Il sobrerolo, una delle creature di Ascanio Sobrero
Duecento anni fa, il 12 ottobre del 1812 a Casale Monferrato nasceva un grande chimico italiano. Il suo nome non è sicuramente riconosciuto come merita, anche se molte strade e scuole ne perpetuano la memoria, infatti pochissimi conoscono la sua correlazione con uno degli esplosivi più potenti e mortali, ma al tempo stesso uno dei primi miracolosi salvavita che sia mai stato sintetizzato.Sono peraltro da considerare anche le ripercussioni postume su tutta la ricerca mondiale che un evento come il premio Nobel ha stimolato e perseguito fino ai nostri giorni. Un premio che senza quest’uomo probabilmente non sarebbe mai esistito, e guardacaso proprio il Nobel per la chimica di quest’anno, a qualche giorno dall’anniversario della sua nascita, viene conferito a due biochimici (Robert J. Lefkowitz e Brian K. Kobilka) per i loro studi sui recettori accoppiati a proteine G, quasi a voler simbolicamente ricordare il padrino putativo del prestigioso premio: medico e chimico, era Ascanio Sobrero.Non sarò certamente un Guareschi, che in occasione del primo centenario produsse uno storico memoriale per celebrare un così importante anniversario per il nostro paese che vide nel XIX secolo tutto lo splendore della chimica, né riproporrei la solita arida biografia che se ne trovano di belle già altrove (vedi in seguito). Ho pensato che qualcosa di nuovo, magari con una visuale più distante e un approccio meno diretto potesse inquadrarsi molto meglio, sebbene non manchi certo di rigore scientifico, pertanto tratterò di una delle scoperte più dirompenti del 1800, in tutte le accezioni possibili di questo termine. Ciò che segue è un adattamento di un post scritto da uno dei miei blogger preferiti (ce ne sono tanti, in veriità), a cui chiesi a suo tempo il permesso di tradurlo e che per questo ringrazio calorosamente.
As the tallow renders, you skim off the layer of glycerin. If you were to add nitric acid, you got nitroglycerin. If you were to add sodium nitrate and a dash of sawdust, you’d have dynamite.
La nitroglicerina è stata sintetizzata per la prima volta da Ascanio Sobrero nel 1847. Egli avvisò quante più persone poté di non riprodurne la sintesi, data la sua estrema instabilità e la conseguente pericolosità. Vedete, la detonazione della nitroglicerina produce una quantità di gas tale da occupare più di 1200 volte il volume originale a condizioni di temperatura e pressione normali (notare che, in seguito alla detonazione, i gas rilasciati sono estremamente caldi, pertanto occupano un volume ancora maggiore). L’onda di pressione risultante dall’espansione dei gas è talmente potente da demolire edifici e uccidere le persone all’istante. Il volto di Sobrero ne testimoniò permanentemente l’estrema pericolosità in seguito all’esplosione di un minuscolo quantitativo della sostanza occorsa durante i suoi studi.
Alfred Nobel che lavorava in quel laboratorio nello stesso periodo, decise di concentrarsi su questo nuovo esplosivo per la sua commercializzazione. Egli sapeva bene che per allestire un prodotto commerciabile si rendeva necessaria una opportuna stabilizzazione, abbastanza da poter essere stoccato e trasportato in sicurezza.In quel periodo si registrarono diversi incidenti imputabili alla nitroglicerina. Oltre a Sobrero che rimase sfigurato per il resto della sua vita a causa di un’esplosione, anche il fratello di Alfred, Emil, che stava lavorando ad una formulazione più sicura del prodotto, fu coinvolto in una rovinosa esplosione in cui perse la vita insieme a molti altri. Fu proprio questo evento a spingere gli ufficiali competenti di Stoccolma a proibire la produzione della nitroglicerina e conseguentemente il laboratorio di Nobel dovette trasferirsi a bordo di un barcone sul Lago Mälaren.
Nel 1866, un carico di nitroglicerina liquida privo di contrassegni (!), venne inviato da San Francisco per essere consegnato ad alcune compagnie edili che lo usavano per liberarsi di ingombranti formazioni rocciose. Una delle casse senza etichetta rimaste a San Francisco però iniziò a perdere liquido, mentre era in carico presso il magazzino dell’ufficio locale della Wells Fargo, proprio nel centro città, quando alcuni operai incuriositi aprirono la cassetta per dare un’imprudente occhiata. L’esplosione che seguì rase al suolo diversi edifici ed uccise all’istante 15 persone.
Una delle casse che contenevano la sostanza dirompente, ormai articolo d’antiquariato
Quasi contemporaneamente, una certa quantità di nitroglicerina impiegata nell’edilizia detonò prematuramente e altre sei persone persero la vita in seguito alle conseguenze dell’esplosione. Da quel momento in poi, tutta la nitroglicerina liquida dovette essere approntata nel luogo di utilizzo, nel caso di impieghi nelle costruzioni.
Nel 1866 inoltre, Nobel fondò la United States Blasting Oil Company per preparare la sostanza in una fabbrica sita presso il fiume Hackensack nel New Jersey. Tre anni dopo, la fabbrica venne distrutta dalle esplosioni e la produzione cessò improvvisamente.Finalmente, nel 1867 Nobel comprese come poter stabilizzare la nitroglicerina con una semplice aggiunta di kieselgur (farina fossile) che trasformava la sostanza in un pratico pastone che poteva essere facilmente modellato in cilindri e ricoperto con carta oleata per la conservazione. La confezione risultante era sufficientemente stabile da essere immagazzinata e trasportata senza pericoli al punto che Nobel ottenne rapidamente il brevetto per quel prodotto oggi noto con il nome di dinamite.Il suo utilizzo più conosciuto è quello nell’ambito delle demolizioni, anche se è stata utilizzata estensivamente come propellente militare tanto che Alfred Nobel era abbastanza preoccupato dallo sfruttamento bellico dell’esplosivo in tempo di guerra. Tuttavia egli continuò a sviluppare la sostanza deflagrante nella tenue speranza di perseguire la pace in un certo equilibrio del terrore, in cui si mutuava la reciproca distruzione garantita dalle rispettive riserve dirompenti. Nel 1891 esordì con la nota citazione ripresa più e più volte in seguito in diverse occasioni:“Forse le mie fabbriche porranno fine alla guerra prima dei vostri congressi: nel giorno in cui due eserciti potranno annichilirsi l’un l’altro in un secondo, tutte le nazioni civilizzate si ritireranno con orrore e smantelleranno le proprie truppe.”Sembrerebbe che la storia testimoni esattamente il contrario, dimostrando quanto egli fosse in errore…
Quindi, come poteva questa sostanza terribilmente distruttiva essere utilizzata a fin di bene? Bene, tutto iniziò osservando i lavoratori impiegati nella produzione della nitroglicerina, i quali iniziarono a manifestare insoliti cambiamenti psicologici correlati al proprio lavoro. Alcuni di loro (compreso Alfred Nobel) si lamentavano sempre più spesso di mal di testa lancinanti, al punto da far considerare la nitroglicerina al pari di un rimedio omeopatico, tra i tanti, proprio per la cura della cefalea. Grazie all’aspetto riprovevole stigmatizzato nell’omeopatia, molti medici affermati storsero il naso all’idea di utilizzare questo rimedio come trattamento medico. Naturalmente, molti dottori rispettabili di quei tempi prescrivevano ancora il salasso come trattamento medico razionale.Nel 1879, il Dr. William Murrell scrisse un documento che difendeva l’impiego della nitroglicerina per il trattamento dell’angina pectoris e altri dolori al torace. Egli provò la nitroglicerina su se stesso toccando un tappo di sughero con la lingua, ottenendone un martellante dolore alla testa, nonché un aumento della forza del battito cardiaco e una singolare tachicardia. Dopo aver convinto altre 34 persone a sottoporsi allo stesso trattamento, osservando gli stessi effetti:Yeah, with enough soap, one could blow up just about anything, if one were so inclined.
“No! It doesn’t hurt at all! Look, 34 other people have done it! Do you mind closing the blinds and turning down the lights!”
3D rendering della molecola della nitroglicerina
Basandosi sulle ricerche del dottor T. Lauder Brunton, egli pensò che la nitroglicerina potesse fornire un trattamento efficace per i casi di angina pectoris, un’ipotesi rivelatasi corretta e adesso sappiamo anche perché.
L’angina pectoris è provocata dalla carenza di ossigeno che diventa insufficiente per l’attività dei muscoli cardiaci che quindi è obbligato a lavorare in modalità anaerobica, quasi come nel caso degli altri muscoli quando sottoposti ad uno sforzo intenso. Così proprio come dopo un affaticamento muscolare, quando ciò accade ai muscoli cardiaci proviamo un forte dolore al torace. Una delle molteplici cause dell’emicrania inoltre è la dilatazione dei vasi sanguigni. Oggi noi sappiamo che la nitroglicerina ha spiccate proprietà vasodilatatorie, espande il calibro dei vasi sanguigni provocando cefalee ad alti dosaggi e agevola l’afflusso di una maggiore quantità di ossigeno verso i muscoli cardiaci a dosaggi più modesti, liberando i pazienti dai loro dolori toracici.Probabilmente uno dei colmi più ironici della storia della medicina fu proprio la prescrizione di nitroglicerina raccomandata ad Alfred Nobel per risolvere quel doloroso spasmo pettorale che lo colpì durante gli ultimi anni della sua vita. Rimembrando gli intensi mal di testa subiti in passato, egli però rifiutò fermamente qualsiasi trattamento basato sul nitroderivato, eludendo così la combinazione circolare che lo colse, quasi come una pena da scontare per il suo deflagrante operato.
L’intera vicenda di come la nitroglicerina provochi la vasodilatazione tuttavia non venne rivelata che negli anni ’80 dello scorso secolo (qui trovate una lunga, benché davvero affascinante, lettura storica inerente le modalità con cui questa scoperta è stata sviluppata, dal 1700 fino al 1998). In un processo lungo e controverso, gli scienziati scoprirono che la nitroglicerina viene convertita in monossido di azoto (anch’esso una sostanza tossica a elevati dosaggi), il quale è una molecola messaggera che provoca la dilatazione dei vasi sanguigni. Quello che emerse fu che l’effetto del monossido agisce aumentando la concentrazione del Guanosin-monofosfato ciclico (cGMP). Per ricondurre la nostra storia in un’altra serie di eventi circolare, nel 1998 Robert Furchgott, Louis Ignarro e Ferid Murad vennero insigniti con il Premio Nobel per la Medicina per le loro scoperte relative al monossido di azoto come molecola trasmettitore di segnali nel sistema cardiovascolare.Così la nitroglicerina è in grado sia di provocare dolore e accelerare la morte, che di ritardarla sollevando i pazienti dalle loro sofferenze. Come sempre, è la dose che fa il veleno (o probabilmente, è la proteina che rende tale il veleno).Così se per caso soffrite di quella sindrome ormai nota come chemofobia, allora dovete assolutamente leggervi il resto dei contributi partecipanti al Carnevale Tossico (The ToxicCarnival, una sorta di Carnevale anglofono della Chimica a tema pubblicato qualche mese fa) per cercare di liberarvi da questa stupida fobia epidemica che si sta diffondendo nel nostro mondo.Extra:
- La citazione tratta da Fight Club più sopra per la preparazione della dinamite non è proprio del tutto scientificamente accurata… di proposito! I produttori non volevano inserire formule esatte utili per produrre esplosivi in un film di grande diffusione. La nitroglicerina si prepara tramite la nitrazione della glicerina con una miscela di acido nitrico e acido solforico a bassa temperatura. La glicerina è lo scheletro a cui si legano gli acidi grassi per formare itrigliceridi, i principali costituenti degli oli vegetali e dei grassi animali. E’ possibile effettuare la nitrazione di un gran numero di molecole facendole reagire con la miscela solfonitrica e generalmente i prodotti derivati da queste reazioni sono esplosivi. La nitrazione della cellulosa ad esempio forma la nitrocellulosa (o fulmicotone), mentre con il toluene si ottiene il ben noto trinitrotoluene (o TNT).
- La produzione di nitroglicerina è un processo decisamente esotermico. Il calore prodotto come potete immaginare, è ovviamente deleterio per un esplosivo, qualsiasi esso sia e le deflagrazioni che si possono verificare sono devastanti anche in ambito industriale. Wikipedia descrive alcune pratiche di sicurezza per la produzione del 1,2,3-trinitrossipropano:
Il recipiente in cui avviene la reazione deve essere raffreddato con acqua gelida o altre miscele refrigeranti e mantenuto in tali condizioni lungo tutto il processo di addizione del glicerolo a circa 22 °C, una temperatura al di sotto della quale l’esterificazione si verifica troppo lentamente per essere vantaggiosa. Il recipiente, spesso costruito in materiale ferroso o in piombo e generalmente mantenuto in agitazione tramite aria compressa, è dotato di una valvola di emergenza alla sua base ed è posto su un bagno di acqua ghiacciata. La miscela reattiva al suo interno in caso di emergenza può essere rilasciata tramite la valvola in modo da annegare nel liquido refrigerante e prevenire conseguenze devastanti. Se la temperatura supera i 30 °C, (un valore che varia a seconda del paese) o compaiono improvvisamente fumi brunastri nello sfiato, allora si ricorre immediatamente alla procedura di sicurezza (drowning).
- La ripetuta esposizione alla nitroglicerina, sia per l’assunzione regolare di tavolette medicinali, che per questioni di lavoro abituale in ambienti produttivi, conduce ad una certa forma di tolleranza. Per i lavoratori coinvolti, la pausa del fine settimana fornisce una finestra temporale sufficiente a drenare l’insorgenza della tolleranza. Tuttavia una successiva ri-esposizione alla sostanza, spesso provoca l’insorgenza del cosiddetto mal di testa del lunedì mattino.
- Come già detto, la nitroglicerina viene mescolata con farina fossile per ottenere la dinamite. La sabbia di diatomee è una roccia sedimentaria composta principalmente da silice, anche se contiene ossidi di alluminio e di ferro. In laboratorio essa viene utilizzata principalmente come ausilio di filtrazione, ma viene spesso utilizzata anche come lettiera per gatti e come abrasivo in alcuni dentifrici.
- La nitroglicerina è un esplosivo utilizzato sovente in terapie farmaceutiche. Ma è sempre un pericoloso esplosivo e se alcuni residui finiscono su qualcosa che state tentando di portare oltre le procedure di sicurezza aereoportuali, il rilevatore di esplosivi potrebbe selezionarvi per, diciamo così, ulteriori approfondimenti!
- Come per tutti i farmaci, voi e i vostri dottori dovete essere al corrente di alcune incompatibilità. La fisiologia del processo NO/cGMP è molto interessante: la vasodilatazione cerebrale provoca emicranie, in prossimità di vasi sanguigni quasi ostruiti, aumenta il flusso sanguigno e abbassa la pressione, oltre a prevenire eventuali coaguli. Alcuni macrofagi rilasciano monossido di azoto che aiuta a eliminare batteri invasori, mentre si verifica un incremento del tenore di cGMP che in altre parti del corpo (specialmente in uno dei due generi) porta ad… un effetto che potrebbe rendere questo blog meno “family friendly”. Sapete, esistono quelle pillole di un certo colore sgargiante sul mercato che il solo nominare comporta notevoli rischi di spam, le quali inibiscono il metabolismo del cGMP in questa parte del corpo. Insomma chi assume la nitroglicerina deve essere sicuro di evitare questo tipo di interazioni, per evitare controindicazioni poco … salutari. E con questo, chiudo o quasi…
- L’anno scorso un servizio di Leonardo relativo alla figura di Sobrero in occasione dell’Anno Internazionale della Chimica ci rivela un paio di Gaffe impietose. Forse la preparazione a base di nitrocellulosa poteva passare come un tentativo di depistaggio preventivo (ma anche no), mentre l’ignoranza da parte di un dottore intervistato sul meccanismo di azione terapeutica della nitroglicerina, ormai noto da anni, rimane imperdonabile.
- Se siete interessati a questa azione terapeutica, è possibile leggere integralmente il paper del 2002 di Louis Ignarro che riporta tutta la storia con dovizia di particolari (e consente di evitare altre magre figure).
- Tra le biografie di Ascanio Sobrero più interessanti che ho trovato, vi segnalo quella di Giovanni Boaga su Storie di Scienza! Altra storia interessante, questa volta in inglese, tratta della cronaca dell’esplosione di Cwm y Glo, un piccolo villaggio del Galles, un pazzesco scontro frontale tra due carri che trasportavano nitroglicerina nel 1869. Da leggere!
Pacman
Nostradamus
Magical Cat Adventure
Snake