Загадки современной химии. Правда и домыслы - Джордж Шварц

Другие запахи могут возникать в результате нарушения обмена веществ. Дефицит инсулина, как, например, при сахарном диабете, может привести к усилению сжигания жира вместо глюкозы, что приводит к появлению ацетона с его характерным запахом в выдыхаемом воздухе и поте. Триметиламинурия является редким генетическим заболеванием, при котором организм не способен расщеплять триметиламин, продукт метаболизма холина, распространенного ингредиента пищи. Вместо того, чтобы превратиться в триметилоксид, не имеющий запаха и выделяющийся с мочой, триметиламин выделяется с потом через кожу, отчего пот приобретает неприятный запах протухшей рыбы.

Большинство соединений, содержащихся в поте здорового человека, отличаются малой летучестью, поэтому не имеют запаха, и приобретают его только после расщепления на более мелкие молекулы под действием ферментов тысячи видов разнообразных бактерий, обитающих на нашей коже. Состав бактериальной флоры зависит от генетической предрасположенности и от особенностей состава окружающей среды. На каждом квадратном сантиметре поверхности нашего тела обнаруживается около одного миллиона микробных клеток, выделяющих ферменты, способные расщеплять жиры, белки и витамины, секретируемые потовыми железами, превращая эти соединения в неприятно пахнущие летучие соединения.

Помимо стероидов едкий запах пота, скапливающийся в подмышечных впадинах, определяют и другие соединения, которые при расщеплении распадаются на соединения из семейств тиолов и карбоксильных кислот. Тиолы обладают отвратительным запахом. Именно тиолы определяют запах секрета скунса. Карбоксильные кислоты тоже обладают неприятным запахом, например, масляной кислоты, напоминающей запах протухшего жира. Один специфический тиол (3-метил-3-сульфанилгексан-1-ол) и одна специфическая кислота (3-гидрокси-3-метилгексаноевая кислота) являются главными компонентами, определяющими неприятный запах человеческого пота. Оба соединения возникают вследствие воздействия бактерий на белковые метаболиты, секретируемые потовыми железами. Интересно, что женщины выделяют с потом больше фруктовых и луковых кислот, чем мужчины, и, вероятно, это связано с половыми различиями в составе микрофлоры.

Гигиена подмышечных впадин позволяет устранять неприятный запах либо вымыванием неприятно пахнущих веществ водой с мылом, либо обработкой дезодорантами, которые убивают некоторые бактерии, либо воздействием антиперспирантов, которые блокируют протоки потовых желез и препятствуют выделению пота. Правда, на горизонте уже замаячили совершенно новые средства. Называются они молекулярно внедренные полимеры, или, как их называют более удачно, «имитационные синтетические антитела». Эти средства могут произвести революцию в косметологии. Подобно антителам, молекулярно внедренные полимеры способны к специфичному распознаванию на молекулярном уровне. Эти соединения синтезируют в лаборатории в виде полимера, окутывающего искомую молекулу, например, предшественницу пахучего вещества. Шаблонную молекулу затем удаляют, оставляя в полимере углубление, соответствующее форме молекулы-мишени. Соединившись с молекулой-предшественницей в секрете потовых желез, полимер предупредит образование летучей мелкой молекулы под влиянием бактериальных ферментов, не нарушая состав подмышечной микрофлоры, что поможет защитить кожу от заселения вредоносными бактериями. Подмышка, наконец-то, сможет вздохнуть с облегчением.

Одним из самых захватывающих свойств химии является процесс открытия. Подумайте, например, о тринитротолуоле (ТНТ), и я ручаюсь, что вы представите себе грохот взрыва, а не флакон с Шанелью номер пять. Тем не менее, тринитротолуол сыграл выдающуюся роль в составлении одного из самых изысканных ароматов в мире.

После того, как Вильям Генри Перкин в 1856 году случайно открыл мальву, первый в мире синтетический краситель, химическая промышленность бросилась на поиски новых красителей. Именно в то время немецкий химик Йозеф Вильбранд синтезировал ТНТ, который не пожелал стать желтой краской и возвестил о своем рождении взрывом. В то время самым распространенным мощным взрывчатым веществом был тринитрофенол, известный под названием пикриновой кислоты. Но это вещество иногда взрывалось случайно в ходе производства или при транспортировке. Напротив, тринитротолуол можно было плавить и совершенно безопасно заливать в корпуса снарядов или бомб. Для детонации требуется более чувствительное бризантное вещество, например, азид свинца, который при энергичном встряхивании, стремительно разлагается на свинец и газообразный азот. Ударная волна, порождаемая быстро расширяющимся азотом, приводит к детонации ТНТ. Тот же механизм срабатывает при надувании автомобильной подушки безопасности, где азид натрия служит источником азота, раздувающего подушку.

Когда ТНТ детонирует, также происходит высвобождение азота с одновременным образованием водяного пара и моноксида углерода. Быстрое образование и расширение газов порождает взрыв. ТНТ никогда не использовали в качестве красителя для тканей, но во время Первой Мировой войны он окрашивал кожу людей, работавших на заводах боеприпасов, преимущественно, женщин. Работниц этих предприятий именно поэтому прозвали «девочками-канареечками». Окраска кожи была не единственной неприятностью. ТНТ всасывался через кожу и вызывал тошноту, потерю аппетита и расстройства печени. Многие рабочие заболевали, пока врачи, наконец, не поняли, что смазывание кожи жиром препятствует всасыванию тринитротолуола.

После того, как были обнаружены взрывчатые свойства ТНТ, химики взялись за увеличение удельной мощности взрыва, начав экспериментировать с модификацией молекулы взрывчатки. Именно этим и занимался Альберт Бауэр в 1888 году, когда, пользуясь реакцией алкилирования, известной под названием реакции Фриделя-Крафтса, пытался добавить к молекуле четырехуглеродный фрагмент, называемый «третичной бутиловой группой». Реакция пошла, и Бауэр вдруг ощутил, что лаборатория заполняется очень необычным запахом. Будучи химиком, Бауэр знал наизусть множество запахов и сразу понял, что в лаборатории запахло мускусом. Это было весьма волнующее наблюдение, потому что в то время за мускусным запахом охотилась вся парфюмерная промышленность. Мускус не только придает духам тонкий аромат, он еще и служит «фиксатором», замедляя испарение других компонентов духов.

Мускусный аромат был очень дорог из-за ограниченности источников, а источником получения мускуса были исключительно половые железы самцов азиатского оленя. Это животное секретирует пахучую смесь соединений из желез, расположенных в области заднего прохода, для привлечения самок. В концентрированной форме запах очень неприятен и в высшей степени непривлекательный, но при разведении становится невероятно обольстительным. Как именно было обнаружено, что высушенный, а затем разведенный в растворе секрет незаметного мешочка, расположенного в полости живота самца мускусного оленя, ублажает наши обонятельные рецепторы, остается загадкой. Известно, однако, что мускусный аромат используется в парфюмерии с глубокой древности, а само слово «мускус» является производным от санскритского слова, означающего «тестикула». Вероятно, древние индийцы лучше разбирались в производстве духов, чем в анатомии, потому что мускусные железы расположены не в яичках самцов оленей.