Friedrich Wölher e gli albori della chimica organica di sintesi

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo

a cura di Rinaldo Cervellati

Quando facevo il professore di chimica fisica al secondo anno per CTF all’Università di Bologna, le prime due ore del corso le dedicavo a un breve percorso storico della scienza chimica[1] da Lavoisier all’ingresso della meccanica quantistica nella chimica. Affermavo che la nascita della chimica organica come disciplina separata dalla chimica generale e inorganica si poteva far risalire al 1828 con la sintesi di Wölher del composto organico urea a partire da due composti inorganici, anidride carbonica e ammoniaca (CO2 + 2NH3 → CO(NH2)2 + H2O).

wohler giovane

Wohler giovane

In realtà le cose andarono in maniera diversa, anche se la sintesi dell’urea è proprio dovuta a Wölher, prima come sottoprodotto dell’interconversione del cianato d’ammonio per reazione fra cianogeno e ammoniaca liquida, poi per azione dell’acido cianico sull’ammoniaca e anche per reazione fra soluzioni di cianato d’argento e cloruro di ammonio o cianato di piombo e ammoniaca. Tutto ciò è descritto in dettaglio, insieme alla caratterizzazione della sostanza ottenuta nell’articolo del 1828 [1]. C’è poi chi sostiene che il primo composto organico a essere sintetizzato non fu l’urea, bensì l’acido ossalico quattro anni prima sempre da Wölher. L’articolo del 1828 infatti inizia così:

“In una breve comunicazione precedente, pubblicata nel Volume III degli [di questi] Annalen, ho affermato che dall’azione del cianogeno sull’ammoniaca liquida, oltre a numerosi altri prodotti, si ottengono acido ossalico e una sostanza bianca cristallizzabile, che non è certamente cianato di ammonio, ma che si ottiene sempre quando si cerca di preparare il cianato di ammonio combinando acido cianico con ammoniaca…. Il fatto che… queste sostanze sembrano cambiare la loro natura, e dare origine a un corpo diverso, ha attirato di nuovo la mia attenzione su questo argomento, e la ricerca ha dato il risultato inaspettato che dalla combinazione di acido cianico con ammoniaca si forma urea… un fatto notevole in quanto fornisce un esempio di produzione artificiale di una cosiddetta sostanza animale organica, a partire da materiali inorganici.” [1].

Va ricordato che al principio degli anni ’20 del XIX secolo era ancora dominante il vitalismo, teoria secondo la quale le sostanze organiche si distinguevano da quelle inorganiche perché esse potevano formarsi solo nelle piante e negli animali, in virtù di una forza vitale (la vis vitalis) posseduta solo dai viventi. Sicché il numero di composti organici noto all’epoca era limitato, perlopiù ricavati da prodotti vegetali. A J.J. Berzelius[2] si deve la denominazione “chimica organica” al posto di “chimica dei corpi organizzati”, ancora in uso nel primo decennio dell’800, nonostante ciò Berzelius fu fautore e sostenitore dell’ipotesi vitalista.

berzelius

J.J. Berzelius (1779-1848)

Il mito da sfatare è però quello per cui la chimica organica iniziò a svilupparsi (abbandonando il vitalismo) subito dopo il lavoro di Wölher. Anzitutto, nonostante le evidenze riportate da Wölher, il fatto che il cianato d’ammonio abbia la stessa composizione percentuale elementare dell’urea lasciava adito a dubbi come pure l’origine totalmente inorganica delle sostanze reagenti. Riportiamo al proposito una brevissima biografia di Wölher.

Friedrich Wölher (1800-1882) si appassionò alla chimica quando era ancora studente di medicina, in un laboratorio improvvisato e senza una guida intraprese una sperimentazione sui derivati del cianogeno, riuscendo a ottenere, indipendentemente da Davy, lo ioduro di cianogeno e il solfocianato di mercurio. Nel 1823 terminò con successo gli studi di medicina all’Università di Heidelberg. Qui, per il suo interesse alla chimica, fu notato da L. Gmelin[3] che lo raccomandò a Berzelius. Wölher si recò quindi da Berzelius a Stoccolma e lavorò per un anno sotto la guida del Maestro di cui subì il fascino. Tornato in Germania, lavorò per molti anni a Berlino poi a Kassel infine, nel 1836, fu chiamato alla Cattedra di Chimica dell’Università di Göttingen, dove restò fino alla morte. Tuttavia le ricerche di Wölher furono orientate più che alla chimica organica a quella inorganica, ottenne l’alluminio, il boro e il silicio grafitoide. [2, p. 176]

Se la seguente frase attribuita a Wölher e diretta a Berzelius:

“Non posso, per così dire, tenere acqua in bocca e devo dirvi che posso ottenere urea senza bisogno di reni, o comunque, di qualsiasi altra parte animale, sia essa umana o di cane” https://en.wikipedia.org/wiki/W%C3%B6hler_synthesis

trovasse un riscontro bibliografico certo, dovremmo dire che Wölher era ben consapevole dell’importanza della sua scoperta, ritenuta da molti “accidentale”[4].

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Anche il suo contemporaneo, Justus Liebig[5] non abbandonò subito il vitalismo, la cui decaduta iniziò solo fra il 1843 e il 1845 con i lavori di Hermann Kolbe[6] sulla reazione fra solfuro di carbonio e cloro. In diverse tappe, da questi reagenti Kolbe ottenne acido acetico. In effetti la reazione di Kolbe è il primo esempio di sintesi totale di un composto organico.

Kolbe

A.W.H. Kolbe (1818-1884)

La fase finale della reazione è:

Cl2C=CCl2 + 2H2O + Cl2 → 3HCl + Cl3C-COOH → CH3COOH

Ma il tetracloroetilene si ottiene dal tetracloruro di carbonio, il quale a sua volta si forma per alogenazione del solfuro di carbonio e quest’ultimo si può preparare per combinazione diretta degli elementi [2, p.178]. Questa è una dimostrazione inequivocabile che un composto organico può essere ottenuto dai suoi elementi costitutivi senza l’intermediazione di un organismo vivente. Gli anni successivi al 1845 videro il crollo definitivo del vitalismo e, come tutti sanno, furono sintetizzate moltissime sostanze organiche anche non contenute nei viventi. Nel 1859 A.F. Kekulé[7] poté affermare: “Noi definiamo chimica organica la chimica dei composti del Carbonio” [3].

A tutt’oggi i composti organici noti sono più di 10 milioni e il loro numero continua ad aumentare grazie al lavoro dei chimici organici sintetisti che, lasciatemelo dire, sono rimasti veri chimici, lavorano in laboratorio usando le mani e la vetreria oltre che la testa.

Riferimenti

[1] F. Wölher, “Ueber künstliche Bildung des Harnstoffs”, Annalen der Physik und Chemie, 8, 253–256, (1828); Engl. Trad: On the Artificial Production of Urea, http://www.chemteam.info/Chem-History/Wohler-article.html

[2] M. Giua, Storia della Chimica. Dall’alchimia alle dottrine moderne, Chiantore, Torino, 1946.

[3] citazione da: J.I. Solov’ev, L’Evoluzione del Pensiero Chimico. Dal ‘600 ai giorni nostri. EST, Edizioni Scientifiche e Tecniche Mondadori, Milano, 1976, p.191.

[1] Il grande filosofo Immanuel Kant (1724-1804) riferendosi alla scienza come descrizione della realtà “così come la vedono tutti gli esseri umani”, non inserisce la chimica fra le Scienze della Natura nella prima edizione (1781) di “Critica della Ragion Pura” (per Kant la matematica è la base di tutte le scienze). La inserisce però nella seconda edizione (1787) specificando tuttavia “la chimica di Lavoisier”.

[2] Jöns Jacob Berzelius (1779 – 1848), chimico svedese, considerato uno dei fondatori della chimica moderna, fu autorità pressoché indiscussa in chimica per quasi tutto il XIX secolo.

[3] Leopold Gmelin (1788-1853), professore di chimica e medicina all’Università di Heidelberg, scoprì il ferrocianuro di potassio, introdusse il saggio per la bile nelle urine (test di Gmelin), autore del ponderoso trattato Handbuch der Chemie.

[4] Non sono uno storico ma mi sento di dissentire da questa interpretazione dell’accidentalità. Un’attenta lettura del lavoro di Wölher mostra che egli stava attentamente studiando fin dal 1814 questa strana sostanza cristallina che si formava in tante reazioni con composti contenenti il gruppo CN.

[5] Justus Freiherr von Liebig (1803–1873), chimico tedesco, il cui nome è conosciuto dal grande pubblico per i “dadi da brodo”, è considerato fra i fondatori della chimica organica. Contribuì allo sviluppo della chimica agraria e biologica. Fu amico di Wölher, insieme a Poggendorf scrissero l’Handwörterbuch der reiner und angewandten chemie.Annalen

Nel 1838 affermarono: “La produzione di tutte le sostanze organiche non appartiene solo agli organismi viventi. Deve essere visto come non solo probabile, ma certo, che saremo in grado di produrle nei nostri laboratori… Naturalmente, non si sa ancora come farlo, perché non conosciamo ancora i precursori da cui nascono queste sostanze. Ma sta a noi scoprirlo.”

[6] Adolph Wilhelm Hermann Kolbe (1818 – 1884), chimico tedesco ha dato contributi fondamentali alla nascita della chimica organica moderna. Abile sperimentatore e grande teorico, coniò il termine “sintesi”, molte sintesi portano ancora il suo nome.

[7] Friedrich August Kekulé (Friedrich August Kekule von Stradonitz, 1829-1896), tedesco, è stato uno dei più importanti chimici organici del XIX secolo, noto soprattutto per i contributi teorici, in particolare la struttura esagonale del benzene e derivati.

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E’ APERTA LA RACCOLTA DI FIRME PER LA PETIZIONE ALLA IUPAC per dare il nome Levio ad uno dei 4 nuovi elementi:FIRMATE!

https://www.change.org/p/international-union-of-pure-and-applied-chemistry-giving-name-levium-to-one-of-the-4-new-chemical-elements

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