Текст книги "Загадки современной химии. Правда и домыслы"

Не делайте глубоких вдохов

Толпа, собравшаяся в Сент-Джеймсском дворце ноябрьским вечером 1884 года, явилась на весьма необычный концерт. Многие места были заняты учеными, которых пригласили стать свидетелями изобретения, которое, оказывая невероятное воздействие на горло и легкие, расширяет диапазон голоса, делает его более звучным и богатым. Профессор химии из Глазго Картер Моффат должен был представить аудитории свой «аммониафон», устройство, над которым он работал много лет, устройство, которое должно было возвестить триумф химической науки. С самого детства Моффат был захвачен идеей улучшения обычного и певческого голоса, так как его собственный голос был слабым, некрасивым и лишенным интонаций. Для того чтобы улучшить голос, Моффат начал экспериментировать с газами, жидкостями и твердыми веществами. Газы он вдыхал, а жидкости и твердые вещества принимал внутрь. На основании своих опытов он и сделал свое открытие.

Концерт был организован мисс Карлингфорд, молодой певицей, снискавшей известность исполнением партий в опереттах Гилберта и Салливена. Теперь ей захотелось публично признать ту пользу, какую она и ее коллеги извлекли из использования нового инструмента.

В антракте концерта на сцену вышел доктор Картер и обратился к залу с короткой лекцией, в которой рассказал о том, как изобрел «Аммониафон» после того, как заинтересовался вопросом о том, почему у итальянских певцов такие сладостные голоса. Устроив себе командировку в Италию, доктор Картер, как он утверждал, заметил, что воздух в Италии отличается от британского, и он принялся исследовать итальянский воздух в разных провинциях страны. После этого он пришел к выводу, что итальянский воздух чрезвычайно богат перекисью водорода и аммиаком, вероятно, в результате вулканической активности. Это было любопытно, потому что в те времена не существовало способов обнаруживать в воздухе следовые количества этих веществ. Впрочем, доктор Моффат не стал рассказывать, как он это сделал. Вскоре после возвращения из Италии он сконструировал «Аммониафон», похожую на флейту трубку, содержащую сорбент, одна часть которой была пропитана перекисью водорода, а другая аммиаком. В середину трубки был вмонтирован мундштук, через который следовало сделать несколько вдохов, после которых писклявый голос превращался в звучный тенор. После истощения химикатов трубку надо было отправить производителю на перезарядку.

После этого на сцену вызывали добровольцев и попросили сказать несколько слов своим обычным голосом, а потом подышать «искусственным итальянским воздухом». Изобретатель еще раз обратил внимание публики на то, что после вдохов голос становится более звонким и громким. Однако эта демонстрация никого ни в чем не убедила. Один газетный репортер не заметил очевидного изменения и сказал, что «если вдыхание свободного аммиака и перекиси водорода так благотворно действует на голос, то, наверное, не стоит заключать их в дорогостоящий корпус для того, чтобы испытать их силу, а сам факт заключения этих веществ в трубку и называние их паров искусственным итальянским воздухом отдает шарлатанством».

Моффат, тем не менее, выдал лицензию на производство трубок «Британской батарейной компании», которая рекомендовала «Аммониафон» не только певцам, но и публичным политикам, ораторам, парламентариям, учителям и священникам. Компания даже наняла поэта, который написал незамысловатую песенку о молодом человеке, который хотел объясниться в любви, но потерял голос, и вышел из положения только с помощью «Аммониафона».

Мало того, утверждали, что это устройство не только улучшает голос химическими средствами. Сила этого инструмента могла справиться с такими недугами, как астма, бронхит, кашель, заложенность в ушах и даже бессонница. Интересно, что компания почти в тех же выражениях рекламировала еще одно хитроумное приспособление доктора Моффата. Это был «Невесомый, как перышко, электрический пояс доктора Картера Моффата». «Перестаньте принимать ядовитые лекарства, – говорилось в рекламе, – вместо этого носите электрический пояс и попрощайтесь навсегда с несварением желудка, перегрузками печени, внутренней слабостью, подагрой, ишиасом, бессонницей, меланхолией, сердцебиением и другими лекарственными осложнениями. Этот пояс надо носить всем, потому что его электричество усваивается любым организмом. Не надо глотать никакого уксуса или других кислот. Пояс удаляет из крови все болезнетворные и нечистые вещества. Пояс великолепно помогает при угнетении нервов и мозговой перегрузке».

Определенно, люди, купившиеся на это мошенничество, не страдали мозговой перегрузкой. Однако, как доктор Картер, уважаемый ученый, вляпался в это жульничество, остается неизвестным, но вероятно передача лицензии «Медицинской батарейной компании» стала для Моффата сделкой с дьяволом. В 1893 году компании вчинили судебный иск за мошенничества и лишили права вести дела. Это был конец и для «Аммониафона», последний экземпляр которого окончил свои дни в музее курьезов. Посетители лондонского научного музея могут и сегодня полюбоваться на это чудо, хотя большая часть людей проходит мимо, не зная, что за штука лежит здесь под стеклом, и не зная, что когда-то эта странная трубка едва не загипнотизировала весь народ.

Действительно, многие певцы возносили хвалы «Аммониафону». Действительно ли он мог улучшать их голосовые данные? Определенно, вдыхание какого-нибудь газа может сказываться на качестве голоса. Дело не в том, что голосовые связки начинают колебаться с другой частотой; на самом деле, эта частота не зависит от окружающего их газа. Но вот скорость распространения звуковых волн, действительно, зависит от плотности газа. Гелий отличается меньшей плотностью, чем азот, и на этом основан эффект Дональда Дака.[19]19
  Дональд Дак – утенок, герой диснеевских мультфильмов. Обладает неразборчивым высоким голосом. Эффектом Дональда Дака называют искажение голоса на высоких тонах при дыхании смесями, содержащими гелий (например, при кессонных работах).


[Закрыть] Действительно, возможно, что вдыхание смеси перекиси водорода и аммиака меняет тембр голоса, что и ощущали поклонники «Аммониафона». Эту теорию следовало бы проверить, но при всей моей любви к науке, я с удовольствием доверю исследование «итальянизированного воздуха» кому-нибудь другому.

Фосфиды и клопы

Некоторые люди, околдованные его зеленоватым свечением, и зная о его происхождении из мочи, называли фосфор «живым пламенем жизни». В течение нескольких лет, прошедших после того, как немецкий алхимик Хенниг Брандт в 1669 году открыл фосфор, этот светящийся элемент стал играть роль защитника пламени жизни от разрушения болезнями. В сочинении, написанном в 1874 году доктором Джоном Эшбертоном Томпсоном, «Свободный фосфор в медицине», было описано лечение колики, подагры, туберкулеза и даже «душевной неустойчивости». Говорили даже, что этот элемент способствует «любовному возбуждению», которое в наши дни просто и без затей называют сексуальной стимуляцией. Французский аптекарь Альфонс Леруа решил проверить это утверждение на флегматичных утках, и сообщил о положительном результате. Томпсон проверил действие фосфора на себе, но, в отличие от уток, никак на фосфор не отреагировал. Зная, что большие дозы чистого элементарного фосфора вызывают тошноту, затруднение дыхания и выпадение зубов, Томпсон задумался о большей пользе не чистого фосфора, а его соединений.

С 1867 года в аптеках начали продавать пакетики фосфида цинка – для лечения всех болезней, какими только мог страдать человек. Доктор Томпсон решил попробовать этот порошок, но вместо сексуального возбуждения отметил лишь зловонную отрыжку. Дело в том, что фосфид цинка реагирует с желудочным соком с образованием фосфина, газа, обладающего сильным чесночным запахом. К счастью для Томпсона, он проглотил лишь несколько миллиграммов фосфида и, таким образом, избежал полного подавления любых страстей. Фосфин – потенциально смертельный яд! Именно это свойство делает фосфин превосходным фумигантом. К тридцатым годам двадцатого века фосфин, выделяющийся из таблеток фосфида магния или алюминия в ответ на контакт с влагой, освободил элеваторы и вагоны с пшеницей от насекомых. Когда же речь идет о грызунах, то их последний ужин готовят из фосфида алюминия и приманки.

В 2000 году работники в одном из офисных зданий в Германии едва не разделили судьбу насекомых на элеваторе. Однажды они ощутили сильный запах чеснока, а вскоре ощутили тошноту, головную боль и першение в горле. Когда с цветка, росшего на подоконнике, внезапно посыпались листья, кто-то сообразил позвонить пожарным. Прибывшие пожарные тотчас ощутили чесночный запах и заподозрили, что в здании повысилась концентрация фосфина. Семерых сотрудников немедленно отправили в больницу, а жителей окрестных домов быстро эвакуировали.

Источник газа обнаружили в соседнем табачном магазине. Его владелец импортировал сигары из Доминиканской республики, и обнаружил, что табак был инфицирован табачной блохой. Доминиканский контрагент снабдил хозяина магазина таблетками фосфида алюминия. Хозяин рассыпал таблетки по полу вечером в пятницу, надеясь за выходные уничтожить насекомых, но едва не уничтожил работников в соседнем здании. К счастью, пожарные оказались на высоте, и распознали запах фосфина.

Исход похожего события в Иерусалиме в 2014 году не был столь же счастливым. Двое маленьких детей погибли, и еще двое оказались в больнице в критическом состоянии, вследствие нарушения техники работы с фумигантами. В одной квартире завелись насекомые и грызуны, и прибывший в дом специалист решил воспользоваться фосфидом алюминия для того, чтобы истребить крыс фосфиновым газом. Это была неудачная идея. Вероятно, помещение, где были разложены таблетки, законопатили герметиком, и семье не было предложено покинуть квартиру. Герметик оказался ненадежным. Фосфин просочился в жилые комнаты. Газ этот тяжелее воздуха, и поэтому сильнее других пострадали дети.

Больных детей доставили в больницу, где родители сказали врачам, что, по их мнению, дети отравились недоброкачественной едой. Ни о каких инсектицидах родители не вспомнили, и медикам не пришло в голову заподозрить возможность такого отравления. После обследования состояние детей оценили как удовлетворительное, и отправили их домой. Потом на место уже вызвали скорую помощь, сотрудники которой обнаружили одного ребенка мертвым, а других обитателей квартиры в тяжелейшем состоянии. Видимо контакт с фосфином продолжился, а против этого яда не существует противоядия. Специалист по истреблению насекомых и грызунов был арестован, и обвинен в халатности.

Похожая трагедия произошла недавно в Форт-Мак-Марри, в провинции Альберта, где борьба семьи с клопами привела к смерти грудного младенца. Конечно, клопы пьют человеческую кровь, и оставляют следы укусов на теле, но они не убивают. Убить может попытка уничтожить клопов фосфином. Источники фосфина невозможно купить в Канаде, но их свободно продают в других странах. Оказалось, что в данном случае фосфид алюминия был привезен из Пакистана. Печально, что фосфин, выделившийся из фосфида, задул пламя жизни.

Магия метиленовой синьки

В 1976 году прилипчивая мелодия песенки «Тряхни своей добычей» стала хитом. Песенка навевала смешанные чувства, так как содержала жалобную сексуальную коннотацию, но для меня она осталась навсегда связанной с метилтионинхлоридом, соединением, которое, вероятно, знакомо вам под названием метиленовой синьки.

Эта песенка, которая была единственным хитом номер один, в первой строке которой одно и то же слово повторялось больше трех раз, появилась в том же году, когда мой коллега Ариэль Фенстер и я организовали сценическое шоу «Магия химии». Мы постарались соединить демонстрацию опытов, слайдов, фокусов и присоединили сюда же музыку для того, чтобы через развлечение заинтересовать как можно больше людей химией. Одна из демонстраций была классической. Она известна под названием «опыт с синей бутылочкой». Суть фокуса заключается в том, что бесцветное содержимое бутылки при встряхивании становится синим. Стоит перестать трясти бутылку, как цвет снова постепенно исчезает. Если опять встряхнуть бутылку, то цвет возвращается. Очень интересна химия опыта.

Метиленовая синька – это кристаллическое вещество, образующее синий водный раствор. Этот раствор обесцвечивается, если в раствор добавить глюкозу. При встряхивании метиленовая синька активно взаимодействует с кислородом, и синий цвет восстанавливается. Потом, после прекращения встряхивания, окисленная метиленовая синька снова реагирует с глюкозой, и снова обесцвечивается. Этот цикл можно повторять до полного истощения глюкозы в реакционной смеси. Я искал подходящее музыкальное сопровождение для демонстрации со встряхиванием, и тут, как по заказу, песенка «Тряхни своей добычей»[20]20
  По-английски песенка начинается словами: Shake, shake, shake your booty!”


[Закрыть] зазвучала из всех радиоприемников. Это было как раз то, что надо! Мы трясли на сцене своей добычей из метиленовой синьки.

Правда, эта краска может делать множество других вещей, помимо тряски во время демонстрации химических фокусов. Наша история возвращает нас в викторианскую эпоху, одну из самых красочных в истории. И это не фигура речи. Викторианская эпоха знаменита массовой сменой природных красителей синтетическими. Революция красителей вспыхнула случайным синтезом сиреневой краски благодаря молодому Вильяму Генри Перкину, который, на самом деле, пытался синтезировать противомалярийный препарат хинин из каменноугольной смолы. Попытка синтеза хинина оказалась безуспешной, но Перкин сразу осознал все выгоды нового красителя, и с помощью своего отца организовал успешную фабрику красок.

Генрих Каро был немецким химиком, работавшим с природными красителями, когда фирма отправила его в Англию учиться производству синтетических красителей. Однако вместо того, чтобы вернуться, Каро нанялся на работу в Манчестерскую химическую компанию. Тем не менее, его снова заманили в Германию, где он начал работать руководителем исследовательской лаборатории на Баденской анилиновой и содовой фабрике (сокращенно – BASF). Именно здесь Каро сумел синтезировать новый краситель для хлопка – метиленовую синь.

Новые синтетические красители находили применение не только в таком качестве. Ученые медики установили, что они могут окрашивать различные виды живых соматических и бактериальных клеток, после чего эти клетки становились хорошо различимыми под микроскопом. В 1887 году польский патолог Чеслав Хенчинский обнаружил, что метиленовой синью можно окрашивать паразиты, вызывающие малярию – Plasmodium malariae и Plasmodium falciparum. Вскоре после этого немецкий физик и физиолог Пауль Эрлих заметил, что метиленовая синь не только окрашивает паразита, но и убивает его.

В 1891 году Эрлих уже использовал метиленовую синь для лечения малярии. Это был первый случай применения в медицине синтетического лекарства. Такое применение было большим шагом вперед, учитывая, что хинин, классическое противомалярийное средство, приходилось получать из коры южноамериканского хинного дерева, а метиленовую синь можно было производить на месте и в больших количествах. Однако по эффективности метиленовая синь уступала природному хинину, и тогда за дело взялся ученик Эрлиха Вильгельм Роль, работавший на фирме «Байер». Роль делал то, что делают все химики, старающиеся получить вещество с новыми свойствами – он слегка менял структуру молекулы метиленовой сини. Исследования увенчались успехом, и вскоре был создан кинакрин, эффективное противомалярийное средство. Затем, уже в 1934 году, Ханс Андерзаг в компании «Байер» модифицировал молекулу кинакрина и получил хлорохин, который и стал стандартным противомалярийным средством, применяющимся для лечения малярии по сей день. В отличие от метиленовой сини и кинакрина, хлорохин не окрашивает кожу и склеры в синий цвет.

Метгемоглобинемия – это заболевание, при котором гемоглобин, соединение, переносящее кислород в крови, превращается в метгемоглобин, в измененную форму гемоглобина, которая не может нормально доставлять кислород тканям. Помимо врожденных форм заболевания, метгемоглобинемия чаще возникает от действия разнообразных веществ, включая некоторые антибиотики, анестетики, нитраты или анилиновые красители. Интересно, что лечат такую метгемоглобинемию внутривенным введением метиленовой сини.

Однако можно найти для метиленовой сини и другое применение. Она может накапливаться в головном мозге, в скоплениях таубелка, образующегося при болезни Альцгеймера. Клод Вишик, работая в Кембриджском университете, установил, что метиленовая синь не только окрашивает тау-белок, но и «распутывает» его клубок. Вишик учредил компанию TauRx, шотландскую фармацевтическую фирму, которая недавно опубликовала результаты плацебо-контролируемого испытания применения слегка измененной формы метиленовой сини, названной LMTX, для лечения болезни Альцгеймера. Через пятнадцать месяцев лечения больные, получавшие препарат, демонстрировали более медленные темпы прогрессирования, нежели больные, получавшие плацебо. В некоторых случаях удавалось добиться некоторого улучшения. Важно, что с помощью МРТ удалось подтвердить, что LTMX действительно замедляет атрофию головного мозга, характерную для болезни Альцгеймера. Интересно, что LTMX не проявляет действие на фоне приема других лекарств, которыми лечат болезнь Альцгеймера, вероятно из-за того, что прием других лекарств вызывает быстрое выведение LTMX из крови.

По эту сторону океана, в Техасском университете, в ходе небольшого по масштабу плацебо-контролируемого исследования было обнаружено улучшение памяти у тринадцати здоровых взрослых испытуемых. Кроме того, с помощью функциональной МРТ было показано, что метиленовая синь может значительно повышать активность участков головного мозга, отвечающих за память. Если это синтетическое соединение действительно окажется стимулятором памяти и средством лечения болезни Альцгеймера, то в красочную историю метиленовой сини будет вписана еще одна яркая глава.

Архивы мышьяка

Недавно, во время беседы, посвященной взаимоотношениям психики и тела, я упомянул о новой модной лихорадке – успокоении нервов с помощью книжек-раскрасок. Есть раскраски, предназначенные для взрослых: в них очень сложные линии, и раскрашивать такие картинки весьма затруднительно. Суть заключается в том, что внимательное слежение за линиями и цветами отвлекает человека от тревоги и стресса. Доказательства скудны, но люди буквально сметают с полок книжных магазинов раскраски. Уже сам этот факт многое говорит о состоянии нашего общества.

После беседы ко мне подошла одна женщина и сказала, что у нее есть нечто лучшее, нежели книжки-раскраски, для устранения тревожности, и сунула мне в руку флакончик, наполненный пилюлями. Женщина не выглядела представителем фармфирмы, и я взял флакончик, ожидая увидеть на этикетке какое-нибудь название, вроде лоразепама или экстракта зверобоя. Но я ошибся. На этикетке было написано: «Arsenicum album 30C» (Мышьяк белый 30С).

Нет, не подумайте, что дама решила меня отравить. Это были гомеопатические шарики с мышьяком. Вспомните, что гомеопатия основана на любопытной идее о том, что средство, вызывающее в больших дозах определенные симптомы, может в малых дозах их лечить. Так как отравление мышьяком сопровождается тревожностью и беспокойством, понятно, что человек, страдающий этими симптомами, найдет облегчение в приеме гомеопатических доз мышьяка. В странном мире гомеопатии сила лекарства возрастает по мере большего разведения, и разведение тридцатой степени считается весьма мощным. Шарик изготовляют, пропитывая его одной каплей раствора мышьяка после последовательного его разведения в сто тридцать раз. При таком разведении в растворе не только нет даже следов мышьяка, в растворе нет даже молекул воды, которые соприкасались бы с мышьяком.

Гомеопатия – это научно не обоснованный практический метод лечения, изобретенный более двухсот лет назад немецким врачом Самуэлем Ганеманом, разочарованным кровопусканиями и очищениями, составлявшими основу тогдашних методов лечения. Ганеман был хорошим человеком, искавшим более щадящие способы лечения, и гомеопатия стала таким методом. Так как в те времена понятие молекулы практически не существовало, Ганеман не понимал, что в его растворах не содержалось никаких лекарств. Нет, кое-что в них все же было: в них была изрядная доза плацебо!

Но теперь мы перейдем к самому интересному в этой истории. Ганеман был достаточно сведущ в химии и, на самом деле, именно он разработал первый в истории химический тест на выявление мышьяка. В 1787 году он обнаружил, что при обработке исследуемого образца газообразным сульфидом водорода мышьяк выпадает в осадок в виде нерастворимого желтоватого вещества – трисульфида мышьяка. Когда в 1832 году Джон Бодль в Англии был обвинен в отравлении своего деда мышьяком, добавленным в кофе, Джона Марша, химика Королевского арсенала, попросили исследовать образец кофе. Воспользовавшись методом Ганемана, Марш обнаружил в кофе мышьяк, но не смог воспроизвести опыт в присутствии присяжных. Бодль был оправдан за недостаточностью улик. Позже, зная, что его не могут судить второй раз за одно и то же преступление, Бодль признался в убийстве.

Это признание привело Марша в ярость, и он решил разработать более чувствительный метод обнаружения мышьяка. В 1836 году он обнаружил, что обработка кусочка ткани тела или порции телесной жидкости цинком и кислотой превращает мышьяк в мышьяковистый газ (AsH3), который при пропускании через пламя дает металлический мышьяк, осаждающийся в виде серебристого порошка на фарфоровой чашке, которую держат в пламени. Судить о количестве мышьяка можно, сравнив количество осадка из пробы с количеством, полученным из точно известного количества мышьяка.

Метод Марша получил широкую известность в 1840 году, когда француженка Мари Лафарж была обвинена в отравлении своего мужа мышьяком, добавленным в пищу. Было известно, что Мари покупала мышьяк у местного аптекаря. Мари утверждала, что мышьяк был ей нужен для уничтожения крыс, которых много развелось в подвале дома. Горничная, однако, под присягой показала, что видела, как хозяйка подсыпала белый порошок в питье своего мужа, а, кроме того, Мари послала мужу пирог, когда он, незадолго до заболевания, находился в отъезде по делам. Семья умершего заподозрила Мари в убийстве, и каким-то образом смогла раздобыть остатки пищи, в которую Мари могла подсыпать яд. Методом Марша мышьяк был обнаружен в еде и в эггноге,²[21]21
  Лакомство из яиц, похожее на гоголь-моголь.


[Закрыть] но, когда эксгумировали труп и начали искать мышьяк в его тканях, мышьяк обнаружен не был.

Для того, чтобы доказать невиновность Мари, защита настояла на повторной экспертизе эксгумированного трупа, для чего привлекла Матье Орфила, химика, хорошо знакомого с методикой проведения теста Марша. К большому огорчению адвокатов, Орфила показал, что тест был выполнен неправильно, и смог найти мышьяк в тканях эксгумированного тела. Мари была признана виновной, и приговорена к пожизненному заключению. Этот противоречивый случай сильно возбудил публику, которая внимательно следила за газетными репортажами из зала суда. Мари Лафарж стала знаменитостью. Это дело вошло в историю как первый случай, в котором обвинение было основано на судебной токсикологической экспертизе. Благодаря роли, которую сыграл в этом случае Матье Орфила, его окрестили «основателем научной токсикологии». Тест Марша стал предметом оживленного общественного обсуждения. Этот опыт демонстрировали на ярмарках и на публичных химических лекциях. Урок пошел впрок потенциальным убийцам: число отравлений мышьяком пошло на убыль, так как все знали, что существует надежный способ его обнаружения.

Что же касается снижения тревожности от приема гомеопатических пилюль, то утверждения об этом действительно вызывают у меня тревогу, и я, пожалуй, спущу эти пилюли в унитаз, не тревожась за отравление канализации, и куплю себе книжку-раскраску.