Читать книгу "Мир, созданный химиками. От философского камня до графена - Петр Образцов"

Изомерия в зазеркалье

Кроме цис- и транс-, был обнаружен еще один элегантный вид изомерии — хиральность (от древнегреческого «хейрос» — рука). Обнаруженная еще в середине XIX века, эта изомерия тоже связана с пространственным расположением одних частей молекулы относительно других, но особым образом. Хиральность — это когда отражение предмета в зеркале не совпадает с ним самим. Правая рука в зеркале становится левой. Или другой пример:

Так беспомощно грудь холодела, Но шаги мои были легки, Я на правую руку надела Перчатку с левой руки.

Левая и правая перчатки — классический пример хиральности, которая как раз и основана на том, что ничего у героини Анны Андреевны Ахматовой выйти не могло, эти перчатки в принципе не совмещаются. То есть кое-как натянуть-то можно, но правой руке будет очень неудобно. Не этим ли объясняется волнение героини, а вовсе не расставанием с любимым, как принято думать? Не перепутаны ли причина и следствие?

Почти все биологические молекулы хиральны, поэтому при синтезе, например, лекарств это приходится учитывать. Различные клетки человеческого организма могут взаимодействовать только с «правыми» или «левыми» молекулами лекарства, а молекула противоположной хиральности может оказаться даже ядовитой. Так произошло с известным лекарством талидомидом, которое в 1960-е годы прописывали беременным в качестве успокаивающего средства. Тератогенность (от греческого «тератос» — уродство) талидомида привела к появлению приблизительно 10 тысяч детей с врожденными уродствами — без ручек, или без ножек, или с исковерканными конечностями. Тератогенен лишь один из изомеров талидомида, но этого оказалось достаточно, чтобы множество людей стали несчастными.

Критические различия в свойствах веществ одинакового химического состава и лишь с небольшими различиями в строении молекул являются одним из удивительных свидетельств могущества Природы, а обнаружение этих различий — могущества химической науки. Знание свойств изомеров позволяет целенаправленно получать более интересные с какой-либо точки зрения продукты. Например, октановое число углеводородов с разветвленной углеродной цепочкой обычно выше, чем у линейных углеводородов, и в нефтехимической промышленности проводят изомеризацию получаемых из нефти алканов (углеводородов только с одинарными связями) в изоалканы. Открытый Карозерсом (см. главу 15) капрон можно получить только из капролактама, который синтезируют из его изомера циклогексаноноксима.

Обычный белый сахар, или сахароза C12H22O11, представляет собой соединенные химической связью два изомерных моносахарида — глюкозу и фруктозу, и при пищеварении на эти два вещества сахар сначала и распадается. Глюкоза C6H12O6 является источником энергии для функционирования организма человека и при этом опасна для больных диабетом, у которых заторможена или вообще отсутствует активность фермента инсулина. В то же время ее изомер фруктоза с той же брутто-формулой C6H12O6, обусловливающая сладость множества ягод и фруктов, диабетикам ничем не угрожает, для ее переработки инсулин не требуется. Кроме того, фруктоза почти в два раза слаще сахара, и соответственно для подслащивания чая или компота ее требуется значительно меньше. Для многих, к сожалению, очень многих жителей нашей страны особенно важно еще одно свойство фруктозы: она ускоряет перерабатывание алкоголя и превращение вреднейшего уксусного альдегида в безвредную уксусную кислоту CH3COOH. Уксусный альдегид CH3COH — вещество, образующееся при распаде этилового спирта C2H5OH и вызывающее тяжелое состояние похмелья.

Препараты с фруктозой против этого синдрома уже производятся, а про другие вещества, используемые вместо сахара, рассказано в следующей главе. А заодно и про вещества «наоборот» — горькие и жгучие.

Глава 4

Почему сладкое сладко, а горькое горько

Мы часто говорим: «О вкусах не спорят», при этом имеем в виду не только книги, музыку или кино, но и творения кулинаров. Одни, особенно дети, любят сладкое, другие — вкус бифштекса с кровью, на Востоке обожают полакомиться жареными личинками насекомых, во Франции едят лягушек. Но вкусы любых блюд можно все-таки попытаться определить как сочетание основных вкусов, которых не то четыре, не то пять, не то двадцать пять. Самый простой и традиционный вариант — это четыре вкуса: сладкое, соленое, горькое, кислое. Причем любопытно, что эти, да и все другие возможные вкусы обнаруживаются нашим языком только если вещество вкуса растворено в воде. Если положить на сухой язык кристаллы сахара, то человек ничего не почувствует.

Теория вкусности

Известно, какие зоны языка, на которых находятся так называемые вкусовые сосочки, отвечают за определенные вкусы. К сладкому наиболее чувствителен кончик, к соленому — тот же кончик и края языка, к кислому — тоже края и, наконец, к горькому — корень языка. Связь между строением химического вещества и его вкусом установлена только в одном случае — для кислого вкуса. Этот вкус всегда вызывают вещества, имеющие в своем составе отщепляемый ион водорода, а это почти все кислоты и другие соединения, дающие в растворе кислую реакцию. Ион водорода — это ведь «голый» протон, элементарная частица. На одной из школьных олимпиад по химии был поставлен такой вопрос: какого вкуса протон? И далеко не все сумели найти ответ — кислый. Любопытно было бы узнать, а какого вкуса, например, электрон?

Соленый вкус в своем чистейшем виде проявляется во вкусе обычной поваренной соли — хлорида натрия NaCl. Поскольку другие соли с анионом хлора такого вкуса, как правило, не вызывают, считается, что соленость — это свойство катиона натрия. Хотя при увеличении молекулярной массы соли вкус постепенно изменяется в сторону горького. Сульфат натрия Na2SO4 уже довольно заметно горчит. Присутствие серы чаще всего придает веществу горький вкус, хотя тут уже все гораздо сложнее, такой вкус имеют очень многие вещества. Удивительно, что самыми сладкими или самыми горькими являются растворы соответствующих веществ не самой высокой, а средней концентрации. Максимально сладок 20 %-ный раствор сахара, максимально горько-солён 10 %-ный раствор поваренной соли.

Существует несколько теорий вкуса, лучше других «поведение» куска торта на языке описывает гипотеза Шалленбергера, связывающая строение вещества и строение вкусовых центров на языке. Однако гипотеза гипотезой, а почти все сладкие вещества люди обнаружили случайно и именно «по вкусу». Дисахарид сахарозу, то есть попросту наш обычный сахар, и моносахариды фруктозу и глюкозу человечество раскусило еще в незапамятные времена, попробовав сладкий тростник, дикие фрукты и виноград, а другие подсластители были обнаружены лишь в позапрошлом и прошлом веках.

Борьба феминисток за равноправие женщин и мужчин привела к некоторым неожиданным результатам. Например, в западных странах теперь не принято уступать дамам место в автобусе, и настояли на этом вовсе не мужчины, а женщины. А ведь различия между полами все же есть, и не только те, о которых сразу можно подумать. Оказывается, чувствительность женских вкусовых сосочков заметно отличается от чувствительности мужских. Прежде всего вкус к сладкому у женщин развит больше, чем у мужчин. Вот о сладости, точнее, о подслащивающих веществах, и поговорим.