ень трудно.
Но тем не менее – обогащаем ли мы уран лазером или центрифугами, нужен ли этот уран для разрешения энергетического кризиса или для создания кризиса политического, для получения урана не обойтись без умелых и опытных (или безрассудных) химиков, способных синтезировать и сохранить достаточное количество гексафторида урана.
1.15. Мочевина
Хотя этот раздел и посвящен веществам неорганическим, в заключение я решил рассказать про органическое вещество, но не простое – а то самое вещество, получение которого в 1828 году показало, что между органической и неорганической химией не стоит «Великая стена», и как говорят учебники по школьной и вузовской химии: «Оно нанесло смертельный удар теории витализма».
Что общего у кремов для ухода за кожей, жевательной резинки и удобрений? Для изготовления всех этих вещей требуется карбамид или мочевина – первая молекула, вырабатывающаяся живыми организмами, которая была синтезирована в лаборатории.
Синтезировать мочевину в лаборатории из неорганических соединений впервые удалось немецкому химику Фридриху Вёлеру, который получил её в Берлине в 1828 году с помощью реакции цианата серебра и хлорида аммония:
AgNCO + NH4Cl → (NH2)2CO + AgCl
Получение органического вещества (заметим, что тогда органические соединения воспринимались не как «производные углеводородов» или, как привычнее, «соединения углерода», а только как вещества, образующиеся в объектах живой природы) из неорганических соединений шло вразрез с популярной в то время концепцией витализма – учению о наличии в живых организмах нематериальной сверхъестественной силы, управляющей жизненными явлениями, – «жизненной силы».
Как часто бывает в научных открытиях подобного рода, Вёлер не ставил целью синтез органического вещества из неорганических соединений, он просто хотел получить цианат аммония с помощью обменной реакции. Ещё одним современным заблуждением является то, что открытие Вёлера сразу же похоронило витализм.
Строго говоря, сам Вёлер был даже расстроен своим открытием и написал шведскому химику Берцелиусу письмо, в котором говорил, что он стал свидетелем «великой трагедии в науке – убийства прекрасной гипотезы уродливым фактом». «Прекрасной гипотезой» был витализм; «уродливым фактом» – пробирка с кристаллами мочевины. Правда, насчет «свидетеля» Вёлер всё же поскромничал – если рассматривать смерть концепции витализма как дело об убийстве, то роль Вёлера в нем явно должна быть не свидетельской, а ролью обвиняемого – в непредумышленном убийстве концепции витализма по неосторожности.
Вероятно, миф о Вёлере зародился в какой-то научно-популярной книге об истории химии 1930-х годов, которая, игнорируя все претензии на историческую точность, превратила Вёлера в рыцаря, совершающего попытку за попыткой синтезировать природное вещество, которое опровергло бы витализм и сдернуло покров невежества, до тех пор, пока «в один день не свершилось чудо». Тем не менее, хотя работа Вёлера и не была целенаправленной, значение его случайного синтеза оказалось настолько важно, что всё равно мы считаем его «отцом-основателем» синтетической органической химии.
Мочевина была известна задолго до того, как Вёлер получил возможность подержать в руках пробирку с «уродливым фактом» – за век до этого события врач из Нидерландов Герман Бургаве выделил мочевину, перерабатывая мочу. Бургаве считается основателем теоретической медицины, сам он всегда считал себя врачом-теоретиком и практиком и никогда не претендовал на лавры химика, его исключительно химическая работка по выделению мочевины первоначально вообще была опубликована одним из его учеников (правда, от имени самого Бургаве).
Возможно, пренебрежение Бургаве химией (в одном из писем он даже писал, что химия беспокоит его меньше всего) и послужило причиной того, что записки Бургаве о мочевине были забыты, и метод очистки мочевины и выделения её из мочи был заново открыт спустя полвека французским химиком Илером Мареном Руэлем, которого во многих источниках и называют открывателем мочевины, и лишь только в последнее время историческая справедливость касательно Германа Бургаве восстанавливается.
Человеческий организм производит мочевину из аммиака и избытка аминокислот. Аминокислоты нужны нашему телу для производства функциональных белков, однако, если нам с питанием поступает больше аминокислот, чем мы можем пустить на строительство белков, они метаболизируются с выделением небольшого количества энергии. С другой стороны, аммиак токсичен для нашего организма, и организм старается вывести его. Аммиак образуется при переработке пищи организмом, но из-за основной природы он может увеличивать уровень рН при его накоплении в клетках. Чтобы удалить аммиак из организма, включается весьма энергозатратный процесс, который превращает аммиак в мочевину, практически безопасную для нас. Образующаяся мочевина легко выводится из организма преимущественно с мочой и незначительно – с потом.
Мочевина является основным компонентом мочи (если не считать воду), она бесцветна и не имеет запаха (поскольку запах – реакция обонятельных рецепторов на молекулы веществ, попадающие нам в пазуху носа, твердое малолетучее кристаллическое соединение с температурой кипения 174 °C вообще имеет мало шансов чем-то пахнуть). Тем не менее мочевина легко разлагается с выделением аммиака, и характерный запах мочи – это всё же запах аммиака. Кстати, именно поэтому застарелая моча пахнет сильнее свежей: со временем глубина разложения мочевины увеличивается и запах аммиака становится более интенсивным.
Ежегодно химическая промышленность производит около 100 миллионов тонн мочевины. Где используется это соединение? Около 90 % мочевины используется в производстве удобрений, которые создают дополнительный источник азота для растений, позволяющий им быстрее расти и давать большие урожаи. Мочевина является популярным удобрением из-за высокого содержания азота, что позволяет экономить на хранении и транспортировке удобрений. Во влажной почве мочевина обычно разлагается с выделением аммиака, который усваивается растениями. Также она может быть окислена почвенными бактериями до нитрат-иона, который тоже поступает в организм растения через корневую систему и используется как строительный материал для биомассы.
Остальные 10 % мочевины могут использоваться в пищевой промышленности, в том числе и для производства жевательной резинки, а также для производства косметических препаратов – последние два примера использования связаны с тем, что мочевина или карбамид является слабым и безопасным для человека основанием, снижающим содержание кислоты либо в полости рта, либо на поверхности кожи. Еще одним возможным вариантом практического применения мочевины являются процессы, в которых она реагирует с формальдегидом или азотной кислотой. Образующиеся в этом случае производные мочевины используются в синтезе полимерных смол, пластических масс и даже взрывчатых веществ.
Естественно, что в настоящее время мочевину производят совсем не так, как её когда-то случайно получил Вёлер. Для промышленного производства карбамида в промышленности применяется процесс Боша-Майзера, основанный на реакции аммиака с углекислым газом над платиновым катализатором, продуктами этой реакции являются мочевина и вода. Несмотря на то что этот процесс был разработан в 1922 году, он до сих пор остается основным способом получения карбамида благодаря дешевизне реагентов. Идея о том, что какие-то совершенно радикальные сторонники органических продуктов захотят выделять «правильную мочевину» из природного источника, то есть мочи, кажется бредовой, но, оказывается, есть люди, предпочитающие такое происхождение карбамида в их жвачке или зубной пасте.
Строго говоря, не так уж много веществ сыграли такую замечательную роль в истории химии, как мочевина. Трёхвековая история этого соединения началась с дурно пахнущей биологической жидкости, обернулась крахом теории витализма и продолжается в удобрениях и других продуктах химической промышленности. И как это часто случается, синтез Вёлера, пусть он и был случайным, заложил основы современной синтетической органической химии.
1.16. Что чем пахнет
Гуляющий по мировой сети «Краткий определитель естественных наук» говорит следующее: «Зелёное или дергается – биология, воняет – химия, не работает – физика». Шутка, конечно, но в каждой шутке есть лишь доля шутки.
Многие химические вещества пахнут, многие, но далеко не все. Запахом мы называет реакцию нашего мозга на раздражение обонятельных рецепторов, находящихся у нас в носовой полости. Чтобы вещество обладало запахом, оно должно обладать достаточной летучестью, дабы преодолеть расстояние от источника запаха до нашего носа. То есть пахнущее вещество должно быть как минимум летучим и имеющим молекулярное строение – металлы, сплавы и вещества ионного строения пахнуть не должны из-за того, что в тех условиях, в которых работают наши обонятельные рецепторы (а поскольку они представляют собой белки, то при высокой температуре они просто денатурируют и потеряют способность распознавать летучие вещества), структурные элементы этих веществ просто не могут испариться и долететь до нашего носа. Попав в нос, молекула должна распознаться белковыми обонятельными рецепторами, и они уже подают сигнал в мозг. Иногда, если эта молекула маленькая (как, например, описанный в предыдущем разделе угарный газ) или же наши обонятельные рецепторы в процессе эволюции не выработали (а может, и утратили) способность распознавать молекулы такого строения, даже летучее вещество не будет для нас пахнуть.
Наверное, здесь читатель подумает и будет вполне прав в своих сомнениях: «А как же быть с запахом железа? Чем обусловлен несильный, но характерный металлический запах, возникающий после того, как мы прикоснемся к железным или стальным объектам – монеткам, ключам, инструментам? Почему, в конце концов, водопроводная вода, текущая из старых труб, пахнет ржавчиной?»
Исследовав этот вопрос, объединенная исследовательская группа из Университета Лейпцига и Политехнического института Виргинии, возглавляемая Дитмаром Глиндеманном, пришла к выводу о том, что запах металла – иллюзия и на самом деле мы ощущаем запах собственного тела, точнее – результатов превращений, которые железо претерпевает с веществами, выделяемыми нашим организмом.
Добровольцы, согласившиеся принять участие в эксперименте, практически моментально узнали «запах железа» при соприкосновении их рук с металлическим железом или обработке рук растворами солей двухвалентного железа. Вместе с тем обработка кожи добровольцев растворами, содержащими ионы железа(+3), не вызывала появление запаха. Хромато-масс спектрометрический анализ образцов веществ, отобранных с кожи добровольцев, показал, что на кожных покровах человека, контактировавших с железом(0) или железом(+2), содержится целый набор органических веществ, ответственных за «металлический» запах. Ключевой компонент этой смеси – сопряженный кетон 1-октен-3-он, растворы которого обладают сильным «металлическим» запахом даже при сильном разбавлении.
На самом деле запах железа – запах этого органического вещества.
Прекурсорами молекул «металлического» аромата являются перекиси липидов, образующиеся при окислении жиров кожи ферментами-оксидоредуктазами, при облучении кожи ультрафиолетом или в результате других процессов. Перекиси липидов разлагаются под действием двухзарядных ионов железа, которые в свою очередь окисляются до инертных по отношению к перекисным соединениям ионов железа (+3). Незаметной на глаз коррозии железного изделия под воздействием влаги кожи оказывается достаточно для генерации количества ионов железа(+2), требуемого для окисления перекисей липидов.
Кровь, содержащая железо в составе гемоглобина, также характеризуется узнаваемым «металлическим» ароматом, формирующимся за счёт тех же органических молекул. Исследователи считают, что способность человека «чувствовать запах металла» сложилась эволюционно и ассоциируется с запахом крови. Возможно, что, ориентируясь на этот запах, наши предки выслеживали раненых жертв или членов племени.
Опять же нелишне заметить, что различное строение наших обонятельных рецепторов может обуславливать тот факт, что одно и то же вещество будет восприниматься разными людьми по-разному. Так, приятный или отвратительный запахи мужского тела или отсутствие запаха вообще определяются вовсе не свежестью этого самого тела, а обонятельными рецепторами нюхающего – очень незначительные генетические различия определяют то, как воспринимается «нюхающим» андростенон, компонент человеческого пота, являющийся производным тестостерона.
Андростенон
Некоторые люди воспринимают запах андростенона как приятный, имеющий сладковатые оттенки ванили или цветочных ароматов. Другие не выносят этот запах, связывая его происхождение с крепким по2том или запахом мочи. Третья группа людей вообще не распознаёт запах андростенона. По словам Лесли Возшалл из Университета Рокфеллера, широкое разнообразие в восприятии различными группами людей запаха одного и того же соединения главным образом связано с незначительными генетическими различиями, влияющими на обонятельный рецептор OR7D4.
Исследователи определили, что люди, находящие запах андростенона неприятным, отличаются двумя точечными различиями в гене, отвечающем за обонятельный рецептор и вырабатывающемся чувствительными клетками носовой пазухи (по сути дела обонятельные рецепторы OR7D4 у всех трёх групп испытуемых различаются одним-двумя аминокислотными остатками). Исследования in vitro показывают, что эти мутации существенно ослабляют функции рецептора.
Работа Возшалл 2007 года была первым, но не единственным примером демонстрации связи между производительностью обонятельных рецепторов и тем, как воспринимается тот или иной аромат. Восприятие запахов различных соединений может оказывать различное воздействие на настроение и психологическое состояние как мужчин, так и женщин.
Линалоол
Запах лаванды обусловлен многими молекулами, однако наибольший вклад в «лавандовый букет» вносит линалоол. Лавандовое масло стоит несколько дешевле жасминового или розового. Оно применяется в ароматерапии, в соответствии с результатами исследований линалоол может способствовать понижению стресса (правда, задокументированные исследования проводились не с людьми, а крысами).
Линалоол может существовать в двух формах, поскольку один из атомов углерода окружен 4 различными заместителями, он образует так называемый хиральный (от хирос – рука) центр, и молекула линалоола может образовать два оптических (зеркальных) изомера (вещества, которые соотносятся как отражения в зеркале и не могут быть совмещены друг с другом – как правая и левая рука).
(R)-(-) – линалоол и (S)-(+) – линалоол
Отображается это вот так: представьте, что связь, обозначенная чёрным треугольником, торчит в направлении читателя из плоскости книжной страницы, а заштрихованная – углубляется внутрь книги. Чем отличаются эти изомеры?
У зеркальных изомеров одинаковые температуры плавления и кипения, плотность, показатель преломления и растворимость, а также большинство химических свойств, однако они различаются некоторыми свойствами по отношению к другим оптически активным веществам. Самое простое различие – это разный запах зеркальных изомеров, обусловленный тем, что наши обонятельные рецепторы тоже «зеркальны». Так, запах (S)-(+) – линалоола (источники – кориандр и апельсин) – сладкий лавандовый запах с цитрусовой ноткой. Аромат (R)-(-) – линалоола (источники – роза и лаванда) демонстрирует лавандовый запах с древесным оттенком.
Натуральные материалы содержат (практически всегда) только один из зеркальных изомеров (такие уже особенности синтеза природных соединений самой природой), но в результате лабораторного синтеза можно получить только смесь обоих зеркальных изомеров (как правило, в равных соотношениях). Натуральное лавандовое масло содержит 85 % (R) – изомера линалоола, в то время как (S) – линалоол является главным компонентом (94–96 %) натурального цитрусового масла. Таким образом, определение соотношения зеркальных изомеров может использоваться в экспертизе подлинности масла для ароматерапии и других целей.
Ментол
Мята, леденцы «Взлетные», пастилки от кашля, дамские сигареты – все эти предметы объединяет одно замечательное вещество – ментол. Ментол – это тривиальное (исторически сложившееся) название, в соответствии с номенклатурой оно называется 2-изопропил– 5-метилциклогексанол. Несмотря на кажущуюся простоту и распространенность ментола, эта молекула не так уж и проста – в ней содержится три асимметрических (хиральных) атома углерода, и она может образовать 23, то есть восемь оптических изомеров.
Маленькое отступление для тех, кто не знает слов «оптические изомеры», «зеркальные изомеры» и «хиральность».
Если атом углерода в молекуле связан с четырьмя различными атомами или атомными группами, то возможно существование двух соединений с одинаковой структурной формулой, но отличающихся пространственным строением. Молекулы таких соединений относятся друг к другу как предмет и его зеркальное изображение и являются пространственными изомерами.
Молекулы оптических изомеров несовместимы в пространстве (как левая и правая руки – отсюда ещё один термин для оптически активных соединений «хиральные» – от греческого «хирос» – рука), в них отсутствует плоскость симметрии. Таким образом, оптическими изомерами называются пространственные изомеры, молекулы которых относятся между собой как предмет и несовместимое с ним зеркальное изображение.
Оптические изомеры имеют одинаковые физические (температура плавления, кипения, растворимость в оптически неактивных растворителях) и химические свойства (реакции с оптически неактивными веществами), но различаются отношением к поляризованному свету. Такие изомеры обладают оптической активностью (один из них вращает плоскость поляризованного света влево, а другой – на такой же угол вправо). Различия в химических свойствах наблюдаются только в реакциях с оптически активными реагентами.
Оптическая изомерия проявляется в органических веществах различных классов и играет очень важную роль в химии природных соединений.
«Когда молекулы лекарства смотрятся в зеркало» (When Drug Molecules Look in the Mirror) – это заголовок статьи, опубликованной в июньском номере за 1996 год американского журнала Journal of Chemical Education. На первой странице обложки этого номера был следующий рисунок. На боку добродушно виляющего хвостом пса была изображена структурная формула пеницилламина. Пес смотрел в зеркало, а оттуда на него глядел страшный зверь с оскаленной клыкастой пастью и вставшей дыбом шерстью. На боку зверя была изображена та же самая структурная формула в виде зеркального отображения первой. Почему же фактически одно и то же вещество имеет столь разные обличья?
Дело в том, что часто только один из зеркальных изомеров обладает требуемым терапевтическим эффектом, тогда как второй антипод может вызвать нежелательные побочные эффекты или даже быть токсичным. Бывает и так, что каждый энантиомер обладает своим специфическим действием. Так, S(—) – тироксин («левотроид») – это природный гормон щитовидной железы. А правовращающий R(+) – тироксин («декстроид») понижает содержание холестерина в крови.
Некоторые производители придумывают для подобных случаев торговые названия-палиндромы, например, Darvon и Novrad. Но это, скажем так, ещё хороший вариант – хуже бывает, когда один из зеркальных изомеров проявляет фармакологическую активность, а его отражение является токсином или мутагеном.
Чем же объясняется различное действие энантиомеров? Человек – существо хиральное, то есть асимметричное. Асимметрично и его тело, и молекулы биологически активных веществ, из которых оно состоит. Молекулы хиральных лекарств, взаимодействуя с определенными хиральными центрами организма, например ферментами, могут действовать по-разному в зависимости от того, каким именно энантиомером является лекарство. «Правильное» лекарство подходит к своему рецептору, как ключ к замку, и запускает желаемую биохимическую реакцию. Действие же «неправильного» антипода можно уподобить попытке пожать правой рукой левую руку своего гостя.
Из восьми приведенных на картинке оптических изомеров ментола в природных условиях – в растениях мяты – генерируется только один оптический изомер (собственно сам ментол), конфигурация которого по номенклатуре обозначается как (1R,2S,5R), в то время как все остальные семь соединений можно получить в лаборатории (иной раз не желая того – очистка препарата от «ненужных» зеркальных изомеров не всегда проста и иногда является чуть ли не единственным фактором, определяющим стоимость синтетического препарата, которому посчастливилось быть оптически активным). Ментол и семь его «зеркальных двойников» имеют достаточно близкие температуры плавления и кипения, растворимость в простейших органических растворителях, однако различаются запахом. Наши обонятельные рецепторы представляют собой белки, которые образованы хиральными аминокислотными остатками, из-за чего они по-разному взаимодействуют с различными оптическими изомерами, предоставляя мозгу различное сообщение о запахе.
Если запах природного изомера ментола из мяты описывается определениями «свежий, мятный, сладковатый, холодный, освежающий», то другие оптические изомеры хотя и обладают похожим запахом, но при этом содержащим меньше мятных нот, горьким, травянистым или даже фенольным (фенольный запах легче всего себе представить, восстановив в памяти запах свежих железнодорожных шпал).
Хотя большая часть ментола в настоящее время до сих пор получается путём переработки мяты, синтетическая версия также находит своё применение, при этом существуют способы получения исключительно одного из оптических изомеров. Так, японская корпорация «Такасаго» ежегодно синтезирует три тысячи тонн ментола из углеводорода мирцена, а единственный интересующий продукт образуется благодаря хиральному родийсодержащему катализатору, разработанному Риедзи Нойори, лауреату Нобелевской премии по химии за 2001 год, получившему её совместно с Уильямом Ноулзом и Барри Шарплессом с формулировкой «за исследования, используемые в фармацевтической промышленности – создание хиральных катализаторов окислительно-восстановительных реакций».
Основное применение ментола – пищевая промышленность, где он применяется для изготовления жвачки и конфет. Свойства ментола также оказались полезными для изготовления зубных паст и жидкостей для полоскания рта, он входит в состав бальзамов и противоотечных средств, а также препаратов для снятия мышечных болей.
Почему ментол заставляет нас чувствовать холод? Ответ на этот вопрос был найден лишь в последнее десятилетие. В нашем организме ментол связывается со специфическим нейроном, рецептором TRPM8. Это связывание приводит к открытию кальциевого ионного канала, а возникающий при этом электрический импульс и является сообщением для мозга.
Так уж получилось, что этот же рецептор также откликается и на пониженные (менее 15 °C) температуры, которые также посылают сигнал мозгу. Мозг не может различить истинную причину генерации сигнала, поэтому ментол и создает «прохладу». Кстати, другой рецептор – TRPV1 – откликается и на капсаицин, компонент перца чили, и на температуры выше 43 °C, поэтому перец мы называем жгучим. Рецепторы, являющиеся для нас приблизительными термометрами, важны для нашего восприятия тепла и холода, что позволяет нам избегать как переохлаждения, так и перегрева.
Если кому-нибудь интересно заняться «домашней» химией, наблюдая изменение окраски растворов, нелишне будет упомянуть, что обнаружить ментол можно при помощи цветной реакции: водные растворы его с 1 % раствором ванилина и концентрированной серной кислотой дают устойчивую фиолетово-синюю окраску.
И, напоследок о курении ментоловых сигарет (а точнее о влиянии ментоловых сигарет на потенцию) – в большинстве ментоловых сигарет для придания вкуса ментолом пропитывается табачная бумага. Мягкий вкус ментоловых сигарет делает процесс курения более приятным, но в таком случае дыхательные пути подвергаются анестезии, что позволяет затягиваться сильнее, доставляя сигаретный дым в нижние зоны легких. Ментол влияет на метаболизм никотина, и его концентрация в крови повышается, происходит более значительное отрицательное влияние никотина на сосуды, ну а эректильная функция в первую очередь зависит от состояния сосудов и процессов кровотока. Так что если плохо всем сосудам, то и сосудам полового члена тоже.
Однако ментол не только вреден, но и полезен. В 2004 году Брайан Рауденбуш сообщил о результатах экспериментов, проводившихся со спортсменами на беговой дорожке. Было обнаружено, что вдыхание паров ментола увеличивало степень насыщения мышц кислородом, увеличивая эффективность аэробной нагрузки, а также улучшало настроение подопытных – они чувствовали себя лучше и уставали медленнее, чем контрольная группа. Позднее сходные результаты были получены при изучении влияния ментола на спортсменов, испытывающих другие виды физической нагрузки.
Туйон
Туйон (монотерпин, 1-изопропил-4-метилбицикло[3.1.0]гексан-3-он, C10H16O) – бесцветное вещество с характерным запахом, напоминающим ментол.
Туйон может существовать в виде двух оптических изомеров – (+)-5-туйона или α-туйона и (−)-5-туйона или β-туйона. Туйон нерастворим в воде, однако хорошо растворяется в этаноле и диэтиловом эфире. Туйон входит в состав эфирных масел некоторых растений, таких как туя (отсюда название туйона), кипарис, можжевельник, пижма, шалфей и горькая полынь, обычно соотношение альфа– и бета-изомеров туйона в природных источниках составляет 1:2. Туйон токсичен, его доза, приводящая к 100 %-ной смертности, составляет 60 мг/кг (для грызунов). Почти столетие туйон подозревали во всех тяжких и не очень грехах, в том числе и ряде смертей. Чаще всего туйон ассоциируется с французским спиртным напитком – абсентом.
Внешне абсент похож на ликёр, однако его принято классифицировать как крепкий спиртной напиток, что при крепости некоторых сортов абсента в 70 градусов, в принципе, логично. Абсент представляет собой зелёную жидкость с запахом аниса, которую получают перегонкой водно-спиртового настоя трав (главным образом – горькой полыни, Artemísia absínthium). В XIX веке абсент стал очень популярен. Началось все во время французских колониальных войн в Северной Африке, которые достигли пика в 1844–1847 годах. Французским военным выдавали определённое количество абсента для профилактики малярии, дизентерии и других болезней, а также для дезинфекции питьевой воды. Абсент оказался настолько эффективным, что прочно вошёл во французскую армейскую жизнь от Мадагаскара до Индокитая. В метрополии абсент вынужденно стал популярным в 1860-е годы, когда полчища виноградной тли порезвились на французских виноградниках и производство вина упало почти вдвое, а желание выпить у французов осталось на прежнем уровне. Абсент, хотя и был гораздо более крепким, чем привычный для потомков древних галлов сок винограда, быстро нашел своих почитателей – в первую очередь из-за его дешевизны (в те времена). Дешевой альтернативой вину абсент стал благодаря низким затратам на производство, для самых дешевых сортов применялся спирт низкой степени очистки, который сейчас мы бы скорее назвали техническим.
Была разработана даже церемония потребления абсента – в рюмку наливали абсент, на рюмку помещали специальное плоское приспособление с отверстиями (абсентную ложку). На ложку водружался кубик сахара, который затем медленно поливали охлажденной до ледяного состояния водой. Сахар медленно растворялся в ледяной воде, сироп медленно стекал в рюмку, подслащивая горечь абсента, а содержимое рюмки начинало мутнеть, и чем больше сиропа попадало в напиток, тем мутнее он становился. Причина появления мути в том, что с увеличением содержания воды полярность содержимого рюмки увеличивается, а неполярные терпены и терпеноиды, в том числе и тот же самый туйон, растворимые в 70 %-ном спирте, уже не растворяются в спирте разведённом. Терпеноиды попадают в абсент из тех растений, которые применялись при его изготовлении – туйон из полыни, фенхон из фенхеля, камфара из иссопа, анетол из аниса. Все эти вещества вносят вклад в аромат абсента.
Главным образом абсент известен нам не как продукт, внезапно оказавшийся в нужное время и в нужном месте, когда спрос на вино стал выше предложения, а как напиток, особенно популярный среди людей искусства – абсентом баловались Дега, Мане, Тулуз-Лотрек, Верлен и Винсент Ван Гог. Художники называли абсент «зелёной феей», и многие из них так или иначе касались темы абсента в своем творчестве. Как это ни печально, не менее, чем сам абсент, известны проблемы, которые «зелёная фея» приносила для здоровья. Врачи связывали его с проявлением таких симптомов, как судороги, галлюцинации (зрительные и слуховые), белая горячка.
Возьмем, например, Винсента Ван Гога. Мазки и способ письма пионера экспрессионизма, чьи работы оказали влияние на живопись XX века, легко узнаваемы, но также известно, что всю свою недолгую жизнь Ван Гог страдал расстройствами рассудка. Чуть менее известно, что Ван Гог был заядлым любителем абсента. Не зелёные ли феи подсказали художнику идею спиральных мазков на «Звёздной ночи» и не из-за абсента ли Ван Гог добровольно расстался с частью своего уха?
Отец-основатель французской психиатрии Жак-Жозеф-Валантен Маньян (1835–1916) не сомневался в том, что абсент представляет дистиллированную и концентрированную форму зла. Он отличал пристрастие к абсенту от банального простого алкоголизма, вводя в медицинскую терминологию зависимостей слово «абсентизм». Маньян посчитал, что главным корнем зла являются полынь и содержащиеся в ней вещества. Маньян выяснил, что чистое масло полыни вызывает конвульсии, и перенес эти наблюдения на абсент, хотя содержание компонентов эфирного масла полыни в нём было чрезвычайно мало. Влияние масла полыни на подопытных мышей и собак было экстраполировано на людей, токсичность веществ, присутствующих в других растениях, была проигнорирована. Было известно, что горькая полынь ядовита, монотерпеноид туйон, входящий в состав масла полыни, был первым после спирта и воды веществом, идентифицированным в абсенте, что в итоге и привело к тому, что его сделали козлом отпущения.
К концу XIX века абсент нажил двух могущественных врагов, которые в любой другой ситуации никогда не нашли бы общий язык, но общая ненависть их сплотила. Во-первых, запрета абсента требовало появившееся и набирающее силу движение за трезвый образ жизни, а во-вторых – французские виноделы, виноградники которых уже успели прийти в себя после нашествия тли, хотели вернуть себе потерянный рынок. Гвоздь в крышку гроба абсента был забит после трагического события, произошедшего 28 августа 1905 года, когда швейцарский крестьянин Жан Ланфрэй убил свою жену и двух дочерей. Расследование показало, что Ланфрей был хроническим алкоголиком и выпивал в сутки 5 литров вина или такое же количество крепких напитков (в пересчете на содержание спирта), однако поскольку он совершил убийство, находясь под воздействием не вина, а стакана абсента, этого оказалось достаточным для законодательного введения запрета. В Швейцарии абсент запретили в 1908 году, затем он был запрещен и в других странах, последней наступила очередь Франции, где «зелёную фею» объявили вне закона в 1915 году. Запрет оставался в силе до 1988 года, когда Евросоюз снова разрешил его производство, единственное место, где до этого разрешения не было запрещено производить абсент, – Великобритания, впрочем, там он не пользовался популярностью.
В конце 1970-х – начале 1980-х годов некоторые исследователи считали, что туйон действует на каннабиоидные рецепторы сходным образом, как и тетрагидроканнабинол, из-за чего туйон (а следовательно и абсент) психоактивен, правда, эта теория была опровергнута в 1999 году. Разрешение производства абсента в 1988 году произошло на условии того, что производителей обязали соблюдать ограничения, введённые Европейским союзом, согласно которым количество туйона в абсенте не должно превышать 10 мг/кг (35 мг/кг с 2008 года). Естественно, тут же нашлись люди, которые стали утверждать, что в начале ХХ века зеленее была не только трава, но и абсент, но это не подтвердилось.
Международная исследовательская группа под руководством специалиста по пищевой химии Дирка Лахенмайера из Исследовательской лаборатории химических и ветеринарных исследований правительства Германии в Карлсруэ предоставила убедительные свидетельства в пользу того, что туйон едва ли мог быть причиной приступов творческого делирия любителей абсента.
Исследователи нашли подлинные бутыли абсента, произведенные до 1910 года. Они разработали метод анализа, с помощью которого впервые удалось продемонстрировать, что содержание туйона в абсенте начала XX века сравнимо с его содержанием в современном абсенте. Оказалось, что среднее содержание туйона в образцах абсента, выпущенных до запрета, составляет 25,4 мг/л. Такая концентрация практически не отличается от концентрации туйона в образцах абсента, выпущенных сразу после запрета и в начале XXI века, которые составляют соответственно около 7,6 мг/л и 26,9 мг/л. По словам Лахенмайера, содержание других потенциально опасных компонентов в абсенте также незначительно, а это, в свою очередь, позволяет говорить о том, что Маньян погорячился с «абсентизмом», а причиной появления «зелёных фей» было обычное алкогольное отравление, вызванное неуёмным потреблением спиртного.
Бензальдегид
Бензальдегид (C7H6O) – распространенный ароматический альдегид, который можно обнаружить в масле горького миндаля.
Впервые он и был обнаружен в результате выделения из горьких эфирных масел – в 1803 году его описал французский фармацевт Метре, а первый синтез бензальдегида в 1832 году провели Вёлер и Либих. Бензальдегид представляет собой бесцветную (или слегка жёлтую) жидкость, не смешивающуюся с водой. Из-за аромата и вкуса миндаля его применяют в том числе и в парфюмерно-косметических композициях, и как пищевой ароматизатор там, где надо имитировать миндаль.
Главный способ промышленного получения – либо хлорирование толуола до бензилхлорида с последующим окислением в водной среде, либо хлорированием того же толуола до бензальхлорида (дихлорметилбензола) и его гидролизом.
В лаборатории бензальдегид можно получить, окисляя бензиловый спирт, или с помощью ретроальдольной конденсации коричного альдегида (в результате последнего процесса бензальдегид скорее образуется как побочный продукт). Веществом, исходным для биосинтеза бензальдегида, является аминокислота фенилаланин.
В миндальных орехах, косточках абрикосов и персиков, а также в яблочных зернах бензальдегид образует гликозид, известный как амидгалин.
Ферментативное расщепление амидгалина в кишечнике приводит к его разрушению с образованием бензальдегида, глюкозы и цианида водорода (водный раствор – синильная кислота). Так как токсический эффект определяется дозой, небольшое количество продуктов распада амидгалина фактически безопасно для организма, но опасность растёт с увеличением дозировки, и, в принципе, при определённых условиях продуктами распада амидгалина можно отравиться.
Aмидгалин
В мякоти персиков, слив, абрикосов и яблок амидгалина нет, поэтому мякоть этих фруктов не может быть источником цианидов. Заметим, что сами растения накапливают в семечках амидгалин именно как средство для отравления того, кто их ест, но не человека, а разного рода насекомых-плодожорок, которым до летального исхода цианида нужно много меньше (можно сравнить массу человека и массу сливовой плодожорки и оценить, во сколько раз меньше потребуется плодожорке цианида; оценка всё же будет грубой, поскольку обмены веществ насекомого и человека различаются). Увеличение содержание сахара в настойке или, скажем, в разных сортах миндальных орехов снижает риск отравления циановодородом, который взаимодействует с углеводами, понижая при этом свою концентрацию.
Бензальдегид, который гораздо чаще, чем синильная кислота, применяется в приготовлении пищи (редкие случаи применения HCN и её солей в качестве добавок для чая и кофе можно встретить, например, в романах А. Кристи), менее опасен: смертельной для среднего человека (80 кг) дозой разового потребления считается 50 граммов, при том, что для поваренной соли эта же величина меньше – около 40 граммов.
Бензальдегид представляет собой органическое вещество с обширными химическими свойствами, сочетающими свойства карбонильных соединений и производных бензола. Он может окислиться до бензойной кислоты, восстановиться до бензилового спирта. Бензальдегид также может применяться как растворитель и даже репеллент для пчёл – пасечники часто применяют его, чтобы отогнать пчёл от их сот и похитить нажитый непосильным трудом мёд.
Сирингол
Сирингол (2,6-диметоксифенол), как и его близкий родственник гваякол, является продуктом пиролиза лигнина (лигнин как «леса» скрепляет в древесине волокна целлюлозы, образуя единый лигноцеллюлозный комплекс) и, естественно, содержится в древесине. Сирингол является основным компонентом запаха дыма и отвечает за запах копченных на древесных углях шашлыков или барбекю, гваякол же главным образом отвечает за вкус этих же блюд. И гваякол, и сирингол, конечно же, используются в составах типа «копченое мясо без костра».
Свое название сирингол получил благодаря структурному сходству с гликозидом сирингином, выделенным из знакомого многим растения Syringa vulgaris (сирень обыкновенная). Так что, когда вы почувствуете запах сентябрьских-октябрьских костров (впрочем, как и майских шашлыков), знайте – ваши обонятельные рецепторы взаимодействуют с сирингином.
Фуранеол – запах макушки лета
Фуранеол представляет собой кислородсодержащее природное соединение, в котором присутствуют кетонная, гидроксильная и эфирная группы. Это соединение в первую очередь связывают с запахом земляники и клубники, но также фуранеол можно найти в ананасах, помидорах и даже гречихе. Фуранеол содержит асимметрический атом, таким образом, существуя в виде двух зеркальных изомеров. Природа является источником (R) – энантиомера (на картинке), который обеспечивает более сильный аромат растениям и изготовленным из них продуктам питания, чем его (S) – антипод.
Метоксифуранеол (то же самое, что фуранеол, только вместо ОН-группы группа – OCH3) тоже является важным компонентом аромата земляники. Оба вещества применяются в парфюмерии и пищевой химии.
Миндальная кислота
Миндальная кислота, или гидроксифенилгликолевая кислота – первый представитель жирно-ароматических гидроксикислот. Существует в виде нескольких зеркальных изомеров.
В природе миндальная кислота встречается только в связанном виде. Нитрил миндальной кислоты Ph – СНОН – CN, связанный с дисахаридом генциобиозой, находится в миндале и в косточках других плодов. Миндальная кислота обладает антисептическими свойствами: ещё до открытия антибиотиков эту кислоту в виде солей аммония или кальция широко использовали в урологии для лечения инфекционных заболеваний мочевыводящих путей.
В косметологии миндальную кислоту широко используют в качестве средства для пилинга кожи, так как она имеет выраженный кератолический эффект и хорошо обновляет клетки эпидермиса (тем самым стимулирует синтез коллагена), убирая ороговевшие частицы кожи.
Гексаналь
Гексаналь (тривиальное название – капроновый альдегид) – альдегид, содержащий шесть атомов углерода, представляет собой жидкость, которая при атмосферном давлении кипит при 131 °C. Впервые синтез гексаналя описан в 1907 году. Это вещество содержится в различных продуктах питания от оливкового масла и груш до авокадо. Это вещество с фруктовым запахом используется в пищевой и прамфюмерно-косметической промышленности.
В 2014 году было выяснено неожиданное свойство гексаналя: оказалось, что это вещество и его изомер – 4-метилпентаналь – являются феромонами тревоги крыс. Было обнаружено, что обработка крыс комбинацией этих веществ (но не каждым по отдельности) приводит к тому, что они начинают вести себя беспокойно. При этом крысы в состоянии тревоги также выделяют смесь обоих альдегидов и повышают беспокойство соседей.
Эвгенол
Запах эвгенола – очень характерный и запоминающийся, и для многих он является третьим по значимости запахом новогодних праздников и Рождества после запаха хвои и запаха цитрусовых. Эвгенолом пахнут глинтвейн, имбирное печенье и имбирный хлеб, эвгенол добавляют в ароматизированные свечи и освежители воздуха. Эвгенол входит в состав летучих органических веществ, испускаемых имбирем, лавровым листом и другими травами, однако если кому-то дать понюхать чистый препарат эвгенола, он скажет, что он пахнет гвоздикой.
Эвгенол (4-аллил-2-метоксифенол) – душистое вещество, производное фенола, которое является близким родственником гваякола – искусственного ароматизатора пищевых продуктов, известного как аромат «бекона». Состав эвгенола достаточно незамысловат – C10H12O2, но это простое с виду соединение находит применение во многих областях, являясь интересным и для экологов, и для медиков, и, конечно, для представителей пищевой промышленности. В той или иной форме эвгенол применяется тысячелетиями. Свое применение в кулинарии гваякол заслужил не только уникальным запахом и вкусом, но и тем, что он, впрочем, как и многие другие вещества, содержащиеся в пряностях, ингибирует рост бактерий в продуктах питания. И хотя было сделано немало заявлений о пользе гвоздики, гвоздичного масла и эвгенола, содержащегося в гвоздичном масле, для здоровья, в последнее время доказательная медицина говорит о противоречивости многих таких заявлений или о том, что гвоздика работает по «эффекту плацебо». Тем не менее существуют и подтвержденные примеры.
Гвоздика и гвоздичное масло долгое время использовались в стоматологии – они работают как анестетики местного действия, облегчая зубную боль, или боль, возникающую в результате удаления зуба. Но гвоздика – это не просто народное средство: смесь эвгенола с оксидом цинка используют в пасте, применяющейся при протезировании зубов или обработке высверленных стоматологом фрагментов. Механизм, лежащий в основе анестезии, начали исследовать лишь недавно, уже имеются свидетельства в пользу того, что гваякол влияет на проводимость ионных каналов, отвечающих за сигналы болевых рецепторов.
Несмотря на то что имеется достаточно большая подборка работ о том, как эвгенол влияет на обмен веществ рыб (известно о том, что у тех же рыб он подавляет грибковые и паразитарные инфекции), картирование взаимодействий эвгенола с различными веществами, входящими в состав тканей человека, началось сравнительно недавно. Наряду с положительным влиянием на здоровье человека в последнее время появляется информация и об отрицательном влиянии эвгенола на организм. В высоких концентрациях эвгенол проявляет цитотоксичность и гепатотоксичность. Несмотря на то, что эвгенол применяется во многих парфюмерных композициях, Международная ассоциация по душистым веществам в настоящее время старается ограничить его содержание в духах и туалетной воде: стало известно, что длительный контакт человека с эвгенолом может вызывать аллергические реакции.
Ещё одна вещь, с которой эвгенол не справляется, несмотря на многочисленные народные рецепты, – гвоздика и эвгенол не являются репеллентами для комаров, хотя и взаимодействует с обонятельными центрами других насекомых. Так, он привлекает орхидных пчёл семейства Apidae, что облегчает энтомологам их изучение, также запах эвгенола является привлекательным для ряда насекомых-вредителей, что позволяет бороться с ними, ставя эвгеноловые ловушки-приманки на удалении от посевов.
Изоэвгенол
Изоэвгенол представляет собой душистое вещество, которое обуславливает запах гвоздики или запах азиатского растения иланг-иланг (Cananga odorata). Он существует в виде двух изомеров – транс– (более устойчивая и более распространенная форма, которая приведена на рисунке) и цис-изомера. Впервые был получен искусственным путем в 1891 году изомеризацией эвгенола.
Транс-изоэвгенол – бесцветные кристаллы с запахом гвоздики. Цис-изоэвгенол – жидкость с запахом гвоздики. Технический изоэвгенол состоит из 5–18 % цис-изоэвгенола и 82–95 % транс-изоэвгенола. Изоэвгенол широко используется для составления таких парфюмерных композиций, как отдушки для мыла и косметических изделий, ароматизации пищевых продуктов, ранее – для получения ванилина.
Цинеол
Цинеол (эвкалиптол, 1,8-эпокси-пара-ментан, C10H18O) при комнатной температуре представляет собой бесцветную жидкость с характерным мятно-камфорным запахом. Это соединение природного происхождения, его можно обнаружить в листьях эвкалипта и эфирном масле эвкалипта.
Цинеол применяется во многих областях, чаще всего – в качестве вкусоароматической добавки в зубных пастах и ополаскивателях рта, также его могут использовать при производстве некоторых сигарет или косметических и парфюмерных композиций. Ещё одна область применения цинеола – безопасные для окружающей среды репелленты, инсектициды и фунгициды.
При терапии ряда хронических заболеваний дыхательной и сердечно-сосудистой системы цинеол также может применяться как противовоспалительный препарат, он обладает и антиоксидантными свойствами. Цинеол может входить в состав и некоторых ингаляторов для лечения синусита.
Хлороформ
Хлороформ – вещество с достаточно простым строением: атом углерода, связанный с тремя атомами хлора и одним атомом водорода (CHCl3).
Это вещество было открыто в тридцатых годах XIX века аж тремя учеными, проживавшими в трёх разных странах и творившими науку независимо друг от друга. Самое интересное, что лишь один из этой троицы был химиком – Юстас Либих, титан аналитической и органической химии, второй был фармацевт Ойген Суберейн, а третий – врач Самуэль Гутри.
Возникает вопрос – зачем аптекарю и практикующему врачу было необходимо искать новые вещества? Надо вспомнить, что начало XIX века было тем периодом истории, когда только начиналось становление медицины в современном её понимании, и поэтому поиском соединений, которые можно было применять для медицинских целей, занимались все кому не лень. Естественно, что одним из важных направлений был квест по поиску анестетиков.
В течение многих лет чуть ли не единственными обезболивающими препаратами были опиум и этиловый спирт (неважно – в форме виски, чистого спирта или другого состава). В 1846 году медики смогли вздохнуть с облегчением – наркоз стали делать с применением диэтилового эфира (в просторечии – серного эфира, или просто эфира). Однако эфирный наркоз был чреват целым рядом осложнений, как например тошнота и рвота. Хлороформ начал использоваться британскими врачами как безопасная альтернатива эфиру в конце 1840-х годов. Вскоре он завоевал всеобщую популярность благодаря стечению двух замечательных обстоятельств: в 1847 году шотландский врач Джеймс Янг Симпсон описал в медицинском журнале «Ланцет» исчерпывающее руководство по применению хлороформа для анестезии, а в 1853 году королева Виктория настояла на использовании хлороформа в качестве анестетика при родах принца Леопольда.
Однако по мере распространения хлороформа в медицинской практике стало увеличиваться количество необъяснимых смертей оперированных больных. Оказалось, что хлороформ обладает меньшим по сравнению с эфиром терапевтическим индексом – разница в дозе, вызывающей анестезию, и дозе, способной инициировать сердечный приступ, оказалась для хлороформа гораздо ниже, чем для эфира.
Таким образом, от применения хлороформа в качестве наркоза потихонечку стали отказываться, отчасти и из-за того, что хлороформ демонстрировал токсические свойства – случайный пероральный прием 10 мл хлороформа мог вызвать смерть из-за сердечного приступа или паралича дыхания.
Проведенный в 1870 году анализ 80 000 операций показал, что риск смерти пациента при анестезии хлороформом составлял 1 на 2500 случаев, в то время как для эфирного наркоза риск смерти пациента составлял всего 1 к 23 000. В 1875 году британский Медицинский журнал отметил, что количество операций с эфирным наркозом вновь превысило количество операций «под хлороформом», и хлороформ стал применяться авторами детективов для описания не совсем достоверных сцен похищения (вопреки книгам и фильмам с лихо закрученным сюжетом человек не отключается через пару-тройку секунд после вдыхания паров хлороформа).
Длительное хранение хлороформа тоже может быть опасным. Окисление хлороформа кислородом воздуха приводит к образованию фосгена (COCl2). Фосген, хлорангидрид угольной кислоты, обладает удушающим действием и применялся в Первую мировую войну как боевое отравляющее вещество. Хотя при комнатной температуре фосген является газообразным веществом, он хорошо растворяется в хлороформе и при очистке последнего фосген необходимо удалять. Именно для этого при длительном хранении в хлороформ добавляют стабилизаторы, препятствующие образованию фосгена, например этанол. Правда, если для эксперимента нужен чистый хлороформ, от стабилизаторов тоже необходимо избавляться.
Несмотря на собственную токсичность и токсичность продуктов окисления, хлороформ широко применяется в промышленности. Одно из наиболее распространённых направлений его применения – сырье для производства тетрафторэтилена, ключевого вещества для получения тефлона. Хлороформ часто используется в качестве растворителя для проведения реакций – это происходит из-за того, что его реакционная способность не так уж и велика, он не огнеопасен и, конечно, смешивается в любых соотношениях со многими органическими соединениями.
Дейтерохлороформ (CDCl3), в котором легкий водород (протий) замещен на тяжелый (дейтерий), представляет собой один из самых распространенных и самых дешевых растворителей для спектроскопии ядерного магнитного резонанса (этот метод анализа, в частности, направлен на определение находящихся в различном химическом окружении атомов водорода, поэтому атомы водорода растворителя, которые, конечно же, находятся в значительном избытке, надо как-то «замаскировать», что и делается с помощью замены в растворителе «обычного» водорода на тяжелый).
Хлороформ также интересен химикам-синтетикам – он является источником дихлоркарбена, CCl2, (карбены, обладающие либо двумя неспаренными электронами, либо электронной парой, являются реакционными частицами куда более активными, чем свободные радикалы). Под действием основания от хлороформа отщепляется атом водорода и атом хлора, образующаяся при этом активная частица CCl2 может присоединяться к кратным связям с образованием трёхчленных циклов.
Но как и любое замечательное вещество, хлороформ постепенно открывает свои секреты. Недавно было выяснено, что, несмотря на огромные количества хлороформа, которые производятся промышленностью, около 90 % хлороформа в атмосфере имеют биогенное происхождение – это соединение вырабатывается водорослями и морскими организмами в процессе метаболизма. Правда непонятно, зачем это нужно морским организмам – используют ли они хлороформ для защиты от тех, кто их может съесть, или это просто способ избавления от хлора, содержащегося в морской воде.
ДЭТА
Комары, гнусы, мошкара, клещи. У некоторых моих знакомых идиосинкразия только на эти слова, и они начинают чесаться, лишь услышав знакомый комариный зуд. Однако кровососы могут не только испортить летний вечер или отпуск в тропиках – они могут быть и переносчиками болезней, одна из которых – малярия.
Строго говоря, по официальным сводкам Минздрава заболеваемость малярией в РФ идет на убыль, а основными источниками малярии для россиян в прошлом году стали страны Африки и Индии. Помимо малярии насекомые и клещи могут переносить такие заболевания, как энцефалит, лихорадку денге и лихорадку западного Нила.
Где-то с засильем комаров пытаются бороться, генетически их модифицируя, но пока, как ни крути, одним из лучших способов защиты от укусов насекомых являются репелленты. А наиболее известный активный компонент большинства репеллентов – желтоватая маслянистая жидкость – N,N-ДиЭтил-мета-ТолуАмид (ДЭТА или, в английской вариации, DEET).
Сокращенное название этого соединения даже дало название целой линейке противомоскитных и противоклещевых средств, появившихся ещё давно. Помню как сейчас – ещё в 1970-х годах перед заходом в лес дед заставлял меня изрядно помазаться ДЭТА, и все комары тайги какое-то время были не страшны.
Препарат ДЭТА был разработан армией США в 1946 году для защиты личного состава в регионах с большим количеством насекомых: во время Второй мировой войны опыт боевых действий в джунглях Тихоокеанского региона показал, что нелетальные потери армии от заболеваний, переносимых кровососами (или просто аллергическая реакция на укусы), были сравнимы с нелетальными потерями от ранений во время боевых действий. Получение ДЭТА осуществляется достаточно просто из коммерчески доступных материалов.
В США ДЭТА (поскольку это *-амид, то, по идее, ДЭТА – это «он») зарегистрирован для гражданского использования в 1957 году, присутствует на рынке в составе репеллентов индивидуального использования с 1965 года. Получил распространение в СССР, выпускался в форме алюминиевых тюбиков и стеклянных аптекарских банок. На упаковке было написано «средство от комаров», однако ДЭТА пригоден для отпугивания и других насекомых. Применяется наружно, предназначен для нанесения на открытые участки тела, а также на одежду.
Концентрация ДЭТА в продаваемых препаратах колеблется от 4 до 100 %. Стоит отметить, что концентрация активного вещества в препарате не влияет на количество насекомых, которые, заточив хоботки, хотят испить вашей крови и кружатся над вами. Концентрация N,N-диэтил-мета-толуамида в препарате определяет, в течение какого времени будет действовать защита. Так, если вы обмазались продуктом, содержащим 10 % ДЭТА, следует восстановить защиту от насекомых через полтора часа, в то время если обмазаться 100 %-ным N,N-диэтил-мета-толуамидом, это может защищать вас в течение 12 часов.
Возможно, ДЭТА ежегодно спасает огромное количество жизней во всем мире, не говоря уже о том, что он позволяет избежать неприятных ощущений после комариных укусов, предотвращая эти укусы, но в общении с N,N-диэтил-мета-толуамидом есть некоторые сложности. Чистый ДЭТА представляет собой очень хороший растворитель, который может смыть лак с ногтей и даже растворить изделия из пластика.
Некоторые люди при попадании на кожу больших количеств ДЭТА могут страдать от раздражения кожи или даже от припадков (хотя за всё время применения препарата Агентство по защите окружающей среды США зафиксировало от 14 до 46 случаев припадков, связанных с ДЭТА, включая 4 смертельных случая).
Раздражающее действие ДЭТА (в особенности при попадании в глаза или на слизистые), возможно, обусловлено наличием в ДЭТА структурного фрагмента, который имеется и в хлорацетофеноне – отравляющем веществе, которое относится к слезоточивым ОВ и применяется в полицейских операциях для разгона демонстраций или дезориентации преступников, а также в газовых баллончиках для самообороны.
Однако, несмотря на возможность испортить одежду и возможные осложнения, при правильном использовании и соблюдении всех мер предосторожности ДЭТА безопасен для людей, а также практически безопасен для окружающей среды – ДЭТА не склонен к биоаккумуляции, хотя его и не стоит использовать рядом с источниками воды.
В борьбе с насекомыми ДЭТА эффективен, но вот механизм его эффективности до сих пор является предметом дискуссий, причем споры не утихают и по сей день, разгораясь с новой силой. Одним из распространенных представлений является то, что репелленты на основе ДЭТА по сути дела не являются репеллентами (repell – рассеивать, отпугивать), они не отпугивают насекомых от нас, а, скорее, маскируют нас от насекомых.
Обонятельные рецепторы комаров и других кровососов в их усиках-антеннах распознают молочную кислоту, содержащуюся в поте теплокровных, а также диоксид углерода (углекислый газ) и 1-октен-3-ол, содержащийся в нашем дыхании; предполагалось, что ДЭТА блокирует эти рецепторы, после чего насекомые не могут найти нас по запаху.
В марте 2008 года Лесли Возшалл с соавторами опубликовала статью, в которой приводились доводы в пользу этой гипотезы. Было продемонстрировано, что ДЭТА блокирует три обонятельных рецептора малярийных москитов. Исследователи были первыми, кто определил молекулярную мишень ДЭТА: обонятельные рецепторы, образующие комплекс с корецептором OR83b. Для обнаружения этих рецепторов исследователи применили комбинацию генетического подхода с реконструкцией обонятельных рецепторов in vitro.
Эти результаты убедили не всех: в августе того же года исследователи из Университета Аризоны опубликовали прямо противоположные результаты – они заявили, что ДЭТА не блокирует обонятельные рецепторы, насекомые унюхивают непосредственно ДЭТА и избегают источник этого запаха, поскольку он им не нравится – это подтверждало концепцию того, что ДЭТА не «маскхалат для запаха», а действительно репеллент.
К вопросу о механизме действия ДЭТА вернулись в 2011 году – в сентябре Лесли Возшалл привела новые результаты, подтверждавшие концепцию того, что ДЭТА не дает москитам найти опрыскавшихся ДЭТА людей по запаху, мешая работе обонятельных рецепторов кровососов, так что дебаты о механизме работы самого популярного средства до сих пор не закрыты.
Кто-то может спросить – а зачем вообще изучать механизм действия препарата, казалось бы, работает – вот и хорошо. Однако изучать нужно. Дело в том, что гены, кодирующие экспрессию (биосинтез) обонятельных рецепторов, представляющих собой просто молекулы белка, могут мутировать, что может приводить к изменениям структуры обонятельного рецептора, и, соответственно, рецептор, синтезированный на основе мутированного гена, будет распознавать уже другую «мишень».
Таким образом, если ДЭТА – репеллент, то не исключена ситуация, что через некоторое время мутации обонятельных рецепторов приведут к тому, что насекомые выработают резистентность к репелленту, и кровососы не будут отпугиваться ДЭТА или, не дай мироздание, наоборот – привлекаться. Если ДЭТА мешает кровососам унюхать человека, поводов бояться того, что ДЭТА рано или поздно потеряет эффективность, меньше, но всё же – информация о механизме действия важна для разработки новых, может быть более эффективных и менее опасных для человека и окружающей среды препаратов.
Кстати, в настоящее время в США уже одобрены для применения альтернативы ДЭТА – производное пиперидина пикаридин и природное масло лимонного эвкалипта. Некоторые, боясь «страшной химии», используют народные натурально-органические материалы – сухую пижму, ромашку, жгут свечи с ароматными соединениями природного происхождения.
Однако новые препараты пока ещё завоевывают свою «аудиторию», а природные средства не всегда эффективны (личный опыт подсказывает, что комаров из марийской тайги природно-народные средства давно уж не отпугивают, лишь, может быть, заставляя комаров покатываться со смеху), а ДЭТА со своим неприятным запахом, жирными пятнами, которые могут оставаться на одежде, и вот уже более чем полсотни лет непонятым механизмом действия остается золотым стандартом для защиты от членистоногих кровососов всех размеров и мастей.
Триметиламин
Триметиламин воняет. Воняет страшно и отвратительно, как и многие амины – достаточно пары капель на одежду (даже через халат), и, если её не стирать, около недели вам не избавиться от этого запаха. Даже когда вы уже принюхаетесь к нему, всё равно – в общественном транспорте народ будет стараться держаться на отдалении от вас даже в час пик, недружелюбно косясь. Такое отношение вполне можно понять – запах триметиламина мало кому может показаться приятным или даже нейтральным – это запах гнилой рыбы или смерти.
Строение триметиламина достаточно незамысловато – это третичный амин, в котором центральный атом азота связан с тремя метильными заместителями (—СH3). При комнатной температуре триметиламин газообразен, однако он отличается исключительно высокой растворимостью в воде, поэтому на практке чаще применяются водные растворы триметиламина. Благодаря наличию неподеленной электронной пары на атоме азота (пары электронов, не принимающей участия в образовании связей) триметиламин, как и другие амины, представляет собой хороший нуклеофил (реагент, атакующий молекулу по фрагменту, обладающему недостатком электронной плотности) и акцептор протонов, что и обуславливает его применение в органическом синтезе.
Причина отвратительного запаха триметиламина заключается в том, что это вещество является обычным продуктом разложения растений и животных (а также маркером некоторых инфекционных воспалений), и наше обоняние эволюционировало таким образом, чтобы мы и другие животные считали этот запах отвратительным и отталкивающим. Менее «брезгливые» по отношению к этому запаху предки могли вдоволь накушаться гниющей плоти, заглотив с нею немалую толику трупных ядов, и, соответственно, не оставить потомства. Падальщики, которых трупные яды не берут, не в счёт – для них этот запах скорее, наоборот, сравним с тем, что значит для многих из нас аромат ванили и корицы: «Эй, иди сюда скорее, тут много вкусного…»
Содержащий кислород предшественник триметиламина присутствует в гниющей рыбе и разлагается, создавая весь неповторимый аромат рыбной тухлятины. Предполагается, что это вещество (оксигенированный триметиламин) содержится в организме рыб и другой морской фауны для понижения температуры замерзания их биологических жидкостей.
Триметиламин и другие пахучие амины также выделяются с биологическими жидкостями представителей Homo Sapiens, страдающих от «синдрома рыбного запаха» – генетического расстройства, известного как триметиламинурия. Пот, дыхание и моча человека, подверженного этому заболеванию, имеют характерный запах тухлой рыбы. Это состояние связывается с тем, что страдающие триметиламинурией не могут перерабатывать содержащийся в пище триметиламин, и молекула амина выделяется с потом, дыханием и мочой, не изменяя своего строения и не превращаясь в менее пахучие соединения. Триметиламинурия является наследственным заболеванием, и от неё страдает около 1 % от европеоидов. Несмотря на то, что разложить триэтиламин человек с триметиламинурией не может, он может регулировать запах за счёт контроля потребляемых продуктов питания – эффект неприятного запаха понижается, если сократить потребление рыбы, яиц, брокколи и других темно-зелёных овощей, короче – продуктов с высоким содержанием холина.
Несмотря на то что первые медицинские работы по триметиламинурии датируются 1970-ми годами, она, вероятно, известна человечеству очень давно, И первым документированным описанием этого состояния можно считать реплику из пьесы «Буря» Уильяма Шекспира: «Это ещё что? Человек или рыба? Мёртвое или живое? Рыба! – воняет рыбой. Застарелый запах тухлой рыбы; что-то вроде солёной трески, и не первой свежести».
Помимо человека, от триметиламинурии или подобного расстройства могут страдать и другие животные. Известно, что некоторые куры могут нести яйца, воняющие рыбой (то есть триметиламином); исследователи из Швеции обнаружили мутацию у коров, заставляющую их давать молоко с запахом рыбы.
Некоторые из читателей могли что-то слышать об аминах из сериала «Во все тяжкие», в котором главные персонажи получали метамфетамин из фенилацетона и метиламина, который является близким родственником триметиламина (в метиламине с азотом связана одна метильная группа СН3 и два атома водорода). Поскольку в США метиламин является реагентом строгого учета и контроля, несколько эпизодов сериала было посвящено трудностям, которые были испытаны с его добычей.
Запах метиламина примерно такой же характерный, как и у триметиламина, поэтому не в сериале, а в реальной жизни полиция США часто может даже случайно обнаружить нелегальные лаборатории по производству «мета» по рецепту из сериала просто по характерному запаху рыбы там, где этой гниющей рыбы вроде логически быть не должно, ну а при специальном поиске уже задействуются не только носы патрульных, но и более чуткие носы К-9, и ещё более чуткие хромато-масс-спектрометры.
Несмотря на то что триметиламин воняет, всё же это полезное и замечательное вещество. В цехах по переработке рыбы и других морепродуктов мониторинг триметиламина позволяет оценить степень свежести сырья (хотя мы и знаем про порочность рассуждений про осетрину второй свежести). Триметиламин используется в синтезе холина, гидроксида тетраметиламмония, четвертичных аммониевых солей, ионообменных смол, некоторых гербицидов и лекарственных препаратов, причем все они (после соответствующей очистки, конечно) рыбой не пахнут. Таким образом, хотя у триметиламина запах и не самый приятный из тех, что мы можем почувствовать, это вещество ещё раз подтверждает старую мудрость химиков: «Не суди о пользе вещества по его запаху».