Sherlock Holmes ed altri
tra chimica e romanzo
Ugo Azzena
Dipartimento di Chimica e Facoltà di Farmacia
Università di Sassari
Sassari, 17/11/11
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
H
C
C
H
L’anidride carbonica, una molecola lineare
O
C
H
L’acetilene, un’altra molecola lineare
H
C
O
La formalina, una molecola a forma di triangolo
ALCUNE SEMPLICI MOLECOLE ORGANICHE, E LA LORO FORMA
O
H
C
C
H
L’anidride carbonica, un’altra molecola lineare
O
C
H
L’acetilene, una molecola lineare
H
C
O
La formalina, una molecola a forma di triangolo
ALCUNE SEMPLICI MOLECOLE ORGANICHE, E LA LORO FORMA
H
H
C
H
E il metano, è fatto così?
H
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
IL METANO E’ UNA MOLECOLA TRIDIMENSIONALE
H
Quest’atomo si allontana da noi
C
H
H
H
Quest’atomo viene verso di noi
Questi tre atomi sono sul piano di scrittura
ANCHE IL BUTANO E’ UNA MOLECOLA TRIDIMENSIONALE
H
H
H
H3C
H
C
H
C
H
C
C
H H
H H
CH2 CH2 CH3
LA FORMA DELL’ETANOLO, IL NORMALE ALCOOL
H
H
H
C
O
C
H
H3C
H
H
CH2
OH
LA MUSCARINA
OH
CH3
H3C
H2C
C
H
+
C
N
H2C
CH3
H
C
O
H
CH3
LA MUSCARINA
OH
CH3
H3C
H2C
H
+
N
H2C
CH3
C
*
C
*
*C
O
H
H
CH3
OGNI SFERA RAPPRESENTA UN ATOMO, O UN GRUPPO
DI ATOMI, LEGATO AL CARBONIO CENTRALE.
I COLORI DIVERSI INDICANO SOSTITUENTI DIVERSI
C
QUANTE MOLECOLE DIVERSE ESISTONO CON
QUESTA CONNESSIONE TRA I VARI ELEMENTI?
COSA SUCCEDE SE METTIAMO QUESTA
MOLECOLA DAVANTI A UNO SPECCHIO?
C
C
SONO DUE MOLECOLE, DUE OGGETTI, UGUALI?
TOGLIAMO LO SPECCHIO
C
C
E RUOTIAMO SOLO IL SECONDO OGGETTO
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
C
C
SONO DUE OGGETTI DIVERSI,
NON SONO SOVRAPPONIBILI!
ECCO IL RISULTATO
CC
SONO DUE OGGETTI DIVERSI,
NON SONO SOVRAPPONIBILI!
RIFACCIAMO IL NOSTRO ESPERIMENTO CON UN MODELLO
DIFFERENTE, CON DUE SFERE UGUALI FRA DI LORO.
CAMBIA QUALCOSA?
C
STESSA DOMANDA:
SONO DUE OGGETTI UGUALI?
METTIAMO ANCHE QUESTA NUOVA
MOLECOLA DAVANTI ALLO SPECCHIO
C
C
STESSA DOMANDA:
SONO DUE OGGETTI UGUALI?
FACCIAMO COME PRIMA, TOGLIAMO LO SPECCHIO
C
C
E RUOTIAMO SOLO IL SECONDO OGGETTO
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
C
C
SONO DUE OGGETTI UGUALI,
SONO SOVRAPPONIBILI
ECCO IL RISULTATO
CC
SONO DUE OGGETTI UGUALI,
SONO SOVRAPPONIBILI
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
OH
CH3
H3C
H2C
C
*
H
+
N
H2C
C
*
H
O
C
*
H
CH3
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 CHE
ABBIA, 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
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
H
H2N
R
R
C
C
COOH
un amino acido naturale
HOOC
H
NH 2
un amino acido non naturale
UN ESEMPIO DI MOLECOLE CHIRALI DI GRANDE
IMPORTANZA PER LA NOSTRA ESISTENZA: GLI
AMINO ACIDI
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
H
H2N
CH3
CH3
C
C
COOH
(S)-Alanina, naturale
HOOC
H
NH2
(R)-Alanina, non naturale
UN ESEMPIO DI MOLECOLE CHIRALI DI GRANDE
IMPORTANZA PER LA NOSTRA ESISTENZA: GLI
AMINO ACIDI
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
H
H2N
CH2CONH2
CH2CONH2
C
C
COOH
(S)-Asparagina, naturale
HOOC
H
NH2
(R)-Asparagina, non naturale
PERCHE’ GLI AMINO ACIDI SONO COSI’ IMPORTANTI?
R
R
H
H2N
C
H
COOH H N
2
C
R
COOH HHN
2
C
R
H
COOH H N
2
C
COOH
in una proteina, gli amino acidi sono legati
fra di loro per formare delle lunghe catene
R
H
HN
C
C
O
H
HN
R
R
C
C
C
O
H
HN
R
C
O
H
HN
C
C
O
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 CHIUNQUE
E’ IN GRADO DI RICONOSCERE
O
CH 3
CH 3
C
C
C
H2C
CH
HC
CH 2
H2C
C
CH 2
C
H2C
C
O
C
H
CH 3
d-carvone, odore di anice
C
H
CH 2
H3C
l-carvone, odore di menta
UN CASO IN CUI LA CHIRALITA’ PUO’ ESSERE TRASCURATA,
CON CONSEGUENZE SOPPORTABILI: L’IBUPROFEN
OH
H3 C
HO
C
C
O
H
CH 3
C
C
O
H
H3 C
CH 3
CH
CH2
CH 2
H3 C
HC
CH 3
(R)-Ibuprofen
(S)-Ibuprofen
UN CASO IN CUI LA CHIRALITA’ E’ STATA TRASCURATA,
CON CONSEGUENZE TERRIBILI: LA TALIDOMIDE
O
O
O
C
C
H2C
NH
H2C
C
C
C
N
C
HC
O
H
HN
CH 2
C
CH 2
H
C
N
C
C
O
C
O
C
C
O
O
CH
C
HC
CH
C
H
CH
(S)-talidomide
HC
(R)-talidomide
C
H
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
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”
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
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
E’ CAMBIATO QUALCOSA DOPO QUESTI EPISODI?
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
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
COSA POSSIAMO CONCLUDERE DA QUESTA CHIACCHIERATA?
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
Sherlock Holmes ed altri
tra chimica e romanzo
Ugo Azzena
Dipartimento di Chimica e Facoltà di Farmacia
Università di Sassari
Sassari, 17/11/11