Рисунок 4. Примеры приятных и хорошо знакомых всем запахов, зависящих от одного химического соединения. Два спирта, цис-3-гексенол и октенол, несмотря на свое химическое сходство, пахнут по-разному: первый – это типичный зеленый запах свежескошенной травы; второй обладает явственно грибным характером. Остальные две молекулы – это ароматические соединения, различные по структуре и по запаху. 2-изобутил-3-метоксипиразин – летучее соединение, придающее сладкому перцу его типичный аромат; эвгенол – пряный запах гвоздики.
Вот история из моей собственной жизни – специально для тех, кто не в курсе, насколько запах 2-изобутил-3-метоксипиразина похож на свежий перец. Как-то раз я синтезировал изрядное количество этого соединения для своих биохимических экспериментов. Моя одежда вся им пропахла, а нос уже настолько привык, что совершенно перестал его различать. Сам я не имел ни малейшего понятия о том, какое ароматное облако меня окутывает, но другие, кажется, воспринимали меня как один большой сплошной сладкий перец. После работы я сел в автобус и поехал домой; мои соседки по салону некоторое время принюхивались, а потом принялись выяснять друг у друга, кто из них купил свежие перцы и где их удалось достать. Стояла зима, и в те годы овощи не по сезону были очень редки. Я молчал, краснел, потом достал книгу и постарался спрятаться за нею, – правда, запах спрятать не удалось. Так я и ехал до самой своей остановки. Ну хотя бы пахло довольно приятно – словно в сырой зимний вечер вдруг повеяло летним теплом.
А вот студентам Леопольда Ружички повезло меньше. В начале ХХ века он занимался синтезом стероидов, и в том числе андростенона, зловонного соединения, содержащегося в слюне кабанов, – мы уже говорили о нем в конце первой главы. В 1939 году Ружичка получил за свои исследования Нобелевскую премию в области химии, разделив ее с Адольфом Бутенандтом (которого больше помнят по открытию первого феромона у насекомых, чем по этой работе со стероидами). Увы, в те далекие времена жители Цюриха не смогли оценить этот фундаментальный труд и отказались ездить с его учениками в общественном транспорте: от них, видите ли, пахло застарелой мочой.
Эвгенол – химическое соединение, обладающее узнаваемым гвоздичным запахом, и притом очень мощным: его можно засечь даже в концентрации нескольких миллиграммов на 10 000 литров (это примерно большая винная бочка). Вино здесь тоже фигурирует не случайно. Эвгенол и родственные ему вещества сообщают винам, выдержанным в бочках, характерную древесную ноту, так как образуются при распаде лигнина.
Итак, мы с вами попробовали лишь несколько отдельных запахов – а ведь вокруг нас их на самом деле тысячи, и все они добавляют характера событиям повседневной жизни. Приятные и отвратительные, свежие и затхлые, запахи еды, цветов, трав, специй, ароматы природы и человеческой деятельности… У каждого из них свой нрав, но все без исключения умеют запускать эмоциональные реакции и возвращать в настоящее живые картины прошлого. В третьей главе мы попробуем составить из запахов и их химических структур что-то вроде карты – возможно, она поможет нам начать ориентироваться в этом хитром лабиринте.
3
Вынюхивая путь
Прогулка среди запахов
Ольфакторная карта химических структур
Во второй главе мы нанесли визит вежливости некоторым знакомым запахам и познакомились с их химической структурой. Наше путешествие в мир молекул и ароматов только началось, но мы уже рискуем заблудиться в окружающем разнообразии. Чтобы продолжить путь по этим неизведанным землям, нам позарез нужны карта и путеводитель – ведь типов запахов так много: цветочные, фруктовые, бальзамические, мускусные, древесные, мятные и многие, многие другие. Имея в своем распоряжении карту, можно сориентироваться, где мы находимся в настоящий момент и что будет там, куда мы идем. Встретившись с прогорклым запахом, можно ли сделать его свежее? Для этого нужно удлинять углеродную цепочку или, наоборот, укорачивать? Насколько камфара далека от мяты и скипидара?
И, если уж на то пошло, бывают ли вообще в природе ольфакторные карты? С чего начать новоиспеченному путешественнику?
Давайте попробуем найти себе опорные точки и набросать маршруты. Но помните, что мир запахов в действительности слишком сложен, чтобы его можно было охватить простой схемой, нарисованной на листе бумаги. Наша первая задача – установить связи между похожими запахами и соотнести их с типичными химическими структурами. Затем мы можем поиграть с ними, добавляя, удаляя или меняя те или иные элементы, и посмотреть, как от этого станет меняться запах. Это будет как прогулка по улицам и перекресткам воображаемого города, где у каждого топографического объекта есть точный адрес в виде химического семейства, функциональных групп и структурных особенностей.
Фантазия – хорошее дело. Она поможет нам нарисовать карту молекул пахучих веществ. Карта, конечно, выйдет крайне упрощенная и не очень подробная, но сориентироваться в новом пространстве она однозначно поможет. Гуляя по этому сказочному городу, мы будем нюхать разные запахи и искать дорогу, руководствуясь исключительно обонянием. Что ж, вперед, и пусть нас ведет нос!
Для простоты игры карта наша будет двумерная: двигаться можно только на север, юг, запад или восток. А вот для описания самих молекул измерений понадобится уже больше. Если нас интересует запах молекулы, ее структуре придется задать три параметра: размер, форму и положение функциональной группы. Из них только размер можно выразить в цифрах – например, через молекулярную массу. В плане формы у нас есть линейные молекулы, разветвленные цепочки, плоские кольца ароматических соединений, гнутые или перекрученные кольца, двойные и тройные кольца, организованные в трехмерные несущие конструкции, – причем они еще могут выпускать боковые цепочки в разных направлениях. И таким вариациям нет числа.
Таковы проблемы, с которыми придется столкнуться начинающему картографу, – и их поистине достаточно, чтобы сбить с него спесь и лишить самообладания. Но попытка не пытка – давайте смело прибегнем к вопиющим упрощениям! Возьмем за отправные точки три типа устройства: молекулы с открытой цепочкой (линейной или разветвленной); кольца (плоские и не совсем) и трехмерные структуры. Строго говоря, все молекулы, кроме ароматических, организованы в трех измерениях, но пока что мы оставим такие подробности за скобками и будем придерживаться элементарной детсадовской систематики.
Начав с самых простых молекул, попытаемся двигаться от них в разных направлениях, отмечая, какой запах получается в результате. По ходу такой прогулки мы станем менять характеристики по одной: скажем, брать вот такую функциональную группу вместо вот эдакой, переставлять ее в пределах молекулярного скелета, наращивать длину цепочки, замыкать кольца или раскрывать молекулу в третье измерение.
Как мы уже отмечали, запах небольших молекул в основном определяется природой функциональной группы: амины пахнут разложением, сернистые соединения – гниением, карбоксильные кислоты – потом, а мелкие представители семейства спиртов – слабо и неопределенно. Эти запахи мы оставим за пределами города – пусть они будут заставами, вроде руин старых поселений, которые в план новой застройки не вошли.
