Tutto nasce dal rigore metodologico di Walden.
Paul Walden è uno sperimentatore abile, attento ma anche molto scrupoloso. Nessun dato sperimentale deve rimanere possibilmente senza una risposta. Il suo articolo « Sui composti alogenici otticamente attivi » 1) del 24 Maggio 1895, riporta i risultati di un lavoro sperimentale da lui svolto che è consistito anche nel controllare i risultati ottenuti da altri chimici. Lo scopo era quello di chiarire in modo definitivo se la perdita di attività ottica che si manifesta quando il cloro sostituisce un gruppo ossidrile, evento più frequente, in un carbonio asimmetrico
.. fosse una conseguenza delle proprietà specifiche di questi alogeni, o se fossero state solo le condizioni precedenti dell’esperimento a causare la racemizzazione e quindi le eccezioni osservate fossero solo apparenti.
Abbiamo visto nel precedente post in questo blog « Stereochimica: come viene scoperta “L’inversione di Walden”-Seconda parte» che alla fine della lunga e attenta verifica sperimentale la risposta è definita:
Con ciò è anche dimostrato che, per la produzione del potere rotatorio, la condizione essenziale è in realtà solo la diversità dei quattro gruppi legati al carbonio, mentre la natura specifica di questi gruppi determina solo l’entità e la direzione della rotazione.
Rimangono però due eccezioni che Walden è deciso ad affrontare per non lasciare alcun dubbio sulle sue conclusioni. La prima riguarda il lavoro di Fileti:
Nel mio ultimo lavoro rimaneva un unico caso eccezionale ancora non smentito, l’acido isopropilfenilglicolico attivo, per il quale Fileti aveva dimostrato, anche a 20-45°, una completa racemizzazione nell’acido isopropilfenilcloracetico inattivo. Grazie alla particolare gentilezza del Prof. Fileti, sono stato ora messo nelle condizioni di isolare i piccoli campioni dei sali alcaloidi dell’acido d- e l-isopropil-fenilglicolico che mi sono stati gentilmente forniti e di processarli con pentacloruro di fosforo.
Il composto clorurato che ottiene dall’acido d – fenilisopropilglicolico, cioè l’acido isopropilfenilicloroacetico, si rivela inattivo. Cambiando le condizioni di reazione, dall’antipote l – fenilisopropilglicolico per clorurazione ottiene invece l’acido isopropilfenilcloroacetico attivo, destrogiro:
Da questi esperimenti risulta che gli isopropilfenilglicolattivi, quando il gruppo ossidrilico viene sostituito con cloro, effettivamente si racemizzano molto facilmente, più facilmente per esempio rispetto all’acido fenilglicolico, ma che tuttavia è possibile effettuare questa sostituzione mantenendo l’attività ottica; …il fatto che sia stato ottenuto un acido alogenico attivo [d-acido isopropilfenilcloroacetico] dimostra comunque la correttezza e la validità generale dell’assunto di Van’t Hoff. Con ciò tutte le eccezioni e limitazioni finora osservate risultano non esistenti, solo apparenti e dipendenti dalle condizioni sperimentali.
Ma c’è un altro punto che è messo sotto la lente osservatrice di Walden. Sempre nel suo lavoro di verifica sperimentale che abbiamo ricordato intravede una incompletezza.
Nel riportare i risultati degli esperimenti riguardanti la sostituzione del bromo al posto del gruppo ossidrilico nell’acido malico libero e attivo, avevo ottenuto il risultato negativo, poiché, invece dell’acido bromosuccinico attivo cercato, veniva isolato solo l’acido inattivo.
Walden si riferisce ai risultati ottenuti dalla reazione dell’acido malico con PBr5. Ottiene l’acido bromo succinico inattivo, mentre sono attivi gli esteri. Da qui l’idea di partire non dall’acido malico ma dall’asparagina perché dall’asparagina si ottiene acido malico normale. Riporta gli esperimenti di Piria 2), Pasteur 3) e Piutti 4) attraverso i quali l’asparagina e l’acido aspartico, sotto l’azione dell’acido nitroso, danno acido malico.
Poiché ora mi interessava non solo ottenere gli esteri dell’acido bromo-succinico attivo, ma anche l’acido libero, ho tentato di trasformare non l’acido malico, ma un altro corpo a esso affine, ossia l’asparagina, nel derivato bromo-attivo. Il tentativo è riuscito, però con un risultato diverso da quello previsto. Ora che avevo dimostrato per questo acido malico comune che esso, sotto l’azione del pentacloruro di fosforo, produce acido d-clorosuccinico e suoi esteri, e sotto l’azione del pentabromuro di fosforo, produce esteri dell’acido d-bromosuccinico, potevo aspettarmi con certezza che anche l’asparagina, la quale produce questo acido malico comune, avrebbe dato soltanto acido d-bromosuccinico. Invece ho ottenuto un acido l-bromosuccinico.
Nello stesso tempo ha notizia dei risultati ottenuti da Tilden e Marshall 5) :
Mentre ero ancora occupato a chiarire questo fenomeno inaspettato, apparve una comunicazione di Tilden e Marshall, i quali, sotto l’azione del cloruro di nitrosile su asparagina e acido aspartico, ottennero anch’essi un acido l-clorosuccinico levogiro, l’antipodo ottico del mio acido destrogiro. [la reazione è illustrata nello schema 3. più avanti]
A questo punto Walden è a dir poco sconcertato. I risultati non sono quelli previsti.
La contraddizione insita in questi due fatti mi ha portato a modificare molte volte i miei esperimenti, a ripetere la retroconversione dell’asparagina in acido malico e anche a trattare l’acido malico isolato con pentacloruro di fosforo.
Riporta in modo dettagliato la trasformazione dell’asparagina in acido bromo succinico prima sostituendo il gruppo amminico con bromo, poi il gruppo ammidico con il gruppo idrossile . Ottiene l’acido l-bromo succinico e esteri dell’acido l-bromo succinico. Aveva ottenuto invece , come abbiamo visto, partendo dall’ acido malico, gli antipodi d.
Dopo tutto questo, qui ci troviamo quindi con l’antipodo ottico dell’acido d-bromo succinico (o dei suoi esteri) quest’ultimo ottenuto dall’acido malico ordinario tramite pentabromuro di fosforo. Poiché l’asparagina, secondo i lavori citati sopra, produce anch’essa l’acido malico ordinario, il fatto che dallo stesso corpo attivo (asparagina), a seconda del metodo di lavorazione, si possa ottenere ora una, ora l’altra modificazione otticamente opposta, mi sembrava incredibile; di conseguenza ho intrapreso una revisione ovvero una ripetizione degli esperimenti di Piria e Pasteur.
Partendo dall’asparagina e dall’ acido aspartico con il metodo usato da Piria e Pasteur ottiene acido malico.
Sia l’asparagina comune, sia l’acido asparaginico (acido aspartico) danno acido l-malico.. otticamente identico all’acido malico comune.
Chiude il cerchio usando questo acido malico per produrre, come già aveva fatto, acido clorosuccinico e bromosuccinico entrambi destrogiri. La conclusione è precisa.
…partendo da un corpo unico, otticamente attivo e con un solo atomo di carbonio asimmetrico, siamo quindi in grado, applicando agenti otticamente inattivi, agenti chimicamente diversi, a temperature relativamente basse, ottenere due tipi di prodotti di sostituzione attivi, cioè i due antipodi ottici. Gli esperimenti continuano e presto saranno forniti ulteriori dettagli.
I risultati del percorso fatto da Walden possono essere illustrati da questi schemi .
Sintesi dei passaggi che hanno portato alla inversione della configurazione degli alogenosuccinici
Biografia
1) WALDEN Paul, Weiteres uber optisch active Halogenverbindungen, Berichte der Deutschen chemischen Gesellschaft 1895
2) PIRIA Raffaele, Studi sulla costituzione chimica dell’ asparagina e deil’ acido aspartico, Cimento Giornale di Fisica, Chimica e Storia Naturale anno IV
3) PASTEUR Louis Untersuchungen über Asparaginsäure und Aepfelsäure, Annalen der chemie und pharmacie 1852
4) PIUTTI Arnaldo Ein neues Asparagin, Berichte der Deutschen chemischen Gesellschaft 1886
5) TILDEN William, MARSHALL Action of Nitrosyl Chloride on Asparagine and Aspartic Acid. Formation of Levorotatory Chlorosuccinic Acid, Journal of the chemical society 1892
Segue con il post seguente la quarta parte
Walden realizza nel 1896 la inversione diretta tra due enantiomeri- Parte quarta
