La chimica dei colori: il blu

 Benvenuti su La chimica dei colori.
Dopo una introduzione in cui vi ho parlato di come si definiscono i colori e dello spettro della luce visibile, veniamo ad argomenti probabilmente più interessanti e pratici e al primo approfondimento su un colore in particolare: il blu.

Definizione di blu

Il blu è uno dei colori percepibili dall’uomo, appartenente pertanto allo spettro del visibile, situato a circa 470 nm fra il ciano e il violetto.

Nella pittura è sempre stato considerato un colore primario, ma secondo la moderna teoria dei colori questo non è corretto, essendo i colori primari il ciano, il magenta e il giallo.

È un colore storicamente molto apprezzato, in particolare dagli antichi Egizi, ma anche dai pittori medievali nonostante fosse molto difficile da reperire e pertanto riservato alla raffigurazione di Cristo o della Vergine, come simbolo di purezza e divinità.

Non era invece molto popolare fra Gregi e Romani, in quanto veniva associato al colore azzurro degli occhi dei barbari.

Un piccolo excursus: coloranti, pigmenti e lacche

Prima di lanciarci nella storia di questo colore, è utile dare qualche definizione che ci aiuti a capire la differenza fra i diversi tipi di sostante colorate utilizzate dall’uomo.


I pigmenti sono generalmente i più comuni, in particolare se si parla di arte pittorica. Sono chiamati anche “terre” in quanto sono costituiti da polveri di varia natura (più spesso di origine minerale) insolubili nel mezzo in cui sono utilizzate, che vengono applicate tramite dispersione meccanica.


I coloranti invece sono sostanze organiche (possono essere sia naturali che di sintesi) solubili in un solvente. Essi si legano direttamente alle molecole dell’oggetto da colorare (ad esempio un tessuto) e impartiscono una colorazione stabile non solo superficiale ma su tutta la massa.


Le lacche, infine, sono pigmenti ottenuti rendendo insolubili dei coloranti, o precipitandoli come sali insolubili di cationi metallici o, a seconda della natura del colorante, facendoli reagire con poliacidi complessi.

Il blu: un colore difficile da trovare

Nell’antichità il grande problema del blu fu la sua reperibilità. La fonte principale per il pigmento blu fu il Lapislazzulo, i cui giacimenti si trovavano dove ora sorge il moderno Afganistan, o il più abbondante minerale Azzurrite, un carbonato di rame che però presentava dei problemi di stabilità.

Lapislazzulo

 

La vera svolta avvenne nell’Antico Egitto, grazie a quello che è passato alla storia come Blu Egizio, quello che può essere considerato il primo pigmento di sintesi della storia.

La sua formula chimica è (CaCuSi4O10) e la sua produzione iniziò più di 5200 anni fa e fu conosciuto anche da Greci e Romani e persino in Mesopotamia.

Manufatto dipinto con il Blu Egizio

La sua sintesi partiva da materiali facilmente accessibili come il limo, la sabbia e minerali quali azzurrite o malachite, ma non sappiamo come questa produzione fu iniziata e perfezionata fino ad arrivare al prodotto che è giunto fino a noi, sappiamo però che per oltre 4000 anni la sua composizione è rimasta invariata e che quindi si può presumere che gli antichi egizi arrivarono ben presto alla formula definitiva. In ogni caso la sintesi di questo pigmento comportava anche l’aggiunta di additivi come sale o cenere di papiro, e un controllo costante della temperatura, che doveva mantenersi sempre fra gli 800° C e i 900° C, e considerando che all’epoca non si disponevano di strumenti per misurarla come i termometri, non doveva essere affatto un compito facile.

Simile al Blu Egizio è quello che viene chiamato Han Blu, un pigmento rinvenuto in Cina e che presenta con il più famoso fratello occidentale, una struttura chimica che differisce unicamente per la presenza del Bario (Ba) al posto del Calcio (Ca).

Generico MCuSi4O10

Dopo la caduta dell'Impero Romano, il Blu Egizio praticamente scomparve dall’arte, fino ai tempi moderni dove è stato riscoperto dagli archeologi e riprodotto in laboratorio dai chimici.

Più che per le sue doti artistiche, però, questo pigmento è oggi studiato per le sue caratteristiche chimico-fisiche molto interessanti: la sua struttura cristallina particolare fa sì che riesca ad assorbire radiazioni infrarosse.

Una frase del genere potrebbe non voler dire nulla a chi non è del mestiere, ma in realtà è una caratteristica importantissima e che può portare a moltissime applicazioni in vari campi.

Il primo e più comune è quello sempre crescente della diagnostica dei beni culturali, cioè quella scienza che si occupa di esaminare opere d’arte o reperti archeologici per stabilirne le caratteristiche, la provenienza, l’epoca storica o per valutarne l’autenticità. Naturalmente questo lavoro è molto delicato e la ricerca di metodi che riescano a trarre molte informazioni senza che l’oggetto in esame venga rovinato è sempre aperta. Fortuna vuole che questo antico pigmento, così comune in reperti di epoca egizia sia visibile a strumenti che emettono radiazioni Infrarosse e che quindi possa essere riconosciuto facilmente e senza andare ad intaccare in alcun modo l’oggetto.

L’assorbimento di radiazione IR, comunque, è una porta aperta anche sul mondo delle comunicazioni e delle tecnologie ad esse legate, e lo studio del pigmento Blu Egizio si muove anche in quella direzione, chissà se fra qualche anno non avremo fibre ottiche o computers fatti proprio di questo materiale!

Il blu nei secoli

Come ho detto, dopo la caduta dell’Impero Romano, del Blu Egizio si perde ogni traccia. Durante il Medioevo il blu diventa un colore estremamente raro e l’unica fonte era rappresentata dall’Acquamarina, un minerale molto prezioso. Nel Rinascimento pertanto il blu divenne simbolo di purezza associato al mantello della Vergine Maria, o di divinità associato alla figura di Cristo.

Bisogna aspettare il 1704 prima di avere un primo pigmento di sintesi, il cosiddetto Blu di Prussia: venne scoperto casualmente da Diesbach che stava tentando di sintetizzare un pigmento rosso utilizzando sali di potassio e alcali. Questo è un sale di Ferro, per la precisione un ferrocianuro ferrico, ed è utilizzato spesso nei saggi per la determinazione della presenza di cianuro o come chelante nel trattamento di avvelenamento da metalli pesanti. È il colore nazionale francese ed era usato per colorare le uniformi degli eserciti napoleonici.

Blu di Prussia

Grandissima importanza storicamente ha avuto il Cobalto per la produzione di pigmenti blu sintetici, in combinazione di ossido con alluminio, fosforo, zinco e altri materiali per dare una grande varietà di sfumature.

Indigofera Tinctoria

Infine è impossibile non nominare l’Indaco: non è un pigmento, ma un colorante estratto dalla pianta Indigofera Tinctoria; all’interno di questa pianta vi è il precursore dell’indaco, l’indacano, il quale viene privato del glucosio tramite un enzima e infine ossidato all’aria per dare l’indaco. La tintura della stoffa si ha pertanto immergendola in una soluzione di indacano ed enzima (che è incolore o leggermente giallina) e lasciandola poi asciugare all’aria. I tessuti tinti con questo colorante, grazie proprio al metodo usato, non tendono a scolorire come quelli tinti con altri coloranti.

 

Bluetiful

Dopo la sintesi del Blu Cobalto (1802) sono passati più di 200 anni prima che si sintetizzasse una nuova tonalità di blu: l’YInMn Blue (Y=Ittrio ; In=Indio; Mn=Manganese).

Noto anche come Mas Blue, è un pigmento inorganico blu scoperto per caso dallo studente Andrew Smith nel laboratorio del professor Mas Subramanian presso l'Università statale dell'Oregon nel 2009. Smith stava effettuando degli esperimenti per ottenere una fibra ad alta conducibilità elettrica mediante ossidi di Ittrio, Manganese e Indio. Dopo averli messi in forno a quasi 1200° F (circa 649°C) ottenne un impasto che non aveva le proprietà richieste, ma che era di colore blu brillante e che rifletteva in modo insolito la radiazione IR.

YInMn Blue o Mas Blue

Questo nuovo pigmento era inoltre privo di tossicità (a differenza del blu cobalto o del blu di prussia), incredibilmente stabile e la sua capacità di riflettere l’infrarosso lo faceva essere meno soggetto a riscaldamento e quindi adatto a essere usato come vernice per automobili o nel restauro dei dipinti.

Dopo la scoperta, è stato aperto al pubblico un concorso per poter stabilire un nome commerciale di questa nuova tonalità e alla fine l’azienda di pennarelli Crayola, nel 2017, lo ha finalmente commercializzato con il nome vincitore: Bluetiful.

 

 

Bibliografia:

• Berke, Heinz. "Chemistry in ancient times: the development of blue and purple pigments." Angewandte Chemie International Edition 41.14 (2002): 2483-2487.

• J.R. Barnett et al. / Optics & Laser Technology 38 (2006) 445–453

• Philip McCouat, "Egyptian blue: the colour of technology", www.artinsociety.com

• Accorsi, Gianluca, et al. "The exceptional near-infrared luminescence properties of cuprorivaite (Egyptian blue)." Chemical Communications 23 (2009): 3392-3394.

• García-Fernández, Pablo, Miguel Moreno, and José Antonio Aramburu. "Origin of the exotic blue color of copper-containing historical pigments." Inorganic chemistry 54.1 (2014): 192-199.

• http://www.artspecialday.com/9art/2017/05/20/la-scoperta-yinmn-blue/

• https://it.wikipedia.org/wiki/YInMn_Blue

Dal Salice all'Aspirina: la storia del farmaco più usato al mondo

Il Natale è alle porte, l'inverno è appena arrivato, il freddo inizia a farsi sentire e così tutti quei malanni che sembrano non aspettare altro che rovinarci le feste con il loro carico di nasi colanti, mal di gola, febbre e malesseri vari.

Fortunatamente ci basta prendere una pillola per evitare di passare il cenone di Natale a letto e poterci godere le infinite portate di cibo che vanno avanti dirette fino al pranzo del giorno dopo e il solito zio un po' alticcio che racconta barzellette; eppure non sono neanche duecento anni (119 per l'esattezza) che tutto questo è possibile, pochissimi, se ci pensate, nella storia dell'umanità.

salix alba

Sicuramente raffreddori, dolori e febbri varie erano un bel problema anche per gli antichi Egizi, e non solo perché andavano a rovinare le feste, ma perché in un'epoca in cui antibiotici e vaccini erano ancora lontanissimi, una febbre troppo alta poteva portare alla morte; qualcuno, però, si accorse che riducendo in poltiglia le foglie di un albero, il Salix Alba, comunemente noto come Salice Bianco o Salice Piangente, era possibile abbassare la febbre e curare i gonfiori.

Più tardi anche il medico greco Ippocrate si accorse che le foglie del Salice avevano proprietà analgesiche e antipiretiche e le raccomandò alle donne per alleviare i dolori del parto.

Nel medioevo, i decotti di foglie di Salice erano usati per abbassare la febbre e sono stati persino inclusi nella farmacopea tedesca.

Il merito va tutto ad una molecola importantissima, fra le più famose e importanti nella storia dell'uomo: la Salicina.

salicina

Chimicamente parlando è un β-glucoside, cioè una molecola costituita da uno zucchero legato (in quella che viene chiamata posizione β) con un'altra molecola, in questo caso l'anello aromatico della Saligenina. Non si trova solo nella corteccia del Salice, ma anche nella Viola e soprattutto nell'Olmaria, una pianta della famiglia delle Rosacee.

La Salicina è quella che viene definito un profarmaco, cioè nel nostro organismo non agisce come salicina, ma subisce delle modificazioni chimiche, infatti viene trasformata in Acido Salicilico, ed è questo ad avere la funzione farmacologica e a diventare famoso con il suo nome commerciale: Aspirina.

C'era una volta un vicario inglese

Lettera di E. Stone alla Royal Society

Il primo a pensare che un rimedio popolare potesse diventare qualcosa di molto più esteso fu Edmund Stone, un vicario inglese che, nel 1763 condusse un esperimento sorprendentemente moderno e scientifico per l'epoca.

In quel periodo andava per la maggiore la Teoria delle Signature: si credeva, cioè, che il rimedio dovesse assomigliare in qualche modo alla malattia, ad esempio per un male che colpiva lo stomaco, la pianta adatta a curarlo doveva avere una forma che ricordasse l'organo in questione il più possibile.

Basandosi su queste credenze, Stone pensò che la corteccia di Salice, una pianta che cresceva in prossimità di zone paludose, potesse curare una febbre simile alla malaria che aveva colpito molte persone che vivevano proprio in quelle zone, e che potesse avere un effetto simile a quello della corteccia di Cinchona, una pianta già usata per abbassare la febbre, ma molto più costosa.

Preparò, quindi, delle dosi di corteccia di Salice essiccata scelte empiricamente e le somministrò a 50 pazienti ogni quattro ore, documentando il tutto scrupolosamente.

I risultati ottenuti furono talmente buoni che Stone li riportò alla Royal Society di Londra, che però non fece altro che prendere atto del fatto che con questo rimedio la febbre malarica era migliorata.

Gli esperimenti di Stone furono ripresi e convalidati dal Samuel James nel 1792 che raccolse moltissimi dati e informazioni che furono utilissimi, in seguito, alla ricerca.

I coloranti e la Bayer: nasce l'aspirina

La scienza andò avanti e nel 1825 il chimico italiano Francesco Fontana isolò per la prima volta la Salicina dal Salice Bianco, nel 1828 il tedesco  Johann Buchner estrasse dalla corteccia i cristalli amari di Salicina e nel giro di dieci anni chimici francesi erano riusciti a sintetizzare l'Acido Salicilico, notando che era un derivato migliore rispetto alla Salicina stessa, e la cui struttura fu poi identificata da Frederic Kolbe nel 1859.

spirea olmaria

Insomma, l'Acido Salicilico era ormai disponibile, ma il suo sapore amaro ed effetti collaterali, in particolare il vomito, ne avevano limitato grandemente l'uso.

Dovette intervenire un ambito della chimica apparentemente del tutto slegato dal contesto farmaceutico per portare avanti la storia: l'industria dei coloranti.

Nella seconda metà dell'ottocento, l'industria legata allo sviluppo dei coloranti di sintesi era in grande crescita e moltissimi chimici lavoravano allo sviluppo di nuove molecole organiche modificando quelle già esistenti, e in particolare furono i primi a proteggere queste scoperte tramite brevetti.

La Bayer, azienda tedesca leader nel settore, decise di espandere le proprie aree di interesse anche nell'ambito farmaceutico, utilizzando come base su cui partire il gran numero di molecole che si producevano come sottoprodotti nelle sintesi dei coloranti.

Assunse, quindi, il chimico Felix Hoffman, il quale era mosso anche da interessi piuttosto personali: suo padre era infatti anziano e soffriva di artrite, ma non poteva più prendere l'Acido Salicilico a causa dei forti effetti collaterali. 

Hoffman modificò l'Acido Salicilico attraverso una reazione di acetilazione e ottenne l'Acido Acetilsalicilico:

Somministrò la nuova molecola ottenuta prima a se stesso e poi a suo padre, riportando effetti più che positivi, che condussero la Bayer a testare il prodotto tramite test clinici, in cui si poté notare scientificamente un miglioramento rispetto all'Acido Salicilico usato precedentemente.

Nel 1899 la Bayer mise in commercio il nuovo farmaco con il nome di Aspirina, dalla pianta Osmaria da cui estraevano la Salicina.

P.S. come funziona?

Per decenni l'Aspirina è rimasta la regina incontrastata dei farmaci da banco, con le sue incredibili proprietà antinfiammatorie e antipiretiche, ma nessuno aveva la minima idea del suo meccanismo di azione.

aspirina

Negli anni '60 il farmacologo Henry Collier scoprì, facendo delle ricerche in vivo su cavie animali, che, a differenza della Morfina che agiva sull'intero organismo, l'Aspirina agiva localmente. Volendone sapere di più, chiamò a lavorare con lui il biochimico John Vane perché lo aiutasse.

Attraverso esperimenti molecolari in vitro, scoprirono che l'infiammazione e il dolore (ma anche la febbre) sono modulati da molecole, impossibili da osservare in vivo, chiamate Prostaglandine.

Quello che l'Aspirina fa è inibire, cioè "spegnere", due particolari forme di un enzima, la cicloossigenasi, che ha il compito di trasformare l'Acido Arachinodico in, appunto, Prostaglandine, in mancanza delle quali non si ha né infiammazione né dolore.

Per questa scoperta, John Vane vinse il premio Nobel nel 1982, entrando quindi anche lui nella lunga storia del farmaco più famoso al mondo e aprendo le porte a nuovi e più efficaci suoi derivati.

Bibliografia:

• Wick, Jeannette. "Aspirin: a history, a love story." The Consultant Pharmacist® 27.5 (2012): 322-329.
• http://www.lescienze.it/news/2012/04/19/news/aspirina_nuovi_effetti_ampk_protein_chinasi-975546/

Le ragnatele: i materiali del futuro

Le ragnatele sono un vero e proprio capolavoro di ingegneria e di chimica: non solo può allungarsi fino al 40% prima che si spezzi (l'acciaio, ad esempio, arriva all'8%, il nylon al 20%), ma riesce a resistere persino ai venti di un uragano rimanendo intatta.

Non c'è da stupirsi, quindi, se si è guardato ai ragni e alle ragnatele come possibile fonte di nuovi materiali per moltissime applicazioni diverse.

Si è persino tentato di allevare ragni così come si fa per i bachi da seta, ma si è rivelata impresa impossibile, poiché non sono animali sociali e finiscono per divorarsi fra loro. L'approccio successivo, quindi, è stato quello di studiarne la composizione chimica e tentare di riprodurla sinteticamente; non si è rivelata certo una impresa facile, ma qualche successo negli anni si è raggiunto.

Di cosa sono fatte le ragnatele

Sembrerà forse strano, ma la seta prodotta dai ragni è principalmente composta da proteine.

In realtà ne esistono diversi tipi, non solo a seconda della specie di ragno che la produce, ma anche in base alla funzione che essa dovrà adempiere: quindi quella al centro della tela sarà maggiormente elastica e appiccicosa, quella ai lati ha una maggiore resistenza perché funge da ancoraggio per la struttura, un tipo di seta più dura è prodotta per racchiudervi le uova, e così via.

Chimicamente parlando, quindi, la seta di ragno è formata da fibre proteiche, ovvero lunghe catene di amminoacidi disposte nello spazio in modo peculiare, tale da formare appunto fibre. La composizione di queste fibre è stata studiata andando a identificare quali tipi di amminoacidi sono presenti e in quale quantità, scoprendo non solo che essa varia significativamente da specie a specie, ma anche, come dicevo, nella tela prodotta dallo stesso ragno in momenti diversi e per scopi diversi.

Essenzialmente si può dire che ogni fibra è costituita da un 70-75% di una proteina chiamata fibroina, che è il filamento che possiamo considerare un po' lo scheletro della seta; i due filamenti di fibroina sono tenuti insieme e avvolti da sericina che svolge la funzione di rivestimento, ma anche di lubrificante e inoltre promuove il processo biologico di avvolgimento.

Inizialmente il ragno produce una soluzione acquosa molto concentrata in cui sono presenti le due proteine, successivamente grazie a un meccanismo di regolazione del pH e degli ioni metallici presenti nella soluzione, si innesca un processo di gelificazione, in cui le proteine assumono una conformazione detta a foglietto beta, che dà forma alla fibra, e la soluzione diventa man mano più viscosa.

La regolazione del pH è inoltre estremamente importante per la conservazione della seta una volta espulsa, infatti essendo composta da proteine in soluzione acquosa, un basso pH impedisce che il materiale sia attaccato da muffe e funghi. In parole povere, l'ambiente acido fa sì che la ragnatela non marcisca.

La complessità e la grande varietà nella composizione della seta di ragno è ciò che la rende un materiale tanto straordinario, ma è anche il motivo per cui è così difficile riprodurla in laboratorio.

Ragnatele artificiali

Un gruppo di ricerca dell'Università di Cambridge è riuscito a produrre in laboratorio un qualcosa di molto simile alla seta di ragno con proprietà per certi versi anche superiori alla fibra naturale.

Le fibre sono importantissime a livello industriale, basti pensare al ruolo che il nylon ha avuto e continua ad avere nell'economia globale, ma la sintesi di questi polimeri è spesso accompagnata da un grande uso di solventi organici o alla presenza di alte temperature durante il processo. 

Uno dei motivi per cui si è guardato ai ragni per la sintesi di fibre resistenti è quindi anche la capacità di questi animali di produrre polimeri dalle proprietà estremamente utili utilizzando un mezzo acquoso e a temperatura ambiente, cosa che in un momento storico in cui si guarda sempre più a una produzione sostenibile ed eco-compatibile, è di estremo interesse.

http://www.pnas.org/content/114/31/8163/tab-figures-data

Partendo quindi da un materiale chiamato idrogel, composto prevalentemente di acqua (98%) e in minima parte da silice e cellulosa, i ricercatori hanno sintetizzato un bio-polimero che hanno denominato supramolecular polymer–colloidal hydrogel (SPCH). 

Il trucco è stato quello di inserire nanoparticelle di silice all'interno del sistema colloidale, in modo che queste fungessero da assemblatrici per l'intera struttura. Questo ha permesso al SPCH di avere proprietà meccaniche incredibili, come ad esempio una capacità di smorzamento (cioè la capacità di un materiale di essere sottoposto a stress meccanico) che aumenta di più del 60% dopo alcuni cicli di allungamento e restringimento.

Bibliografia:

• Fu, C., Shao, Z. & Vollrath, F. - Animal silks: their structures, properties and artificial production. Chemical Communications, (43): 6515-6529 

I segreti della caffeina, la droga più diffusa al mondo

No, non avete letto male, ho detto proprio droga. Non tutti sanno (o sarebbero disposti ad ammettere) che quella tazzina di caffè al mattino senza la quale non si riesce proprio a svegliarsi, o la tazza di tè che si sorseggia mentre si legge un libro, non sono poi molto diverse da droghe molto più pericolose come la cocaina. 

Naturalmente gli effetti della cocaina, come di qualsiasi altra droga "tradizionale" sono ben più devastanti, eppure entrambi donano una diffusa sensazione di piacere, stimolano l'attività cerebrale e creano dipendenza, come chiunque di noi può testimoniare dopo qualche giorno di astinenza.
E a differenza della cocaina, la caffeina è generalmente diffusissima.
No, non correte subito a gettare via le vostre moka, non nascondete le teiere, potete star tranquilli, come ogni cosa è solo una questione di quantità, tanto che in piccole dosi la caffeina può avere anche effetti benefici.

Ma che cos'è la caffeina?

La caffeinà è, chimicamente parlando, un alcaloide contenuto all'interno delle foglie di alcuni particolari tipi di piante, come il cacao, il tè, la coca e il guaranà, inoltre è una sostanza psicoattiva, poichè interferisce con alcuni processi biochimici (come la sintesi di neurotrasmettitori) inducendo la stimolazione del sistema nervoso centrale e cardiovascolare, nonchè moltissimi altri effetti secondari su tutto l'organismo.

Caffeina

L'uso di questa sostanza ha origini antichissime: se ne trova traccia già in Messico nel 1500 a.C. ma fu con la scoperta dell'America che caffè, tè e cacao si diffusero un po' ovunque e in particolare in Europa, tanto che il caffè ormai può quasi essere considerata, qui in Italia, bevanda nazionale. Fu addirittura importantissimo per la nascita e la diffusione dei giornali, grazie ai famosissimi caffè parigini.

Molti credono erroneamente che la caffeina sia contenuta unicamente nel caffè, e che al contrario nel tè si trovi la teina, dando per scontato che siano due molecole diverse. 

L'errore deriva da un fraintendimento storico: inizialmente, infatti, la caffeina fu individuata e isolata nel 1819 dal chimico Friedrich Ferdinad Runge e solo successivamente, nel 1827, fu isolata dal tè la teina, creduta quindi una sostanza diversa. Ora, grazie ai moderni mezzi spettroscopici che ci permettono di vedere le molecole atomo per atomo, sappiamo che sono la medesima sostanza, la 1,3,7-trimetilxantina per chiamarla con il suo nome chimico (IUPAC), e furono proprio gli studi sulla determinazione della struttura della caffeina, e la sua successiva sintesi, che valsero al chimico Hermann Emil Fischer il premio Nobel nel 1902.

Nel tè inoltre, insieme alla caffeina, sono contenuti altri alcaloidi con proprietà simili, in particolare la teobromina che ha l'effetto di amplificare l'azione della caffeina nell'organismo.

La caffeina fa male?

Rispondere a questa domanda non è immediato come si potrebbe pensare.

Niente, infatti, è in forma assoluta tossico o benefico, ma si parla di Tossicità Acuta o Tossicità Cronica, ovvero quanto una tale sostanza sia tossica nel momento dell'assunzione o quanto sia tossica a lungo termine. 

Per quanto riguarda la tossicità cronica della caffeina, nessuno studio ha rilevato risposte certe in merito, mentre per quanto riguarda la sua tossicità acuta si hanno dati ben definiti: la dose di assunzione letale (per un individuo di peso medio intorno ai 70 kg) è stata stimata essere circa 10 g di sostanza, cioè l'equivalente di 170 tazze di tè (numero che può variare a seconda dei tipi di tè) e 130 tazzine di caffè assunte una dopo l'altra. 

D'altro canto, la caffeina è largamente studiata dall'industria farmaceutica a causa dei suoi effetti benefici.

Un uso classico di questa sostanza è come farmaco contro l'emicrania: il principio attivo fondamentale per il trattamento dell'emicraia è l'Ergotamina, il cui assorbimento è fortemente facilitato dall'azione della caffeina.

Inoltre, fra le azioni biochimiche della caffeina c'è il blocco delle funzioni dell'Adenosina, ed è questa caratteristica che ne fa un antidolorifico simile a i farmaci cosiddetti FANS.

Infine, è largamente usata a livello cosmetico come trattamento anticellulitico.

In conclusione, finchè non si esagera, eccedendo in maniera incontrollata e pericolosa, una buona tazza di tè o quel caffè così profumato subito dopo pranzo, sono un piacere fondamentalmente innocuo, nonostante le molte affinità fra la caffeina e una droga come la cocaina.

Un esempio di come, nel mondo che ci circonda e in particolare nello studio della chimica, simile non vuol dire assolutamente uguale e anche un dettaglio apparentemente insignificante faccia tutta la differenza del mondo.

Sarà pure la droga più diffusa al mondo, ma alla fine è una droga di cui possiamo benissimo non fare a meno.

Bibliografia:

• I bottoni di Napoleone: come 17 molecole hanno cambiato la storia - P. Le Couteur, J. Burreson - TEA editore
• http://www.lescienze.it/news/2002/09/02/news/il_caffe_come_la_cocaina_-589182/
• http://www.pianetachimica.it/didattica/caffeina/caffeina.htm
• http://chimichiamo.altervista.org/blog/teina-caffeina-unidentita-poco-nota/
• http://blog.edoapp.it/caffeina-e-teina-che-differenza-ce/

La chemofobia e la fissa del "naturale": la vitamina C

“Non tutti i prodotti chimici sono dannosi. Senza componenti chimici come l'idrogeno e l'ossigeno, per esempio, non ci sarebbe modo di produrre l'acqua, che è un ingrediente essenziale della birra.”

Dave Barry

C'è chi ha paura dei ragni, chi degli spazi chiusi, chi delle altezze.
E poi c'è chi ha paura della chimica, nonostante, come ci insegna lo scrittore americano premio pulitzer, senza chimica non ci sarebbe la birra e il mondo sarebbe un posto di gran lunga peggiore.

Janet Leigh dopo aver letto l'etichetta del bagnoschiuma

Basta farsi un giro al supermercato per capire immediatamente quanto la chimica faccia paura nel nostro paese (ma non solo): dalla mortadella "senza chimica" al fruttosio 100% naturale, gli scaffali sono pieni di questo genere di messaggi promozionali, con una valenza scientifica pari alla favola di cappuccetto rosso e un prezzo due volte superiore a quello dei prodotti brutti e cattivi pieni di roba chimica.
Sembra incredibile che, nel 2017, si debba ancora ricordare che ogni cosa è chimica e non è solo un modo di dire: noi stessi siamo chimica, fatti da atomi, molecole, composti più o meno grandi. In una fetta di prosciutto non ci sono forse proteine? Carbonio, idrogeno e ossigeno? Il fruttosio, non è forse una molecola?
Allora perché tanta paura?

Chimico vs Naturale

Le proprietà di una molecola dipendono unicamente dalla sua struttura e non da come essa sia stata sintetizzata.

Per un chimico è qualcosa di scontato, ovvio come il fatto che il cielo è azzurro, ma per molti non addetti ai lavori è davvero difficile da credere. Nella vita di tutti i giorni, infatti, è molto comune fare attenzione a come si arriva a qualcosa, oltre che a quel qualcosa in sé, basti pensare a quanta attenzione si pone sull'alimentazione degli animali che poi diventano le nostre bistecche.
In chimica non è così e il termine naturale assume un'accezione completamente diversa. Per un chimico, una sostanza naturale indica semplicemente una molecola che è presente in qualche modo in natura, senza con questo dare connotazione positiva o negativa.
La muscarina, per esempio, è una molecola naturale, contenuta in un fungo naturale, nei naturalissimi boschi, eppure è una pericolosissima neurotossina, responsabile della pericolosità elevatissima della Amanita Muscaria.

Amanita Muscaria

Molto comune è in chimica prendere spunto dalla natura, magari andando a estrarre e isolare una particolare molecola che si è visto avere effetti benefici, per poi andare a trovare un modo alternativo di produrla, magari cercando di modificarla per poter aumentare l'azione ad esempio farmacologica, o trovare altre vie di somministrazione, o ancora abbassare i costi di produzione.
E' il caso della Vitamina C.

L'Acido-L-Ascorbico, per gli amici Vitamina C

Sappiamo tutti che l'Acido Ascorbico, o più comunemente noto come Vitamina C, è un composto essenziale per l'uomo e la sua mancanza provoca una malattia molto grave che è lo Scorbuto.

Inizialmente questa importantissima molecola fu estratta dai limoni, ma ben presto ci si rese conto che una produzione industriale richiedeva la messa a punto di un processo di sintesi.

Per capire i motivi basta fare qualche calcolo: in una scatola di vitamina C comprata al supermercato (che sia bio o meno) ci sono circa 40 compresse, ogni compressa è circa 1 grammo di vitamina C pura; in una singola arancia ci sono più o meno 45 mg di vitamina e pur supponendo che si riesca a estrarre il 100% della sostanza (cosa, purtroppo, impossibile) ci vorrebbero più di 22 arance per fare una sola compressa! Pensate ora a quante scatole di Vitamina C ci sono in un supermercato, o in farmacia e pensate a quante ne sono prodotte in tutto il mondo e immaginate quante arance sarebbero necessarie per ottenerla.

Naturalmente non è possibile pensare di sostenere dei costi del genere.

Attualmente la maggior parte dell'Acido Ascorbico è prodotto tramite il Processo Reichstein, dal nome del chimico che lo inventò nel 1934, che parte dal Glucosio e attraversa ben sette step bio-sintetici. Naturalmente si sta lavorando per cercare anche metodi alternativi e meno costosi, utilizzando anche le biotecnologie.

E quindi? Siamo stati tutti imbrogliati? La Vitamina C che ci vendono non è vera Vitamina C?
Tranquilli.
Come ho già detto, è impossibile distinguere una molecola di Acido-L-Ascorbico estratto da un limone, magari coltivato biologicamente nell'orto di casa nostra, dalla molecola di Acido-L-Ascorbico sintetizzata da un'industria farmaceutica.
Gli atomi non hanno memoria, non hanno alcun modo di sapere se prima di essere il Carbonio 1 di una molecola di Vitamina C erano il Carbonio 3 di un pericolosissimo veleno come la Muscarina.
Ovviamente la maggior parte delle persone non sono chimici e sono perciò portate a pensare come si farebbe comunemente nella vita di tutti i giorni e a credere che quella graziosa scatolina, piena di fotografie di frutti freschi e colorati, sia effettivamente migliore e più sana di quella meno bella e senza frutta, ma che costa la metà.

Gli atomi saranno anche smemorati, ma voi la prossima volta che il marketing premerà sul naturale e senza chimica, ricordatelo, non abbiate paura della chimica e risparmierete di sicuro!

Articoli per approfondire:

Klimczak, Inga, et al. "Effect of storage on the content of polyphenols, vitamin C and the antioxidant activity of orange juices." Journal of Food Composition and Analysis 20.3 (2007): 313-322.

Gliszczynska‐Swiglo, A. A. G. A., and B. Tyrakowska. "Quality of commercial apple juices evaluated on the basis of the polyphenol content and the TEAC antioxidant activity." Journal of Food Science 68.5 (2003): 1844-1849.

Bremus, Christoph, et al. "The use of microorganisms in L-ascorbic acid production." Journal of biotechnology 124.1 (2006): 196-205.

http://blogs.nature.com/thescepticalchymist/files/2014/06/nchem_-Chemical-Free.pdf

Reichstein, T., A. Grussner, and R. Oppenauer. "Synthesis of ascorbic acid and related compounds by the osone-hydrocyanic acid method." Helvetica Chimica Acta 17 (1934): 510-520.

Bremus, Christoph, et al. "The use of microorganisms in L-ascorbic acid production." Journal of biotechnology 124.1 (2006): 196-205.

Reichstein, T., Grussner, A., Oppenauer, R., 1933. Die Synthese der ¨

d-Ascorbinsaure ( ¨ d-Form des C-Vitamins). Helv. Chim. Acta 16,

561–565.