Chimica applicata alle investigazioni scientifiche

Generalità sul reparto investigazioni

scientifiche.

I Ris (reparto investigazioni scientifiche) nascono nel

1955 ma acquistano questa denominazione solo nel

1999. Si occupano dell’effettuazione di indagini tecniche

di laboratorio e dell’intervento esterno per i sopralluoghi

e per i rilievi tecnici sul luogo di un crimine. I reparti si

trovano a Roma, Parma, Cagliari e Messina, ognuno con

uno specifico compito. Si individuano tre livelli di

indagini:

1°livello: operazioni di sopralluogo e rilievi tecnici.

2°livello: analisi che competono a tutti i Ris.

3°livello: attività di ricerca e sviluppo che utilizza

macchinari di nuova sperimentazione. il livello di

È

massimo contenuto specialistico e compete al reparto di

Roma.

Ogni reparto è suddiviso in sezioni per ogni tipo di branca dell’investigazione:

Sezione balisitica

Sezione biologia

Sezione chimica,esplosivi ed infiammabili

Sezione fonica ed audiovideo

Sezione impronte

Sezione grafica e fotografia

Ci occupiamo in questa sede di alcuni aspetti della analisi chimiche che

possono essere applicate alla investigazioni scientifiche

La sezione chimica:

I campi di interesse per la sezione chimica sono molti e vanno dalle analisi

tossicologiche di stupefacenti alle analisi di vernici, inchiostri, fibre,

esplosivi e di qualsiasi sostanza incognita che abbia interesse ai fini

investigativi. La sezione dispone di un laboratorio di chimica preparativa

dove vengono pretrattati i reperti da analizzare, e di un laboratorio di

analisi strumentale dove vengono usate tecniche come la

gascromatografia(1), la spettrometria di massa(2), la cromatografia

liquida(3), l’elettroforesi capillare(4), la spettrometria

UV/visibile ed IR(5). Un altro compito importante è l’addestramento del

personale per i laboratori di analisi delle sostanze stupefacenti.

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Tra le sostanze utili in campo investigativo vi è il Luminol (nome IUPAC 5-

ammino-2,3-diidro-1,4-ftalazindione), utilizzato per rilevare le tracce di

sangue sulla scena di un crimine .

Di questa molecola abbiamo effettuato la sintesi nei nostri laboratori

Sintesi del LUMINOL:

La sintesi del luminol a partire dall’acido 3-nitroftalico si basa su queste serie di

reazioni chimiche:

L’acido 3-nitroftalico viene trattato con idrazina; il sale ottenuto dà, per

riscaldamento, la Nitroftalidrazide che, per riduzione con idrosolfito di Sodio

(ditionito di Sodio), forma il luminol.

In letteratura abbiamo reperito almeno due ricette possibili per questa sintesi

attraverso la via rappresentata in figura; dopo una attenta analisi dei dettagli

operativi suggeriti, abbiamo optato per alcune modifiche di entrambe che, a nostro

parere, hanno reso più semplice e parimenti efficace la sintesi complessiva.

1. Si pesano 1,00 g di acido 3-nitroftalico

2. In una ampia capsula di porcellana si introducono 2,4 ml di una soluzione 4 M di NaOH

3. Alla soluzione di NaOH in capsula si aggiunge poco a poco l’acido 3-nitroftalico pesato e la miscela

viene scaldata gentilmente su bunsen fino a completa dissoluzione dell’acido

4. Si pesano 0,6 gr di solfato di idrazina e si sciolgono nella minima quantità d’acqua. La soluzione così

ottenuta viene aggiunta goccia a goccia alla precedente soluzione basica di acido 3-nitroftalico in NaOH.

5. La soluzione così ottenuta viene rapidamente portata a secco

6. Il residuo solido viene ridotto in polvere fine con un pestello e scaldato su bunsen mantenendo la sua

temperatura intorno ai 210 °C, sempre mescolando al fine di evitare la formazione di grumi; si continua

fino a quando non si osserva più alcuna formazione di vapori (circa 45 minuti)

7. Il prodotto grezzo ottenuto viene filtrato su Buckner, lavato con acqua distillata e quindi seccato in stufa a 110 °C

per circa 1 ora

8. Il solido ottenuto (Nitroftalidrazide) viene introdotto in un palloncino da 50 ml; si aggiungono quindi 3,7 ml di

NaOH 4 M e si agita fino a comparsa di colorazione rosso mattone

9. Si aggiungono quindi 2,48 g di idrosolfito di Sodio e si scalda con termomanto all’ebollizione per circa 5 minuti;

nel corso di questa procedura il colore della sospensione vira al giallo arancio

10. Si raffredda la soluzione e si aggiungono quindi 2 ml di acido acetico glaciale per neutralizzare la soluzione e

completare la formazione del precipitato giallo del prodotto desiderato

11. Il prodotto grezzo viene filtrato su Buckner, lavato con acqua distillata e quindi seccato in stufa

Commenti alla metodica seguita

La procedura di sintesi della nitroftalidrazide è analoga alla sintesi di ammidi ottenute per riscaldamento di

sali di acidi carbossilici con ammine; questi possono ovviamente essere ottenuti per neutralizzazione degli

acidi con le ammine o per neutralizzazione dei carbossilati con i sali delle ammine. Abbiamo preferito

questa ultima via da un lato perché avevamo a disposizione il solfato di idrazina, dall’altro perché tale

strada ci appariva più sicura, data la potenziale pericolosità dell’ìdrazina; a questo scopo l’acido 3-

nitroftalico è stato neutralizzato con la quantità stechiometrica di NaOH e quindi il 3-nitroftalato è stato

trattato con la quantità stechiometrica di solfato di idrazina

Il riscaldamento del sale idrazinico del 3-nitroftalato conduce alla formazione della nitroftalidrazide; nel

corso di questa reazione si libera acqua e dunque la procedura, effettuata direttamente sul solido in capsula,

viene prolungata fino a cessazione di sviluppo di vapore. Ci è apparsa ecccessivamente complessa e

inessenziale la procedura alternativa suggerita in letteratura che prevede il riscaldamento sottovuoto in un

solvente altobollente quale il trietilenglicole.

Il ditionito di Sodio Na2S2O4 è un agente riducente noto in chimica organica come riducente di nitrogruppi

aromatici a gruppi amminici: la reazione procede rapidamente all’ebollizione in ambiente basico e il

ditionito si riduce verosimilmente a solfito.

Caratterizzazione del prodotto di reazione

Il luminol è stato caratterizzato tramite determinazione del punto di fusione e spettro IR. Il punto di fusione è stato

determinato tramite uno strumento di Kofler; esso consiste sostanzialmente di una piastra metallica riscaldata elettricamente

nella quale viene inserito un capillare contenente la sostanza in esame e un termometro; la tradizionale determinazione

tramite tubo di Thiele si è rivelata impraticabile dato l’elevato punto di fusione del luminol

La temperatura di fusione determinata è stata di 316 °C, in buon accordo con il valore noto di 320 °C; la piccola diminuzione

nel punto di fusione rispetto al valore riportato suggerisce la presenza di impurezze, come confermato dallo spettro IR

In figura un Tubo di Thiele, lo strumento usato in laboratorio e uno strumento più recente.

Di seguito sono riportati lo spettro IR del luminol come noto dalla letteratura e lo spettro IR del nostro

prodotto di reazione; la similarità dei due spettri, in particolare nella zona a destra della linea verticale

tracciata, conferma il buon esito della nostra sintesi, anche se nel nostro prodotto risulta evidente la

presenza di impurezze

Lo spettro IR è stato determinato sul prodotto solido in pasticca di KBr

Il luminol ottenuto è stato utilizzato per una prova di luminescenza; la reazione nella

quale il luminol produce luminesccenza sfrutta l’ossidazione del luminol ad opera

dell’Ossigeno in ambiente basico ed è catalizzata dal Fe contenuto nell’emoglobina

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del sangue.

La reazione di luminescenza è una reazione nel corso della quale la molecola del

luminol viene degradata a prodotti di bassa energia; la reazione è dunque

esoergonica e una parte dell’energia liberata compare come radiazione blu.

In natura esistono molti esempi di sostanze luminescenti, quali quelle

responsabili della luce emessa dalle lucciole

La reazione di chemiluminescenza.

Per effettuare la reazione di luminescenza abbiamo preparato due soluzioni:

Soluzione A : 40-60 mg di Luminol vengono sciolti in 1,5 ml di NaOH 4M e la

soluzione viene portata a 20 ml con acqua distillata.

Soluzione B : si mescolano 4 ml di una soluzione al 3% di Ferricianuro di

Potassio e 4 ml di una soluzione di acqua ossigenta al 3% ; la soluzione viene

portata a 30 ml con acqua distillata.

La reazione avviene immediatamente al mescolamento delle due soluzioni.

Abbiamo potuto effettivamente osservare il fenomeno della luminescenza ma non

è stato possibile fotografarlo in conseguenza del suo rapido decadimento.