27.12.2015 в 23:02
Пишет Ежевичное вино:Я обожала химию в школе и даже сдавала по ней экзамен. Потом мои пути с химией разошлись, и, до недавнего времени, я не развивала свои знания в этой сфере.
В связи с тем, что последнее время я не могу читать художественную литературу (может позже напишу почему), я активно подсела на научпоп и, конечно, скачала/купила/откопала себе множество книг о любой в детстве химии.
Хочу поделиться своими впечатлениями о книге "Пуговицы Наполеона. Семнадцать молекул, которые изменили мир" Пенни Лекутер, Джей Берресон.
Почему школьные учебники не пишут именно так? Почему учителя не преподносят так предмет? Очень рекомендую ее к прочтению школьникам.
Отличная книга. Образец качественной научно-популярной литературы. Авторы очень постарались, чтобы книгу было не скучно читать. Для читателя, давно забывшего курс школьной органической химии, или подростка, только начавшего изучать предмет, буквально откроет целый новый мир. Увлекает, погружает в историю, подталкивают к дальнейшему изучению предмета. Отсутствие воды особенно радует. Книга будет интересна и доступна пониманию широкому кругу читателей, так как не сильно загружена формулами и расчетами, которые, тем не менее, присутствуют, и очень доступным языком проясняют многие вещи. Не стоит бояться формул, они помогают приглядеться и увидеть потрясающую красоту элементов.
Научная познавательность в ней сочетается с историями из жизни великих ученых, краткими экскурсами в историю и экономику, трагедиями и триумфами первооткрывателей и изобретателей. Весь сюжет, это прекрасное переплетение химии, истории, биологии, культорологии и других наук.
Сейчас нам трудно понять, как специи могли иметь большое значение в истории, но тем менее из-за них совершались географические открытия и развязывались войны. Можно узнать историю изобретения взрывчатых веществ, тканей, красителей, лекарств, наркотиков и многого другого. Зачем голландцы променяли остров Манхэттен на мускатный орех, почему англичане пили джин с тоником в качестве профилактики, как взорвался фартук жены изобретателя нитроцеллюлозы, и множества фактов из истории, связанных с химическими соединениями.
Приведу в пример несколько отрывков:
Предисловие
Предисловие
В июне 1812 года Великая армия Наполеона насчитывала шестьсот тысяч человек. Уже в начале декабря того же года она уменьшилась всего до десяти тысяч. После отступления из Москвы измученным французам удалось переправиться через реку Березина вблизи Борисова. Тех, кто остался в живых, преследовали голод, болезни и мороз: они стали причиной поражения Наполеона в неменьшей степени, чем штыки и пули русских. Множество солдат погибли, поскольку были недостаточно хорошо одеты и экипированы, чтобы пережить ледяную зиму.
Отступление Наполеона из России имело серьезные последствия для всей Европы. В 1812 году 90 % населения России составляли крепостные крестьяне, которые находились в полной собственности помещиков и не имели никаких прав. Их продавали и покупали. Эта ситуация больше напоминала рабовладельческий строй, чем крепостное право в Западной Европе. Победоносное шествие наполеоновской армии по Европе сопровождалось распространением принципов и идеалов Французской революции (1789–1799), которые разрушали средневековые устои, изменяли политические границы и способствовали становлению национального сознания. Нововведения Наполеона также оказались полезными. Реформированный государственный аппарат и общие для всех кодексы пришли на смену запутанным местным законам и правилам, появились представления о правах человека, семье, частной собственности. Вместо сотен местных систем мер и весов систем была принята единая, десятичная.
Но что явилось причиной поражения величайшей армии, которую вел Наполеон? Почему солдаты Наполеона, прежде непобедимые, дрогнули? На этот счет есть одна странная догадка, сформулировать которую можно, перефразируя слова детского стишка: потому что не было пуговиц! Это кажется невероятным, но гибель армии Наполеона можно связать с такой незначительной вещью, как пуговицы. Точнее, с оловянными пуговицами, на которых держалась одежда всей армии, начиная с шинелей офицеров и заканчивая штанами и мундирами пехотинцев. При низкой температуре блестящее металлическое олово превращается в хрупкий серый порошок, все еще оловянный, но имеющий совершенно другую структуру. Неужели именно это произошло с пуговицами наполеоновских солдат? Один свидетель в Борисове описывал войска французов как “толпу привидений, завернутых в женские платки, куски ковров и прожженные шинели”. Неужели исчезновение пуговиц привело к тому, что солдаты так замерзли, что больше не могли воевать? И вместо того, чтобы держать оружие, они вынуждены были буквально придерживать штаны?
Впрочем, в этой гипотезе есть несколько узких мест. Так называемая оловянная чума (“болезнь олова”) была известна на севере Европы уже несколько столетий. Как мог Наполеон, уверенный в готовности своих войск к победоносным битвам, разрешить изготавливать элементы обмундирования из олова? Кроме того, распад олова представляет собой достаточно длительный процесс, даже при такой низкой температуре, как зимой 1812 года в России. Однако это занимательная история, и химикам она очень нравится в качестве объяснения поражения французской армии. Но если в этой гипотезе есть доля правды, то возникает вопрос: что было бы, если бы пуговицы не рассыпались от холода и французы продолжили движение на восток? Не привело бы это к тому, что крепостное право в России пало на полвека раньше? Сохранилась бы граница между Западной и Восточной Европой, которая приблизительно соответствует границе наполеоновской империи?
Во всей истории человечества металлы играли очень важную роль. Кроме случая с оловянными пуговицами наполеоновских солдат, были и другие. Известно, например, что оловянные рудники Корнуолла привлекали внимание древних римлян и стали одной из причин захвата ими территории современной Великобритании. К 1650 году около шестнадцати тысяч тонн серебра из рудников Нового Света перекочевали в сундуки богатых испанцев и португальцев, и большая часть этих средств была израсходована на войны в Европе. Поиски золота и серебра оказали чрезвычайно сильное влияние на открытие, колонизацию и заселение многих регионов мира. Например, золотые прииски в Калифорнии, Австралии, Южной Африке, Новой Зеландии и на реке Клондайк в Канаде в значительной степени способствовали освоению этих мест в XIX веке. В нашем языке закрепилось множество выражений, в которых упоминается золото: золотой стандарт, золотой человек, золотое время, черное золото. Название целых эпох отдает дань металлам. На смену бронзовому веку, когда бронза — сплав или смесь олова и меди — использовалась для изготовления оружия и орудий труда, пришел железный век, когда люди начали плавить и ковать железо.
Но только ли олово, золото и железо повлияли на ход истории? Металлы — это элементы, то есть вещества, которые с помощью химических реакций нельзя разложить на более простые составляющие. В природе существует девяносто элементов. Кроме того, человек создал еще около девяноста элементов в очень небольшом количестве. Но химических соединений (веществ, образованных в результате химических взаимодействий двух или нескольких элементов) известно около семи миллионов. Без преувеличения можно сказать, что некоторые соединения также сыграли поворотную роль в истории человечества. Эта любопытная идея и легла в основу книги.
Если рассматривать некоторые обычные или не совсем обычные вещества в таком аспекте, обнаруживаются удивительные истории. В результате подписания соглашения в Бреде в 1667 году голландцы уступили англичанам свои владения в Северной Америке в обмен на маленький островок Ран в архипелаге Банда (современная Индонезия). Англия, потерявшая свои права на остров Ран (притягательность которого заключалась исключительно в том, что там выращивали мускатный орех), взамен получила права на небольшой кусочек суши на другом краю света — остров Манхэттен.
Голландцы стали претендовать на Манхэттен вскоре после прибытия туда Генри Гудзона, искавшего путь в Ост-Индию, к легендарным Островам пряностей (Молуккские острова). В 1664 году губернатор Нового Амстердама Питер Стейвесант был вынужден уступить колонию англичанам. Недовольство голландцев этой уступкой и другие территориальные разногласия привели к войне между двумя странами, длившейся около трех лет. Английское присутствие на острове Ран раздражало голландцев, поскольку только оно нарушало монополию Голландии на торговлю мускатным орехом. Голландцы, известные в этом регионе своей жестокостью, совершенно не желали, чтобы англичане имели долю в прибыльной торговле пряностями. После четырехлетней блокады и кровавых боев голландцы наконец захватили остров Ран. Англичане отомстили тем, что стали нападать на корабли голландской Ост-Индской компании.
Голландцы требовали компенсации за пиратство и добивались возврата Нового Амстердама. Англичане хотели, чтобы голландцы заплатили за свои преступления в Ост-Индии и вернули Ран. Так как ни одна из сторон не хотела идти на уступки и не могла одержать победу на море, в Бреде было подписано соглашение, позволившее обоим государствам сохранить лицо. Англичане забирали Манхэттен и отказывались от притязаний на остров Ран. Голландцы становились хозяевами острова Ран и больше не претендовали на Манхэттен. Когда англичане подняли свой флаг над Новым Амстердамом (позже переименованным в Нью-Йорк), казалось, что голландцам в этом споре повезло больше. Разве можно сравнить маленькое поселение в Новом Свете (около тысячи человек) с монополией на торговлю мускатным орехом?
Почему мускатный орех ценился так высоко? Подобно другим пряностям, таким как гвоздика, перец и корица, мускатный орех широко использовался в Европе для сохранения продуктов, его употребляли в пищу и применяли в медицине. Но мускатный орех имел и другую, гораздо более важную функцию. Считалось, что мускатный орех защищает от “черной смерти”, которая с XIV века опустошала Европу на протяжении четырехсот лет.
Конечно, теперь нам известно, что “черная смерть” (чума) — это бактериальное заболевание, которое переносят крысы и которое передается через укусы блох. Поэтому можно сказать, что носить на шее маленький мешочек с мускатным орехом в качестве средства от чумы — просто суеверие. Да, так можно было бы сказать, если не разбираться в химическом составе мускатного ореха. Характерный запах этого ореха объясняется присутствием в нем изоэвгенола. Растения вырабатывают подобные вещества в качестве природных пестицидов — для защиты от жвачных животных, насекомых и микробов. Вполне вероятно, что изоэвгенол из мускатного ореха действовал как природный инсектицид, отгонявший блох. Конечно, правда и другое: состоятельные люди, имевшие возможность купить мускатный орех, жили в относительно более благоприятных условиях, то есть в окружении меньшего количества крыс и блох, что снижало вероятность заражения чумой.
Помогал ли мускатный орех от чумы, сказать трудно, но летучие ароматические вещества в его составе способствовали росту его цены и популярности. Открытие и завоевание новых земель, подписанное в Бреде соглашение, а также тот факт, что главный город Америки называют Нью-Йорком, а не Новым Амстердамом, — все это имеет отношение к веществу изоэвгенол.
Вслед за историей об изоэвгеноле можно рассказать истории о множестве других соединений, изменивших наш мир. Некоторые из этих соединений широко известны и по-прежнему имеют большое значение для мировой экономики или медицины, другие давно забыты. Но все эти вещества сыграли роль в одном или даже в нескольких поворотных событиях, повлиявших на ход истории.
Мы решили написать эту книгу, чтобы рассказать об удивительной связи между химическими соединениями и историей человечества и показать, что иногда не связанные между собой на первый взгляд события имеют отношение к химическим молекулам, а путь развития общества порой определяется химической структурой некоторых веществ. Мысль о том, что те или иные события в истории могут зависеть от чего-либо столь незначительного, как молекулы (то есть группы из двух или нескольких атомов, определенным образом связанных между собой), заставляет нас по-новому взглянуть на развитие цивилизации. Такие незначительные изменения, как положение связи между атомами в молекуле, могут приводить к чрезвычайно сильным различиям в свойствах соединений и влиять на ход событий. Таким образом, эта книга не об истории химии, а скорее о роли химии в истории.
Выбор молекул, о которых мы решили рассказать, в некотором смысле произвольный и ни в коей мере не исчерпывающий. Мы выбрали те соединения, которые показались нам наиболее интересными как в историческом, так и в химическом отношении. Мы не утверждаем, что именно эти молекулы оказали наиболее сильное влияние на цивилизацию. Без сомнения, наши коллеги-химики могли бы добавить в список некоторые другие молекулы, изъяв некоторые из наших. Мы расскажем о молекулах, которые положили начало Великим географическим открытиям и освоению новых земель. Мы поговорим о молекулах, которые сыграли важную роль в развитии торговли, привели к переселению народов и колонизации отдельных территорий, а также способствовали работорговле и подневольному труду. Мы попытаемся объяснить, как химическая структура некоторых молекул повлияла на то, что мы едим, что пьем и во что одеваемся. Мы познакомимся с молекулами, стимулировавшими развитие медицины и гигиены, а также с молекулами, способствовавшими промышленному прогрессу. Мы поговорим о “молекулах войны”, которые унесли жизнь миллионов людей, и о “молекулах мира”, спасших миллионы жизней. Мы увидим, как много изменений в отношениях между мужчинами и женщинами, в человеческой культуре, в законодательстве и в окружающей среде можно связать с химической структурой нескольких молекул. Впрочем, выбранные нами семнадцать веществ — это не всегда отдельные молекулы. В некоторых главах рассмотрены группы молекул с очень похожей структурой, свойствами и исторической ролью.
События рассматриваются нами не в хронологическом порядке. В расположении глав мы хотели отразить связь между сходными молекулами, группами сходных молекул, а также между разными по химической структуре молекулами, которые, однако, имеют похожие свойства или могут быть связаны с аналогичными событиями. Например, начало Промышленной революции связывают с выращиванием на плантациях в Северной и Южной Америке сахарного тростника и производством сахара, а в Англии экономические и социальные изменения были связаны с другим веществом — хлопком, причем по химической структуре второе вещество приходится старшим или, может быть, двоюродным братом первому. Быстрое развитие химической промышленности в Германии в конце XIX века в определенной степени обусловлено получением новых красителей из каменноугольной смолы — побочного продукта, образующегося при получении газа из каменного угля. Те же немецкие химические компании первыми синтезировали искусственные антибиотики, по структуре напоминающие новые красители. Кроме того, из дегтя был получен и первый антисептик — фенол, который впоследствии стал использоваться для производства пластмасс и который по химической структуре родственен изоэвгенолу из мускатного ореха. В истории можно найти массу подобных химических взаимосвязей.
Нас также интересовал вопрос о роли интуитивного предвидения в многочисленных открытиях в химии. Часто говорят, что многие важные открытия были сделаны лишь благодаря счастливому случаю. Однако нам кажется, что гораздо более важную роль играет способность ученого осознать важность сделанного открытия и понять его суть. Много раз в истории химии странные, но потенциально важные результаты оставались без внимания. Нам кажется, что следует отдать должное способности ученых распознавать ценность неожиданных результатов, а не объяснять все простым везением. Некоторые изобретатели и первооткрыватели, о которых мы рассказываем в данной книге, были химиками, другие вообще не имели никакого научного образования. Многие из этих людей обладали необычным характером. Их истории удивительны.
Перец, мускатный орех и гвоздикаГлава 1. Перец, мускатный орех и гвоздика
“За Христа и пряности!” — таким был торжествующий клич португальских моряков в мае 1498 года, когда корабли под командованием Васко да Гамы достигли берегов Индии. Целью экспедиции было нарушение монополии венецианских купцов на торговлю пряностями. В средневековой Европе перец ценился так высоко, что за фунт [менее полукилограмма] его сушеных горошин можно было купить освобождение от феодальной зависимости вместе с дворянским титулом. Сегодня перец есть на обеденном столе в каждом доме, и трудно себе представить, что несколько столетий назад потребность в нем, а также в таких специях, как корица, гвоздика, мускатный орех и имбирь, привела к Великим географическим открытиям.
Краткая история перца
Перец — плод тропического вьющегося растения Pipernigrum, происходящего из Индии, — до сих пор самая популярная пряность. Сейчас этот продукт в основном производят в экваториальных районах Индии, в Бразилии, Индонезии и Малайзии. Это сильное растение с древовидным стволом может достигать шести метров в высоту. В возрасте от двух до пяти лет растение начинает приносить круглые красные плоды и при оптимальных условиях живет до сорока лет. Каждая лиана в год может принести до десяти килограммов перца.
Примерно три четверти урожая перерабатывают в черный перец, который получают из незрелых плодов путем ферментации под действием микроскопических грибов. Из оставшихся 25 % большую часть составляет белый перец, который получают путем удаления шелухи со зрелых и высушенных плодов. Совсем небольшое количество поступает в продажу в виде зеленого перца: зеленые плоды, которые только-только начинают созревать, собирают и помещают в рассол. Зернышки другого цвета, которые иногда можно найти в специализированных магазинах, получены путем искусственного окрашивания, либо это вообще плоды другого растения.
Считается, что перец в Европу привезли арабские купцы, доставлявшие его по древнему торговому пути, проходившему через Дамаск и Красное море. В Греции перец был известен уже в V веке до н. э. В те времена его чаще использовали в медицинских, чем в кулинарных целях (он служил, например, антидотом при отравлениях). В Древнем Риме перец и другие специи начали активно употреблять в пищу.
В I веке на долю специй, среди которых важное место занимал индийский перец, приходилась примерно половина стоимости всего товара, прибывавшего в Средиземноморье из Азии и с восточного побережья Африки. Специи использовали в кулинарии по двум причинам: во-первых, для предотвращения порчи продуктов, во-вторых, для придания остроты готовым блюдам. Рим был огромным городом. Транспортировка товаров осуществлялась медленно, замораживание продуктов питания еще не практиковалось, так что проблема их доставки и сохранения стояла очень остро. При определении качества продуктов потребители могли рассчитывать только на собственный нюх (этикетки с надписью “годен до такого-то числа” появились много позже). Специи приглушали запах протухшего товара и, возможно, помогали замедлить дальнейшее разложение. Кроме того, щедрое использование пряностей могло улучшить вкус сушеных, копченых и соленых продуктов.
В средневековье значительная часть торговых сделок между Европой и странами Востока осуществлялась в Багдаде (Ирак) и Константинополе (теперь Стамбул), путь к которым шел вдоль южного берега Черного моря. Из Константинополя специи морем доставляли в Венецию, которая почти полностью контролировала этот рынок на протяжении последних четырех столетий средневековья.
Расцвет Венеции относится примерно к VI веку, когда она стала торговать солью, добываемой в расположенных поблизости лагунах. Город-государство процветал много столетий, поскольку вел осторожную внешнюю политику, благодаря которой сохранял независимость и торговал со многими народами. Во времена крестовых походов, начавшихся в XI веке, венецианские купцы упрочили свое положение в качестве королей пряностей. Венецианские купцы снабжали крестоносцев транспортом, военными кораблями, оружием и деньгами, что приносило Венеции огромную прибыль. При возвращении домой с Ближнего Востока крестоносцы хотели увезти с собой экзотические специи, к которым пристрастились во время похода. Сначала перец казался непривычной роскошью, однако его способность приглушить привкус подпорченного мяса или рыбы, придать остроту безвкусной сушеной пище и ослабить соленость засоленных продуктов способствовала быстрому росту его популярности. Венецианские купцы завоевали новый рынок, и торговцы со всей Европы стекались в Венецию за пряностями — в первую очередь за перцем.
К XV веку монопольное положение венецианцев на рынке пряностей было настолько прочным, а прибыли такими значительными, что другие страны начали серьезно подумывать о том, как найти другой путь в Индию, например по морю вокруг Африки. По указанию Генриха (Энрике) Мореплавателя, сына короля Португалии Жуана I, была построена мощная торговая флотилия, способная выдержать океанский переход. Так началась эпоха Великих географических открытий, а ее стимулом в значительной степени стал спрос на черный перец.
В середине XV века португальским мореплавателям удалось достичь островов Зеленого Мыса у северо-западного побережья Африки. В 1483 году португалец Диего Кан дошел до устья реки Конго. Через четыре года еще один португалец, Бартоломео Диаш, обогнул мыс Доброй Надежды, что позволило его земляку Васко да Гаме в 1498 году добраться до Индии.
Правитель Каликута, города на юго-западном побережье Индии, был согласен обменивать перец на золото, но португальцев, собиравшихся монополизировать мировой рынок перца, это никак не устраивало. Поэтому через пять лет да Гама вернулся в Индию с пушками и солдатами и разрушил Каликут. В результате торговля перцем перешла под контроль Португалии. С этого началась Португальская колониальная империя, которая в лучшие времена простиралась от Африки до Индонезии на востоке и Бразилии на западе.
Испанию тоже интересовала торговля пряностями, особенно перцем. Уроженец Генуи Христофор Колумб, считавший, что более короткий путь к восточным берегам Индии можно найти, двигаясь на запад, в 1492 году убедил короля Испании Фердинанда и королеву Изабеллу профинансировать его поход. Колумб был прав лишь отчасти. Можно достичь Индии, двигаясь из Европы на запад, но это не самый короткий путь. На этом пути лежат такие препятствия, как неизвестные тогда европейцам Северная и Южная Америки, а также огромный Тихий океан.
Что же такое есть в перце, который сделал Венецию одним из богатейших городов мира, инициировал Великие географические открытия и вынудил Колумба отправиться на поиски Нового Света? Активным компонентом черного и белого перцев является пиперин (C17H19O3N):
Пиперин
Ощущение жжения во рту связано не со вкусом этого вещества, а скорее с реакцией нервных окончаний языка на химический стимул. До сих пор не очень понятно, как это происходит, но считается, что все дело в структуре молекулы пиперина, которая связывается с белком на окончаниях чувствительных нервов у нас во рту и в других частях тела. В результате этот белок изменяет свою форму и по нервам посылает сигнал в головной мозг, сообщая что-то вроде: “Ой, жжется”.
История, связывающая жгучую молекулу пиперина и Христофора Колумба, не заканчивается тем, что Колумб не нашел западного пути в Индию. Колумб, в октябре 1492 года достигший суши, считал (по крайней мере, надеялся), что находится в какой-либо части Индии. Он не нашел ни больших городов, ни процветающих царств, но все же он назвал открытую им землю Вест-Индией, а ее жителей — индейцами. В ходе своего второго плавания в Вест-Индию Колумб нашел на Гаити другую жгучую пряность. Она совсем не была похожа на известный Колумбу перец, но все же он прихватил этот новый плод, красный перец (чили), с собой в Испанию.
Потом новая пряность совершила путешествие с португальцами вокруг Африки и достигла Индии и других далеких земель. Всего за пятьдесят лет чили распространился по всему миру и пришелся ко двору многим народам, особенно в Африке и в Юго-Восточной Азии. Для многих миллионов людей, любящих обжигающий пламень красного перца, он, без сомнения, является одним из самых важных открытий Колумба.
[.......]
Почему мы едим эти вещества, если они причиняют боль? Возможно, по некоторым причинам химического толка. Капсаицин, пиперин и цингерон усиливают выработку слюны, помогая пищеварению. Кроме того, по-видимому, они стимулируют продвижение пищи через кишечник. У человека, как и у других млекопитающих, во рту есть вкусовые сосочки, но, кроме того, у человека в других участках организма еще есть чувствительные нервы, распознающие химические сигналы этих молекул. Не случалось ли вам тереть глаза при разделке жгучего перца? Люди, занимающиеся сбором жгучего перца, вынуждены носить резиновые перчатки и защитные очки, предохраняющие от брызг перечного масла, содержащего капсаицин.
В случае черного перца интенсивность жжения у нас во рту прямо пропорциональна количеству перца в еде. Однако в случае перца чили ощущения могут быть обманчивыми. Жгучесть этого продукта зависит от цвета, размера и места произрастания плодов. И ни один из этих факторов не является определяющим. Мелкие перцы часто бывают очень жгучими, но это не означает, что более крупные всегда щиплются слабее. География также не всегда является решающим фактором, хотя и считается, что самый жгучий перец чили растет в некоторых областях Восточной Африки. При высушивании плодов “характер” перца проявляется еще ярче.
После приема острой пищи у нас часто возникает ощущение удовлетворения, что может быть связано с выработкой в головном мозге эндорфинов (соединений, напоминающих опиаты) в ответ на вызванное жжением ощущение боли. Именно этим можно объяснить пристрастие многих людей к острому. Чем острее чили, тем сильнее боль, тем больше вырабатывается эндорфинов и тем, в итоге, сильнее удовольствие.
За исключением паприки, которая нашла свое место в блюдах венгерской кухни, например гуляше, красный перец не используется в европейской кухне так же широко, как в кухне африканских или азиатских народов. Для европейцев главной специей по-прежнему является черный перец. Португальское владычество в Каликуте и контроль над рынком сбыта перца продолжались около ста пятидесяти лет. К началу XVII века верх взяли голландцы и англичане. Главными портами, через которые перец теперь поступал в Европу, стали Амстердам и Лондон.
В 1600 году была учреждена Ост-Индская компания (изначально — “Компания купцов Лондона, торгующих в Ост-Индиях”), в задачи которой входило упрочение позиций Англии на рынке пряностей. Финансирование плавания в Индию за перцем было делом рискованным, поэтому сначала торговцы снаряжали суда в складчину, тем самым снижая возможные потери каждого вкладчика. Позднее торговцы стали выкупать части компании, что можно рассматривать как начало капитализма. Поэтому не будет слишком сильным преувеличением, если мы скажем, что такое малозначащее сейчас химическое вещество, как пиперин, в свое время стало стимулом для формирования сложных структур фондового рынка.
История сульфаниламидных препаратовИстория сульфаниламидных препаратов
Приблизительно в то же самое время, когда Хоффман проводил эксперименты на своем отце (что в принципе не рекомендуется), немецкий врач Пауль Эрлих проводил эксперименты на себе. Эрлих был чрезвычайно странным человеком. Говорили, что ежедневно он выкуривает двадцать пять сигар и часами философствует в пивной. Однако кроме эксцентричности он обладал также решимостью и проницательностью, которые позволили ему стать лауреатом Нобелевской премии в области медицины в 1908 году. Эрлих не был специалистом в области экспериментальной химии или прикладной бактериологии, однако он заметил, что разные анилиновые красители окрашивают только определенные ткани и клетки только определенных микроорганизмов. Эрлих сделал вывод, что если один вид микроорганизмов поглощает краситель, а другой — нет, то с помощью токсичного красителя можно попытаться уничтожить один вид живой ткани, не воздействуя на остальные. Он хотел найти способ устранить болезнетворные микроорганизмы, не нанеся вреда организму хозяина. Молекулу красителя, обладающую селективным действием, Эрлих назвал “волшебной пулей”.
Он обнаружил, что краситель трипановый красный I связывается с клетками трипаносом (простейших паразитических организмов), которыми были заражены лабораторные мыши. К сожалению, этот краситель не уничтожал возбудителя сонной болезни, с которым пытался бороться Эрлих.
Но ученый настойчиво продолжал работу. Он показал, что его метод может работать, и знал, что проблема заключается только в поиске подходящей “волшебной пули” для конкретного заболевания. Он начал проводить исследования на возбудителе сифилиса — спиралевидной бактерии спирохете. Существовало множество гипотез о возникновении в Европе сифилиса. Одна из общепринятых гласила, что сифилис привезли из Нового Света моряки Колумба. До Колумба в Европе существовала определенная форма “проказы”, которая была очень заразной и также передавалась половым путем. Как сифилис, так и это заболевание иногда удавалось победить с помощью ртути. Современные представления о проказе совершенно не соответствуют описанию той болезни, так что, вероятно, это был все-таки сифилис.
На протяжении четырехсот лет до начала поиска Эрлихом “волшебной пули”, которая могла бы поразить возбудителя заболевания, больных сифилисом лечили препаратами ртути. Однако ее вряд ли можно было считать “волшебным” средством, поскольку она нередко убивала не только возбудителя заболевания, но и пациента. Жертвы такого способа лечения умирали от сердечной недостаточности, обезвоживания и удушья при вдыхании паров ртути. Но даже если пациент выживал, неизбежными спутниками лечения были выпадение волос и зубов, неконтролируемое слюноотделение, анемия, депрессия и нарушение функции печени и почек.
В 1909 году, протестировав 605 различных химикатов, Эрлих нашел один, который был достаточно эффективным и сравнительно безопасным. “Номер 606” (ароматическое соединение мышьяка) проявлял активность против возбудителя сифилиса. В 1910 году компания “Хехст”, с которой сотрудничал Эрлих, начала выпускать этот препарат под названием сальварсан. По сравнению с пыткой, которую представляло собой лечение парами ртути, новый метод был несоизмеримо гуманнее. Несмотря на токсическое побочное действие и отсутствие улучшения состояния некоторых пациентов даже после нескольких курсов лечения, применение сальварсана в значительной степени сократило распространение сифилиса. Компании этот препарат принес колоссальную прибыль, которая была использована на создание новых лекарств.
После получения сальварсана химики занялись поиском новых “волшебных пуль” среди тысяч веществ, проверяя их воздействие на болезнетворные микроорганизмы. Затем структуру исследуемых веществ изменяли и вновь проводили тестирование. Успеха не было. Казалось, что метод, названный Эрлихом “химиотерапией”, не имеет будущего. И вот в начале 30-х годов врач Герхард Домагк, работавший в исследовательской группе компании “И. Г. Фарбениндустри”, решил использовать краситель пронтозил красный для лечения своей дочери, у которой была хроническая стрептококковая инфекция, полученная в результате банального укола иголкой. Домагк проводил эксперименты с этим красителем в лаборатории, и хотя это вещество не оказывало действия на бактерии, выращиваемые в культуре, оно подавляло стрептококковую инфекцию у лабораторных мышей. Домагк решил рискнуть и дал дочери дозу красителя. Ее выздоровление было быстрым и окончательным.
Сначала возникла гипотеза, что антибактериальные свойства пронтозила связаны с его способностью окрашивать клетки. Однако вскоре исследователи поняли, что антибактериальные свойства вещества никак не связаны с его окрашивающей способностью. В организме человека молекула пронтозила расщепляется с образованием сульфаниламидного соединения, и именно сульфаниламид обладает активностью антибиотика.
Вот почему пронтозил красный не работал в пробирке (invitro), но проявлял активность в организме (invivo). Выяснилось, что сульфаниламид эффективно побеждает не только стрептококковую инфекцию, но и другие болезни, такие как пневмония, скарлатина и гонорея. Узнав об антибактериальном действии сульфаниламида, химики быстро начали синтезировать родственные соединения в надежде на то, что небольшие модификации в структуре молекулы позволят повысить эффективность препарата и ослабят нежелательное побочное действие. Очень важно было узнать, что активным веществом является не пронтозил красный. Как видно из формулы, пронтозил — более сложное вещество, чем сульфаниламид, и его труднее синтезировать и модифицировать.
В 1935–1946 годах было получено более пяти тысяч производных сульфаниламида. Некоторые из них оказывали более мощное антибактериальное действие, чем сульфаниламид, но в качестве побочного действия вызывали аллергические реакции (сыпь и повышение температуры), а также повреждали почки. Лучшие результаты были достигнуты в тех случаях, когда один из атомов водорода в группе SO2NH2 заменяли другой группой.
Оральная контрацепция: первые опытыОральная контрацепция: первые опыты
Много веков женщины принимали всевозможные снадобья, надеясь предотвратить нежелательную беременность. Ни одно из этих средств не давало желаемого результата, разве что женщина заболевала настолько, что просто не могла зачать. Некоторые рецепты были достаточно просты: чай из листьев петрушки и мяты, коры или листьев плюща, ивы, желтофиоли, мирта или тополя. Также применялись паучьи яйца и мясо змеи, фрукты, цветы, фасоль, абрикосовые косточки и различные травяные зелья. Одно время для предупреждения беременности женщины активно пользовались отваром из разных частей туши мула (обычно почек или матки), возможно, по той причине, что мул является бесплодным гибридом лошади и осла. Для стерилизации мужчин существовало ничуть не более приятное лекарство: им предлагалось съесть поджаренные яички кастрированного мула. В VII веке в Китае эффективным средством стерилизации женщин считалось “быстрое серебро”, то есть ртуть, поджаренная в масле. Возможно, это помогало, если только женщина не умирала в процессе лечения. В Древней Греции и некоторых уголках Европы еще в XIX веке в качестве орального контрацептива применяли растворы различных солей меди. Замечательный средневековый метод предлагал женщине трижды плюнуть лягушке в рот. Считалось, что это приводит к бесплодию (женщины, а не лягушки).
Стероиды
Возможно, некоторые вещества, которые женщины втирали в различные части тела, обладали спермицидными свойствами. Однако первыми действительно эффективными и безопасными пероральными противозачаточными средствами стали стероиды, появившиеся в середине XX века. Одним из представителей этой группы веществ является норэтиндрон. Люди думают, что стероиды — это вещества, которые спортсмены иногда используют в качестве допинга, и это справедливо, поскольку те вещества действительно являются стероидами. Однако к стероидам относятся и многие другие вещества, не имеющие никакой связи со спортом. Мы будем использовать слово “стероиды” в более широком, химическом, значении.
Во многих случаях небольшие изменения структуры приводят к значительным изменениям свойств вещества. Эта закономерность особенно ярко проявляется в случае половых гормонов: мужских половых гормонов (андрогенов), женских половых гормонов (эстрогенов) и гормонов беременности (прогестинов или гестагенов).
Все соединения из группы стероидов имеют одну и ту же структурную основу — четыре кольца, соединенные определенным образом. Три кольца состоят из шести атомов углерода, а четвертое — из пяти. Шестичленные кольца называют кольцами A, B и C, пятичленное кольцо — D.
Кольца A, B, C и D в структуре стероидов.
В организме животных самым распространенным стероидом является холестерин. Особенно много его в яичном желтке и желчных камнях человека. Эта молекула незаслуженно имеет плохую репутацию. На самом деле холестерин жизненно необходим нам: он является предшественником всех стероидов, образующихся в организме, включая желчные кислоты (которые позволяют нам расщеплять жиры и масла) и половые гормоны. Избегать следует только избытка холестерина, поступающего с пищей, поскольку наш организм вырабатывает его самостоятельно. Молекула холестерина состоит из четырех слитых друг с другом колец с присоединенными к ним боковыми группами, включая несколько метильных групп (CH3; в некоторых случаях для удобства расположения на рисунке они обозначены как H3C).
Холестерин — самый распространенный стероид в организме животных
Главный мужской половой гормон, тестостерон, был выделен из измельченной ткани бычьих яичек в 1935 году. Однако это не был первый мужской половой гормон, который удалось выделить. Первым был андростерон — продукт метаболизма тестостерона, выделяющийся с мочой. На рисунке видно, что эти два вещества имеют очень похожую структуру: андростерон является окисленной формой тестостерона, в котором место OH-группы занимает кислород, присоединенный двойной связью.
Андростерон отличается от тестостерона лишь по одной позиции (показано стрелкой)
Пятнадцать миллиграммов этого гормона впервые были выделены в 1931 году из пятнадцати тысяч литров мочи бельгийских полицейских (по-видимому, мочу сдал весь мужской состав бельгийской полиции того времени).
Вообще же первым половым гормоном, который удалось выделить, был женский гормон эстрон. Его выделили из мочи беременных женщин в 1929 году. Как и в случае мужских гормонов, эстрон является продуктом метаболизма основного, более мощного женского гормона эстрадиола. В аналогичном окислительном процессе OH-группа в молекуле эстрадиола превращается в атом кислорода в молекуле эстрона.
Эстрон отличается от эстрадиола лишь по одной позиции (показано стрелкой)
Эти вещества содержатся в организме в очень малом количестве: при первом выделении из четырех тонн яичников свиней было получено лишь двенадцать миллиграммов эстрадиола.
Интересно, что тестостерон и эстрадиол имеют очень большое структурное сходство. Совсем незначительные изменения в структуре молекул приводят к таким серьезным различиям в их функциях.
Если в вашем организме в молекуле полового гормона не хватает одной CH3-группы, кислород заменен группой OH и есть несколько дополнительных двойных связей C=C, то в период полового созревания вместо появления вторичных мужских половых признаков (волосы на лице и на теле, низкий голос, развитые мышцы) у вас начнут увеличиваться молочные железы, округлятся бедра и начнется менструация.
Тестостерон является анаболическим стероидным гормоном, то есть способствует наращиванию мышечной массы. Искусственные аналоги тестостерона (синтетические вещества, которые также способствуют росту мышц) имеют сходную структуру. Они были созданы для лечения травм и заболеваний, затрагивающих мышцы. В предписываемых дозах эти вещества позволяют нормализовать состояние мышц, не вызывая маскулинизации, однако спортсмены, пытающиеся нарастить мышечную массу путем приема десятикратных доз таких препаратов, как дианабол или станозолол, рискуют получить серьезные проблемы со здоровьем.
Искусственные анаболические стероиды дианабол и станозолол по сравнению с природным тестостероном
Злоупотребление такими препаратами увеличивает риск развития рака печени и болезней сердца, повышает агрессивность, способствует образованию угревой сыпи, приводит к бесплодию, сморщиванию яичек и многим другим неприятным последствиям. Может показаться странным, что синтетический андрогенный стероид, который способствует проявлению вторичных мужских половых признаков, может вызвать атрофию яичек. Однако в том случае, когда в организм начинают поступать искусственные тестостероны извне, яички атрофируются, поскольку им больше нечего делать.
Сходство структур этих молекул со структурой тестостерона не обязательно означает, что их действие аналогично действию тестостерона. Прогестерон — основной гормон беременности — не только больше похож на тестостерон и андростерон, чем станозолол, но и вообще имеет больше структурного сходства с мужскими половыми гормонами, чем с эстрогенами. На том месте, где в молекуле тестостерона расположена OH-группа, в молекуле прогестерона располагается группа CH3CO (обведена окружностью).
Это единственное различие в структуре молекул тестостерона и прогестерона отвечает за столь значительную разницу свойств этих веществ. Прогестерон дает сигнал клеткам выстилки матки подготовиться к имплантации оплодотворенной яйцеклетки. В течение всей беременности женщина не может зачать следующего ребенка, поскольку постоянная выработка прогестерона подавляет овуляцию. На этом биологическом принципе основана система химической контрацепции: введение в организм женщины прогестерона или подобных ему препаратов подавляет овуляцию.
Однако использование прогестерона в качестве средства контрацепции сопряжено с некоторыми сложностями. Во-первых, прогестерон нужно вводить в виде инъекций, поскольку эффективность подавления овуляции при пероральном приеме очень низкая, возможно, в связи с взаимодействием прогестерона с желудочным соком или другими компонентами пищеварительной системы. Во-вторых, в организме животных мало половых гормонов (мы увидели это на примере выделения нескольких миллиграммов эстрадиола из нескольких тонн свиных яичников). Получать гормоны таким путем непрактично.
Для решения задачи нужен был искусственный аналог прогестерона, который сохранял бы свойства при пероральном приеме. Для крупномасштабного производства такого вещества нужно было найти исходное соединение с четырьмя углеродными кольцами и правильным расположением ключевых CI-Ц-групп. Иными словами, для синтеза имитатора прогестерона нужно было найти удобный источник другого стероидного гормона, структуру которого можно было бы изменить с помощью соответствующих химических реакций.
[......]
“Матери контрацепции”
Основательница Международной федерации планирования семьи Маргарет Сэнгер в 1917 году угодила в тюрьму за то, что в своей бруклинской клинике выдавала иммигранткам противозачаточные таблетки. Всю жизнь она свято верила в право женщин распоряжаться своим телом. Кэтрин Маккормик была одной из первых женщин, получивших ученую степень по биологии в Массачусетском технологическом институте. После смерти мужа она унаследовала крупное состояние. Она знала Маргарет Сэнгер более тридцати лет и даже помогала ей контрабандой ввозить в США противозачаточные диафрагмы, не говоря уже о финансовой помощи. Обеим женщинам уже было за семьдесят, когда они приехали в город Шрусбери в Массачусетсе для встречи с Грегори Пинкусом — специалистом в области фертильности и одним из основателей небольшой некоммерческой организации под названием Вустерский фонд экспериментальной биологии. Сэнгер поставила перед Пинкусом задачу создать безопасное, дешевое и эффективное “совершенное противозачаточное средство”, которое можно глотать, как аспирин. Маккормик помогла деньгами: в следующие пятнадцать лет она потратила на это более трех миллионов долларов.
Сначала Пинкус и его коллеги из Вустерского фонда проверили, действительно ли прогестерон блокирует овуляцию. Работа была проделана на кроликах. Однако после встречи с Джоном Роком из Гарвардского университета Пинкус понял, что опыты на людях дают такие же результаты. Рок был гинекологом и занимался проблемой бесплодия. Он использовал для лечения бесплодия прогестерон, так как убедился в том, что прекращение инъекций прогестерона (действие которого блокировало овуляцию на несколько месяцев) повышало вероятность зачатия.
В 1952 году в Массачусетсе действовал очень строгий закон о контроле над рождаемостью — один из самых строгих в США. Принимать контрацептивы было можно, однако выставлять, продавать, назначать и предоставлять противозачаточные средства, даже распространять информацию о них, считалось уголовным преступлением. Этот закон действовал до марта 1972 года. Учитывая обстоятельства, ясно, что Рок с большой осторожностью объяснял пациентам смысл инъекций прогестерона. Однако поскольку данный метод лечения бесплодия пока еще был экспериментальным, требовалось осознанное согласие пациенток. Прекращение овуляции объяснялось им как временный побочный эффект лечения, направленного на повышение вероятности зачатия.
Рок и Пинкус подозревали, что инъекции даже больших доз прогестерона не могут иметь длительное контрацептивное действие. Пинкус связался с фармацевтическими компаниями: существует ли аналог прогестерона, который был бы сильнее его и мог применяться перорально? И получил ответ: в настоящее время существует два прогестина, которые удовлетворяют его требованиям. Чикагская фармацевтическая компания “Г. Д. Серл” запатентовала молекулу, очень похожую на ту, которую Джерасси синтезировал для “Синтекса”. Их препарат, норэтинодрел, отличался от норэтиндрона только положением одной двойной связи. Считается, что активным веществом является норэтиндрон. По-видимому, под действием желудочного сока положение двойной связи в молекуле норэтинодрела меняется и он превращается в свой структурный изомер (соединение с той же формулой, но с другим расположением связей или атомов) — норэтиндрон.
Различие между молекулами норэтинодрела (компания “Г. Д. Серл”) и норэтиндрона (компания “Синтекс”) заключается в положении двойной связи (показано стрелками)
На каждое соединение был получен патент. Было известно, что в организме одно вещество превращается в другое, но вопрос о нарушении прав никогда не вставал.
Пинкус опробовал оба соединения, исследуя их способность подавлять овуляцию у кроликов. Единственным побочным действием препаратов оказалось отсутствие крольчат. В то же время Рок начал осторожно испытывать норэтинодрел, получивший название эновид, на своих пациентках. Ему по-прежнему приходилось придерживаться версии о том, что он занимается исследованием проблемы бесплодия и нарушением менструального цикла (что, впрочем, отчасти было правдой). Пациентки по-прежнему обращались к нему за помощью по поводу той же самой проблемы, и он продолжал проводить тот же эксперимент, что и раньше: на несколько месяцев блокировал овуляцию, поскольку после этого вероятность зачатия повышалась, по крайней мере, у некоторых женщин. Однако теперь он использовал синтетический прогестин, который назначали перорально и в меньших дозах, чем синтетический прогестерон. Восстановление фертильности, по-видимому, происходило с такой же вероятностью. Наблюдение за пациентками показало, что эновид со стопроцентной эффективностью подавляет овуляцию.
Теперь пришло время испытаний в условиях практической работы. Их удалось провести в Пуэрто-Рико. Критики обвинили инициаторов “Пуэрториканского эсперимента” в том, что испытания были якобы проведены на бедных и необразованных женщинах, которые не понимали их сути. Однако по части информированности о средствах контрацепции жители Пуэрто-Рико значительно опережали жителей штата Массачусетс. Хотя основное население Пуэрто-Рико составляют католики, еще в 1937 году (на 35 лет раньше, чем в Массачусетсе) местные законы были изменены так, что распространение контрацептивов перестало считаться преступлением. Здесь существовали клиники, занимавшиеся вопросами планирования семьи (так называемые дородовые клиники), а местные врачи и медицинский персонал поддерживали идею о проведении полевых испытаний пероральных противозачаточных препаратов.
Отобранных для испытаний женщин подвергли тщательному осмотру. Возможно, они были бедными и необразованными, но при этом трезво смотрели на вещи. Скорее всего они не знали деталей женского гормонального цикла, но зато хорошо понимали сложности, связанные с наличием большого количества детей. Для 36-летней матери тринадцати детей, живущей натуральным хозяйством и ютящейся со своей семьей в двухкомнатной лачуге, любой возможный негативный эффект от приема противозачаточных таблеток казался меньшим злом, чем очередная нежелательная беременность. В 1956 году в Пуэрто-Рико не было недостатка в добровольцах. Не было его и во время следующих испытаний, проведенных на Гаити и в Мехико.
В целом в испытаниях приняло участие более двух тысяч женщин. Неудача в предотвращении беременности наблюдалась лишь в 1 % случаев (аналогичный показатель для других форм контрацепции составлял от 30 до 40 %). Клинические испытания перорального противозачаточного препарата прошли успешно. Задача, поставленная двумя пожилыми женщинами, серьезно обеспокоенными проблемой прав женщин, оказалась выполнимой. По иронии судьбы, если бы эти испытания проводились в Массачусетсе, само информирование участниц о целях эксперимента было бы незаконным.
В 1957 году Управление США по надзору за качеством пищевых продуктов и лекарственных средств разрешило использовать препарат эновид для нормализации менструального цикла. Хотя контрацептивные свойства препарата стали известны всем, власти считали, что женщины вряд ли будут принимать какие-либо таблетки ежедневно и что их, кроме того, отпугнет сравнительно высокая цена препарата (месячный курс стоил около десяти долларов). Через два года после правительственного разрешения около полумиллиона женщин принимали эновид “для нормализации месячного цикла”.
Компания “Г. Д. Серл” подала заявку на разрешение применения эновида в качестве противозачаточного препарата, и в 1960 году получила разрешение. К 1965 году около четырех миллионов американок сидели “на пилюлях”, а через двадцать лет около восьмидесяти миллионов женщин во всем мире пользовались молекулами, полученными благодаря экспериментам Маркера с мексиканским ямсом.
Во время испытаний в Пуэрто-Рико суточная доза препарата составляла десять миллиграммов (это еще один пункт, в связи с которым эти испытания до сих пор подвергаются критике), однако позднее она была снижена до пяти, а затем до двух миллиграммов, и даже меньше. Оказалось, что добавление к синтетическому прогестину небольшой дозы эстрогена снижает нежелательное побочное действие препарата (увеличение массы тела, тошноту, внутренние кровотечения и перепады настроения). К 1965 году созданная “Синтексом” молекула норэтиндрон, выпускавшаяся по лицензии компаниями “Парк-Дэвис” и “Орто” (подразделение “Джонсон и Джонсон”), доминировала на рынке противозачаточных препаратов.
А почему не были созданы противозачаточные таблетки для мужчин? В создании пилюль ключевую роль сыграли две женщины — Маргарет Сэнгер (чья мать скончалась от чахотки в возрасте пятидесяти лет, имела одиннадцать детей и перенесла несколько выкидышей) и Кэтрин Маккормик. Обе они были уверены в том, что контролировать рождаемость должны женщины. Вряд ли они стали бы бороться за создание средств контрацепции для мужчин. Но если бы создатели первых противозачаточных таблеток синтезировали вещество, которое должны были принимать мужчины, разве не стали бы их критиковать за то, что “химики-мужчины создали метод, позволяющий мужчинам контролировать рождаемость”? Это вполне возможно.
На самом деле сложности создания противозачаточных таблеток для мужчин объясняются биологическим фактором. Норэтиндрон и другие синтетические прогестины лишь имитируют естественный сигнал прогестерона к остановке овуляции. У мужчин гормональный цикл отсутствует. Остановить на длительный срок образование миллионов сперматозоидов, которое происходит ежедневно, гораздо сложнее, чем предотвратить развития яйцеклетки один раз в месяц.
До сих пор ведутся исследования, направленные на создание мужских противозачаточных пилюль, что связано с потребностью равноправного разделения ответственности в вопросах деторождения. Один негормональный способ контрацепции заключается в использовании госсипола — токсичного полифенола, экстрагируемого из хлопкового масла (мы упоминали о нем в главе 7).
URL записиВ связи с тем, что последнее время я не могу читать художественную литературу (может позже напишу почему), я активно подсела на научпоп и, конечно, скачала/купила/откопала себе множество книг о любой в детстве химии.
Хочу поделиться своими впечатлениями о книге "Пуговицы Наполеона. Семнадцать молекул, которые изменили мир" Пенни Лекутер, Джей Берресон.
Почему школьные учебники не пишут именно так? Почему учителя не преподносят так предмет? Очень рекомендую ее к прочтению школьникам.
Отличная книга. Образец качественной научно-популярной литературы. Авторы очень постарались, чтобы книгу было не скучно читать. Для читателя, давно забывшего курс школьной органической химии, или подростка, только начавшего изучать предмет, буквально откроет целый новый мир. Увлекает, погружает в историю, подталкивают к дальнейшему изучению предмета. Отсутствие воды особенно радует. Книга будет интересна и доступна пониманию широкому кругу читателей, так как не сильно загружена формулами и расчетами, которые, тем не менее, присутствуют, и очень доступным языком проясняют многие вещи. Не стоит бояться формул, они помогают приглядеться и увидеть потрясающую красоту элементов.
Научная познавательность в ней сочетается с историями из жизни великих ученых, краткими экскурсами в историю и экономику, трагедиями и триумфами первооткрывателей и изобретателей. Весь сюжет, это прекрасное переплетение химии, истории, биологии, культорологии и других наук.
Сейчас нам трудно понять, как специи могли иметь большое значение в истории, но тем менее из-за них совершались географические открытия и развязывались войны. Можно узнать историю изобретения взрывчатых веществ, тканей, красителей, лекарств, наркотиков и многого другого. Зачем голландцы променяли остров Манхэттен на мускатный орех, почему англичане пили джин с тоником в качестве профилактики, как взорвался фартук жены изобретателя нитроцеллюлозы, и множества фактов из истории, связанных с химическими соединениями.
Приведу в пример несколько отрывков:
Предисловие
Предисловие
В июне 1812 года Великая армия Наполеона насчитывала шестьсот тысяч человек. Уже в начале декабря того же года она уменьшилась всего до десяти тысяч. После отступления из Москвы измученным французам удалось переправиться через реку Березина вблизи Борисова. Тех, кто остался в живых, преследовали голод, болезни и мороз: они стали причиной поражения Наполеона в неменьшей степени, чем штыки и пули русских. Множество солдат погибли, поскольку были недостаточно хорошо одеты и экипированы, чтобы пережить ледяную зиму.
Отступление Наполеона из России имело серьезные последствия для всей Европы. В 1812 году 90 % населения России составляли крепостные крестьяне, которые находились в полной собственности помещиков и не имели никаких прав. Их продавали и покупали. Эта ситуация больше напоминала рабовладельческий строй, чем крепостное право в Западной Европе. Победоносное шествие наполеоновской армии по Европе сопровождалось распространением принципов и идеалов Французской революции (1789–1799), которые разрушали средневековые устои, изменяли политические границы и способствовали становлению национального сознания. Нововведения Наполеона также оказались полезными. Реформированный государственный аппарат и общие для всех кодексы пришли на смену запутанным местным законам и правилам, появились представления о правах человека, семье, частной собственности. Вместо сотен местных систем мер и весов систем была принята единая, десятичная.
Но что явилось причиной поражения величайшей армии, которую вел Наполеон? Почему солдаты Наполеона, прежде непобедимые, дрогнули? На этот счет есть одна странная догадка, сформулировать которую можно, перефразируя слова детского стишка: потому что не было пуговиц! Это кажется невероятным, но гибель армии Наполеона можно связать с такой незначительной вещью, как пуговицы. Точнее, с оловянными пуговицами, на которых держалась одежда всей армии, начиная с шинелей офицеров и заканчивая штанами и мундирами пехотинцев. При низкой температуре блестящее металлическое олово превращается в хрупкий серый порошок, все еще оловянный, но имеющий совершенно другую структуру. Неужели именно это произошло с пуговицами наполеоновских солдат? Один свидетель в Борисове описывал войска французов как “толпу привидений, завернутых в женские платки, куски ковров и прожженные шинели”. Неужели исчезновение пуговиц привело к тому, что солдаты так замерзли, что больше не могли воевать? И вместо того, чтобы держать оружие, они вынуждены были буквально придерживать штаны?
Впрочем, в этой гипотезе есть несколько узких мест. Так называемая оловянная чума (“болезнь олова”) была известна на севере Европы уже несколько столетий. Как мог Наполеон, уверенный в готовности своих войск к победоносным битвам, разрешить изготавливать элементы обмундирования из олова? Кроме того, распад олова представляет собой достаточно длительный процесс, даже при такой низкой температуре, как зимой 1812 года в России. Однако это занимательная история, и химикам она очень нравится в качестве объяснения поражения французской армии. Но если в этой гипотезе есть доля правды, то возникает вопрос: что было бы, если бы пуговицы не рассыпались от холода и французы продолжили движение на восток? Не привело бы это к тому, что крепостное право в России пало на полвека раньше? Сохранилась бы граница между Западной и Восточной Европой, которая приблизительно соответствует границе наполеоновской империи?
Во всей истории человечества металлы играли очень важную роль. Кроме случая с оловянными пуговицами наполеоновских солдат, были и другие. Известно, например, что оловянные рудники Корнуолла привлекали внимание древних римлян и стали одной из причин захвата ими территории современной Великобритании. К 1650 году около шестнадцати тысяч тонн серебра из рудников Нового Света перекочевали в сундуки богатых испанцев и португальцев, и большая часть этих средств была израсходована на войны в Европе. Поиски золота и серебра оказали чрезвычайно сильное влияние на открытие, колонизацию и заселение многих регионов мира. Например, золотые прииски в Калифорнии, Австралии, Южной Африке, Новой Зеландии и на реке Клондайк в Канаде в значительной степени способствовали освоению этих мест в XIX веке. В нашем языке закрепилось множество выражений, в которых упоминается золото: золотой стандарт, золотой человек, золотое время, черное золото. Название целых эпох отдает дань металлам. На смену бронзовому веку, когда бронза — сплав или смесь олова и меди — использовалась для изготовления оружия и орудий труда, пришел железный век, когда люди начали плавить и ковать железо.
Но только ли олово, золото и железо повлияли на ход истории? Металлы — это элементы, то есть вещества, которые с помощью химических реакций нельзя разложить на более простые составляющие. В природе существует девяносто элементов. Кроме того, человек создал еще около девяноста элементов в очень небольшом количестве. Но химических соединений (веществ, образованных в результате химических взаимодействий двух или нескольких элементов) известно около семи миллионов. Без преувеличения можно сказать, что некоторые соединения также сыграли поворотную роль в истории человечества. Эта любопытная идея и легла в основу книги.
Если рассматривать некоторые обычные или не совсем обычные вещества в таком аспекте, обнаруживаются удивительные истории. В результате подписания соглашения в Бреде в 1667 году голландцы уступили англичанам свои владения в Северной Америке в обмен на маленький островок Ран в архипелаге Банда (современная Индонезия). Англия, потерявшая свои права на остров Ран (притягательность которого заключалась исключительно в том, что там выращивали мускатный орех), взамен получила права на небольшой кусочек суши на другом краю света — остров Манхэттен.
Голландцы стали претендовать на Манхэттен вскоре после прибытия туда Генри Гудзона, искавшего путь в Ост-Индию, к легендарным Островам пряностей (Молуккские острова). В 1664 году губернатор Нового Амстердама Питер Стейвесант был вынужден уступить колонию англичанам. Недовольство голландцев этой уступкой и другие территориальные разногласия привели к войне между двумя странами, длившейся около трех лет. Английское присутствие на острове Ран раздражало голландцев, поскольку только оно нарушало монополию Голландии на торговлю мускатным орехом. Голландцы, известные в этом регионе своей жестокостью, совершенно не желали, чтобы англичане имели долю в прибыльной торговле пряностями. После четырехлетней блокады и кровавых боев голландцы наконец захватили остров Ран. Англичане отомстили тем, что стали нападать на корабли голландской Ост-Индской компании.
Голландцы требовали компенсации за пиратство и добивались возврата Нового Амстердама. Англичане хотели, чтобы голландцы заплатили за свои преступления в Ост-Индии и вернули Ран. Так как ни одна из сторон не хотела идти на уступки и не могла одержать победу на море, в Бреде было подписано соглашение, позволившее обоим государствам сохранить лицо. Англичане забирали Манхэттен и отказывались от притязаний на остров Ран. Голландцы становились хозяевами острова Ран и больше не претендовали на Манхэттен. Когда англичане подняли свой флаг над Новым Амстердамом (позже переименованным в Нью-Йорк), казалось, что голландцам в этом споре повезло больше. Разве можно сравнить маленькое поселение в Новом Свете (около тысячи человек) с монополией на торговлю мускатным орехом?
Почему мускатный орех ценился так высоко? Подобно другим пряностям, таким как гвоздика, перец и корица, мускатный орех широко использовался в Европе для сохранения продуктов, его употребляли в пищу и применяли в медицине. Но мускатный орех имел и другую, гораздо более важную функцию. Считалось, что мускатный орех защищает от “черной смерти”, которая с XIV века опустошала Европу на протяжении четырехсот лет.
Конечно, теперь нам известно, что “черная смерть” (чума) — это бактериальное заболевание, которое переносят крысы и которое передается через укусы блох. Поэтому можно сказать, что носить на шее маленький мешочек с мускатным орехом в качестве средства от чумы — просто суеверие. Да, так можно было бы сказать, если не разбираться в химическом составе мускатного ореха. Характерный запах этого ореха объясняется присутствием в нем изоэвгенола. Растения вырабатывают подобные вещества в качестве природных пестицидов — для защиты от жвачных животных, насекомых и микробов. Вполне вероятно, что изоэвгенол из мускатного ореха действовал как природный инсектицид, отгонявший блох. Конечно, правда и другое: состоятельные люди, имевшие возможность купить мускатный орех, жили в относительно более благоприятных условиях, то есть в окружении меньшего количества крыс и блох, что снижало вероятность заражения чумой.
Помогал ли мускатный орех от чумы, сказать трудно, но летучие ароматические вещества в его составе способствовали росту его цены и популярности. Открытие и завоевание новых земель, подписанное в Бреде соглашение, а также тот факт, что главный город Америки называют Нью-Йорком, а не Новым Амстердамом, — все это имеет отношение к веществу изоэвгенол.
Вслед за историей об изоэвгеноле можно рассказать истории о множестве других соединений, изменивших наш мир. Некоторые из этих соединений широко известны и по-прежнему имеют большое значение для мировой экономики или медицины, другие давно забыты. Но все эти вещества сыграли роль в одном или даже в нескольких поворотных событиях, повлиявших на ход истории.
Мы решили написать эту книгу, чтобы рассказать об удивительной связи между химическими соединениями и историей человечества и показать, что иногда не связанные между собой на первый взгляд события имеют отношение к химическим молекулам, а путь развития общества порой определяется химической структурой некоторых веществ. Мысль о том, что те или иные события в истории могут зависеть от чего-либо столь незначительного, как молекулы (то есть группы из двух или нескольких атомов, определенным образом связанных между собой), заставляет нас по-новому взглянуть на развитие цивилизации. Такие незначительные изменения, как положение связи между атомами в молекуле, могут приводить к чрезвычайно сильным различиям в свойствах соединений и влиять на ход событий. Таким образом, эта книга не об истории химии, а скорее о роли химии в истории.
Выбор молекул, о которых мы решили рассказать, в некотором смысле произвольный и ни в коей мере не исчерпывающий. Мы выбрали те соединения, которые показались нам наиболее интересными как в историческом, так и в химическом отношении. Мы не утверждаем, что именно эти молекулы оказали наиболее сильное влияние на цивилизацию. Без сомнения, наши коллеги-химики могли бы добавить в список некоторые другие молекулы, изъяв некоторые из наших. Мы расскажем о молекулах, которые положили начало Великим географическим открытиям и освоению новых земель. Мы поговорим о молекулах, которые сыграли важную роль в развитии торговли, привели к переселению народов и колонизации отдельных территорий, а также способствовали работорговле и подневольному труду. Мы попытаемся объяснить, как химическая структура некоторых молекул повлияла на то, что мы едим, что пьем и во что одеваемся. Мы познакомимся с молекулами, стимулировавшими развитие медицины и гигиены, а также с молекулами, способствовавшими промышленному прогрессу. Мы поговорим о “молекулах войны”, которые унесли жизнь миллионов людей, и о “молекулах мира”, спасших миллионы жизней. Мы увидим, как много изменений в отношениях между мужчинами и женщинами, в человеческой культуре, в законодательстве и в окружающей среде можно связать с химической структурой нескольких молекул. Впрочем, выбранные нами семнадцать веществ — это не всегда отдельные молекулы. В некоторых главах рассмотрены группы молекул с очень похожей структурой, свойствами и исторической ролью.
События рассматриваются нами не в хронологическом порядке. В расположении глав мы хотели отразить связь между сходными молекулами, группами сходных молекул, а также между разными по химической структуре молекулами, которые, однако, имеют похожие свойства или могут быть связаны с аналогичными событиями. Например, начало Промышленной революции связывают с выращиванием на плантациях в Северной и Южной Америке сахарного тростника и производством сахара, а в Англии экономические и социальные изменения были связаны с другим веществом — хлопком, причем по химической структуре второе вещество приходится старшим или, может быть, двоюродным братом первому. Быстрое развитие химической промышленности в Германии в конце XIX века в определенной степени обусловлено получением новых красителей из каменноугольной смолы — побочного продукта, образующегося при получении газа из каменного угля. Те же немецкие химические компании первыми синтезировали искусственные антибиотики, по структуре напоминающие новые красители. Кроме того, из дегтя был получен и первый антисептик — фенол, который впоследствии стал использоваться для производства пластмасс и который по химической структуре родственен изоэвгенолу из мускатного ореха. В истории можно найти массу подобных химических взаимосвязей.
Нас также интересовал вопрос о роли интуитивного предвидения в многочисленных открытиях в химии. Часто говорят, что многие важные открытия были сделаны лишь благодаря счастливому случаю. Однако нам кажется, что гораздо более важную роль играет способность ученого осознать важность сделанного открытия и понять его суть. Много раз в истории химии странные, но потенциально важные результаты оставались без внимания. Нам кажется, что следует отдать должное способности ученых распознавать ценность неожиданных результатов, а не объяснять все простым везением. Некоторые изобретатели и первооткрыватели, о которых мы рассказываем в данной книге, были химиками, другие вообще не имели никакого научного образования. Многие из этих людей обладали необычным характером. Их истории удивительны.
Перец, мускатный орех и гвоздикаГлава 1. Перец, мускатный орех и гвоздика
“За Христа и пряности!” — таким был торжествующий клич португальских моряков в мае 1498 года, когда корабли под командованием Васко да Гамы достигли берегов Индии. Целью экспедиции было нарушение монополии венецианских купцов на торговлю пряностями. В средневековой Европе перец ценился так высоко, что за фунт [менее полукилограмма] его сушеных горошин можно было купить освобождение от феодальной зависимости вместе с дворянским титулом. Сегодня перец есть на обеденном столе в каждом доме, и трудно себе представить, что несколько столетий назад потребность в нем, а также в таких специях, как корица, гвоздика, мускатный орех и имбирь, привела к Великим географическим открытиям.
Краткая история перца
Перец — плод тропического вьющегося растения Pipernigrum, происходящего из Индии, — до сих пор самая популярная пряность. Сейчас этот продукт в основном производят в экваториальных районах Индии, в Бразилии, Индонезии и Малайзии. Это сильное растение с древовидным стволом может достигать шести метров в высоту. В возрасте от двух до пяти лет растение начинает приносить круглые красные плоды и при оптимальных условиях живет до сорока лет. Каждая лиана в год может принести до десяти килограммов перца.
Примерно три четверти урожая перерабатывают в черный перец, который получают из незрелых плодов путем ферментации под действием микроскопических грибов. Из оставшихся 25 % большую часть составляет белый перец, который получают путем удаления шелухи со зрелых и высушенных плодов. Совсем небольшое количество поступает в продажу в виде зеленого перца: зеленые плоды, которые только-только начинают созревать, собирают и помещают в рассол. Зернышки другого цвета, которые иногда можно найти в специализированных магазинах, получены путем искусственного окрашивания, либо это вообще плоды другого растения.
Считается, что перец в Европу привезли арабские купцы, доставлявшие его по древнему торговому пути, проходившему через Дамаск и Красное море. В Греции перец был известен уже в V веке до н. э. В те времена его чаще использовали в медицинских, чем в кулинарных целях (он служил, например, антидотом при отравлениях). В Древнем Риме перец и другие специи начали активно употреблять в пищу.
В I веке на долю специй, среди которых важное место занимал индийский перец, приходилась примерно половина стоимости всего товара, прибывавшего в Средиземноморье из Азии и с восточного побережья Африки. Специи использовали в кулинарии по двум причинам: во-первых, для предотвращения порчи продуктов, во-вторых, для придания остроты готовым блюдам. Рим был огромным городом. Транспортировка товаров осуществлялась медленно, замораживание продуктов питания еще не практиковалось, так что проблема их доставки и сохранения стояла очень остро. При определении качества продуктов потребители могли рассчитывать только на собственный нюх (этикетки с надписью “годен до такого-то числа” появились много позже). Специи приглушали запах протухшего товара и, возможно, помогали замедлить дальнейшее разложение. Кроме того, щедрое использование пряностей могло улучшить вкус сушеных, копченых и соленых продуктов.
В средневековье значительная часть торговых сделок между Европой и странами Востока осуществлялась в Багдаде (Ирак) и Константинополе (теперь Стамбул), путь к которым шел вдоль южного берега Черного моря. Из Константинополя специи морем доставляли в Венецию, которая почти полностью контролировала этот рынок на протяжении последних четырех столетий средневековья.
Расцвет Венеции относится примерно к VI веку, когда она стала торговать солью, добываемой в расположенных поблизости лагунах. Город-государство процветал много столетий, поскольку вел осторожную внешнюю политику, благодаря которой сохранял независимость и торговал со многими народами. Во времена крестовых походов, начавшихся в XI веке, венецианские купцы упрочили свое положение в качестве королей пряностей. Венецианские купцы снабжали крестоносцев транспортом, военными кораблями, оружием и деньгами, что приносило Венеции огромную прибыль. При возвращении домой с Ближнего Востока крестоносцы хотели увезти с собой экзотические специи, к которым пристрастились во время похода. Сначала перец казался непривычной роскошью, однако его способность приглушить привкус подпорченного мяса или рыбы, придать остроту безвкусной сушеной пище и ослабить соленость засоленных продуктов способствовала быстрому росту его популярности. Венецианские купцы завоевали новый рынок, и торговцы со всей Европы стекались в Венецию за пряностями — в первую очередь за перцем.
К XV веку монопольное положение венецианцев на рынке пряностей было настолько прочным, а прибыли такими значительными, что другие страны начали серьезно подумывать о том, как найти другой путь в Индию, например по морю вокруг Африки. По указанию Генриха (Энрике) Мореплавателя, сына короля Португалии Жуана I, была построена мощная торговая флотилия, способная выдержать океанский переход. Так началась эпоха Великих географических открытий, а ее стимулом в значительной степени стал спрос на черный перец.
В середине XV века португальским мореплавателям удалось достичь островов Зеленого Мыса у северо-западного побережья Африки. В 1483 году португалец Диего Кан дошел до устья реки Конго. Через четыре года еще один португалец, Бартоломео Диаш, обогнул мыс Доброй Надежды, что позволило его земляку Васко да Гаме в 1498 году добраться до Индии.
Правитель Каликута, города на юго-западном побережье Индии, был согласен обменивать перец на золото, но португальцев, собиравшихся монополизировать мировой рынок перца, это никак не устраивало. Поэтому через пять лет да Гама вернулся в Индию с пушками и солдатами и разрушил Каликут. В результате торговля перцем перешла под контроль Португалии. С этого началась Португальская колониальная империя, которая в лучшие времена простиралась от Африки до Индонезии на востоке и Бразилии на западе.
Испанию тоже интересовала торговля пряностями, особенно перцем. Уроженец Генуи Христофор Колумб, считавший, что более короткий путь к восточным берегам Индии можно найти, двигаясь на запад, в 1492 году убедил короля Испании Фердинанда и королеву Изабеллу профинансировать его поход. Колумб был прав лишь отчасти. Можно достичь Индии, двигаясь из Европы на запад, но это не самый короткий путь. На этом пути лежат такие препятствия, как неизвестные тогда европейцам Северная и Южная Америки, а также огромный Тихий океан.
Что же такое есть в перце, который сделал Венецию одним из богатейших городов мира, инициировал Великие географические открытия и вынудил Колумба отправиться на поиски Нового Света? Активным компонентом черного и белого перцев является пиперин (C17H19O3N):
Пиперин
Ощущение жжения во рту связано не со вкусом этого вещества, а скорее с реакцией нервных окончаний языка на химический стимул. До сих пор не очень понятно, как это происходит, но считается, что все дело в структуре молекулы пиперина, которая связывается с белком на окончаниях чувствительных нервов у нас во рту и в других частях тела. В результате этот белок изменяет свою форму и по нервам посылает сигнал в головной мозг, сообщая что-то вроде: “Ой, жжется”.
История, связывающая жгучую молекулу пиперина и Христофора Колумба, не заканчивается тем, что Колумб не нашел западного пути в Индию. Колумб, в октябре 1492 года достигший суши, считал (по крайней мере, надеялся), что находится в какой-либо части Индии. Он не нашел ни больших городов, ни процветающих царств, но все же он назвал открытую им землю Вест-Индией, а ее жителей — индейцами. В ходе своего второго плавания в Вест-Индию Колумб нашел на Гаити другую жгучую пряность. Она совсем не была похожа на известный Колумбу перец, но все же он прихватил этот новый плод, красный перец (чили), с собой в Испанию.
Потом новая пряность совершила путешествие с португальцами вокруг Африки и достигла Индии и других далеких земель. Всего за пятьдесят лет чили распространился по всему миру и пришелся ко двору многим народам, особенно в Африке и в Юго-Восточной Азии. Для многих миллионов людей, любящих обжигающий пламень красного перца, он, без сомнения, является одним из самых важных открытий Колумба.
[.......]
Почему мы едим эти вещества, если они причиняют боль? Возможно, по некоторым причинам химического толка. Капсаицин, пиперин и цингерон усиливают выработку слюны, помогая пищеварению. Кроме того, по-видимому, они стимулируют продвижение пищи через кишечник. У человека, как и у других млекопитающих, во рту есть вкусовые сосочки, но, кроме того, у человека в других участках организма еще есть чувствительные нервы, распознающие химические сигналы этих молекул. Не случалось ли вам тереть глаза при разделке жгучего перца? Люди, занимающиеся сбором жгучего перца, вынуждены носить резиновые перчатки и защитные очки, предохраняющие от брызг перечного масла, содержащего капсаицин.
В случае черного перца интенсивность жжения у нас во рту прямо пропорциональна количеству перца в еде. Однако в случае перца чили ощущения могут быть обманчивыми. Жгучесть этого продукта зависит от цвета, размера и места произрастания плодов. И ни один из этих факторов не является определяющим. Мелкие перцы часто бывают очень жгучими, но это не означает, что более крупные всегда щиплются слабее. География также не всегда является решающим фактором, хотя и считается, что самый жгучий перец чили растет в некоторых областях Восточной Африки. При высушивании плодов “характер” перца проявляется еще ярче.
После приема острой пищи у нас часто возникает ощущение удовлетворения, что может быть связано с выработкой в головном мозге эндорфинов (соединений, напоминающих опиаты) в ответ на вызванное жжением ощущение боли. Именно этим можно объяснить пристрастие многих людей к острому. Чем острее чили, тем сильнее боль, тем больше вырабатывается эндорфинов и тем, в итоге, сильнее удовольствие.
За исключением паприки, которая нашла свое место в блюдах венгерской кухни, например гуляше, красный перец не используется в европейской кухне так же широко, как в кухне африканских или азиатских народов. Для европейцев главной специей по-прежнему является черный перец. Португальское владычество в Каликуте и контроль над рынком сбыта перца продолжались около ста пятидесяти лет. К началу XVII века верх взяли голландцы и англичане. Главными портами, через которые перец теперь поступал в Европу, стали Амстердам и Лондон.
В 1600 году была учреждена Ост-Индская компания (изначально — “Компания купцов Лондона, торгующих в Ост-Индиях”), в задачи которой входило упрочение позиций Англии на рынке пряностей. Финансирование плавания в Индию за перцем было делом рискованным, поэтому сначала торговцы снаряжали суда в складчину, тем самым снижая возможные потери каждого вкладчика. Позднее торговцы стали выкупать части компании, что можно рассматривать как начало капитализма. Поэтому не будет слишком сильным преувеличением, если мы скажем, что такое малозначащее сейчас химическое вещество, как пиперин, в свое время стало стимулом для формирования сложных структур фондового рынка.
История сульфаниламидных препаратовИстория сульфаниламидных препаратов
Приблизительно в то же самое время, когда Хоффман проводил эксперименты на своем отце (что в принципе не рекомендуется), немецкий врач Пауль Эрлих проводил эксперименты на себе. Эрлих был чрезвычайно странным человеком. Говорили, что ежедневно он выкуривает двадцать пять сигар и часами философствует в пивной. Однако кроме эксцентричности он обладал также решимостью и проницательностью, которые позволили ему стать лауреатом Нобелевской премии в области медицины в 1908 году. Эрлих не был специалистом в области экспериментальной химии или прикладной бактериологии, однако он заметил, что разные анилиновые красители окрашивают только определенные ткани и клетки только определенных микроорганизмов. Эрлих сделал вывод, что если один вид микроорганизмов поглощает краситель, а другой — нет, то с помощью токсичного красителя можно попытаться уничтожить один вид живой ткани, не воздействуя на остальные. Он хотел найти способ устранить болезнетворные микроорганизмы, не нанеся вреда организму хозяина. Молекулу красителя, обладающую селективным действием, Эрлих назвал “волшебной пулей”.
Он обнаружил, что краситель трипановый красный I связывается с клетками трипаносом (простейших паразитических организмов), которыми были заражены лабораторные мыши. К сожалению, этот краситель не уничтожал возбудителя сонной болезни, с которым пытался бороться Эрлих.
Но ученый настойчиво продолжал работу. Он показал, что его метод может работать, и знал, что проблема заключается только в поиске подходящей “волшебной пули” для конкретного заболевания. Он начал проводить исследования на возбудителе сифилиса — спиралевидной бактерии спирохете. Существовало множество гипотез о возникновении в Европе сифилиса. Одна из общепринятых гласила, что сифилис привезли из Нового Света моряки Колумба. До Колумба в Европе существовала определенная форма “проказы”, которая была очень заразной и также передавалась половым путем. Как сифилис, так и это заболевание иногда удавалось победить с помощью ртути. Современные представления о проказе совершенно не соответствуют описанию той болезни, так что, вероятно, это был все-таки сифилис.
На протяжении четырехсот лет до начала поиска Эрлихом “волшебной пули”, которая могла бы поразить возбудителя заболевания, больных сифилисом лечили препаратами ртути. Однако ее вряд ли можно было считать “волшебным” средством, поскольку она нередко убивала не только возбудителя заболевания, но и пациента. Жертвы такого способа лечения умирали от сердечной недостаточности, обезвоживания и удушья при вдыхании паров ртути. Но даже если пациент выживал, неизбежными спутниками лечения были выпадение волос и зубов, неконтролируемое слюноотделение, анемия, депрессия и нарушение функции печени и почек.
В 1909 году, протестировав 605 различных химикатов, Эрлих нашел один, который был достаточно эффективным и сравнительно безопасным. “Номер 606” (ароматическое соединение мышьяка) проявлял активность против возбудителя сифилиса. В 1910 году компания “Хехст”, с которой сотрудничал Эрлих, начала выпускать этот препарат под названием сальварсан. По сравнению с пыткой, которую представляло собой лечение парами ртути, новый метод был несоизмеримо гуманнее. Несмотря на токсическое побочное действие и отсутствие улучшения состояния некоторых пациентов даже после нескольких курсов лечения, применение сальварсана в значительной степени сократило распространение сифилиса. Компании этот препарат принес колоссальную прибыль, которая была использована на создание новых лекарств.
После получения сальварсана химики занялись поиском новых “волшебных пуль” среди тысяч веществ, проверяя их воздействие на болезнетворные микроорганизмы. Затем структуру исследуемых веществ изменяли и вновь проводили тестирование. Успеха не было. Казалось, что метод, названный Эрлихом “химиотерапией”, не имеет будущего. И вот в начале 30-х годов врач Герхард Домагк, работавший в исследовательской группе компании “И. Г. Фарбениндустри”, решил использовать краситель пронтозил красный для лечения своей дочери, у которой была хроническая стрептококковая инфекция, полученная в результате банального укола иголкой. Домагк проводил эксперименты с этим красителем в лаборатории, и хотя это вещество не оказывало действия на бактерии, выращиваемые в культуре, оно подавляло стрептококковую инфекцию у лабораторных мышей. Домагк решил рискнуть и дал дочери дозу красителя. Ее выздоровление было быстрым и окончательным.
Сначала возникла гипотеза, что антибактериальные свойства пронтозила связаны с его способностью окрашивать клетки. Однако вскоре исследователи поняли, что антибактериальные свойства вещества никак не связаны с его окрашивающей способностью. В организме человека молекула пронтозила расщепляется с образованием сульфаниламидного соединения, и именно сульфаниламид обладает активностью антибиотика.
Вот почему пронтозил красный не работал в пробирке (invitro), но проявлял активность в организме (invivo). Выяснилось, что сульфаниламид эффективно побеждает не только стрептококковую инфекцию, но и другие болезни, такие как пневмония, скарлатина и гонорея. Узнав об антибактериальном действии сульфаниламида, химики быстро начали синтезировать родственные соединения в надежде на то, что небольшие модификации в структуре молекулы позволят повысить эффективность препарата и ослабят нежелательное побочное действие. Очень важно было узнать, что активным веществом является не пронтозил красный. Как видно из формулы, пронтозил — более сложное вещество, чем сульфаниламид, и его труднее синтезировать и модифицировать.
В 1935–1946 годах было получено более пяти тысяч производных сульфаниламида. Некоторые из них оказывали более мощное антибактериальное действие, чем сульфаниламид, но в качестве побочного действия вызывали аллергические реакции (сыпь и повышение температуры), а также повреждали почки. Лучшие результаты были достигнуты в тех случаях, когда один из атомов водорода в группе SO2NH2 заменяли другой группой.
Оральная контрацепция: первые опытыОральная контрацепция: первые опыты
Много веков женщины принимали всевозможные снадобья, надеясь предотвратить нежелательную беременность. Ни одно из этих средств не давало желаемого результата, разве что женщина заболевала настолько, что просто не могла зачать. Некоторые рецепты были достаточно просты: чай из листьев петрушки и мяты, коры или листьев плюща, ивы, желтофиоли, мирта или тополя. Также применялись паучьи яйца и мясо змеи, фрукты, цветы, фасоль, абрикосовые косточки и различные травяные зелья. Одно время для предупреждения беременности женщины активно пользовались отваром из разных частей туши мула (обычно почек или матки), возможно, по той причине, что мул является бесплодным гибридом лошади и осла. Для стерилизации мужчин существовало ничуть не более приятное лекарство: им предлагалось съесть поджаренные яички кастрированного мула. В VII веке в Китае эффективным средством стерилизации женщин считалось “быстрое серебро”, то есть ртуть, поджаренная в масле. Возможно, это помогало, если только женщина не умирала в процессе лечения. В Древней Греции и некоторых уголках Европы еще в XIX веке в качестве орального контрацептива применяли растворы различных солей меди. Замечательный средневековый метод предлагал женщине трижды плюнуть лягушке в рот. Считалось, что это приводит к бесплодию (женщины, а не лягушки).
Стероиды
Возможно, некоторые вещества, которые женщины втирали в различные части тела, обладали спермицидными свойствами. Однако первыми действительно эффективными и безопасными пероральными противозачаточными средствами стали стероиды, появившиеся в середине XX века. Одним из представителей этой группы веществ является норэтиндрон. Люди думают, что стероиды — это вещества, которые спортсмены иногда используют в качестве допинга, и это справедливо, поскольку те вещества действительно являются стероидами. Однако к стероидам относятся и многие другие вещества, не имеющие никакой связи со спортом. Мы будем использовать слово “стероиды” в более широком, химическом, значении.
Во многих случаях небольшие изменения структуры приводят к значительным изменениям свойств вещества. Эта закономерность особенно ярко проявляется в случае половых гормонов: мужских половых гормонов (андрогенов), женских половых гормонов (эстрогенов) и гормонов беременности (прогестинов или гестагенов).
Все соединения из группы стероидов имеют одну и ту же структурную основу — четыре кольца, соединенные определенным образом. Три кольца состоят из шести атомов углерода, а четвертое — из пяти. Шестичленные кольца называют кольцами A, B и C, пятичленное кольцо — D.
Кольца A, B, C и D в структуре стероидов.
В организме животных самым распространенным стероидом является холестерин. Особенно много его в яичном желтке и желчных камнях человека. Эта молекула незаслуженно имеет плохую репутацию. На самом деле холестерин жизненно необходим нам: он является предшественником всех стероидов, образующихся в организме, включая желчные кислоты (которые позволяют нам расщеплять жиры и масла) и половые гормоны. Избегать следует только избытка холестерина, поступающего с пищей, поскольку наш организм вырабатывает его самостоятельно. Молекула холестерина состоит из четырех слитых друг с другом колец с присоединенными к ним боковыми группами, включая несколько метильных групп (CH3; в некоторых случаях для удобства расположения на рисунке они обозначены как H3C).
Холестерин — самый распространенный стероид в организме животных
Главный мужской половой гормон, тестостерон, был выделен из измельченной ткани бычьих яичек в 1935 году. Однако это не был первый мужской половой гормон, который удалось выделить. Первым был андростерон — продукт метаболизма тестостерона, выделяющийся с мочой. На рисунке видно, что эти два вещества имеют очень похожую структуру: андростерон является окисленной формой тестостерона, в котором место OH-группы занимает кислород, присоединенный двойной связью.
Андростерон отличается от тестостерона лишь по одной позиции (показано стрелкой)
Пятнадцать миллиграммов этого гормона впервые были выделены в 1931 году из пятнадцати тысяч литров мочи бельгийских полицейских (по-видимому, мочу сдал весь мужской состав бельгийской полиции того времени).
Вообще же первым половым гормоном, который удалось выделить, был женский гормон эстрон. Его выделили из мочи беременных женщин в 1929 году. Как и в случае мужских гормонов, эстрон является продуктом метаболизма основного, более мощного женского гормона эстрадиола. В аналогичном окислительном процессе OH-группа в молекуле эстрадиола превращается в атом кислорода в молекуле эстрона.
Эстрон отличается от эстрадиола лишь по одной позиции (показано стрелкой)
Эти вещества содержатся в организме в очень малом количестве: при первом выделении из четырех тонн яичников свиней было получено лишь двенадцать миллиграммов эстрадиола.
Интересно, что тестостерон и эстрадиол имеют очень большое структурное сходство. Совсем незначительные изменения в структуре молекул приводят к таким серьезным различиям в их функциях.
Если в вашем организме в молекуле полового гормона не хватает одной CH3-группы, кислород заменен группой OH и есть несколько дополнительных двойных связей C=C, то в период полового созревания вместо появления вторичных мужских половых признаков (волосы на лице и на теле, низкий голос, развитые мышцы) у вас начнут увеличиваться молочные железы, округлятся бедра и начнется менструация.
Тестостерон является анаболическим стероидным гормоном, то есть способствует наращиванию мышечной массы. Искусственные аналоги тестостерона (синтетические вещества, которые также способствуют росту мышц) имеют сходную структуру. Они были созданы для лечения травм и заболеваний, затрагивающих мышцы. В предписываемых дозах эти вещества позволяют нормализовать состояние мышц, не вызывая маскулинизации, однако спортсмены, пытающиеся нарастить мышечную массу путем приема десятикратных доз таких препаратов, как дианабол или станозолол, рискуют получить серьезные проблемы со здоровьем.
Искусственные анаболические стероиды дианабол и станозолол по сравнению с природным тестостероном
Злоупотребление такими препаратами увеличивает риск развития рака печени и болезней сердца, повышает агрессивность, способствует образованию угревой сыпи, приводит к бесплодию, сморщиванию яичек и многим другим неприятным последствиям. Может показаться странным, что синтетический андрогенный стероид, который способствует проявлению вторичных мужских половых признаков, может вызвать атрофию яичек. Однако в том случае, когда в организм начинают поступать искусственные тестостероны извне, яички атрофируются, поскольку им больше нечего делать.
Сходство структур этих молекул со структурой тестостерона не обязательно означает, что их действие аналогично действию тестостерона. Прогестерон — основной гормон беременности — не только больше похож на тестостерон и андростерон, чем станозолол, но и вообще имеет больше структурного сходства с мужскими половыми гормонами, чем с эстрогенами. На том месте, где в молекуле тестостерона расположена OH-группа, в молекуле прогестерона располагается группа CH3CO (обведена окружностью).
Это единственное различие в структуре молекул тестостерона и прогестерона отвечает за столь значительную разницу свойств этих веществ. Прогестерон дает сигнал клеткам выстилки матки подготовиться к имплантации оплодотворенной яйцеклетки. В течение всей беременности женщина не может зачать следующего ребенка, поскольку постоянная выработка прогестерона подавляет овуляцию. На этом биологическом принципе основана система химической контрацепции: введение в организм женщины прогестерона или подобных ему препаратов подавляет овуляцию.
Однако использование прогестерона в качестве средства контрацепции сопряжено с некоторыми сложностями. Во-первых, прогестерон нужно вводить в виде инъекций, поскольку эффективность подавления овуляции при пероральном приеме очень низкая, возможно, в связи с взаимодействием прогестерона с желудочным соком или другими компонентами пищеварительной системы. Во-вторых, в организме животных мало половых гормонов (мы увидели это на примере выделения нескольких миллиграммов эстрадиола из нескольких тонн свиных яичников). Получать гормоны таким путем непрактично.
Для решения задачи нужен был искусственный аналог прогестерона, который сохранял бы свойства при пероральном приеме. Для крупномасштабного производства такого вещества нужно было найти исходное соединение с четырьмя углеродными кольцами и правильным расположением ключевых CI-Ц-групп. Иными словами, для синтеза имитатора прогестерона нужно было найти удобный источник другого стероидного гормона, структуру которого можно было бы изменить с помощью соответствующих химических реакций.
[......]
“Матери контрацепции”
Основательница Международной федерации планирования семьи Маргарет Сэнгер в 1917 году угодила в тюрьму за то, что в своей бруклинской клинике выдавала иммигранткам противозачаточные таблетки. Всю жизнь она свято верила в право женщин распоряжаться своим телом. Кэтрин Маккормик была одной из первых женщин, получивших ученую степень по биологии в Массачусетском технологическом институте. После смерти мужа она унаследовала крупное состояние. Она знала Маргарет Сэнгер более тридцати лет и даже помогала ей контрабандой ввозить в США противозачаточные диафрагмы, не говоря уже о финансовой помощи. Обеим женщинам уже было за семьдесят, когда они приехали в город Шрусбери в Массачусетсе для встречи с Грегори Пинкусом — специалистом в области фертильности и одним из основателей небольшой некоммерческой организации под названием Вустерский фонд экспериментальной биологии. Сэнгер поставила перед Пинкусом задачу создать безопасное, дешевое и эффективное “совершенное противозачаточное средство”, которое можно глотать, как аспирин. Маккормик помогла деньгами: в следующие пятнадцать лет она потратила на это более трех миллионов долларов.
Сначала Пинкус и его коллеги из Вустерского фонда проверили, действительно ли прогестерон блокирует овуляцию. Работа была проделана на кроликах. Однако после встречи с Джоном Роком из Гарвардского университета Пинкус понял, что опыты на людях дают такие же результаты. Рок был гинекологом и занимался проблемой бесплодия. Он использовал для лечения бесплодия прогестерон, так как убедился в том, что прекращение инъекций прогестерона (действие которого блокировало овуляцию на несколько месяцев) повышало вероятность зачатия.
В 1952 году в Массачусетсе действовал очень строгий закон о контроле над рождаемостью — один из самых строгих в США. Принимать контрацептивы было можно, однако выставлять, продавать, назначать и предоставлять противозачаточные средства, даже распространять информацию о них, считалось уголовным преступлением. Этот закон действовал до марта 1972 года. Учитывая обстоятельства, ясно, что Рок с большой осторожностью объяснял пациентам смысл инъекций прогестерона. Однако поскольку данный метод лечения бесплодия пока еще был экспериментальным, требовалось осознанное согласие пациенток. Прекращение овуляции объяснялось им как временный побочный эффект лечения, направленного на повышение вероятности зачатия.
Рок и Пинкус подозревали, что инъекции даже больших доз прогестерона не могут иметь длительное контрацептивное действие. Пинкус связался с фармацевтическими компаниями: существует ли аналог прогестерона, который был бы сильнее его и мог применяться перорально? И получил ответ: в настоящее время существует два прогестина, которые удовлетворяют его требованиям. Чикагская фармацевтическая компания “Г. Д. Серл” запатентовала молекулу, очень похожую на ту, которую Джерасси синтезировал для “Синтекса”. Их препарат, норэтинодрел, отличался от норэтиндрона только положением одной двойной связи. Считается, что активным веществом является норэтиндрон. По-видимому, под действием желудочного сока положение двойной связи в молекуле норэтинодрела меняется и он превращается в свой структурный изомер (соединение с той же формулой, но с другим расположением связей или атомов) — норэтиндрон.
Различие между молекулами норэтинодрела (компания “Г. Д. Серл”) и норэтиндрона (компания “Синтекс”) заключается в положении двойной связи (показано стрелками)
На каждое соединение был получен патент. Было известно, что в организме одно вещество превращается в другое, но вопрос о нарушении прав никогда не вставал.
Пинкус опробовал оба соединения, исследуя их способность подавлять овуляцию у кроликов. Единственным побочным действием препаратов оказалось отсутствие крольчат. В то же время Рок начал осторожно испытывать норэтинодрел, получивший название эновид, на своих пациентках. Ему по-прежнему приходилось придерживаться версии о том, что он занимается исследованием проблемы бесплодия и нарушением менструального цикла (что, впрочем, отчасти было правдой). Пациентки по-прежнему обращались к нему за помощью по поводу той же самой проблемы, и он продолжал проводить тот же эксперимент, что и раньше: на несколько месяцев блокировал овуляцию, поскольку после этого вероятность зачатия повышалась, по крайней мере, у некоторых женщин. Однако теперь он использовал синтетический прогестин, который назначали перорально и в меньших дозах, чем синтетический прогестерон. Восстановление фертильности, по-видимому, происходило с такой же вероятностью. Наблюдение за пациентками показало, что эновид со стопроцентной эффективностью подавляет овуляцию.
Теперь пришло время испытаний в условиях практической работы. Их удалось провести в Пуэрто-Рико. Критики обвинили инициаторов “Пуэрториканского эсперимента” в том, что испытания были якобы проведены на бедных и необразованных женщинах, которые не понимали их сути. Однако по части информированности о средствах контрацепции жители Пуэрто-Рико значительно опережали жителей штата Массачусетс. Хотя основное население Пуэрто-Рико составляют католики, еще в 1937 году (на 35 лет раньше, чем в Массачусетсе) местные законы были изменены так, что распространение контрацептивов перестало считаться преступлением. Здесь существовали клиники, занимавшиеся вопросами планирования семьи (так называемые дородовые клиники), а местные врачи и медицинский персонал поддерживали идею о проведении полевых испытаний пероральных противозачаточных препаратов.
Отобранных для испытаний женщин подвергли тщательному осмотру. Возможно, они были бедными и необразованными, но при этом трезво смотрели на вещи. Скорее всего они не знали деталей женского гормонального цикла, но зато хорошо понимали сложности, связанные с наличием большого количества детей. Для 36-летней матери тринадцати детей, живущей натуральным хозяйством и ютящейся со своей семьей в двухкомнатной лачуге, любой возможный негативный эффект от приема противозачаточных таблеток казался меньшим злом, чем очередная нежелательная беременность. В 1956 году в Пуэрто-Рико не было недостатка в добровольцах. Не было его и во время следующих испытаний, проведенных на Гаити и в Мехико.
В целом в испытаниях приняло участие более двух тысяч женщин. Неудача в предотвращении беременности наблюдалась лишь в 1 % случаев (аналогичный показатель для других форм контрацепции составлял от 30 до 40 %). Клинические испытания перорального противозачаточного препарата прошли успешно. Задача, поставленная двумя пожилыми женщинами, серьезно обеспокоенными проблемой прав женщин, оказалась выполнимой. По иронии судьбы, если бы эти испытания проводились в Массачусетсе, само информирование участниц о целях эксперимента было бы незаконным.
В 1957 году Управление США по надзору за качеством пищевых продуктов и лекарственных средств разрешило использовать препарат эновид для нормализации менструального цикла. Хотя контрацептивные свойства препарата стали известны всем, власти считали, что женщины вряд ли будут принимать какие-либо таблетки ежедневно и что их, кроме того, отпугнет сравнительно высокая цена препарата (месячный курс стоил около десяти долларов). Через два года после правительственного разрешения около полумиллиона женщин принимали эновид “для нормализации месячного цикла”.
Компания “Г. Д. Серл” подала заявку на разрешение применения эновида в качестве противозачаточного препарата, и в 1960 году получила разрешение. К 1965 году около четырех миллионов американок сидели “на пилюлях”, а через двадцать лет около восьмидесяти миллионов женщин во всем мире пользовались молекулами, полученными благодаря экспериментам Маркера с мексиканским ямсом.
Во время испытаний в Пуэрто-Рико суточная доза препарата составляла десять миллиграммов (это еще один пункт, в связи с которым эти испытания до сих пор подвергаются критике), однако позднее она была снижена до пяти, а затем до двух миллиграммов, и даже меньше. Оказалось, что добавление к синтетическому прогестину небольшой дозы эстрогена снижает нежелательное побочное действие препарата (увеличение массы тела, тошноту, внутренние кровотечения и перепады настроения). К 1965 году созданная “Синтексом” молекула норэтиндрон, выпускавшаяся по лицензии компаниями “Парк-Дэвис” и “Орто” (подразделение “Джонсон и Джонсон”), доминировала на рынке противозачаточных препаратов.
А почему не были созданы противозачаточные таблетки для мужчин? В создании пилюль ключевую роль сыграли две женщины — Маргарет Сэнгер (чья мать скончалась от чахотки в возрасте пятидесяти лет, имела одиннадцать детей и перенесла несколько выкидышей) и Кэтрин Маккормик. Обе они были уверены в том, что контролировать рождаемость должны женщины. Вряд ли они стали бы бороться за создание средств контрацепции для мужчин. Но если бы создатели первых противозачаточных таблеток синтезировали вещество, которое должны были принимать мужчины, разве не стали бы их критиковать за то, что “химики-мужчины создали метод, позволяющий мужчинам контролировать рождаемость”? Это вполне возможно.
На самом деле сложности создания противозачаточных таблеток для мужчин объясняются биологическим фактором. Норэтиндрон и другие синтетические прогестины лишь имитируют естественный сигнал прогестерона к остановке овуляции. У мужчин гормональный цикл отсутствует. Остановить на длительный срок образование миллионов сперматозоидов, которое происходит ежедневно, гораздо сложнее, чем предотвратить развития яйцеклетки один раз в месяц.
До сих пор ведутся исследования, направленные на создание мужских противозачаточных пилюль, что связано с потребностью равноправного разделения ответственности в вопросах деторождения. Один негормональный способ контрацепции заключается в использовании госсипола — токсичного полифенола, экстрагируемого из хлопкового масла (мы упоминали о нем в главе 7).