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

Когда им удалось сфотографировать первые спектры рассеянного света, они увидели, что он состоит из различных «линий», и что положение и интенсивность каждой линии зависит от используемой жидкости. Более того, линии всегда делали то, что и полагается делать опалесценции, а именно — звучали в фиксированной гармонии с падающим светом. Раман вскоре понял, что это значит: каждая линия — это колебание молекулы . До той поры молекулы изображались так, словно связи, соединяющие атомы, жесткие. Однако электронные связи, которые удерживают молекулы, совсем иного рода. Если попробовать оттянуть один атом и отпустить, он совершит несколько вибрирующих колебаний, прежде чем займет первоначальное положение. На самом деле, он ведет себя как эластичная пружина. Диапазон колебаний зависит от пружины и атома. Чем жестче пружина и чем легче атом, тем выше пик. Вес атомов определяется их положением в периодической таблице, а жесткость пружины зависит от силы связи между парами атомов, которая их соединяет — и в меньшей степени от всего окружающего. Можно научиться понимать, какого рода колебания совершают различные пары атомов, когда их дергают. Затем можно попросить кого-нибудь в соседней комнате подергать различные атомы в модели молекулы, чтобы вы этого не видели. Если получится идеальный пик, вы будет знать, какая пара атомов его совершила.

Каждое колебание молекулы дает свою линию в Рамановском спектре. Самое главное здесь вот что: каждое химическое соединение определяется набором атомов, связанных друг с другом. Молекулярные колебания — как танцевальные движения: в некоторых задействована только часть молекулы (вспомните движения головой в индийских танцах), другие вызывают гибкие движения всей молекулы (вспомните нескромные 1970-е). Если сложить все различные виды колебаний, которые испытывает молекула, окажется, что они находятся в простом соотношении с количеством ее атомов. Молекула с N атомами имеет 3N способа движений: типичная молекула запаха, скажем, с двадцатью атомами будет способна совершать шестьдесят танцевальных па, или колебательных движений. Спектр колебаний подобен клавиатуре, где нижняя половина (1970-е) занята колебаниями, в которых принимают участие большинство атомов молекулы. Верхняя половина (индийский танец) — это то, где располагаются все характерные черты химических групп. Разумно предположить, что точный перечень колебаний будет зависеть от точной структуры молекулы. По определению, форма соединенных атомов уникальна. Следовательно, не стоит удивляться, что форма колебаний тоже уникальна. На самом деле, это справедливо до такой степени, что точные измерения молекулярных колебаний дают, так сказать, «отпечаток пальца» молекулы. Если вы видели его раньше и знаете структуру, вы можете моментально ее идентифицировать. Для уточнений и сравнений существуют библиотеки с тысячами записей спектров. Кстати сказать, если по структуре можно определить характер колебаний, то обратную задачу решить невозможно: нельзя по характеру колебаний определить структуру.

Нос может служить настоящим спектроскопом.

Когда Дайсон ознакомился с работой Рамана, он сразу же увидел ее прямую связь с запахами: мы можем определить химические группы, для этого нужен спектроскоп. Следовательно, если форма не является надежным предсказателем запаха (вспомните его опыты с горчицами несколькими годами ранее), то нос может служить настоящим спектроскопом. Далее на семи увлекательнейших страницах Дайсон настолько далеко вырвался вперед, что наука о запахах до сих пор его догоняет. Вот суть того, что он продемонстрировал. В своей характерной манере Дайсон пишет: «Давайте проведем расследование на простом случае — выберем некую группу веществ с однозначно характерным запахом, которые отличается от подавляющего большинства <���…> Я выбрал меркаптаны (-SH) как наиболее подходящие; как только их сильный и устойчивый запах фиксируется, он создает самое яркое впечатление, и большинство химиков способны распознать его снова <���…>. Есть ли какая-то соответствующая характерная черта в спектре Рамана? Ответ таков: в спектре Рамана существует бесспорно уникальная характеристика всех алкилмеркаптанов, линия <���…> с частотой 2567–2580. Ни одно другое соединение не имеет подобной линии » (курсив мой).

Большинство из сказанного им верно: SH соединения действительно обладают характерным и запоминающимся вонючим запахом, с которым ничто другое не сравнится. Однако последнее утверждение ошибочно. На самом деле есть еще один тип соединений с такого рода колебаниями: единственная ковалентная связь в природе, волновое число колебаний которой находится в пределах 2500. Это бороводородная связь, В-Н, а соединения, в которых она присутствует, называются боранами. Если бы Дайсон об этом знал, он бы оказался в шаге от важнейшего свидетельства в поддержку своей теории, настоящего Розеттского камня запахов. Представьте: если идея колебаний верна, то бораны должны иметь запах серы. Однозначно. Так ли это?

Френсис Джонс (см. на соседней странице) был первым, кто создал и осмелился понюхать боран. Это было в 1878 г. Он обнаружил, что боран имеет «неприятный [56] «Неприятный» на языке химиков — практически синоним «сернистому». запах», который, как мы сейчас знаем, характерен для всех таких соединений.

Летучие, легко воспламеняющиеся, с неприятным запахом, высокотоксичные бораны, безусловно, требуют особого обращения. Технику удержания этих яростных зверей на приемлемо длинном поводке разработал в начале XX века Альфред Шток. Его великое изобретение представляло собой вакуумную трубку, а точнее, ряд сосудов, соединенных стеклянными трубками, разделенными в нужных местах задвижками. Из сосудов выкачивался воздух. В состоянии, близком к вакууму, газы перемещаются очень быстро, и бораны можно было перегонять из одной части вакуумной трубки в другую, просто охлаждая ту часть, где боран должен был конденсироваться, закрывать задвижку на другом конце и нагревать участок заново. С помощью такого устройства Шток смог должным образом изучать бораны. Коллега-химик так отозвался о его работе: «Все заявления, сделанные по поводу боранов до 1912 года, когда с ними начал работать Шток, являются неверными». То есть все, за исключением запаха. В 1912 г. в журнале Германского химического общества Berichte Шток опубликовал большую статью, свою первую работу на эту тему. Он берет В 4Н 10и описывает его как «бесцветный газ с характерным, отталкивающим запахом, притом, что в очень разбавленном состоянии напоминает запах шоколада».