Preparazioni estrattive e sintetiche dei farmaci

La sicurezza

La sicurezza consiste nella capacità di prevenire ed eliminare parzialmente o totalmente danni, pericoli e rischi agendo con abilità e seguendo opportune norme di comportamento. La sicurezza spetta al direttore della struttura, ai responsabili delle attività e ai lavoratori che sono anche, secondo il D.L. 81/2008 (Testo unico sulla salute e sicurezza sul lavoro) gli allievi stessi.

Il rischio

Il rischio è la probabilità di raggiungimento del livello potenziale di danno nelle condizioni di impiego o esposizione a un fattore o agente o alla loro combinazione. La valutazione del rischio è una valutazione globale e documentata di tutti i rischi per la salute e la sicurezza dei lavoratori. Va fatta quando si entra in laboratorio. Serve per individuare le adeguate misure di prevenzione e di protezione per garantire il miglioramento dei livelli di salute e sicurezza.

Valuto la presenza di presidi di sicurezza, dispositivi di protezione individuale e collettiva, affollamento, ecc. I rischi in laboratorio sono legati a diversi fattori: pericolosità dei materiali (sostanze tossiche o corrosive, agenti pericolosi, materiali radioattivi, sostanze infiammabili…); pericolosità delle apparecchiature (centrifughe, sistemi a pressione, alte temperature…); addestramento non sempre adeguato.

Il rischio chimico

Il rischio chimico dipende dalla tossicità che una sostanza può esplicare e dalla probabilità che ciò accada, quindi dall’esposizione alla sostanza. Tra i rischi chimici ricordiamo:

• Aerodispersi (polveri, fumi e nebbie)
• Liquidi (immersioni e schizzi)
• Gas e vapori
• Sostanze irritanti e sensibilizzanti
• Sostanze corrosive
• Sostanze tossiche e nocive
• Sostanze cancerogene
• Sostanze mutagene
• Sostanze tossiche per il ciclo riproduttivo (teratogene)
• Sostanze inquinanti
• Metalli tossici e farmaci o fitofarmaci

I rischi fisici

I rischi fisici sono di 5 tipi:

• Meccanici (cadute dall’alto, urti e compressioni, punture, tagli e abrasioni, scivolamenti, vibrazioni)
• Termici (calore radiante e fiamme libere, freddo, microclima)
• Elettrici e magnetici (contatto con elementi in tensione, rischi da campi statici, campi a frequenza industriale o a frequenze superiori)
• Radiazioni (non ionizzanti cioè ultravioletti e radiofrequenze e laser, ionizzanti cioè raggi X e radioisotopi)
• Rumore e ultrasuoni

Ci sono poi i rischi biologici, che non riguardano il nostro laboratorio. Si dividono in risk group da 1 a 4 a seconda della pericolosità.

Esistono delle norme generali di comportamento.

Dispositivi di protezione

La cappa d’aspirazione è un dispositivo di protezione collettiva che protegge da rischi causati da reazioni chimiche e dalla tossicità delle sostanze utilizzate. Deve essere pulita e ordinata costantemente. Per lavorare bisogna abbassare il più possibile lo schermo frontale (migliora l’efficienza di aspirazione), verificare che la cappa sia in funzione ed evitare di sporgersi con la testa verso la zona di lavoro.

Per dispositivo di protezione individuale (DPI) si intende, invece, qualsiasi attrezzatura destinata a essere indossata dal lavoratore per proteggerlo da rischi. Sono camice, occhiali dotati di schermi laterali, guanti di solito in lattice o nitrile, maschere. Per poter essere utilizzati i DPI devono essere adeguati ai rischi da prevenire senza comportare di per sé un rischio aggiuntivo, devono rispondere a esigenze ergonomiche o di salute del lavoratore, devono essere adattabili e conformi alle norme di sicurezza. La scelta dei dispositivi di protezione da usare dipende dal tipo di operazione che si deve svolgere, dalla natura e dalla quantità del prodotto che si usa.

Nel laboratorio sono inoltre presenti presidi di sicurezza: cassetta del pronto soccorso, vaschette per lavaggi oculari e docce, docce di sicurezza per contaminazioni estese, estintore, uscite di sicurezza, coperte antincendio, materiali assorbenti e assorbenti specifici per prodotti chimici (per sostanze fortemente reattive e ossidanti oppure per prodotti acidi liquidi o gassosi disciolti in acqua).

I materiali assorbenti si dividono in:

• Assorbenti in polvere che solidificano e rendono inerti i prodotti chimici liquidi
• Assorbenti per oli e idrocarburi che separano l’olio dall’acqua rendendola decontaminata al 95%
• Assorbenti in fibra di polipropilene con forte potere assorbente

Gli agenti chimici

Classificazione in base alle caratteristiche chimico fisiche

• Esplosivi: agenti che anche senza l’azione dell’ossigeno atmosferico possono provocare una reazione esotermica con rapida formazione di gas. In determinate condizioni possono esplodere, detonare o deflagrare.
• Comburente: agenti che sono in grado di fornire ossigeno e alimentare un incendio anche in assenza di aria. A contatto con altre sostanze infiammabili provocano una forte reazione esotermica.
• Infiammabili: agenti i cui gas e vapori formano con l’aria miscele esplosive e/o infiammabili capaci di autoinnescarsi. Si classificano in: estremamente infiammabili (punto di infiammabilità <0°C), facilmente infiammabili (<21°C) e infiammabili (<55°C). I solventi alogenati NON sono infiammabili, tutti gli altri sì. Stare lontano da fonti di calore.
• Gas compressi: bombole o altri contenitori di gas sotto pressione, compressi, liquefatti, refrigerati o sciolti.
• Corrosivi: agenti in grado di provocare lesioni alla pelle e alle mucose.

Classificazione in base alle proprietà tossicologiche

• Tossici: agenti in grado di provocare gravi danni alla salute, fino alla morte, anche in piccole dosi. Si differenziano in base alla dose letale. Usare i DPI e lavare bene gli strumenti che uso.
• Nocivi: grado inferiore. Agenti che possono provocare danni alla salute + o – gravi, in relazione alla dose.
• Tossici a lungo termine: sostanze o preparazioni che, per inalazione, ingestione o assorbimento attraverso la pelle, possono provocare rischi estremamente gravi, acuti o cronici e facilmente anche la morte.
• Irritanti: agenti che possono provocare arrossamenti e reazioni infiammatorie sulla pelle e sulle mucose.
• Pericolosi per l’ambiente: agenti che qualora si diffondano possono presentare rischi immediati o differiti per una o più componenti ambientali. Attenzione allo smaltimento.

Norme per il commercio di sostanze

Tutte le sostanze devono avere un’etichetta informativa costituita da diversi elementi: norme e descrizione del prodotto, codice, altre informazioni descrittive, raccomandazioni per manipolazioni e conservazione, indicazione di rischi, dati analitici del lotto, formato della confezione, numero del lotto, pittogrammi di rischio, altre informazioni sui rischi, numero CAS (numero identificativo di ogni sostanza), formula bruta e peso formula, codice a barre, frasi di rischio e consigli di prudenza, scheda di sicurezza e numero EC (registro delle sostanze chimiche registrate o in commercio). Troviamo:

• Pittogrammi
• Le frasi di rischio H sono indicazioni di pericolo a cui corrisponde un codice alfanumerico composto dalla lettera H seguita da 3 numeri. Il primo indica il tipo di pericolo (2 sono pericoli chimico-fisici, 3 per la salute, 4 per l’ambiente), i due numeri successivi corrispondono all’ordine sequenziale di definizione. Nell’Unione Europea ci sono frasi supplementari (EUH) composte da EUH seguito da un numero a 3 cifre.
• Le frasi di prudenza P sono invece consigli di prudenza a cui corrisponde un codice alfanumerico composto dalla lettera P seguita da 3 numeri. Il primo indica il tipo di consiglio (1 di carattere generale, 2 di prevenzione, 3 di reazione, 4 di conservazione e 5 di smaltimento), i due numeri successivi corrispondono all’ordine sequenziale di definizione.

La scheda di sicurezza (SDS) deve includere: identificazione di sostanza e società produttrice, informazioni sugli ingredienti, identificazioni di pericoli, interventi di primo soccorso, misure antincendio, provvedimenti in caso di dispersione accidentale, manipolazione e immagazzinamento, protezione personale e contro l’esposizione, proprietà chimiche e fisiche, stabilità e reattività, informazioni tossicologiche ed ecologiche, osservazioni sullo smaltimento e sul trasporto e sulla normativa, elenco di frasi H e P riportate per esteso. È normata a livello della comunità europea. Da conservare (obbligo di presenza in laboratorio, non più cartaceo ma digitale) e da leggere soprattutto se la sostanza non è mai stata usata. Fatta dal REACH e divisa in 16 punti, tra cui: proprietà della sostanza, pericoli, istruzioni per la manipolazione, smaltimento, trasporto, misure di pronto soccorso, misure antincendio, controllo dell’esposizione.

ECHA: ente europeo che ha lo scopo di rendere sicuro l’uso delle sostanze chimiche per proteggere i lavoratori e i consumatori e l’ambiente. Nasce nel 2007 per ampliare ciò che faceva prima il REACH, cioè registrazione, valutazione, autorizzazione restrizione delle sostanze chimiche. Si è aggiunta la parte di etichettatura, la parte dei biocidi e l’esportazione.

Registrazione: processo obbligatorio per l’azienda per commercializzare sostanze chimiche in quantità maggiori di 1 tonnellata/anno. L’azienda la richiede presentando tutti i dati disponibili riguardanti la sicurezza della sostanza stessa. La domanda verrà valutata ed eventualmente sono richieste informazioni aggiuntive. Poi verrà completata da uno stato membro, che ha già esperienza per quella sostanza. Se la sostanza è particolarmente pericolosa viene iscritta nel SVHC che ha una documentazione molto più restrittiva; qui ricadono sostanze molto tossiche che devono essere ciclicamente revisionate. Verrà rilasciata anche la classificazione della sostanza: l’agenzia genera le SDS e le rilascia all’impresa per vendere la sostanza obbligatoriamente abbinata a queste SDS. Le sostanze vengono riprese in 4 classi a seconda del tipo di pericolo. L’agenzia definisce anche l’etichettatura: nome azienda che la produce, CAS, quantità della sostanza, frasi H e P… Vengono esclusi da questi obblighi quelle sostanze classificate come farmaci, mangimi, alimenti, sostanze per la ricerca, rifiuti, cosmetici, dispositivi medici perché hanno regole a parte.

BPR: parte dell’agenzia ECHA che si occupa dei biocidi, ovvero antiparassitari non usati a scopo agricolo ma per eliminare microrganismi nocivi per l’uomo, animali, materiali e beni di consumo. Rientrano anche prodotti per il controllo di animali nocivi come roditori.

PIC: ultima parte dell’agenzia che si occupa di regolamentare l’esportazione e importazione delle sostanze chimiche. Introdotta di recente per aiutare i paesi meno sviluppati, che importano notevoli quantità di sostanze, ma non hanno tutta la struttura che regola. Ne facilita l’utilizzo, riduce la dispersione nell’ambiente e gli effetti tossici.

Allestire una reazione: set-up

In un laboratorio di ricerca, identificato il lead compound, si fanno ricerche in letteratura. Difficilmente si trova il prodotto finito, ma magari gli intermedi di reazione. Pianifico le strategie sintetiche usando le banche dati. I primi step sintetici prevedono l’utilizzo di precursori commerciali, semplici. In letteratura posso trovare dati sulla sintesi di alcuni step, o qualcosa di analogo. Alla fine, si ottiene il grezzo di reazione che contiene il prodotto ma anche impurezze. Devo purificarlo. Ottenuto il prodotto in forma pura lo caratterizzo con opportuni dati chimico-fisici.

Prima di allestire devo decidere: la quantità (scala di reazione), la vetreria (palloni, reattori o tube), agitazione, temperatura (scelgo un pallone a più colli se devo mettere il termometro), raffreddamento se necessario, precauzioni, aggiunta di solidi o liquidi (avrò bisogno di un gocciolatore). Poi guardo se la reazione sviluppa gas (se necessario uso trappole di condensazione o di distruzione), se richiede ambiente anidro o inerte. Dopo aver pianificato devo compilare la scheda della reazione e la scheda di valutazione del rischio, poi posso montare la reazione. Le reazioni allestite devono essere stabili, devo fissarle ad un sistema fisso con pinze e morsetti. Fisso gli elementi più pesanti e il reattore, per evitare di mettere sotto tensione meccanica la vetreria.

La scala di reazione intende la quantità complessiva di reattivi che si intendono usare. È importante che il volume del recipiente non sia occupato più della metà. Può essere una scala micro (con volume dei reattori tra 25 e 100 mL) che prevede agitazione con ancoretta magnetica; poi abbiamo la semimicro fino a 1 L dove può essere utile l’agitazione meccanica e infine le scale medie e macro (tra decine e centinaia di g). Si usano reattori.

Ambiente di reazione: può essere non inerte, dove ho un ricadere ma nessun gas inerte, la reazione è condotta in atmosfera. L’ambiente può essere inerte, reso tale con l’utilizzo di palloncini contenenti azoto e una pompa che fa il vuoto aspirando. È estremamente efficiente, soprattutto per metallazioni, ma ha lo svantaggio di non poter aggiungere i solidi. Posso solo avere un sistema di iniezione che perfora una membrana e inietta liquidi. Se voglio la libertà di aggiungere o togliere sostanze non posso usare questo sistema, ma un altro sistema di entrata-uscita di gas. Apro il sistema, sono in flusso positivo di gas inerte e l’aria non entra; posso fare l’aggiunta. Alcune reazioni devono essere fatte al buio e posso usare la carta stagnola. Se devo evitare l’umidità uso un ambiente anidro.

Agitazione: magnetica (con piastre e ancoretta, imposto la velocità) o meccanica (si inserisce fisicamente un bastone che all’estremità ha un’elica messa in azione da un motore).

Riscaldamento: metodi classici con piastra o termomanto (poco usato se non nei lab didattici), poi c’è il fotoriscaldamento per favorire reazioni radicaliche, blocchi riscaldanti e microonde. Il più usato è il bagno d’olio, un silicone, che porta a T alte in poco tempo. Di solito si mette in una padella e non in un contenitore di vetro, che rischia di rompersi e disperdere il silicone, costoso e difficile da pulire. Valuto i punti di ebollizione: è conveniente operare al Peb del solvente (se ne ho più di uno la T è data da quello più bassobollente). Si fa una reazione a ricadere o a riflusso e riesco a mantenere la T costante. Per rivelare la T si usa un pallone a più colli per poter inserire mediante un raccordo quickfit (o coni smerigliati) il termometro, il cui bulbo deve essere immerso nella miscela di reazione. Si usano termometri a mercurio o termometri a liquidi per basse temperature.

Raffreddamento: tipo diretto o indiretto. È diretto quando la serpentina refrigerante, in cui scorre un liquido refrigerato, è immersa direttamente nel pallone; è ottimale, molto usata a livello industriale. In laboratorio si usa più la tecnica indiretta, ovvero si immerge il pallone in un contenitore che contiene un liquido raffreddato. I sistemi che permettono di raffreddare il liquido sono i criostati. I Sali inorganici discogliendosi in acqua assorbono calore e abbassano la T; è un processo endotermico. L’ammino cloruro è il più efficiente. La capacità di termostatazione è bassa, perché una volta che il sale è sciolto il sistema si riscalda, quindi è un sistema poco usato. è più usato un sistema di ghiaccio e sale: il solo ghiaccio porta a 0°C, con il sale arrivo a -20°C. Di solito si usa NaCl che abbassa il punto di congelamento dell’acqua. Buona termostatazione tra -15°C e 0°C. Il sale assorbe calore e permette la discesa della T. Se bisogna scendere ulteriormente di T si usa un criostato (per tempi lunghi e T precise) o ghiaccio secco (anidride carbonica allo stato solido). Riesco a raffreddare fino a -100°C e il vantaggio è che la CO2 sublima passando da solido a gassoso, senza passare dallo stato liquido, quindi viene aspirata dalla cappa. Se voglio T intermedie tra -40 e -100 faccio miscele tra solventi organici (con T di fusione molto basse comediclorometano, altrimenti ho la solidificazione del sistema e perdita della capacità di raffreddamento) e ghiaccio secco. Per scendere sotto i -100°C si usa N liquido: viene travasato in un contenitore che all’interno è di alluminio, separato dalla parete esterna da uno strato di vuoto. Ci immergo il pallone di reazione. Inizialmente genera vapori bianchi poi si stabilizza. Anche qui se miscelo con solventi organici riduco il raffreddamento e raggiungo T intermedie. Con N liquido arrivo a -160°C in poco tempo, lo svantaggio è che è meno maneggevole, più pericoloso del ghiaccio secco, pericolo per la pelle, dà ustioni.

Ambiente inerte: sistema chiuso sotto gas inerte in cui possono inserire reattivi liquidi o gassosi con siringhe. Svantaggio che non posso inserire solidi, a meno che posso prima scioglierli. Se devo aggiungere solidi uso un altro sistema a rampe con una pompa che crea il vuoto. Collego il pallone a un ricadere e alla rampa: creo il vuoto e agendo su un rubinetto laterale alla rampa faccio entrare il gas inerte. L’aggiunta di reattivi è più agevolo. Se apro il gas inerte e un tappo del collo del pallone il sistema resta in atm inerte e posso fare le aggiunte. Infatti, il gas fuoriesce dal collo essendo in pressione e non permette all’aria di entrare. Atmosfera di idrogeno: è un atm inerte, dovrò eliminare l’aria presente e introdurre l’idrogeno. È un sistema simile al precedente della rampa: ho l’aspirazione dell’aria e successivamente, sempre agendo sulla rampa, si introduce il gas idrogeno contenuto in un polmone che misura la quantità. In questo caso non si usano palloni, ma delle beute con flange (=rientranze di vetro) che aumentano il contatto tra liquido (reagente) e idrogeno (reattivo) per aumentare la velocità di reazione, dato che le idrogenazioni sono molto lente.