Пуговицы Наполеона. Семнадцать молекул, которые изменили мир - Джей Берресон

Машина, распыляющая карболовую кислоту, по-видимому, помогала предотвратить заражение микроорганизмами, однако подобная процедура вредила здоровью самих врачей и обслуживающего персонала. Фенол токсичен, и даже в разбавленных растворах он вызывает обесцвечивание, растрескивание и омертвение кожи. Вдыхание частиц фенола может привести к болезни. Поэтому некоторые врачи отказывались работать в присутствии машины Листера. Несмотря на эти недостатки, антисептические методы хирургической практики Листера были настолько эффективными, а результаты настолько очевидными, что в 1878 году такая техника работы была принята во всем мире. Сегодня фенол редко используют в качестве антисептика. Вред для кожи и токсичность делают его гораздо менее удобным в употреблении, чем многочисленные новые антисептические средства.

Многоликие фенолы

Фенолом называют не только молекулу антисептика, которую использовал Листер. Фенолы — это очень большая группа родственных соединений, имеющих в своей структуре бензольное кольцо с присоединенной к нему OH-группой. Постарайтесь не путать: есть тысячи и даже сотни тысяч фенолов, но только один фенол. Существуют синтетические фенолы, такие как трихлорфенол и гексилрезорцинол, которые обладают антисептическими свойствами и используются в современной медицине.

Трихлорфенол

Гексилрезорцинол

Пикриновая кислота, которую сначала использовали для окрашивания шелка, а потом для снаряжения боеприпасов во время Англо-бурской войны и в начале Первой мировой, представляет собой тринитрофенол и является чрезвычайно взрывоопасным соединением.

Тринитрофенол (пикриновая кислота)

Многие фенолы существуют в природе. Жгучие молекулы — капсаицин из перца и цингерон из имбиря — можно отнести к фенолам. Некоторые летучие и пахучие молекулы пряностей — эвгенол из гвоздики и изоэвгенол из мускатного ореха — тоже принадлежат к этой группе.

В каждом случае фенольная группа обведена окружностью

Ванилин, активный ингредиент известной всем ванили, — тоже фенол, структура которого очень похожа на структуру эвгенола и изоэвгенола.

Природный ванилин выделяют из сухих ферментированных стручков орхидеи Vanillaplanifolia. Родина этого растения — Вест-Индия и Центральная Америка, но теперь оно распространено по всему миру. Длинные тонкие стручки содержат 2 % ванилина. Когда вино выдерживают в дубовых бочках, молекулы ванилина из древесины переходят в жидкость, что является частью процесса созревания вина. В шоколаде тоже есть ваниль. Вкус заварного крема, мороженого, соусов, сиропов, кексов и многих других блюд также во многом определяется присутствием ванили. Ванилин добавляют и в духи, что придает им характерный насыщенный запах.

Мы только сейчас начинаем понимать уникальные свойства некоторых природных соединений, относящихся к классу фенолов. Фенол тетрагидроканнабинол (ТГК), активный компонент марихуаны, содержится в индийской конопле (Cannabis sativa). Люди веками выращивали марихуану, поскольку из прочных волокон, содержащихся в стволе этого растения, получаются отличные веревки и грубая ткань. Кроме того, ТКГ, содержащийся во всех частях растения, но особенно в бутонах женских цветов, оказывает седативное и галлюциногенное действие.

Тетрагидроканнабинол — активный компонент марихуаны

В некоторых странах разрешено применение тетрагидроканнабинола в медицине для ослабления тошноты и болей, а также для поднятия аппетита у больных раком, СПИДом и другими тяжелыми заболеваниями.

В природных фенолах часто содержится несколько OH-групп, соединенных с бензольным кольцом. Госсипол — токсичное соединение, относящееся к полифенолам. В нем содержится шесть OH-групп, соединенных с четырьмя бензольными кольцами.

Госсипол. Стрелки указывают на шесть фенольных OH-групп.

Госсипол из семян хлопчатника эффективно подавляет сперматогенез у мужчин, и его можно применять в качестве химического контрацептива. Социальные последствия использования подобных средств контрацепции могут быть весьма значительными.

Молекула со сложным названием эпигаллокатехин-3-галлат, обнаруженная в зеленом чае, содержит еще больше фенольных OH-групп.

Эпигаллокатехин-3-галлат, содержащийся в зеленом чае, имеет восемь фенольных групп

Некоторые исследования показывают, что это вещество препятствует развитию определенных видов рака. Также известно, что фенольные соединения в составе красного вина ингибируют образование веществ, способствующих повреждению артерий. Возможно, это объясняет тот факт, что в тех странах, где пьют много красного вина, реже встречаются сердечно-сосудистые заболевания, хотя в этих странах едят много сливочного масла, сыра и других жирных продуктов животного происхождения.

Пластмассы

Многочисленные производные фенола играют важную роль в нашей жизни, но самое серьезное влияние на историю, безусловно, оказал сам фенол. Как мы видели, с фенола началось создание антисептических препаратов. Кроме того, фенол повлиял на развитие совершенно новой отрасли промышленности. Примерно в то же время, когда Листер экспериментировал с карболовой кислотой, во всем мире быстро увеличивался спрос на слоновую кость, из которой делали расчески и ножи, пуговицы и шкатулки, шахматные фигуры и фортепьянные клавиши. Слонов убивали ради ценных бивней, и со временем слоновая кость становилась все более редким и дорогим товаром. Сильнее всего исчезновение слонов беспокоило американцев. Нет, их волновало не то, что еще один вид животных может исчезнуть. В то время невероятную популярность приобрел бильярд, а чтобы бильярдный шар “правильно” себя вел, он должен быть сделан из слоновой кости высшего качества. Шары вырезали из центральной части бивня, не имевшего трещин, причем подходящей плотностью обладал лишь один из пятидесяти бивней.

В последние десятилетия XIX века источники слоновой кости начали иссякать и возникла острая потребность в ее заменителе. Первые искусственные бильярдные шары изготавливались, например, из прессованной древесной пульпы, костной муки либо нитроцеллюлозы, пропитанной или покрытой твердой смолой. Основным компонентом смолы была целлюлоза, причем часто ее нитрированная форма. В последней и наиболее сложной версии использовался целлулоид — полимер на основе целлюлозы. Жесткость и плотность целлулоида можно было контролировать в процессе производства. Целлулоид был первым термопластичным материалом: его много раз можно было плавить и переплавлять. Этот процесс стал предшественником современного метода литья под давлением, который позволяет быстро штамповать дешевые однотипные детали.

Основная проблема целлюлозных полимеров заключается в их горючести, особенно если речь идет о нитроцеллюлозе, которая, кроме того, еще и взрывается. Взрывались ли целлулоидные бильярдные шары или нет, мы не знаем, но потенциальную опасность целлулоид, безусловно, представлял. В киноиндустрии кинопленку тоже делали из целлулоида, синтезированного из нитроцеллюлозы с применением камфоры в качестве пластификатора, чтобы повысить гибкость пленки. После ужасного пожара в парижском кинотеатре в 1897 году (тогда погибли сто двадцать человек) проекционные кабины стали покрывать оловом, чтобы предотвратить распространение огня в случае воспламенения пленки. Однако эта мера никак не могла спасти киномехаников.

В начале 1900-х годов молодой человек по имени Лео Бакеланд, иммигрировавший в США из Бельгии, создал первую синтетическую версию материала, который мы сегодня называем пластиком. Это было революционным переворотом в химии, поскольку все синтезированные прежде полимеры хотя бы отчасти состояли из природной целлюлозы. С открытия Бакеланда началась эра пластмасс. Этот блестящий химик-изобретатель, в возрасте двадцати одного года получивший докторскую степень в Университете Гента, мог всю жизнь вести беззаботную жизнь преподавателя. Но он предпочел переехать в США, где, как он считал, у него было больше шансов воплотить в жизнь свои изобретения.

Острый дефицит качественной слоновой кости из бивней стимулировал создание фенольных смол, таких как бакелит. Фото любезно предоставлено Майклом Беггером

Сначала его выбор мог показаться ошибочным. Несколько лет работы над потенциальными коммерческими продуктами не дали никакого результата, и в 1893 году Бакеланд оказался на грани банкротства. Наконец он обратился к основателю компании по производству фотоматериалов “Истмен Кодак” Джорджу Истмену и предложил продать новый тип фотобумаги. В производстве этой бумаги использовалась эмульсия хлорида серебра, что позволяло избежать стадий отмывки и нагревания при проявлении изображения, а также повышало светочувствительность до такого уровня, что стало возможным снимать при искусственном освещении (в 90-х годах XIX века это были газовые светильники). В результате фотографы-любители могли быстро и легко проявить фотографии дома или отправить их в одну из фотолабораторий, открывшихся по всей стране.