Секрет аромата. От молекулы до духов. Как запах становится произведением искусства - Лука Турин

Атомы O и S в этих молекулах явно выступают в роли магнитов, потому что остальные – всего лишь скользкие маленькие СН группы, которые предпочитают ни с чем не связываться. Если наша магнитная модель молекулярного распознавания верна, и допуская, что все вокруг постоянно вертится, как мы можем быть уверены, что не ошибаемся, принимая чуть более крупный атом S за более мелкий O, и наоборот? Представьте, что вы определяете на ощупь две эти молекулы в полотняном мешке. Точно определить, где S, а где О, очень сложно, если у вас нет под рукой какого-нибудь специального микрометра. Но не забывайте, в этом бесконечно подвижном микрокосме даже микрометры из-за тепла будут постоянно колебаться на величину, сопоставимую с различием в размерах между S и O. Тем не менее нос «руками» рецептора безошибочно различит их на ощупь по внешнему электронному слою, безымянному комку электронов.

Но предположим, что наши рецепторы способны каким-то образом достоверно определить эту небольшую разницу в размерах. Тогда к этой альдегидно-нитрильной паре возникает встречный вопрос: почему они пахнут так одинаково? В конце концов, судя по поведению магнитов, они больше отличаются друг от друга, чем SH и OH!

Причем это явление не ограничивается этими двумя группами. На самом деле человеческий нос с идеальной точностью может определить самые разные химические группы, например, такие как оксимы (-NOH), нитросоединения (-NO2), изонитрилы (-NC) и фосфины (-PH2). Первым, кто указал на этот хорошо известный факт (оксюморон, но в науке не редкий случай), был ученый по фамилии Клоппинг, но его блестящая статья 1971 г. не произвела особого впечатления на специалистов. Клоппинг показал, грубо говоря, что чем больше молекула и чем больше химических групп (магнитов) она имеет для молекулярного распознавания, тем более точной должна быть их молекулярная идентификация и, следовательно, более характерный, индивидуальный запах. В этом смысле можно сказать, что самые надежные ключи – самые сложные, и это будет правдой. И, разумеется, наоборот: мелкие молекулы, из которых состоят газы типа HCN, H2S и NH3 и у которых имеется лишь по одному магниту, подобны ключам от буфета, которые можно заменить обычной скрепкой. Они могут полагаться только на единственный вариант распознавания и должны иметь одинаковый запах при любой степени концентрации. Но, конечно, это не так. У молекулы HCN характерный запах горького миндаля, а не тухлого яйца, аммиак пахнет гнилой рыбой и т. д. Клоппинг предположил, что в его гипотезе кроется какая-то ошибка, но конкретизировать ее не смог.

Дайсон родился в XX веке, достаточно рано, чтобы успеть принять участие в Первой мировой войне и пережить газовую атаку, которая навсегда подорвала его здоровье. Но даже в ослабленном состоянии он работал по восемнадцать часов в сутки и в возрасте далеко за шестьдесят гонял в хвост и гриву большую команду талантливых молодых ученых. После мировой войны он разработал методику синтеза тиофосгена, который затем использовал для синтеза того, что в то время называлось «горчичными маслами», а в наши дни известно под названием изотиоцианаты, т. е. химические соединения, содержащие функциональную группу – N=C=S. Видимо, не случайно тиофосген и горчичные масла – близкие родственники фосгена и горчичного газа, воздействие которых Дайсон мог ощутить на себе в окопах Первой мировой. В то страшное время, возможно, у него сформировался и интерес к запахам, поскольку только нос в состоянии предупредить несчастного солдата, что настал его смертный час. Этим объясняется, в частности, и то, что, не считая учебников по химии парфюмерного производства, учебные курсы по боевым газам – единственные химические тексты, в которых дается систематическое описание запахов[52].

На чем бы ни строился интерес Дайсона к этим странным соединениям, он разработал методы синтеза многих изомеров хлорфениловых горчичных масел. При этом процессе атомы хлора втыкаются во все возможные позиции, которые допускает бензольное кольцо; процесс довольно утомительный, поскольку он повторял это с более тяжелыми родственниками хлора, расположенными на один-два этажа ниже в периодической таблице, с бромом и йодом. Ни одному из этих веществ не суждено было стать ароматом или вкусом, поэтому исследование Дайсона[53] находится в относительно узкой области химии, имеющей дело с пониманием природы запахов, не имеющей коммерческого значения.

Он сделал несколько примечательных наблюдений. Когда в молекулу горчицы добавляется один атом хлора, он может оказаться в одной из трех позиций – на два, четыре или шесть часов, если группа – NCS в позиции на полдень (левая колонка на соседней странице). Дайсон выяснил, что соединения с позициями на два и четыре часа похожи на горчицу, а на шесть часов – с оттенком анисового семени. Дайсон выяснил, что при замене хлора его более тяжелыми братьями, бромом и йодом, анисовый запах проявляется ярче. Чем темнее фон, тем сильнее анис.

Анисовый запах дают два из трех соединений с бромом, и все три соединения с йодом. Судя по этой таблице, можно сказать следующее. Во-первых, молекулы почти одинаковой формы могут иметь совершенно разные запахи (первый ряд). Во-вторых, молекулы относительно разной формы могут пахнуть очень похоже (третья колонка), и если добавлять более тяжелые атомы, запах постепенно изменяется от одного типа к другому. Дайсон из своего первого набега в эту область сделал вывод, что здесь могут иметь значение колебания молекул; он неоднократно говорит об «осмических[54] частотах», т. е. о частотах запахов.

Его слова нужно рассматривать в контексте времени. Тогда теоретические представления о запахах были еще весьма смутными, многие имели отношение к воздействию на расстоянии, своего рода к дистанционной коммуникации между пахучим объектом и нашим чувством обоняния. Эти представления к концу 1920-х гг. еще окончательно не рассеялись. Дайсон в своих ранних статьях неоднократно возвращался к мысли о том, что запах возникает из необходимости испарения субстанции и, следовательно, обусловлен его молекулами, попадающими нам в нос. О колебаниях молекул тогда уже было известно, но измерить их не представлялось возможным. Так что основной причиной его внимания к колебаниям была, скорее, эстетическая: «если полагать, что восприятие запаха происходит вследствие внутренних колебаний соответствующих молекул, то возникает очень логичная параллель между зрением, слухом и обонянием». Конечно, это не научное объяснение, но ему нельзя отказать в метафизической элегантности. Притягательность таких концепций сильнее, чем кажется. Физики в особенности ценят «простоту» и «красоту» своих теорий. В биологии, напротив, есть множество примеров того, что можно охарактеризовать только как «хитрые штучки», и такой тип доказательств распространен гораздо меньше.