Una ricerca innovativa presso l’Istituto Max Planck ha trasformato la sicurezza chimica sviluppando un nuovo protocollo di sintesi che combina passaggi per prevenire l’accumulo di sostanze chimiche pericolose, riducendo i rischi di esplosione e i costi di produzione. Credito: Issues.fr.com
L’industria chimica utilizza una reazione con sostanze chimiche esplosive da oltre 100 anni. Ora gli scienziati di Mülheim hanno scoperto un’alternativa più sicura.
Esplosioni e avvelenamenti. Ferite gravi o addirittura morti. Nella storia dell’industria chimica si sono verificati ripetuti incidenti, talvolta mortali, spesso causati da sostanze chimiche pericolose ed esplosive necessarie per determinate reazioni.
I sali di arildiazonio, utilizzati da 140 anni, sono tali sostanze chimiche. Sono molto reattivi e quindi estremamente utili per produrre altri composti, ad esempio i coloranti. Tuttavia, a causa della loro elevata reattività, i sali di arildiazonio isolati non sono molto stabili e possono quindi reagire involontariamente e talvolta in modo esplosivo. Il 23 dicembre 1969 presso la Ciba AG di Basilea si verificò un’esplosione particolarmente grave con questi prodotti chimici. Un edificio è stato distrutto e pezzi pesanti del reattore sono volati in aria. Tre lavoratori hanno perso la vita e 31 sono rimasti gravemente feriti. Nonostante questi rapporti orribili, il lavoro continua con i sali di arildiazonio.
Innovazioni nella sicurezza chimica
Un team guidato dal professor Tobias Ritter, direttore del Max Planck Institute for Kohlenforschung, è riuscito a rendere molto più sicura la chimica rischiosa con i sali di arildiazonio. Il protocollo Mülheim non solo rende meno pericoloso l’uso di questi composti, ma apre anche potenzialmente opportunità per lo sviluppo di nuove reazioni.
“Normalmente l’utilizzo dei sali di diazonio avviene in due fasi: prima si isola o si accumula il sale di diazonio, che è pericoloso, e poi si trasforma successivamente nel prodotto desiderato. Nel nostro progetto combiniamo le due fasi di sintesi e otteniamo il prodotto desiderato senza accumulare il sale di diazonio, il che riduce significativamente il rischio di esplosione», spiega Tim Schulte, dottorando nel gruppo di Tobias Ritter.
Javier Mateos (a sinistra), Tim Schulte e Tobias Ritter discutono il loro progetto in laboratorio. Credito: Gombert/MPI KOFO
Nuovi metodi di sintesi e loro implicazioni
Tradizionalmente, i sali di arildiazonio vengono sintetizzati da aniline con composti nitrosi. acido, o con composti di nitriti, una reazione che ha visto poche innovazioni nel corso degli anni. La reazione deve essere condotta a bassa temperatura (sotto i 5°C) poiché i sali di arildiazonio sono instabili a temperature più elevate. Tuttavia, Javier Mateos, un ricercatore post-dottorato del gruppo, e Tim Schulte hanno scoperto un nuovo metodo che consente la presenza di diversi nucleofili nella miscela di reazione.
La nuova strategia si basa sull’utilizzo di un processo naturale, la riduzione dei nitrati, effettuato nelle piante. I ricercatori sono stati in grado di imitare il processo naturale in una provetta e combinarlo con la chimica dell’aril diazonio per sviluppare un metodo di sintesi più sicuro. In questo modo si possono evitare le limitazioni sopra menzionate associate ai metodi tradizionali, come la sensibilità alla temperatura e la necessità di acidi forti.
Poiché i ricercatori combinano diverse fasi nel loro nuovo protocollo, non si verificano grandi concentrazioni di sostanze pericolose. E non è tutto ciò che gli scienziati di Mülheim hanno scoperto: “Per il nostro metodo di sintesi utilizziamo sostanze chimiche che vengono utilizzate in grandi quantità nell’industria dei fertilizzanti e dei carburanti e sono quindi poco costose”, spiega Tim Schulte. Ciò potrebbe rendere il percorso di sintesi estremamente interessante per le aziende dell’industria chimica, poiché comporterebbe una riduzione dei costi di produzione.
“La soluzione al problema avrebbe potuto essere trovata 100 anni fa, ma la reazione così come è stata scoperta oggi probabilmente non sarebbe stata pianificata allo stesso modo”, spiega Tobias Ritter. “La combinazione di sostanze chimiche che alla fine ha dato buoni risultati è stata scoperta per caso mentre stavamo lavorando ad un altro progetto”, rivela Javier Mateos. Sebbene i reagenti utilizzati siano noti da molto tempo, il loro potenziale per la chimica del diazonio è stato finora semplicemente trascurato.
Il nuovo metodo è interessante anche dal punto di vista scientifico, poiché ora è possibile perseguire nuovi approcci chimici, cosa che non sarebbe possibile con il metodo classico a causa dell’elevato rischio di esplosione e dell’instabilità dei collegamenti.
