Жизнь замечательных веществ - Аркадий Курамшин

Возможно, пренебрежение Бургаве химией (в одном из писем он даже писал, что химия беспокоит его меньше всего) и послужило причиной того, что записки Бургаве о мочевине были забыты, и метод очистки мочевины и выделения её из мочи был заново открыт спустя полвека французским химиком Илером Мареном Руэлем, которого во многих источниках и называют открывателем мочевины, и лишь только в последнее время историческая справедливость касательно Германа Бургаве восстанавливается.

Человеческий организм производит мочевину из аммиака и избытка аминокислот. Аминокислоты нужны нашему телу для производства функциональных белков, однако, если нам с питанием поступает больше аминокислот, чем мы можем пустить на строительство белков, они метаболизируются с выделением небольшого количества энергии. С другой стороны, аммиак токсичен для нашего организма, и организм старается вывести его. Аммиак образуется при переработке пищи организмом, но из-за основной природы он может увеличивать уровень рН при его накоплении в клетках. Чтобы удалить аммиак из организма, включается весьма энергозатратный процесс, который превращает аммиак в мочевину, практически безопасную для нас. Образующаяся мочевина легко выводится из организма преимущественно с мочой и незначительно – с потом.

Мочевина является основным компонентом мочи (если не считать воду), она бесцветна и не имеет запаха (поскольку запах – реакция обонятельных рецепторов на молекулы веществ, попадающие нам в пазуху носа, твердое малолетучее кристаллическое соединение с температурой кипения 174 °C вообще имеет мало шансов чем-то пахнуть). Тем не менее мочевина легко разлагается с выделением аммиака, и характерный запах мочи – это всё же запах аммиака. Кстати, именно поэтому застарелая моча пахнет сильнее свежей: со временем глубина разложения мочевины увеличивается и запах аммиака становится более интенсивным.

Ежегодно химическая промышленность производит около 100 миллионов тонн мочевины. Где используется это соединение? Около 90 % мочевины используется в производстве удобрений, которые создают дополнительный источник азота для растений, позволяющий им быстрее расти и давать большие урожаи. Мочевина является популярным удобрением из-за высокого содержания азота, что позволяет экономить на хранении и транспортировке удобрений. Во влажной почве мочевина обычно разлагается с выделением аммиака, который усваивается растениями. Также она может быть окислена почвенными бактериями до нитрат-иона, который тоже поступает в организм растения через корневую систему и используется как строительный материал для биомассы.

Остальные 10 % мочевины могут использоваться в пищевой промышленности, в том числе и для производства жевательной резинки, а также для производства косметических препаратов – последние два примера использования связаны с тем, что мочевина или карбамид является слабым и безопасным для человека основанием, снижающим содержание кислоты либо в полости рта, либо на поверхности кожи. Еще одним возможным вариантом практического применения мочевины являются процессы, в которых она реагирует с формальдегидом или азотной кислотой. Образующиеся в этом случае производные мочевины используются в синтезе полимерных смол, пластических масс и даже взрывчатых веществ.

Естественно, что в настоящее время мочевину производят совсем не так, как её когда-то случайно получил Вёлер. Для промышленного производства карбамида в промышленности применяется процесс Боша-Майзера, основанный на реакции аммиака с углекислым газом над платиновым катализатором, продуктами этой реакции являются мочевина и вода. Несмотря на то что этот процесс был разработан в 1922 году, он до сих пор остается основным способом получения карбамида благодаря дешевизне реагентов. Идея о том, что какие-то совершенно радикальные сторонники органических продуктов захотят выделять «правильную мочевину» из природного источника, то есть мочи, кажется бредовой, но, оказывается, есть люди, предпочитающие такое происхождение карбамида в их жвачке или зубной пасте.

Строго говоря, не так уж много веществ сыграли такую замечательную роль в истории химии, как мочевина. Трёхвековая история этого соединения началась с дурно пахнущей биологической жидкости, обернулась крахом теории витализма и продолжается в удобрениях и других продуктах химической промышленности. И как это часто случается, синтез Вёлера, пусть он и был случайным, заложил основы современной синтетической органической химии.

Гуляющий по мировой сети «Краткий определитель естественных наук» говорит следующее: «Зелёное или дергается – биология, воняет – химия, не работает – физика». Шутка, конечно, но в каждой шутке есть лишь доля шутки.

Многие химические вещества пахнут, многие, но далеко не все. Запахом мы называет реакцию нашего мозга на раздражение обонятельных рецепторов, находящихся у нас в носовой полости. Чтобы вещество обладало запахом, оно должно обладать достаточной летучестью, дабы преодолеть расстояние от источника запаха до нашего носа. То есть пахнущее вещество должно быть как минимум летучим и имеющим молекулярное строение – металлы, сплавы и вещества ионного строения пахнуть не должны из-за того, что в тех условиях, в которых работают наши обонятельные рецепторы (а поскольку они представляют собой белки, то при высокой температуре они просто денатурируют и потеряют способность распознавать летучие вещества), структурные элементы этих веществ просто не могут испариться и долететь до нашего носа. Попав в нос, молекула должна распознаться белковыми обонятельными рецепторами, и они уже подают сигнал в мозг. Иногда, если эта молекула маленькая (как, например, описанный в предыдущем разделе угарный газ) или же наши обонятельные рецепторы в процессе эволюции не выработали (а может, и утратили) способность распознавать молекулы такого строения, даже летучее вещество не будет для нас пахнуть.

Наверное, здесь читатель подумает и будет вполне прав в своих сомнениях: «А как же быть с запахом железа? Чем обусловлен несильный, но характерный металлический запах, возникающий после того, как мы прикоснемся к железным или стальным объектам – монеткам, ключам, инструментам? Почему, в конце концов, водопроводная вода, текущая из старых труб, пахнет ржавчиной?»

Исследовав этот вопрос, объединенная исследовательская группа из Университета Лейпцига и Политехнического института Виргинии, возглавляемая Дитмаром Глиндеманном, пришла к выводу о том, что запах металла – иллюзия и на самом деле мы ощущаем запах собственного тела, точнее – результатов превращений, которые железо претерпевает с веществами, выделяемыми нашим организмом.