Appunti di 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 degli istituti di istruzione e universitari nei quali si faccia uso di laboratori”.

Effetti dose-risposta

Dose = quantità di un composto o di un suo metabolita attivo misurabile in un compartimento accessibile.

Effetto = alterazione biochimica o funzionale misurabile che, in funzione della sua entità, può indicare un potenziale rischio per la salute o una malattia. C’è sempre una correlazione tra dose ed effetto.

Suscettibilità = condizione congenita o acquisita che predispone agli effetti indesiderati degli agenti chimici.

Risposta = % di popolazione in cui si registra l’effetto monitorato. C’è sempre una correlazione tra dose e risposta, più importante da un punto di vista di rischio.

La relazione tra dose e risposta viene stabilita con il parametro valori limite: NOAEL è il livello più alto di dose che non produce effetto tossico mentre LOAEL è il livello più basso di dose che produce effetto tossico. Si esprimono in mg/Kg p.c./die cioè milligrammi per ogni chilogrammo di peso corporeo al giorno. Servono per calcolare l’ADI cioè l’assunzione accettabile giornaliera, e il DGA (NOAEL/100) cioè la dose giornaliera accettabile. Il VLE è il valore limite di esposizione quindi rappresenta le concentrazioni ambientali delle sostanze chimiche aerodisperse al di sotto delle quali si ritiene che la maggior parte dei lavoratori possa rimanere esposta ogni giorno durante la loro vita lavorativa senza effetti negativi per la salute.

Esistono anche due parametri ottenibili da studi statistico-informatici, tra cui il DNEL cioè il livello di esposizione al di sopra del quale l’uomo non dovrebbe essere esposto. Per diverse vie di esposizione e diversi target vengono calcolati diversi DNEL, quindi bisogna elaborare diverse procedure operative nell’uso di sostanze pericolose e di protezione da usare. Invece, il PNEC viene usato nella caratterizzazione del rischio ambientale, quindi esistono diversi PNEC per diversi comparti ambientali. Per questo esiste una caratterizzazione del rischio derivabile dal rapporto tra l’esposizione stimata per ogni tipo di comparto ambientale e il suo PNEC di riferimento: il valore deve essere <1 per essere accettabile.

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. Serve per individuare le adeguate misure di prevenzione e di protezione per garantire il miglioramento dei livelli di salute e sicurezza. 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…); affollamento; addestramento non sempre adeguato.

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 sono invece di 5 diversi 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

I rischi biologici si dividono invece in 4 gruppi:

• RG1 che comprende contaminanti che non inducono patologie negli adulti (Escherichia coli)
• RG2 che comprende contaminanti che non inducono patologie pericolose con trattamenti farmacologici noti (Clamydia)
• RG3 che comprende contaminanti che inducono patologie pericolose o letali con trattamenti farmacologici noti (retrovirus)
• RG4 che comprende contaminanti che inducono patologie pericolose o letali per cui non esistono trattamenti farmacologici (Ebola virus)

Ci sono diversi fattori che influenzano il rischio e si dividono in dipendenti dal soggetto o dall’agente. Quelli dipendenti dal soggetto sono: sesso, età, condizione di salute, suscettibilità su fattori genetici, abitudini alimentari e al fumo. Quelli dipendenti dall’agente sono: durata del contatto, concentrazione della sostanza, modalità di assorbimento (per inalazione, ingestione o contatto), morfologia e interazione con altre sostanze ambientali.

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.

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 dunque tirare giù lo schermo frontale, verificare che la cappa sia in funzione ed evitare di sporgersi con la testa verso la zona di lavoro. Inoltre, bisogna tenere sotto cappa solo il materiale necessario al lavoro per non ostruire il passaggio di aria. Non si può utilizzare il lavandino presente in cappa per smaltire rifiuti o prodotti chimici.

Per dispositivo di protezione individuale (DPI) si intende, invece, qualsiasi attrezzatura destinata a essere indossata dal lavoratore per proteggerlo da rischi. 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.

Gli occhiali di sicurezza sono dotati di lenti robuste e resistenti all’impatto. Hanno schermi laterali e devono sempre essere indossati per ripararsi da sostanze, particelle, oggetti e frammenti. Gli occhiali a maschera devono essere utilizzati quando gli schizzi sono di grandi entità e hanno valvole che ne evitano l’appannamento. Lo schermo facciale si usa, assieme a occhiali o maschera, quando si vuole proteggere tutto il viso da particelle solide.

Le maschere che proteggono le vie respiratorie si classificano in base al rapporto tra la concentrazione del contaminante nell’ambiente e dentro alla maschera. FFP1 (efficacia 78%) proteggono da polveri nocive e aerosol a base acquosa di materiale particellare. FFP2 (efficacia 92%) proteggono da polveri a media tossicità, fibre e fumi metallici. FFP3 (efficacia 98%) proteggono da polveri tossiche e fumi aerosol a base acquosa di materiale particellare tossico.

I guanti normalmente usati in laboratorio sono quelli in lattice, che proteggono da schizzi o contatti accidentali. Non devono essere usati fuori dal laboratorio e non devono toccare superfici contaminate. Bisogna essere prudenti perché tolgono sensibilità al tatto ed è necessario lavarsi le mani dopo il loro utilizzo. Inoltre, una buona protezione dipende anche dal modo in cui i guanti sono indossati perché usi scorretti o cattiva manutenzione possono annullare la protezione. Per la scelta del guanto giusto bisogna tener presente della velocità di degradazione (velocità con cui si verifica il cambiamento delle proprietà fisiche del materiale del guanto a contatto con agenti chimici), del tempo di penetrazione (tempo trascorso tra il 1° contatto del prodotto chimico sulla superficie del guanto e la determinazione analitica del prodotto all’interno del guanto) e della velocità di permeazione (velocità con cui si raggiunge l’equilibrio tra l’assorbimento del prodotto chimico sulla superficie del guanto, la diffusione attraverso il guanto e il desorbimento del prodotto chimico all’interno del guanto). Questi parametri a loro volta dipendono da diverse caratteristiche come: natura e concentrazione della sostanza, spessore del guanto, condizioni di esposizione, temperatura dell’ambiente e della sostanza.

Nel laboratorio sono inoltre presenti 8 presidi di sicurezza: cassetta del pronto soccorso, vaschette per lavaggi oculari e docce oculari (oppure sacche da 500ml di fisiologica da usare con siringhe da 50ml), docce di sicurezza, 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

Esplosivi (E): 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 (O): 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 (F e F+): agenti i cui gas e vapori formano con l’aria miscele esplosive e/o infiammabili capaci di innescarsi. Si classificano in: estremamente infiammabili (punto di infiammabilità <0°C), facilmente infiammabili (<21°C) e infiammabili (<55°C).

Gas compressi: bombole o altri contenitori di gas sotto pressione, compressi, liquefatti, refrigerati o sciolti.

Corrosivi (C): agenti in grado di provocare lesioni alla pelle e alle mucose.

Tossici (T e T+): agenti in grado di provocare gravi danni alla salute, fino alla morte, anche in piccole dosi. Si differenziano in base alla dose letale.

Nocivi (Xn): agenti che possono provocare danni alla salute + o – gravi, in relazione alla dose.

Tossici a lungo termine (Xn): sostanze o preparazioni che, per inalazione, ingestione o assorbimento attraverso la pelle, provocano rischi estremamente gravi, acuti o cronici e facilmente anche la morte.

Irritanti (Xi): agenti che possono provocare arrossamenti e reazioni infiammatorie sulla pelle e sulle mucose.

Pericolosi per l’ambiente (N): agenti che qualora si diffondano possono presentare rischi immediati o differiti per una o più componenti ambientali.

Ci sono inoltre agenti chimici cancerogeni, mutageni e tossici per la riproduzione che sono stati divisi in 3 classi di rischio per la salute, a loro volta suddivise in 3 categorie. I lavoratori la cui esposizione evidenzia un rischio per le categorie 1A e 1B di mutagenicità e di cancerogenicità devono essere sottoposti a sorveglianza sanitaria.

Mutagenicità: agenti che aumentano la frequenza di mutazioni in popolazioni di cellule e/o microrganismi. Cat 1A comprende agenti che possono causare mutazioni ereditarie in cellule germinali umane (H340). Cat 1B comprende agenti che possono causare mutazioni ereditarie in mammiferi o sull’uomo ma senza trasmissione alla progenie (H340). Cat 1C comprende agenti sospetti di poter causare mutazioni ereditarie in cellule germinali umane (H341).

Cancerogenicità: agenti che causano o aumentano l’incidenza di cancro sull’uomo. Cat 1A comprende agenti che hanno effetti cancerogeni sull’uomo (H350). Cat 1B comprende agenti che hanno presunti effetti cancerogeni sull’uomo prevalentemente sulla base di studi su animali (H350). Cat 1C comprende agenti che hanno sospetti effetti cancerogeni sull’uomo (H351).

Tossicità per la riproduzione: agenti che hanno effetti su funzione sessuale o sviluppo, sull’allattamento o attraverso esso. Cat 1A comprende agenti tossici per la riproduzione umana (H360). Cat 1B comprende agenti con presunta tossicità sulla riproduzione umana (H360). Cat 1C comprende agenti con sospetta tossicità per la riproduzione umana (H361) o che hanno effetti sull’allattamento o tramite questo (H362).

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).

La scheda di sicurezza (SDS) a sua volta deve includere: identificazione di sostanza e società, 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.

Estrazione in fase liquida

È un processo di trasferimento di uno o più composti da una fase liquida in cui sono dispesi o disciolti a un’altra fase liquida immiscibile con la prima. Si effettua agitando fortemente i liquidi immiscibili (solitamente H₂O e un solvente organico) in un recipiente chiuso (imbuto separatore) così che si disperdano l’uno nell’altro in piccole gocce. Lasciando poi a riposo il contenitore avviene la coalescenza, quindi le gocce di ogni liquido si riuniscono formando due strati sovrapposti. Nell’imbuto opportunamente fissato si versano la soluzione da estrarre e il solvente estrattore che deve essere pari a 1/3 della soluzione da estrarre. Poi si tappa l’imbuto, lo si capovolge e si apre il rubinetto per sfiatare. Si richiude il rubinetto, si agita poi si sfiata nuovamente. Si rimette l’imbuto sul sostegno togliendo il tappo e aspettando che le due fasi si separino, poi il liquido inferiore viene fatto defluire in un recipiente di raccolta. Si devono fare almeno 2 estrazioni.

I solventi con densità inferiore dell’acqua (etere, AcOEt) stanno sopra mentre tutti i solventi alogenati (cloroformio, diclorometano) stanno sotto l’acqua perché hanno densità maggiore. Se i due liquidi hanno densità o pK quasi uguale separarli con questa tecnica è più difficile, meglio utilizzare la centrifugazione.

A volte si può formare un’emulsione, favorita dalla presenza di sostanze tensioattive che si concentrano sulla superficie delle gocce. Queste sostanze possono essere impurezze della miscela oppure anche uno degli stessi componenti da separare. Si verifica quasi sempre nell’estrazione di soluzioni acquose alcaline con etere. Se si pensa che i due liquidi possano formare un’emulsione è meglio usare un recipiente largo per avere un’ampia superficie interfasale ed effettuare l’estrazione agitando delicatamente.

Per eliminare le emulsioni si può: aumentare la quantità di solvente estrattore; aggiungere un sale solubile come NaCl che diminuisce la solubilità del solvente organico in H₂O; aggiungere poche gocce di alcol all’interfaccia tra emulsione e fase inferiore per favorire lo smistamento delle gocce; agitare lentamente con una bacchetta di vetro o ruotare l’imbuto. Si può anche prelevare l’emulsione dal pallone, filtrarla o farla passare attraverso uno strato di una sostanza ad alto potere adsorbente (allumina o celite) per eliminare eventuali impurezze solide. Poi viene riscaldata o raffreddata e sottoposta a un’onda ultrasonica.

Teoria dell’estrazione

Quando la soluzione di una sostanza in un solvente A viene posta a contatto con un altro solvente B immiscibile con essa, le molecole della sostanza possono migrare dalla 1° fase alla 2° attraverso la superficie di contatto (interfase). La velocità di migrazione da A a B diminuisce progressivamente mentre aumenta la velocità di migrazione inversa da B ad A: quando le due velocità sono uguali si raggiunge l’equilibrio di ripartizione e il rapporto delle concentrazioni molari della sostanza in A e in B rimane costante a temperatura costante. Questo rapporto è detto coefficiente di ripartizione K:

Costante di Nernst K = [continua con la descrizione della formula]