CHIMICA ORGANICA E INDUSTRIA: ONDE LUNGHE (1850-1950)

L'INDUSTRIA DEI COLORANTI DI SINTESI

 

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Anche nel seguire i rapporti fra chimica organica e industria percorreremo un cammino secolare, ma se nel caso della grande industria inorganica abbiamo incontrato una serie di innovazioni di processo, con non più di quattro o cinque prodotti finali, nel caso dell'industria organica saremo colpiti dall'enorme, crescente varietà dei prodotti. Per di più una parte notevole di essi - i prodotti farmaceutici - saranno orientati sul consumatore finale e non sull'impiego da parte di altri settori industriali. Nel complesso si creerà l'immagine di un'industria molto dinamica, basata sulle ricerche di laboratorio, dai risultati "magici".

Un imprenditore geniale

La storia dei coloranti di sintesi inizia da un'intenzione "farmaceutica". Nel 1855 il diciassettenne William H. Perkin (1838-1907) era entrato nel Royal College of Chemistry; rapidamente introdotto alle tecniche della chimica organica, gli era stata indicata come tema di ricerca un'impresa ambiziosa: la sintesi della chinina, una sostanza vegetale impiegata nella cura della malaria. Nel suo laboratorio casalingo, durante le vacanze di Pasqua del 18^6, Perkin prese alla lettera le indicazioni ricevute, seguendo la via di ossidare una serie di ammine aromatiche; su questa via, impraticabile per il suo scopo, si imbattè più volte in precipitati di incerta composizione, ma di spiccata colorazione. Forse perché non era ancora ben condizionato da una lunga pratica di ricerca, forse perché era naturalmente deviante, Perkin ignorò l'awiso di studiare solo sostanze purificate e cristallizzate, e accentrò il suo interesse sui risultati della reazione fra dicromato potassico e anilina. Il giovanissimo ricercatore si convinse subito delle ottime capacità tintorie del nuovo prodotto, e ne sottopose un campione all'attenzione dei Pullar, titolari di una grande tintoria di Perth. Ottenutane una risposta positiva (12 giugno 1856), dopo una prima esperienza condotta su un impianto pilota di tipo familiare, depositò il 26 agosto 1856 il brevetto del nuovo colorante, la porpora di anilina.

E interessante notare che fin da questo primissimo inizio la struttura stessa del sistema di conoscenze della chimica organica dimostrò la sua ricchezza, e la sua flessibilità in funzione della produzione materiale. Secondo le procedure di laboratorio Perkin aveva a disposizione tutto ciò che poteva concretare la linea produttiva benzene > nitrobenzene > anilina > porpora d'anilina. Il benzene era accessibile attraverso la distillazione frazionata del catrame, messa a punto da un altro allievo del Royal College, Charles Mansfield (1819-1855). Il nitrobenzene era stato ottenuto da un chimico tedesco, Eiihard Mitscherlich (1794-1865), fin dal 1834; la riduzione di questo composto ad anilina era stata studiata dal russo Nikolaj N. Zinin (1812-1880) nel 1842. Il piano scientifico della produzione era facile da approntare, altra cosa era però affrontare la realizzazione del processo su larga scala e la commercializzazione del prodotto. Perkin fu geniale in questo come lo era stato nell'intravvedere le possibilità economiche dei suoi strani precipitati, e "inventò" un'intera nuova industria, dall'acquisizione delle materie prime, alle diverse fasi della produzione, all'applicazione della tintura, all'introduzione del prodotto sul mercato. In questa impresa egli dovette affrontare molte difficoltà, fra cui vanno ricordate almeno due, paradigmatiche del nuovo tipo di produzione materiale. L'operazione di nitrazione, necessaria per passare dal benzene al nitrobenzene, diventava estremamente pericolosa non appena portata su scala industriale e si dovettero studiare attentamente le condizioni pratiche con cui condurla in una situazione di relativa sicurezza. Questo passaggio dalla situazione di laboratorio a quella della fabbrica costituì sempre un'incognita in tutti i progetti di ingegneria chimica, però la necessità di uno stretto controllo della qualità dei reagenti e delle condizioni di reazione era sorprendente per chi era abituato alla conduzione piuttosto grossolana degli impianti Leblanc o delle camere di piombo.

Il secondo aspetto tipico dell'innovazione di Perkin fu la necessità di innovare anche l'uso finale del prodotto. Il nuovo colorante non dava risultati soddisfacenti con il cotone e solo quando Perkin usò l'acido tannico come mordente riuscì a ottenere delle stoffe di cotone commerciabili. A questo punto il successo fu immenso, immortalato nella leggenda dalla comparsa della regina Vittoria all'Esposizione universale del 1862 interamente vestita in mauve, secondo il nome francese del colorante di Perkin.

Il nuovo arcobaleno chimico

Dopo il lancio commerciale del mauve le scoperte nel nuovo campo furono innumerevoli: a partire dal magenta (o fucsina) di E. Verguin (1859), un completo arcobaleno di colori fu messo a disposizione dell'industria tessile, con un andamento che andò accelerandosi in seguito alle sempre maggiori conoscenze sulla reattività organica, e quindi nell'analisi strutturale. I colori di questo arcobaleno furono in gran parte sintetizzati da chimici tedeschi; ricordiamo il blu di metilene, scoperto da H. Caro (1834-1910) nel 1876, e tuttora usato per il cotone, il verde malachite (1878) di O. Fischer (1852-1932), e il rosso congo di P. Böttiger (1884), il primo colorante diretto per cotone. Ma il passaggio più evidente dall'empirismo all'intenzione costruttiva della chimica strutturale si ebbe già con la sintesi dell'alizarina di Karl Lieberman (1842-1914) e Carl Graebe (1841-1927) nel 1869. Per giungere alla loro sintesi i due ricercatori avevano utilizzato le conoscenze più avanzate sui chinoni e sui composti aromatici, nonché sulle reazioni che permettevano di passare da una classe di composti organici a un'altra. La richiesta del brevetto inglese fu presentata dalla basf un giorno prima di Perkin, un biglietto da visita della nuova potenza industriale tedesca. L'alizarina era il principio attivo della radice della robbia, nella cui coltivazione erano impegnati 175.000 ettari in mezza Europa. Anche l'inevitabile rovina di queste culture diventava un segno dei tempi, presagio di altre sostituzioni, più diffìcili e, talvolta, più radicali.

Effettivamente grandi difficoltà incontrarono le ricerche che portarono alla sintesi industriale dell'indaco, e che costituirono uno dei maggiori successi imprenditoriali della fine dell'Ottocento. La struttura della molecola dell'indaco richiese quasi venti anni di studi per essere delucidata da Adolf Baeyer (1835-1917), che fra il 1880 e il 1883 propose quattro distinte vie di sintesi del composto. Nessuna di queste si dimostrò tale da rendere la sintesi industriale competitiva con il prodotto naturale, e la pressione della basf su Baeyer (che ne era divenuto un consulente) fu tale da portare a una rottura nel 1885. Da quel momento in poi le decisioni sulla strategia di sintesi in grande rimasero nelle mani dei dirigenti dell'impresa renana, che finalmente ebbero aperta la strada commercialmente giusta dalle ricerche di K. Heumann (1858-1893). Per la traduzione industriale della sintesi di Heumann occorsero ancora diversi anni di messa a punto, in quanto si articolava in otto reazioni diverse, ciascuna con i suoi particolari problemi di resa, di velocità o di rifornimento degli intermedi. La più restìa a dare risultati accettabili fu proprio la prima di queste reazioni, che riguardava la trasformazione del naftalene in anidride ftalica mediante l'azione di acido solforico concentrato e caldo. Solo un provvidenziale incidente di laboratorio (la rottura di un termometro) permise di individuare il catalizzatore adatto ad accelerare la reazione.

L'indaco sintetico fu commercializzato dalla basf a partire dal 1897; l'esportazione di indaco naturale dall'India, che era stata di 19.000 t nel 1896-97, cadde a 1.100 t nel 1913-14, con la conseguente rovina di molti produttori. Lo sviluppo del processo aveva richiesto l'investimento enorme di un milione di marchi, pari al costo di un incrociatore da battaglia. Inoltre era stato necessario trovare il modo di produrre grandi quantità di oleum e di doro, indispensabili per la conduzione della sintesi e la preparazione di intermedi. Queste nuove produzioni, indotte dalla scelta strategica della sintesi dell'indaco, arricchirono il patrimonio conoscitivo "interno" della BASF, con effetti sinergici che si avvertirono con forza pochi anni dopo anche nel settore lontano della sintesi dell'ammoniaca.

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