la Chimica Industriale e di Processo

Ammine aromatiche: colorate e versatili nell’industria chimica, pericolose per la salute

di Silvia Barra

In questo articolo andiamo alla scoperta delle ammine aromatiche, composti organici utili in svariati settori industriali (dai coloranti al settore farmaceutico), ma anche molto pericolosi per la salute dell’uomo, in quanto cancerogeni.

anilina

formula di struttura dell’anilina

Le ammine possono essere considerate dei derivati dell’ammoniaca, in cui uno o più atomi di idrogeno sono stati sostituiti con gruppi alchilici o arilici. Il simbolo generale per una ammina è NR3 dove R rappresenta gruppi alchilici o arilici o atomi di idrogeno.
Il capostipite della famiglia delle ammine aromatiche è l’anilina, un’ammina primaria la cui struttura è quella di un benzene, in cui un atomo di idrogeno è stato sostituito da un gruppo NH2. A temperatura ambiente si presenta come un liquido incolore dall’odore tipico delle ammine (pesce marcio).

 

Sintesi dell’anilina

L’anilina può essere prodotta in due modi.
1. Dal nitrobenzene, per riduzione con ingredienti economici, come ferro e acido cloridrico (o mediante idrogenazione catalitica)
2. Per trattamento del clorobenzene con ammoniaca, ad alte temperature e pressioni e in presenza di catalizzatori (in una reazione di sostituzione nucleofila aromatica).

La prima sintesi dell’anilina avvenne partendo da benzene di catrame (che nel XIX secolo si poteva procurare abbastanza facilmente), che veniva ossidato con acido nitrico per formare nitrobenzene, poi ridotto a formare anilina.

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La trasformazione della ghisa il acciaio

di Giorgio Poli

Confronto fra ghisa (a sinistra) ed acciaio (a destra)

Confronto fra ghisa (a sinistra) ed acciaio (a destra)

Quella della trasformazione della ghisa in acciaio può essere considerata un’impresa di grande portata, forse al pari di quella della conquista della luna, luogo dove, indirettamente, l’uomo è stato portato dall’acciaio: cioè un grande passo per lo sviluppo tecnologico dell’umanità!
Che cosa sia, per definizione, l’acciaio lo indica chiaramente la normativa UNI EN 10020, dove si legge: “Si chiama acciaio un materiale in cui il ferro è l’elemento predominante, in cui il tenore di carbonio è di regola minore del 2 % e che contiene altri elementi. … Tale valore del 2 % è il tenore limite corrente che separa l’acciaio dalla ghisa”.  Cioè bisogna trovare il modo di ridurre il tenore di carbonio della ghisa fino ai valori tipici dell’acciaio; meglio se con tale operazione si eliminano anche gli elementi inquinanti già presenti senza aggiungerne altri.
Il problema sembra di facile soluzione, in quanto basta scambiare la funzione degli elementi chimici: se il carbonio viene usato come riducente, per togliere ossigeno agli ossidi, si ottiene la ghisa; se si usa ossigeno per “bruciare “ il carbonio in eccesso, la ghisa diventa acciaio! Si tratta di trovare un modo facile e conveniente per fornire l’ossigeno necessario per bruciare il carbonio in eccesso.

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Gli altoforni e la riduzione industriale degli ossidi di ferro

di Giorgio Poli

Prosegue la trattazione a cura del prof. Giorgio Poli, chimico siderurgico, in risposta alle domande poste da Chimicare.
Nella trattazione odierna, l’Autore si impegna a rispondere alla seguente domanda:
” A scuola ci hanno insegnato che l’acciaio è costituito da miscele (è corretto definirle soluzioni?) di ferro e di carbonio.  Se ricordo bene la produzione di ferro metallico a partire dai suoi minerali passa proprio attraverso l’impiego in qualità di “reagente” del carbonio elementare contenuto nel carbone.  Quindi immagino che, alla fine, un po’ di carbonio nel ferro avesse dovuto finirci comunque.  Ci aiuteresti a fare un po’ di chiarezza in questa questione? “
[per completezza della lettura si rimanda alla prima parte della trattazione:
Come si produce l’acciaio?“]


 

Riduzione degli ossidi di ferro

In siderurgia il ruolo di MO è svolto dagli ossidi di ferro, la cui serie, in funzione del tenore di ossigeno calante, è la seguente:
Fe2O3 → Fe3O4 → FeO —— Fe
e, partendo da Fe2O3, la riduzione con CO segue la stessa sequenza. Le reazioni coinvolte sono le seguenti:
3Fe2O3 + CO ↔ 2Fe3O4 + CO2 (6)
Fe3O4 + CO ↔ 3FeO + CO2 (7)
FeO + CO ↔ Fe + CO2 (8)
A bassa temperatura è possibile anche la reazione:
Fe3O4 + 4CO ↔ 3Fe + 4CO2 (9)

curve di riduzione degli ossidi di ferro in coordinate di Boudouard

Fig.

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Come si produce l’acciaio?

di Giorgio Poli

Prosegue la trattazione a cura del prof. Giorgio Poli, chimico siderurgico, in risposta alle domande poste da Chimicare.
Nella trattazione odierna, l’Autore si impegna a rispondere alla seguente domanda:
” A scuola ci hanno insegnato che l’acciaio è costituito da miscele (è corretto definirle soluzioni?) di ferro e di carbonio.  Se ricordo bene la produzione di ferro metallico a partire dai suoi minerali passa proprio attraverso l’impiego in qualità di “reagente” del carbonio elementare contenuto nel carbone.  Quindi immagino che, alla fine, un po’ di carbonio nel ferro avesse dovuto finirci comunque.  Ci aiuteresti a fare un po’ di chiarezza in questa questione? “
[per completezza della lettura si rimanda alla prima parte della trattazione:
Ferro, acciaio ed altre scoperte siderurgiche“]

 

La domanda apre scenari amplissimi che tenderei a suddividere in due parti: 1) la produzione dell’acciaio; 2) il sistema ferro/carbonio.
tubolari e profilati in acciaioComincio con l’affermare che se nel mondo esistono industrie che producono cose utili (o nocive) per il genere umano, ciò è merito (o colpa) in gran parte del ferro e del carbonio. In pratica almeno l’80% dei metalli usati dall’uomo è strettamente imparentata con il sistema binario ferro/carbonio, e componenti ferrosi sono necessari per la produzione di altri tipi di materiali, dalle ceramiche ai polimeri, dai vetri ai compositi e agli elastomeri.

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Termochimica metallurgica

di Giorgio Poli

Prosegue la trattazione a cura del prof. Giorgio Poli, chimico siderurgico, in risposta alla domanda posta da Chimicare:
utensili realizzati in metalli vari” Si tende a dire che sono “di ferro” molti oggetti metallici, specie quelli a basso costo, quando non sia evidente (ad esempio per la loro leggerezza o per il loro colore) che essi sono stati realizzati con altri metalli altrettanto noti, come ad esempio l’alluminio o il rame. E’ vero che esistono e si usano tanti oggetti “di ferro”? “
[per completezza della lettura si rimanda alla prima parte della trattazione: “Ferro, acciaio ed altre scoperte siderurgiche“]

 

Preliminarmente è necessario richiamare brevemente e schematicamente gli assunti della termodinamica. Si vuole ricordare che tali assunti sono derivati da considerazioni complesse e rigorose, il cui esame esula dallo scopo di questa trattazione ma che potrebbe essere oggetto di un intervento specifico.

 

Assunti termodinamici

E’ termodinamicamente possibile (o stabile) ogni evento a cui si possa associare la variazione negativa di un parametro denominato “energia libera G”.  Cioè è indispensabile che:  ΔG < 0.
Quanto sopra vale in qualsiasi campo, perciò anche in chimica, dove la sua applicazione fa dedurre che la reazione:        A + B → C

è possibile solo se è dotata di un ΔG negativo.

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Insieme al polipropilene la rivoluzione della plastica a firma italiana compie 60 anni

di Vincenzo Villani

Dipartimento di Scienze, Università della Basilicata

11 marzo 1954, Giulio Natta e i suoi collaboratori scoprono il polipropilene isotattico: il primo e più importante polimero stereoregolare di sintesi.  Oggi, il polipropilene compie sessanta anni ma…  ne mostra venti, sempre giovane e al centro di un’intensa attività di ricerca.

conformazione della catena di polipropilene isotattico

conformazione della catena di polipropilene isotattico

Come si arrivò alla sua scoperta che apparve sin dall’inizio come rivoluzionaria? Quali furono le intuizioni, gli imprevisti incontrati, la logica seguita e il contesto storico che ne rese possibile ’l’invenzione’?
In Natura, o meglio, tra i viventi, i polimeri stereoregolari sono la norma. Infatti, il requisito di una ben determinata stereochimica è indispensabile affinché le macromolecole biologiche possano svolgere la loro funzione biochimica.  Ecco allora che la gomma naturale (presente nel lattice di innumerevoli piante, con la funzione di antiparassitario) è poliisoprene-1,4-cis (rigorosamente cis…).   La cellulosa è un polisaccaride in cui il glucosio è legato mediante specifici legami 1,4-β-glicosidici (che ce lo rendono non commestibile…). Invece, nell’amilosio il glucosio è concatenato mediante legami 1,4-α-glicosidici (che ce lo rendono appetitoso…). Le stesse proteine soddisfano una rigorosa stereochimica che impone legami peptidici di tipo trans e amminoacidi di tipo L…Tutto ciò è il risultato di una specifica attività enzimatica, patrimonio esclusivo dei viventi.

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Le nuove frontiere applicative delle bioplastiche: dalla nostra tavola al risanamento ambientale

Gabriella Butera e Filippo Luzzu

il pluralismo dei materiali plastici sinteticiNegli ultimi decenni si sono raggiunti traguardi importanti nell’utilizzo di materiali biodegradabili nei più svariati campi di applicazione: dalla realizzazione di piatti e stoviglie monouso a prodotti altamente ingegnerizzati che trovano utilizzo nelle attività di ripristino e risanamento ambientale.

 

I MATERIALI PLASTICI SINTETICI

Ad oggi le sostanze plastiche non biodegradabili più comuni derivano dal petrolio o da processi di sintesi. I prodotti, sviluppati principalmente nel secolo scorso hanno trovato un grandissimo impiego nei più diversi campi applicativi, sostituendo con successo i materiali convenzionali fino ad allora usati. Tali sostanze presentano proprietà quali la leggerezza, la flessibilità, l’elasticità, la facilità di lavorazione, la viscosità allo stato fuso o in soluzione e in generale un basso costo di produzione. Queste proprietà le rendono idonei a molteplici ruoli e per lunghi periodi di tempo. Le sostanze plastiche sono principalmente composte da polimeri costituiti da macromolecole a struttura prevalentemente lineare. Essi mostrano una catena principale formata, nella maggior parte dei casi, da atomi di carbonio e questo è il motivo per cui essi vengono anche definiti polimeri organici.

struttura (unità monomerica) del polietilene

Fig. 2 – Unità monomerica nella struttura molecolare del polietilene

Uno dei polimeri più semplici e comunemente usato, è il polietilene (PE) (-C2H4-)n (Fig.

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come nasce un farmaco? il lungo percorso della chimica in favore della salute

di Nicole Ticchi

Il processo che porta alla nascita di un nuovo farmaco è qualcosa di straordinariamente complesso e articolato anche solo da immaginare.
un farmaco in compresseLa necessità di ottenere composti sempre più efficaci e, soprattutto selettivi nei confronti di un determinato bersaglio e, di conseguenza, con un minor numero di effetti collaterali fa si che gli sforzi per fare arrivare nei cassetti delle farmacie nuovi principi attivi siano decisamente accresciuti negli ultimi tempi. La sfida oggi consiste nel progettare farmaci in grado di agire esclusivamente, o quasi, nei confronti di un bersaglio specifico e, possibilmente, caratterizzati da una elevata potenza a basse concentrazioni Dentro ad una piccola scatola ci sono anni e anni di ricerca, di prove sperimentali, di studi clinici e un enorme capitale: un investimento non da poco.   In genere sono necessari almeno 10-12 anni prima che sia possibile disporre di un nuovo principio attivo sul mercato.
Come nasce un farmaco?

PRIMI PASSI ATTRAVERSO IL DRUG DISCOVERY

fasi di sviluppo di un farmaco

fasi di sviluppo di un farmaco

L’ideazione di un nuovo composto è uno step fondamentale, consiste nell’individuare l’area terapeutica di interesse, la patologia specifica verso cui agire e, nella maggior parte dei casi, il “target”, ovvero l’elemento o il meccanismo biologico su cui intervenire per modificare il percorso di una malattia.  

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