Вкус и запах

Многие, особенно неспециалисты, несправедливо считают, что химия – это когда гремит и сверкает. Так написал в своей книжке для школьников «Опыты без взрывов» Ольгерт Ольгин. «А также, когда воняет», – мог бы добавить химик. Алексей Дмитриевич Иорданский, много лет проработавший в редакции журнала «Химия и жизнь», как‑то высказал такой шутливый афоризм: «Если оно зеленое или извивается, то это биология. Если воняет, то это химия. Если оно не работает, то это физика». Действительно, нос химика‑синтетика, работающего в большой лаборатории, ежедневно подвергается серьезным испытаниям. Ведь некоторые вещества уже в ничтожно малых количествах способны выгнать человека из комнаты. Какие же вещества имеют самый неприятный запах и к каким человеческий нос наиболее чувствителен? Распространено мнение, что человек более чувствителен к неприятным запахам. Например, свободная масляная кислота С3Н7СООН, как и все карбоновые кислоты с небольшим числом атомов углерода, обладает резким отвратительным запахом. Поэтому, когда масло портится, масляная и другие кислоты выделяются в свободном состоянии и придают ему неприятный (прогорклый) запах и вкус. А вот другой пример. Чеснок и лук резко пахнут потому, что выделяют сернистые соединения: чеснок – в основном диаллилдисульфид (CH2=CH–CH2)2S2 и аллицин CH2=CH–CH2–S(O)– –S–CH2–CH=CH2, лук – аллилпропилдисульфид CH2=CH– –CH2–S–S–CH2–CH=CH2. Во всех этих словах есть корень «аллил», который происходит от латинского названия чеснока Allium sativum. Интересно, что в чесноке и луке этих соединений нет, но есть много аминокислоты цистеина с сульфгидрильными группами –SH. При разрезании чеснока или лука эти аминокислоты под действием ферментов (в частности, аллииназы) превращаются в пахучие дисульфиды. В луке происходит одновременно образование тиопропиональдегид‑S‑оксида CH3–CH2–CH=S=O, который является довольно сильным лакриматором, т. е. вызывает слезотечение. Вообще при обработке чеснока – его разрезании или дроблении в течение короткого промежутка времени – образуются сотни органических сернистых соединений!

Кстати, упомянутые дисульфиды обладают редкой особенностью. Многие замечали, что от запаха лука или чеснока почти невозможно избавиться: не помогают ни чистка зубов, ни полоскание рта. А дело в том, что эти соединения выделяются не изо рта, а из легких! Дисульфиды, проникнув из пищи в стенки кишечника и далее – в кровь, разносятся ею по всему организму, в том числе и в легкие. Там они и выделяются с выдыхаемым воздухом.

Одним из самых неприятных запахов обладают тиолы, или меркаптаны R–SH (первое название происходит от греческого слова theion – «сера»; второе отражает способность этих соединений связывать ртуть, по‑английски – mercury capture). К природному газу, который горит в плите на кухне (в основном это метан), добавляют ничтожные количества очень сильно пахнущего вещества, например 3‑метилбутантиола (изоамилмеркаптана) (CH3)2CH– –CH2–CH2–SH, что позволяет обнаружить по запаху утечку газа в жилых помещениях: человек способен почувствовать запах этого соединения в количестве двух триллионных долей грамма! Однако изредка встречаются люди (примерно 1 человек из 1000), которые не чувствуют запаха меркаптана. Может быть, этим частично объясняются случаи взрывов при утечке газа? «Запаховый дальтонизм», по‑научному аносмия (от греч. osme – «запах»), изредка распространяется на все запахи, но чаще – на некоторые определенные (специфическая аносмия). Так, 2 % населения не ощущают сладковатого запаха изовалериановой кислоты, 10 % не чувствуют запаха ядовитой синильной кислоты, 12 % – запаха мускуса, 36 % – солода, 47 % – гормона андростерона.

Меркаптаны придают запах крайне зловонному секрету скунса – небольшого зверька семейства куньих (другое его название – вонючка). Описаны случаи, когда люди теряли сознание, вдохнув выделения этих животных, и даже на следующий день чувствовали головную боль. Выделения скунса были подробно проанализированы с химической точки зрения в 1975 г. К. К. Андерсеном и Д. Т. Бернстейном. Они обнаружили в них уже упоминавшийся изоамилмеркаптан, а также транс ‑2‑бутен‑1‑тиол (кротилмеркаптан) CH3–CH=CH–CH2–SH и транс ‑2‑бутенилметилдисульфид CH3–CH=CH–CH2–S–S–CH3. Но бывают, оказывается, запахи и похуже. В знаменитой Книге рекордов Гиннесса к самым зловонным химическим соединениям отнесены этилмеркаптан С2Н9SН и бутилселеномеркаптан С4Н9SеН – их запах напоминает комбинацию запахов гниющей капусты, чеснока, лука и нечистот одновременно. А в учебнике А. Е. Чичибабина «Основные начала органической химии» сказано: «Запах меркаптанов – один из самых отвратительных и сильных запахов, какие встречаются у органических веществ… Метилмеркаптан CH3SH образуется при гидролизе кератина шерсти и гниении белковых веществ, содержащих серу. Он находится также в человеческих испражнениях, являясь вместе со скатолом (β‑метилиндолом) причиной их неприятного запаха».

От противных запахов обычно избавляются, забивая их более сильным запахом какого‑либо дезодоранта, который при частом употреблении сам может стать причиной неприятных ассоциаций. А вот американец К. Дж. Виснер в 1989 г. взял патент на «шампунь от скунса», в состав которого входит 2%‑ный раствор иодата калия KIO3. Это соединение легко окисляет меркаптаны и дисульфиды до сульфоксидов RR1S=O, органических сульфатов (RO)2SO2 или сульфонов R–SO2–R1, которые запахом не обладают.

И все же рекорд чувствительности принадлежит соединению с приятным запахом. В Книге рекордов Гиннесса утверждается, что это вещество – ванилин: его присутствие в воздухе можно почувствовать при концентрации 2 · 10–11 г в 1 л. Однако этот рекорд сравнительно недавно был побит. Новый рекордсмен – так называемый винный лактон, который, как показал в 1996 г. швейцарский химик Х. Гут, придает красным и белым винам сладковатый кокосовый аромат. Поразительна чувствительность носа к этому веществу: его можно почувствовать при концентрации 0,01 пикограмма (10–14 или одна стотриллионная доля грамма) в 1 л воздуха. Как нередко бывает, эта особенность свойственна только одному из пространственных изомеров лактона – тому, что изображен на рисунке. Запах его антипода можно почувствовать лишь при концентрации 1 мг/л, что на 11 порядков больше! Как обычно, есть здесь и своя ложка дегтя. Так, довольно простое вещество – 2,4,6‑трихлоранизол придает винам (естественно, не самым качественным) «корковый» запах. Опытные дегустаторы способны обнаружить присутствие этого соединения при содержании 10 нг (нанограммов) в 1 л. К счастью, это на шесть порядков больше, чем у винного лактона. Предполагают, что трихлоранизол действительно образуется в корковой пробке бутылки под действием микроорганизмов. Не исключено, что первоисточником этого вещества являются хлорсодержащие инсектициды, которыми уничтожают насекомых в винных подвалах.

Винный лактон

Трихлоранизол

Другие знакомые всем пахучие вещества далеко отстают от рекордсменов. Однако некоторые из них имеют поразительную стойкость. В городе Марракеше в Марокко находится минарет – башня высотой около 70 м, построенная по приказу султана в знак победы над испанцами. Минарет знаменит тем, что его стены пахнут мускусом. Натуральный мускус – ценное благовоние, которое вырабатывают железы самца кабарги – животного семейства оленей. Запах мускусу придает 3‑метилциклопентадеканон‑1 (мускон). Оказывается, при строительстве минарета в 1195 г. в цемент, скрепляющий камни, подмешали около 1000 мешков мускуса. И запах не исчез даже спустя 800 лет… Если бы для определения рекордсменов по части запаха использовали не только человеческий нос, результаты изменились бы очень сильно. Известно, например, насколько нюх собаки тоньше нашего. Несравнимо более чувствительны органы обоняния насекомых. Сигналом для них являются особые вещества – феромоны. Чувствительность к ним удивительна. Например, муравьи вида Atta texana используют метиловый эфир 4‑метилпиррол‑2‑карбоновой кислоты, чтобы метить свои тропы. Всего одного миллиграмма этого соединения достаточно, чтобы пометить тропинку, втрое длиннее земного экватора! Муравью достаточно синтезировать для своих надобностей всего 3 нг этого соединения. Еще чувствительнее к феромонам бабочки – их самцы ощущают присутствие самок на расстоянии нескольких километров. Некоторые бабочки обнаруживают присутствие феромонов, если в 1 см3 воздуха содержится одна‑единственная молекула! Для сравнения: винный лактон мы чувствуем при концентрации 10–17 г/см3, что при молекулярной массе 134 соответствует 45 000 молекул/см3.

Мускон

Муравьиный феромон

Феромоны обычно имеют молекулярную массу от 100 до 300. Самый же простой по строению «сигнальный агент» – диоксид углерода (углекислый газ). Для некоторых видов муравьев он тоже служит феромоном. Оказавшись далеко от муравейника, рабочие муравьи находят дорогу домой, двигаясь в сторону увеличения концентрации СО2, которая максимальна около скопления муравьев. Привлекает этот газ и личинок некоторых червей, питающихся корнями кукурузы. Вылупившись, крошечные личинки способны в поисках пищи пройти путь в земле до 1 м, руководствуясь запахом СО2, который выделяют корни растений. Очень интересны взаимоотношения между смоковницами, их плодами и живущими в них фиговыми осами. Когда инжир созревает, концентрация СО2 в ягодах повышается на 10 %. Этого достаточно, чтобы усыпить осиных самок. Самцы же остаются активными, оплодотворяют самок и вылетают наружу, проделав в ягодах ход. Через эти дырочки избыток СО2 улетучивается, самки просыпаются и тоже покидают ягоды, заодно унося на своих щетинках пыльцу растения.

Для теплокровных животных значительное повышение концентрации СО2 в воздухе может быть губительным. Известны многочисленные случаи гибели людей в пещерах, на дне которых скапливался этот тяжелый (в 1,5 раза тяжелее воздуха) газ. Самая большая катастрофа, вызванная углекислым газом, произошла в Камеруне, на озере Ниос. Это озеро представляет собой заполненный водой кратер потухшего вулкана. В течение тысячелетий газ из недр просачивался в воду, которая оказалась им перенасыщенной. По невыясненной причине 21 августа 1986 г. газ неожиданно и очень быстро, всего за 15–20 с, выделился в воздух, как он выделяется из откупоренной бутылки с газированной водой, и распространился по низинам вокруг озера. По оценкам, его было 1,2 миллиона кубических километров! В результате от удушья в радиусе 10 км погибли 1700 человек и более 3000 животных.

Поговорим теперь о рекордах в ощущении вкуса. Как уже упоминалось в главе 3, описан случай, когда один пробующий уловил горечь фенилтиомочевины при ее концентрации в растворе всего лишь 0,01 мг/л, в то время как другие не обнаружили то же вещество, когда его было 2,5 г/л, т. е. в 250 000 раз больше. Подобные обстоятельства весьма затрудняют определение «рекордсменов» вкуса.

Самым жгучим вкусом обладает, вероятно, одно из производных ванилина – ванилиламид 8‑метил‑6‑ноненовой кислоты, он же капсаицин (от латинского названия стручковых перцев рода Capsicum). Больше всего его в однолетнем перце Capsicum annum – около 0,03 %. Если пожевать немного этого перца, потом очень трудно избавиться от жгучей боли в языке. Человек может переносить вкус этого соединения в течение 2 мин, если его концентрация не превышает 0,004 мг/л. По последним данным, капсаицин может найти применение в медицине: опыты на мышах показали, что это вещество убивает до 80 % раковых клеток в простате. Пока не ясно, как капсаицин будет действовать на человека с таким заболеванием, а также каким образом вводить его в организм.

Капсаицин известен с 1876 г., а в 1989 г. был выделен растительный яд ресинифератоксин, который обладает аналогичным физиологическим действием, но в концентрациях в 10 000 раз меньших! Как не без иронии замечают авторы книги «Мировые рекорды в химии», пока не ясно, захочет ли кто‑нибудь использовать замечательные свойства этого соединения в качестве острой приправы. Трудно описать, каков вкус у грейпфрута. Но именно из их плодов, переработав 100 л грейпфрутового сока, швейцарские химики Э. Демолле, П. Энггист и Г. Олофф выделили в 1982 г. «рекордсмена» вкуса. Как ни удивительно, но он оказался меркаптаном, его химическое название – 1‑ пара ‑ментен‑8‑тиол. Вкус этого соединения можно почувствовать при концентрации всего 0,02 нг/л.

Капсаицин

Ресинифератоксин

1‑ пара ‑ментен‑8‑тиол

Кажется невероятным, но для получения такой концентрации в огромном танкере со 100 000 т воды надо растворить всего 2 мг вещества!

Дата добавления: 2014-11-25