossigeno.

In generale la produzione di PCDF avviene quando i PCB vengono portati a temperature infe-

riore ai 1200 °C. I furani presentano un DOL50 (Dose Letale Orale) più elevato rispetto alle

diossine.

Studi hanno dimostrato che i PCB, assunti in dosi elevati, provocano il cancro negli animali

da laboratorio. I furani sono circa 500 volte più tossici rispetto ai PCB. In sintesi: la tossicità

deriva dal grado e dal modello di cloro sostituzioni.

Furani, diossine e PCB essendo altamente lipofili si accumulano e non vengono né metaboliz-

zati né espulsi con facilità, solo i composti con

carattere polare possono essere eliminati. La

tossicità di queste classi di composti è rap-

portata al composto in assoluto più tossico, per

conformazione e numero di sostituzione, il

2,3,7,8 TCDD a cui è assegnato un valore 1.

2,3,7,8-tetracloro-dibenzo-1,4-diossina

Tra le molecole organiche tossiche rientrano anche gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA)

che contengono numerosi anelli benzenici condensati.

Si parte da un minimo di due anelli, il naftalene, composto utilizzato come insetticida e pre-

sente in commercio come antitarme. IPA a tre anelli, antracene e fenantrene, si sprigionano da

combustioni incomplete soprattutto da discariche e raffinerie. Gli IPA sono molto stabili e, a

differenza del naftalene, non hanno impiego commerciale. Essi sono tra i maggiori inquinanti

atmosferici: quelli a basso p.m. sono in forma gassosa e dopo aver stazionato nell’atmosfera

vengono degradati con reazioni radicaliche, gli IPA con più di quattro anelli si condensano su

particelle di fuliggine e polvere che respirati, entrano nel circolo sanguigno.

5

Una significativa fonte di inquinamento delle acque ha origine dal petrolio disperso

nell’ambiente e dai punti di trivellazione, lisciviazione di IPA dal cresoto (conservante del le-

gno). L’accumulo di IPA nei tessuti adiposi genera la formazione di lesioni e tumori epatici.

E’ inoltre da tener ben presente il fatto che gli IPA esercitano la loro attività cancerogena non

direttamente ma attraverso un preciso ‘’meccanismo d’azione’’, ovvero attraverso alcuni pro-

dotti del loro metabolismo nel corpo, mediante idrocarbossilasi e idrocarbomonossigenasi.

Tali enzimi rendono gli idrocarburi policiclici aromatici più polari e, quindi, essendo più so-

lubili in acqua, sono facilmente eliminati dall’ organismo. Per prima cosa essi vengono tra-

sformati in “ossidi di areni’’: epossidi in cui l’aromaticità di un anello è stata distrutta.

L’idrolisi di questi composti, catalizzata da appositi enzimi, porta quindi alla formazione di

dioli. I dioli formatisi, dopo ulteriori trasformazioni, sono eliminati anche se alcuni vanno in-

contro ad un’ulteriore epossidazione. Si formano così degli epossidi diossidrilati che sono le

molecole responsabili dell’innesco del processo canceroso. Infatti, queste molecole rapida-

mente si convertono in carbocationi elettrofili che vanno a legarsi covalentemente ai siti nu-

cleofili delle basi azotate del DNA, esercitando un’azione genotossica (ovvero che induce

modificazioni all’interno della sequenza nucleotidica o della struttura a doppia elica del

DNA). Proprio questo legame tra il diolo epossidico e il DNA può facilmente portare a muta-

zioni che aumentano le probabilità di cancerogenesi. Gli IPA si formano da reazioni di ripo-

limerizzazione di prodotti di cracking, la formazione di anelli aromatici condensati è quella

più stabile; gli IPA presenti in atmosfera provengono dal traffico veicolare, dal fumo di siga-

retta, dalla combustione del legno ecc.

L'analisi chimica degli IPA è effettuata tramite HPLC, utilizzando un rivelatore di tipo fluo-

rimetrico (dato che molti di questi composti danno emissione in fluorescenza) oppure con un

rivelatore di tipo UV a 254 nm.

Altra tecnica analitica molto usata è la gascromatografia, usando come rivelatore un FID, effi-

ciente ed a basso costo (gli IPA sono idrocarburi e quindi combustibili), oppure combinata

con la spettrometria di massa (gas-massa).

6

Due ceppi batterici per il biorisanamento da IPA

L’uso delle tecniche di biorisa-

namento ormai consolidate

hanno avuto il massimo suc-

cesso in questi anni nella bio-

degradazione del naftalene a

opera del batterio Pseudomo-

nas putida in grado di utilizzare

gli idrocarburi aromatici come

fonte di carbonio e energia.

Pseudomonas è un genere di

batteri appartenenti alla fami-

glia delle Pseudomonadaceae.

Sono bacilli gram-negativi e

hanno le seguenti caratteristiche:

� Non formano spore

� Sono mobili con uno o più flagelli

� Hanno metabolismo aerobico

� Sono in grado di crescere su una vasta gamma di substrati organici

La maggior parte sono organismi saprofiti e vivono nel suolo o nelle acque in cui svolgono un

ruolo importante nella decomposizione, biodegradazione e nei cicli del carbonio e dell'azoto.

A causa di questo stile di vita, gli Pseudomonas sono caratterizzati da una grande diversità

metabolica e sono in grado di utilizzare una vasta gamma di fonti di carbonio, tra cui alcune

molecole che altri organismi non possono abbattere.

Di conseguenza, essi sono importanti organismi impiegati nel biorisanamento. Per alcuni

ceppi batterici di Psuedomonas sono ormai noti i passaggi di degradazione, gli enzimi coin-

volti.

Gli enzimi in gioco sono stati caratterizzati per cui si conosce la loro struttura e meccanismo

di azione.

In particolare, l’aspetto più interessante consiste nella capacità di una particolare proteina la

naftalene-1,2-diossigenasi, che catalizza la reazione :

naftalene + NADH + H+ + O2 ⇄ (1R,2S)-1,2-diidronaftalene-1,2-diolo + NAD+

7

L’azione della diossigenasi porta, dunque, alla formazione di un diolo. Esso viene convertito

da altri enzimi in salicilato e poi in catecolo, un intermedio chiave che permette la rottura

dell’anello ottenendo piruvato e acetaldeide (rottura extra-diolo) o succinil CoA e acetil CoA

(rottura intra-diolo) ovvero prodotti che rientrano nel ciclo di Krebs.

Pattern degradativo del naftalene ad adopera di Pseudomonas Putida

8

Alcuni membri del Mycobacterium genere sono in grado di degradare l'ambiente varie so-

stanze chimiche tossiche. Il Mycobacterium vanbaalenii PYR-1 è stato trovato in Texas nel

1986. Si distingue per la sua capacità di degradare gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA)

come il pirene che usa come suo unica fonte di carbonio e di energia.

Gli IPA ad alto peso molecolare sono comuni inquinanti organici; alcuni, come il pirene, si

trovano nella combustione incompleta di prodotti petroliferi. I Mycobacteria sono gram-

positivi, batteri che vivono soprattutto nel suolo e sono coinvolti nella decomposizione dei

materiali organici. Come altri Mycobacterium, il M. vanbaalenii è un batterio aerobico.

Ha una forma ad asta e non è dotato di mo-

vimento. Le cellule possono crescere sin-

golarmente, in coppia, o gruppi con quasi

nessuna variazione di dimensioni o forma.

A differenza degli altri batteri ha uno strato

di cellulosa idrofobo nella parete cellulare

più spesso che lo rende particolarmente resi-

stente e in grado di crescere in condizioni in

cui altri batteri non hanno potuto. La temperatura ottimale per la crescita è di 24\30°C.

Parete cellulare dei batteri G- e G +

9

Il derivato dell’IPA si lega al DNA

Il diolo epossidico viene legato al

DNA attraverso attacco nucleo-

filo, ad esempio da parte della a-

denina.

L’attacco covalente del grosso re-

siduo idrocarburico rappresenta

un evidente danno per il DNA.

Questo danno provoca delle muta-

zioni e, con le mutazioni, una

maggiore probabilità di cancero-

genesi.

L’idrocarburo in assoluto più cancerogeno è il benzo[a]pirene che presenta 5 anelli (prodotto

di combustioni incompleta di rifiuti, combustibili fossili e legno) assieme al ben-

zo[a]antracene. Si è visto che IPA che hanno subito metilazioni presentano un potere cancero-

geno amplificato. I gas di scarico contengono un diverso tipo di IPA che presenta il gruppo

nitro –NO2 (nitro pirene e dinitro pirene) responsabile dell’insorgenza del cancro.

Poiché gli IPA rappresentano solo lo 0,1% del particolato atmosferico, l’assunzione quotidia-

na è dovuta soprattutto all’alimentazione.

10

Idrocarburi policiclici aromatici più comuni

Il caso di Porto Marghera

La laguna di Venezia è un ecosistema che ha subito un lungo impatto antropogenico; recente-

mente è stato riscontrato un significativo accu-

mulo di POP’s nei sedimenti e nella fauna ma-

rina. I sedimenti contengono una elevata

concentrazione di questi inquinanti soprattutto

nel raggio d’azione dei canali industriali.

Vista la massiccia attività di pesca delle vongole

11

(tapes philippinarum) nei pressi dei canali è risultato necessario stimare il rischio per la salute

dei consumatori. In particolare Diossine e PCB, per la loro bassa biodegradabilità, tendono a

bioaccumularsi e, trasferendosi nella catena trofica, danno fenomeni di biomagnificazione.

L’uomo, essendo predatore apicale, rappresenta un indicatore dello stato di salute

dell’ambiente in cui vive. Negli ultimi 10 anni, per far luce riguardo la contaminazione, sono

stati pubblicati studi che riportano soprattutto monitoraggi delle concentrazioni dei POP’s.

I dati pubblicati concordano nel dimostrare che le massime concentrazioni sono in corrispon-

denza dell’area industriale e della parte di laguna prospiciente Porto Marghera, mentre i centri

urbani come Venezia costituiscono fonti secondarie di inquinanti organici.

Le concentrazioni di POP’s sono di 1-3 ordini di grandezza maggiori dell’età preindustriale

(dal 1950 al 2000 sono stati scaricati in laguna circa 6 kg di diossina provenienti dalla produ-

zione di CVM), i sedimenti che li contengono sono il veicolo di POP’s alle vongole.

La pesca ormai bandita di tali specie, ma condotta illegalmente, rappresenta un fattore di ri-

schio per la salute umana non trascurabile. I laboratori dell’INCA hanno sperimentato un mo-

do per detossificare naturalmente la fauna ittica contaminata entro 60 giorni.

Le vongole contaminate vengono prelevate e deposte in ambienti lagunari a bassa contamina-

zione.

Seveso, 1976

Nello stabilimento chimico dell’ICMESA una valvola di sicurezza di un reattore esplode pro-

vocando la fuoriuscita di alcuni chili di diossina

nebulizzata. Era noto che con il surriscaldamento

della reazione si sarebbe formata diossina.

L’impianto fu lasciato carico un sabato, con la

convinzione errata che il processo sarebbe pro-

gredito lentamente fino al lunedì. Le cose anda-

rono in modo diverso, la reazione si innescò fuo-

ri controllo, ci fu una esplosione e i prodotti di

reazione furono proiettati nell’ambiente circo-

stante. Il vento disperse la nube tossica verso est; nella Brianza. Dopo quattro giorni

dall’incidente iniziò la moria degli animali, morirono galline, uccelli, conigli. Le foglie degli

alberi ingiallirono e caddero, gli alberi in breve tempo morirono, come tutte le altre forme ve-

getali. Nell’area interessata vivevano circa 100.000 persone. Solo dopo pochi giorni si verifi-

carono i primi casi di intossicazione nella popolazione. Il 15 luglio il sindaco emanò una ordi-

12

nanza di emergenza: divieto di toccare la terra, gli ortaggi, l’erba e di consumare frutta e ver-

dura, animali da cortile, di esporsi all’aria aperta. Si consigliò accurata igiene della persona e

dell’abbigliamento.

I casi di intossicazione aumentarono, i più colpiti furono i bambini. Si diede nome a una ma-

lattia quasi sconosciuta: la cloracne. La cloracne è il sintomo più eclatante dell’esposizione

alla diossina, colpisce la pelle soprattutto del volto e dei genitali, se l’esposizione è prolungata

si diffonde in tutto il corpo. Si presenta con comparsa di macchie rosse che evolvono in bub-

boni pustolosi giallastri di difficile guarigione, e la pelle cade a brandelli. Inoltre compromette

le funzionalità epatiche, l’inalazione del composto

comporta seri problemi respiratori. Dalle analisi ri-

sultava una elevata concentrazione di TCDD nella

zona maggiormente colpita dalla nube tossica.

Il terreno contaminato venne suddiviso in tre zone

concentriche, a seconda della quantità di diossina.

Il composto che si deposita sul terreno non è assolu-

tamente biodegradabile né è intaccato dai microrga-

nismi presenti nel terreno. La diossina non provocò morti tra gli abitanti, ma distrusse

l’equilibrio eco biologico. Si sospetta che a 30 anni di distanza, il terreno sia ancora contami-

nato di diossina nonostante l’impianto ICMESA sia stato interrato e al suo posto sia sorto il

“Bosco delle Querce” con flora e fauna importate, come simbolo per non dimenticare.

13

Analisi dei fitofarmaci

L’analisi dei pesticidi nei prodotti vegetali destinati al consumo alimentare è

da tempo diventata una delle più importanti analisi di routine per i laboratori

data la complessità delle matrici ed il livello di concentrazione dell’analita,

spesso estremamente basso (ppb). Dati i limiti di rivelabilità è

indispensabile l’impiego di un rivelatore specifico come l’ ECD1.

Anche le colonne devono soddisfare determinati requisiti come un’elevata inerzia chimica e

una buona tolleranza verso eventuali accumuli di sostanze non eluite. Queste ultime devono

essere eliminabili mediante lavaggio con solventi che la colonna deve essere in grado di sop-

portare.

Metodica multiresiduo

I campioni sottoposti ad analisi si conservano

in frigorifero in recipiente di vetro scuro. La

fase critica è l’estrazione, in quanto i

fitofarmaci appartengono a classi chimiche

diverse. Il solvente generalmente solubilizza

non solo gli analiti ma anche moltissime altre

molecole, che risultano interferenti nel metodo.

Il campione si omogeneizza con acetone che

non è fortemente polare e risulta un buon sol-

vente. Per 100g di vegetale si impiegano

200ml di acetone. L’estrazione è migliorata

con l’impiego degli ultrasuoni. Per l’analisi è

necessario prevedere lo standard di processo.

Nella fase iniziale si aggiunge uno standard

interno a concentrazione nota e che sicuramen-

te non è presente nel campione (DDT). Dopo

la filtrazione dell’eluato si prelevano 10 ml

che contengono anche il DDT, una quota parte

(1 ml) si fa passare attraverso una (SPE) car-

tuccia polare (SiO2) e si lava con etere di pe-

trolio per allontanare le sostanze apolari. Gli

analiti così purificati sono estratti dalla colon-

14

nina con metanolo. A seconda del rivelatore si utilizzano standard differenti. In particolare per

la GC-MS si utilizza del DDT deuterato2.

1 Rivelatore a cattura di elettroni (ECD, Electron Capture Detector), un radioisotopo, in genere 63Ni viene utiliz-

zato come sorgente. Composti contenenti atomi elettronegativi, fortemente assorbenti il flusso di elettroni tra la

sorgente ed un rivelatore di elettroni, possono venire visualizzati via via che eluiscono dalla colonna

gascromatografica. In genere queste molecole sarebbero scarsamente visibili con altri detector: ad esempio molti

composti alogenati oltre a non bruciare sono addirittura estinguenti la fiamma, e porrebbero dei problemi ad un

FID. 2 La spettrometria di massa e’ una tecnica analitica strutturale basata sulla ionizzazione di una molecola e sulla

sua successiva frammentazione in ioni di diverso rapporto massa / carica (m/z). Questa tecnica consente di mi-

surare le masse molecolari e di ottenere dei profili di frammentazione che sono specifici per ciascun composto,

di cui costituiscono quindi un’impronta digitale (analisi qualitativa). Si può così individuare la formula di strut-

tura di composti sconosciuti, anche avendone a disposizione piccole quantità.

L’utilizzo in accoppiamento con le più comuni tecniche cromatografiche (cromatografia liquida e gassosa) rende

lo spettrometro di massa un detector di elevate prestazioni. In questo modo la tecnica da puramente qualitativa

diviene una tecnica quantitativa di notevole versatilità. La rapidità e la selettività di analisi sono solo le mag-

giori caratteristiche della spettrometria di massa impiegata come detector cromatografico.

15

Per distruggere ciò che si è creato

Nell’odierno immaginario collettivo la chimica è vista come la scienza responsabile della pro-

duzione di molecole pericolose e, quindi,

l’agettivazione chimico è costantemente usato

come negativo.

Come tutte le scienze nessuna è cattiva o buona

ma dipende dall’uso che l’uomo ne fa.

Negli USA è nata l’esigenza di bonificare i tea-

tri di guerra che hanno subito attacchi con gas

nervino ma, vista la somiglianza, anche per ab-

battere la tossicità dei pesticidi organo fosforici

che hanno soppiantato gli organo clorurati.

Gli organo clorurati sono caratterizzati da tossi-

cità cronica come fa riferimento il DDT, bandito

negli anni ’70. DDT 1,1,1-tricloro-2,2-bis(p-clorofenil)etano

Gli organo fosfati sono dotati di tossicità acuta e provocano danni devastanti. L’intossicazione

avviene per inalazione o assorbimento cutaneo (gruppi lipofili). L’oggetto della ricerca USA

si chiama Salen derivato dalla condensazione di due molecole: aldeide salicilica e etilen-

diammina.

Il Salen è capace di scindere i legami P=O e C=O in un’unica reazione diretta e senza reazioni

secondarie, questo processo risulta di gran lunga più economico rispetto alle idrolisi cataliz-

zate da metalli rari e costosi come Ag, Pd, Pt ecc.

Anche altri composti sono adatti ma non sono selettivi e danno reazioni esplosive e corrosive.

Le molecole sulle quali opera il Salen sono gli esteri dell’acido fosforico che sono alla base di

molti pesticidi e gas nervini.

16

Struttura tipica dei pesticidi Struttura tipica dei gas nervini

R’’’ R’’’ | |

R’ – O – P = S R’ – O – P = O | |

O – R’’ O – R’’

R’ , R’’ sono gruppi lipofili R’’’ è un gruppo elettricamente instabile

Gli organo fosfati presentano:

• un ossigeno legato con doppio legame al fosforo P=O (nei composti meno tossici P=S)

• due gruppi lipofili che veicolano la molecola attraverso le membrane cellulari

• un gruppo elettricamente instabile (un alogenuro) che rende la molecola più reattiva.

Motivo di tossicità

Gas nervini e pesticidi sono in grado di inattivare l’enzima acetilcolinaesterasi, responsabile

per la trasmissione neuromuscolare dei segnali nervosi, negli insetti e nei mammiferi.

Il meccanismo d’azione consiste nell’instaurazione di un legame covalente tra l’atomo di fo-

sforo e il gruppo ossidrile della L-serina, amminoacido presente nel sito catalitico.

L’acetilcolinaesterasi è un enzima fondamentale per il corretto funzionamento motorio e rap-

presenta un punto critico del nostro sistema nervoso. L’idrolisi dell’acetilcolina in colina e a-

cido acetico, tramite l’acetilcolinaesterasi, è inibita dalla reazione coi gas nervini.

Acetilcolinaesterasi

È un’ inibizione irreversibile nella quale le

molecole dell’inibitore (I) si legano irreversi-

bilmente ai residui del sito attivo formando un

complesso stabile enzima – inibitore (E-I), in-

capace di trasformarsi in prodotto; il substrato

per tanto non può interagire con l’enzima.

E + I + S � EI + S

EI X P

17

I composti organo fosforici furono impiegati per la formulazione di armi chimiche durante

la seconda guerra mondiale, ma anche di recente a Tokyo nel ’95 è stato utilizzato il Sarin

da una setta neo buddista che ha portato la morte a 12 persone, intossicandone 300.

Il Sarin è un gas incolore, inodore, facile da sintetizzare e venti volte più tossico del cianuro;

i sintomi sono abbassamento della pressione sanguigna, defecazione e minzione involontaria,

cianosi, vomito e sensazione di soffocamento, il decesso sopraggiunge entro 10 minuti.

L’utilizzo degli esteri fosforici ha indotto i chimici a sintetizzare antidoti: quello maggior-

mente efficace è la pralidossima che, se tempestivamente somministrato, si lega all’inibitore

staccandolo dal sito attivo ripristinando le funzioni dell’acetilcolinaesterasi, in contemporanea

si somministra l’atropina che interrompe i segnali di contrazione muscolare.

Pralidossima Atropina

I pesticidi organo fosforici furono identificati nel 1932 e realizzati dalla Bayer.

Sfortunatamente durante la seconda guerra mondiale, il governo nazista costrinse gli scienziati

a sviluppare armi chimiche come il sarin, il tabun e il soman. Nel contempo le truppe inglesi

avevano già sperimentato il diisopropilfluorofosfato (DPF) e negli anni ’50 il temuto VX che

provocava la morte al solo contatto cutaneo.

Sarin Tabun Soman DPF VX

Il Salen è un esempio del cambiamento di volto della chimica che è sempre più vicina

all’ambiente e all’ ecosostenibilità.