Ларс Орстрём - Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Рисунок 30. Слева : молекула стрихнина, нерастворимая в воде. В центре : молекула стрихнина, проявившая свойства основания и принявшая протон (Н +, черного цвета) от молекулы хлороводорода (HCl) с образованием соли (стрихнин Н +)(Cl —), известной как гидрохлорид стрихнина и растворимой в воде [177] Robertson J.H., Beevers C.A. The Crystal Structure of Strychnine Hydrogen Bromide // Acta Crystallographica, 4 (270). 1951. . Справа : палочковая схема строения стрихнина.

Еще одно базовое эмпирическое правило, обычно усваиваемое начинающим химиком, гласит, что «подобное растворяется в подобном», – возможно, он или она уже усвоили это на собственной кухне. У столовой соли очень полярное строение, и в растворе она распадается на катионы натрия (Na +) и отрицательно заряженные анионы хлора (Cl —); и те и другие любят поплескаться и поиграть с полярными молекулами воды. С другой стороны, многие ароматические и вкусовые молекулы предпочитают жиры и плохо растворяются в воде. Вот почему небольшое количество сливок или растительного масла усиливает вкус многих блюд: эти чудесные молекулы растворяются в жире и легко переносятся к нашим органам обоняния. Более того, если вы увлекаетесь диетами, вам следует знать, что то же самое касается и некоторых витаминов, особенно витамина А: они также растворяются в жирах, так что добавить в морковь сливочное или оливковое масло – не такая уж плохая идея.

На молекулярном уровне мы грубо подразделяем наши вещества на полярные и неполярные; неполярные вещества не растворяются в таких полярных растворителях, как вода. Возьмем для сравнения поверхность липучки «велкро» или фетра и ровную стеклянную поверхность. Фетр прилипает к фетру, но не к стеклу, а две ровные чистые стеклянные поверхности прилипнут друг к другу, но не к «велкро»; ровная и плоская поверхность – аналог неполярных связей С—Н и С—С, а крючки и петли «велкро» соответствуют отрицательно и положительно заряженным концам полярной молекулы.

Молекулы некоторых лекарств настолько неполярные и нерастворимые, что если дать их пациенту в виде таблетки, то даже ужасно кислой среды желудка будет недостаточно, чтобы выпустить их в кровоток, прежде чем они выведутся из организма; такая таблетка будет практически бесполезной.

Фармацевтические компании прилагают большие усилия, чтобы обойти эту проблему, поскольку они очень любят таблетки. Для этого существует классическая успешная стратегия: сделать неполярную молекулу полярной, добавив к ней заряд. В случае со стрихнином к нему нужно добавить по одной молекуле хлороводорода (HCl) на каждую молекулу потенциального яда. Эта стратегия работает, так как на «верхушке» молекулы, которую я изобразил на рисунке 30, торчит черный атом азота. Эта часть молекулы – основание (в противоположность кислоте), а именно амин, родственный простому реактиву аммиаку (NH 3), с которым вы, возможно, знакомы по своему ящику с чистящими средствами. У него есть небольшой отрицательно заряженный конец, торчащий из неполярной основной части молекулы из-за того, что на нем расположена пара электронов, обращенных наружу от атома азота. Этой небольшой доли «полярности» недостаточно для того, чтобы сделать стрихнин растворимым в воде, но если добавить HCl, то Н +немедленно прыгнет на это место, и внезапно у стрихнина окажется заряд +1 с ионом хлора для сохранения баланса, и теперь молекула готова к плаванию (при этом сохраняя свою химическую активность). Похожие реакции делают водорастворимыми такие лекарства, как кодеин, ципрофлоксацин и многие другие. В списке ингредиентов будет указан, например, «кодеина гидрохлорид», прямо как название соли – поскольку речь на самом деле о реакциях между кислотами и основаниями, в результате которых и вправду получаются соли, равно как в реакции HCl + NaOH, где получаются NaCl и H 2O.

Из того, что мы узнали к этому моменту, мы могли бы предположить, что гидробромид стрихнина тоже окажется водорастворимым: здесь есть тот же самый Н +, а бромид-ион очень похож на хлорид-ион (к примеру, расположение ионов в твердом NaBr точно такое же, как в NaCl). Но нас ждет сюрприз: расположение ионов в кристалле гидробромида стрихнина сильно отличается от такового в гидрохлориде стрихнина. Анионам и катионам вода приятна примерно в одинаковой степени в обоих случаях, но у гидробромидной соли связи между молекулами [178] Мы называем их межмолекулярными связями или взаимодействиями. гораздо крепче, чем у гидрохлорида, и поэтому она не слишком хорошо будет растворяться в воде. Не потому, что она не любит воду, а потому, что ей гораздо уютнее находиться на пляже с друзьями.

Так как же это помогло ловкому убийце? Он (или она) понял, что в спальне у миссис Инглторп стоят два флакона: один с гидрохлоридом стрихнина, а второй – с бромистым натрием. Добавьте бромистый натрий в раствор стрихнина, и протонированные молекулы стрихнина вскоре найдут своих бромидных приятелей и устроятся вместе с ними на пляже; вернее, они плотным слоем осядут на дне, а в воде будут плавать ионы натрия и хлорид-ионы. Небольшое количество тонизирующего средства со стрихнином выпивается каждый день, однако теперь оно практически лишено молекул стрихнина; уровень жидкости будет постепенно уменьшаться до того фатального момента, когда из флакона выпьют последнюю дозу, в которой теперь содержится весь стрихнин из изначального раствора; эта последняя доза окажется смертельной.

Это было началом долгой блестящей карьеры Агаты Кристи в детективном жанре. Она начала писать, когда Конан Дойл еще выпускал истории о Шерлоке Холмсе, и закончила свой последний роман через три года после того, как Реджинальд Хилл представил миру своих знаменитых йоркширских детективов Дэлзила и Пэскоу. Ближе к концу Первой мировой войны она работала в аптеке при госпитале, где и трудилась над первым романом, когда не готовила лекарства и не занималась химией для сдачи экзамена по фармакологии. Периодическая таблица и атомная масса сначала вызывали у Кристи некоторое замешательство, однако потом она занималась химией с удовольствием; вероятно, она – одна из очень немногих авторов детективов, кто действительно провел пробу Марша на мышьяк в реальной жизни [179] Кристи А. Автобиография (Agatha Christie: An Autobiography). Лимбус-пресс: РИК «Культура», 1997. .

Корпорация Dow Chemicals, штаб-квартира которой по-прежнему находится в Мидленде, штат Мичиган (население 41 863 человека), является сегодня одной из двух или трех, смотря как считать, крупнейших компаний по производству химикатов в мире (две другие – это BASF и DuPont). Miles Laboratories была куплена немецким фармацевтическим и химическим гигантом Bayer в 1979 году и больше не является независимой компанией [180] Verg E., Plumpe G., Schultheis H. Meilsteine, 125 Jahre Bayer 1863–1988. Informedia Verlags-GmbH, 1988. . Все бромсодержащие препараты для производства транквилизаторов были сняты с производства в США из-за долгосрочных проблем со здоровьем, связанных с чрезмерным употреблением бромид-ионов [181] Бромид-ионы могут присутствовать в некоторых лекарствах в качестве противоионов для улучшения растворимости; они не токсичны и находятся в списке одобренных ионов, которые постоянно тестируют при испытаниях лекарственных форм с новыми компонентами. , а на сегодняшний день людям доступны более эффективные лекарственные средства.