Quella macchia deve sparire!

L’elemento chimico carbonio, per le sue proprietà, dà origine a una branca detta chimica organica. La sua peculiarità consiste nella capacità di formare legami stabili con altri atomi di carbonio, formando catene anche lunghe, e con diversi altri elementi (eteroatomi), dando origine a una vasta gamma di combinazioni molecolari: le molecole organiche appunto. Molte sostanze presenti in natura, come le proteine, i carboidrati, i lipidi e gli acidi nucleici (DNA e RNA), o che sono alla base anche di materiali sintetici come i polimeri utilizzati per produrre plastica, gomma e molti altri prodotti industriali, sono composti organici. Questo campo di ricerca è essenziale per lo sviluppo di farmaci, materiali avanzati e molte altre applicazioni. Il chimico organico studia le proprietà e la sintesi di questi composti.

La strada che una molecola organica, ad esempio un principio attivo per un farmaco, percorre prima di arrivare alla produzione su scala industriale è lunga. In laboratorio la sua sintesi è messa a punto, in piccola scala, con reagenti, reazioni e tecniche per monitorarle, fino ad arrivare al prodotto target da purificare e caratterizzare. Esistono strumentazioni e metodi sempre più sofisticati e rapidi in queste operazioni, ma c'è un sistema molto semplice e pratico per monitorare il decorso di una reazione, che però un chimico organico non abbandona quasi mai. Si tratta della TLC, acronimo inglese di "Thin Layer Chromatography", ovvero cromatografia su strato sottile, una tecnica di separazione dei componenti di una miscela. 

Scegliamo come esempio la sintesi del farmaco più noto: l’Aspirina. Possiamo dire che si ottiene per conversione dell’acido salicilico in acido acetilsalicilico, che è il principio attivo. Grazie alla TLC è possibile monitorare l’andamento di questa “conversione” in modo rapido e continuativo. Ma come si fa a capire che l’acido salicilico sta “scomparendo” a favore dell’acido acetilsalicilico?

In generale, la cromatografia sfrutta le diverse affinità delle varie molecole per una fase stazionaria e una fase mobile. La fase stazionaria è un materiale fisso, spesso un supporto solido, mentre la fase mobile (eluente) è un solvente liquido o un gas che scorre attraverso la fase stazionaria. Quando la miscela da analizzare è introdotta nella cromatografia, i componenti si muovono lungo la fase stazionaria, seguendo il flusso dell’eluente con una velocità relativa alle loro proprietà; in questo modo è possibile ottenerne la separazione. Poiché alcuni dei componenti possono essere colorati, si può anche osservare la separazione dei colori durante il processo di eluizione, da qui il nome cromatografia.

Questa tecnica, ampiamente utilizzata in chimica organica e analitica ha molte varianti, tra cui la cromatografia su colonna, quella liquida ad alta prestazione (Hplc) e la cromatografia su strato sottile, la TLC appunto, in cui la fase stazionaria è costituita da uno strato sottile di materiale adsorbente, solitamente fissato su una lastrina di vetro o di plastica, sul quale si depositano i campioni. Ognuno di essi avrà un’affinità diversa per l’eluente che risale lungo la lastrina per adsorbimento. Si osservano così delle “macchie”, che corrispondono ai diversi campioni e che si fermano a diverse altezze rispetto alla linea di inizio e fine corsa.

Il chimico alle prese con la reazione che sta procedendo in un contenitore (solitamente un pallone di vetro, di varie dimensioni, resistente alle temperature estreme) in cui i reagenti sono disciolti nel solvente e nelle condizioni più adatte, dopo un certo periodo giunga al momento di fare un primo controllo con la TLC. Lungo una linea nella parte inferiore della lastrina, si depositano quindi su punti diversi tre campioni: il reagente (acido salicilico), il prodotto di riferimento (acido acetilsalicilico) e un campione prelevato dalla miscela di reazione dove, se la reazione è completata, dovrebbe essere presente solo il prodotto desiderato e non il composto di partenza.

Dopo la deposizione, la lastrina è posta in una camera di vetro chiusa contenente l'eluente che sale per adsorbimento attraverso lo strato sottile, trasportando con sé i campioni. Il composto con maggiore affinità per la fase stazionaria si muoverà più lentamente, mentre quello più affine per la fase mobile si muoverà velocemente lungo l’eluizione. Una volta che l'eluente ha raggiunto una certa altezza lungo la lastrina, la cromatografia su strato sottile è interrotta e rimossa dalla camera di vetro per osservare la “corsa” dei campioni tramite diverse tecniche di rivelazione, come l'utilizzo di reagenti chimici o l'irraggiamento con luce ultravioletta. A questo punto il chimico organico spera che la macchia corrispondente all’acido salicilico sia sparita. In caso contrario, la reazione non è andata a completezza e sarà necessario attendere per ripetere la verifica attraverso una nuova lastrina di TLC. Inutile dire che in un laboratorio di sintesi si consumano molte lastrine, gioia e dolore di tutti i chimici organici.

Quando l'ultima corsa rivela che la macchia corrispondente all’acido acetilsalicilico è sparita, o almeno sensibilmente diminuita, la reazione viene interrotta e si passa alla purificazione e alla caratterizzazione del prodotto ottenuto, con strumentazioni e metodi più sofisticati, per verificare che corrisponda al target desiderato. Insomma, la strada per arrivare a sintetizzare una molecola organica non è semplice. È fatta di attese, verifiche e di "macchie che spariscono".

Fonte: Alessia Cosseddu, Ufficio stampa, alessia.cosseddu@cnr.it