Признаемся откровенно: писать о теориях запаха очень трудно. Невозможно нащупать стержень, неизвестно, с какой стороны подходить к проблеме. Дело все в том, что ученые не знают, как же в действительности происходит восприятие запаха. А раз так, совершенно неизвестно, какие факты главные, а какие попросту ошибочны, тем более что факты часто противоречат друг другу в рамках одной гипотезы. Так что ни одна из изложенных в статье гипотез не может объяснить всех фактов. Однако вряд ли, наверное, мы когда-нибудь сможем в точности предсказать запах вещества, взглянув на его формулу. Ведь и сегодня, при развитой теории химического строения, мы не способны, например, точно угадывать температуры плавления веществ. Это свойство зависит и от числа атомов в молекуле, и от их взаимного расположения, и от способа упаковки молекул в кристалле. Но мы можем объяснить, почему вещество имеет ту или иную температуру плавления, а сравнивая ряды схожих однотипных соединений, способны примерно предсказать этот параметр.
Надо заметить, что ни одна из обсужденных гипотез не объясняет
[smszamok]
всех сторон проблемы запаха. Быть может, это потому, что каждая из них чересчур упрощает положение вещей, сосредоточивая внимание на какой-то одной частности и отбрасывая остальные? Даже тех фактов, которые были изложены в этой статье, хватило бы, чтобы обнаружить всю шаткость такой позиции, всю превратность столь узкого взгляда на явление запаха.
Все различия в запахах сводятся лишь к различию в формах молекул, утверждает один исследователь. Но почему же, возражает ему другой, определяющей для запаха оказывается иногда крохотная деталь молекулы — та или иная функциональная группа атомов? Ведь это же факт, что почти все сложные эфиры имеют цветочный или фруктовый аромат, а почти все органические производные сероводорода — неприятный, тухлый запах. Но если индивидуальность запаха определяется лишь той или иной функциональной группой атомов, вступает в дискуссию третий исследователь, то как объяснить, что замена одной группы на другую порою почти не изменяет запаха вещества? Посмотрим еще раз на формулу ванилина. Оказывается, если заменить альдегидную группу СНО на нитрил СО или нитрогруппу N02, вещество сохранит ванильный запах. Общее же у всех трех групп атомов только одно: они хорошо тянут на себя электроны из бензольного ядра и могут образовывать так называемые водородные связи .
Новый термин, появившийся в нашем рассказе,— водородные связи, — ведет еще к одной любопытной гипотезе о механизме запаха. Можно предположить, что благодаря водородным связям молекула пахучего вещества приклеивается на какое-то время
к поверхности обонятельного рецептора (см. цветную вкладку). Тот след, «отпечаток» на поверхности рецепторного участка, который оставляет приклеенная молекула, и определяет тип запаха вещества. В этом случае играет роль не только пространственное очертание молекулы, но и относительное расположение различных группировок, расстояния и углы между ними. «Приклеивая» водородными связями молекулу к рецептору, мы как бы набираем код соответствующего типа запаха.
Сложные молекулы могут ложиться на поверхность рецептора разными способами, что приводит к проявлению сложных запахов. Поскольку разные функциональные группы образуют разные по прочности водородные связи, сила которых зависит еще и от окружающих эту связь группировок, становится понятным многообразие запахов. В согласии с таким предположением должны различаться и запахи зеркальных изомеров.
В пользу предположения об образовании водородных связей между молекулой пахучего вещества и поверхностью рецептора может говорить и такой факт: чем больше способность вещества завязывать водородные связи, тем резче, острее его запах. Здесь можно указать, например, на усиление, обострение запаха в ряду циклогексан — бензол — нафталин. А такие вещества с очень резким, невыносимым запахом, как муравьиная и уксусная кислоты, ангидриды и хло-рангидриды кислот, могут попросту вступать с молекулами белков в химическую реакцию.
Гипотезу об участии водородных и других слабых связей можно назвать «полухимической», ведь она не предполагает (за редким исключением) настоящих химических реакций. Вид же запаха определяется пространственным расположением групп, способных вступать в слабые не химические взаимодействия.
Но вот несколько лет назад советский ученый Э. П. Зинкевич получил интересные результаты. Оказалось, что меченое радиоактивным изотопом углерода пахучее вещества.
Понюхайте хлористый ацетил (осторожно: очень едкое вещество!) и уберите склянку подальше. Можете проветривать комнату, у вас все равно в носу еще долго (несколько минут, а то и часов) будет стоять запах ацетилхлорида. И вы временно потеряете чувствительность к другим запахам. Не свидетельствует ли это о том, что хлорангидрид (и хлористый водород и другие «едкие» вещества) блокирует обонятельные рецепторы, вступая в химическую связь с молекулами рецепторных клеток (например, по аминогруппам белков)?
Причем такие превращения возможны только в присутствии кислорода воздуха. Опыты на людях подтвердили необходимость кислорода — при введении в нос пахучих веществ в бескислородной газовой среде испытуемые не ощущали никакого запаха. Так возникла уже чисто химическая гипотеза: ощущение запаха является результатом ферментативных окислительных реакций пахучего вещества на обонятельном рецепторе с участием молекулярного кислорода. Вскоре опыты с другими пахучими веществами (подопытными животными выступали насекомые) подтвердили, что в обонятельных органах происходят химические превращения веществ запаха. Однако до сих пор не ясно: протекают ли эти реакции в процессе самого обоняния или же такие превращения используются уже после этого процесса лишь для удаления молекулы, опознанной по запаху, из эпителия (ведь органы обоняния не могут быть долго «заняты» молекулами одного вещества).
Огромную помощь в расшифровке состава запахов оказывает метод газовой хроматографии. Расскажем кратко о его сущности. Предположим, у нас имеется смесь двух веществ, очень похожих друг на друга. Но в одном свойстве они немного отличаются— по способности прилипать, притягиваться к частичкам каких-то твердых, не растворимых ни в чем веществ, например, обыкновенного речного песка или даже битого кирпича. Заполним песком или кирпичом (это вещество называют носителем) длинную тонкую металлическую трубку. Теперь внесем с одного конца трубки смесь наших двух веществ и будем продувать трубку каким-нибудь инертным газом, например, азотом.
Сначала оба вещества прилипнут к частичкам носителя, но потом начнут «сдуваться» с них газом. И здесь наблюдается такая закономерность: чем менее прочно прилипли молекулы вещества к частицам носителя, тем легче они будут «сдуваться» газом, тем быстрее будет их продвижение по трубке. Через некоторое время на другом конце трубки появятся плохо прилипающие молекулы вещества, вынесенные током газа (синие точки), и только затем выйдет хорошо прилипающее соединение (красные точки).
На выходном конце трубки стоит прибор, определяющий теплопроводность (или какую-то другую характеристику) азота. Как только в азоте появляется вещество из смеси, эта характеристика изменяется, и самописец вырисовывает пик. По времени, которое проводит вещество в трубке, можно определить, что это за соединение, а площадь пика дает его количество. Метод хроматографии был изобретен в начале нашего века русским ботаником М. С. Цветом. Только вместо газа он брал жидкости и разделение веществ проводил в стеклянной колонке. Таким образом ему удалось разделить две разновидности хлорофилла — зеленого пигмента растений. Газовая хроматография появилась в пятидесятые годы и вскоре стала незаменимым методом при исследовании смесей, содержащих много компонентов.
[/smszamok]
Для любителей кофе приводим состав запаха этого напитка (в скобках указан процент данного соединения в эссенции запаха).
- Ацетальдегид (20), ацетон (19), диацетил (7,5), н-валериановый альдегид (7), 2-ме-тилмасляный альдегид (7), 3-метилмаеля-ный альдегид (5), метилфуран (5), пропио-новый альдегид (4,5), метилформиат (4), фуран (3), изомасляный альдегид (3), пен-тадиен (3), метилэтилкетон (2), парафины и олефины с числом атомов углерода от 4 до 7 (2), метилацетат (2), диметилсульфит (1), н-масляный альдегид (0,7), этилформи-ат (0,3), сероуглерод (0,2), метиловый спирт (0,2), метилмеркаптан (0,1), тиофен (0,1).
Сочинение! Обязательно сохрани - » Теория о запахе . Потом не будешь искать!
Запись была опубликована
07.09.2009 в 16:22 в категории Популярно о химии.
Вы можете следить за ответами в этой записи через RSS 2.0 ленты.
Загрузка...