Линалоол

Запах лаванды обусловлен многими молекулами, однако наибольший вклад в «лавандовый букет» вносит линалоол. Лавандовое масло стоит несколько дешевле жасминового или розового. Оно применяется в ароматерапии, в соответствии с результатами исследований линалоол может способствовать понижению стресса (правда, задокументированные исследования проводились не с людьми, а крысами).

Линалоол может существовать в двух формах, поскольку один из атомов углерода окружен 4 различными заместителями, он образует так называемый хиральный (от хирос – рука) центр, и молекула линалоола может образовать два оптических (зеркальных) изомера (вещества, которые соотносятся как отражения в зеркале и не могут быть совмещены друг с другом – как правая и левая рука).

(R)-(-) – линалоол и (S)-(+) – линалоол

Отображается это вот так: представьте, что связь, обозначенная чёрным треугольником, торчит в направлении читателя из плоскости книжной страницы, а заштрихованная – углубляется внутрь книги. Чем отличаются эти изомеры?

У зеркальных изомеров одинаковые температуры плавления и кипения, плотность, показатель преломления и растворимость, а также большинство химических свойств, однако они различаются некоторыми свойствами по отношению к другим оптически активным веществам. Самое простое различие – это разный запах зеркальных изомеров, обусловленный тем, что наши обонятельные рецепторы тоже «зеркальны». Так, запах (S)-(+) – линалоола (источники – кориандр и апельсин) – сладкий лавандовый запах с цитрусовой ноткой. Аромат (R)-(-) – линалоола (источники – роза и лаванда) демонстрирует лавандовый запах с древесным оттенком.

Натуральные материалы содержат (практически всегда) только один из зеркальных изомеров (такие уже особенности синтеза природных соединений самой природой), но в результате лабораторного синтеза можно получить только смесь обоих зеркальных изомеров (как правило, в равных соотношениях). Натуральное лавандовое масло содержит 85 % (R) – изомера линалоола, в то время как (S) – линалоол является главным компонентом (94–96 %) натурального цитрусового масла. Таким образом, определение соотношения зеркальных изомеров может использоваться в экспертизе подлинности масла для ароматерапии и других целей.

Ментол

Мята, леденцы «Взлетные», пастилки от кашля, дамские сигареты – все эти предметы объединяет одно замечательное вещество – ментол. Ментол – это тривиальное (исторически сложившееся) название, в соответствии с номенклатурой оно называется 2-изопропил- 5-метилциклогексанол. Несмотря на кажущуюся простоту и распространенность ментола, эта молекула не так уж и проста – в ней содержится три асимметрических (хиральных) атома углерода, и она может образовать 2³, то есть восемь оптических изомеров.

Маленькое отступление для тех, кто не знает слов «оптические изомеры», «зеркальные изомеры» и «хиральность».

Если атом углерода в молекуле связан с четырьмя различными атомами или атомными группами, то возможно существование двух соединений с одинаковой структурной формулой, но отличающихся пространственным строением. Молекулы таких соединений относятся друг к другу как предмет и его зеркальное изображение и являются пространственными изомерами.

Молекулы оптических изомеров несовместимы в пространстве (как левая и правая руки – отсюда ещё один термин для оптически активных соединений «хиральные» – от греческого «хирос» – рука), в них отсутствует плоскость симметрии. Таким образом, оптическими изомерами называются пространственные изомеры, молекулы которых относятся между собой как предмет и несовместимое с ним зеркальное изображение.

Оптические изомеры имеют одинаковые физические (температура плавления, кипения, растворимость в оптически неактивных растворителях) и химические свойства (реакции с оптически неактивными веществами), но различаются отношением к поляризованному свету. Такие изомеры обладают оптической активностью (один из них вращает плоскость поляризованного света влево, а другой – на такой же угол вправо). Различия в химических свойствах наблюдаются только в реакциях с оптически активными реагентами.

Оптическая изомерия проявляется в органических веществах различных классов и играет очень важную роль в химии природных соединений.

«Когда молекулы лекарства смотрятся в зеркало» (When Drug Molecules Look in the Mirror) – это заголовок статьи, опубликованной в июньском номере за 1996 год американского журнала Journal of Chemical Education. На первой странице обложки этого номера был следующий рисунок. На боку добродушно виляющего хвостом пса была изображена структурная формула пеницилламина. Пес смотрел в зеркало, а оттуда на него глядел страшный зверь с оскаленной клыкастой пастью и вставшей дыбом шерстью. На боку зверя была изображена та же самая структурная формула в виде зеркального отображения первой. Почему же фактически одно и то же вещество имеет столь разные обличья?

Дело в том, что часто только один из зеркальных изомеров обладает требуемым терапевтическим эффектом, тогда как второй антипод может вызвать нежелательные побочные эффекты или даже быть токсичным. Бывает и так, что каждый энантиомер обладает своим специфическим действием. Так, S(—) – тироксин («левотроид») – это природный гормон щитовидной железы. А правовращающий R(+) – тироксин («декстроид») понижает содержание холестерина в крови.

Некоторые производители придумывают для подобных случаев торговые названия-палиндромы, например, Darvon и Novrad. Но это, скажем так, ещё хороший вариант – хуже бывает, когда один из зеркальных изомеров проявляет фармакологическую активность, а его отражение является токсином или мутагеном.

Чем же объясняется различное действие энантиомеров? Человек – существо хиральное, то есть асимметричное. Асимметрично и его тело, и молекулы биологически активных веществ, из которых оно состоит. Молекулы хиральных лекарств, взаимодействуя с определенными хиральными центрами организма, например ферментами, могут действовать по-разному в зависимости от того, каким именно энантиомером является лекарство. «Правильное» лекарство подходит к своему рецептору, как ключ к замку, и запускает желаемую биохимическую реакцию. Действие же «неправильного» антипода можно уподобить попытке пожать правой рукой левую руку своего гостя.

Из восьми приведенных на картинке оптических изомеров ментола в природных условиях – в растениях мяты – генерируется только один оптический изомер (собственно сам ментол), конфигурация которого по номенклатуре обозначается как (1R,2S,5R), в то время как все остальные семь соединений можно получить в лаборатории (иной раз не желая того – очистка препарата от «ненужных» зеркальных изомеров не всегда проста и иногда является чуть ли не единственным фактором, определяющим стоимость синтетического препарата, которому посчастливилось быть оптически активным). Ментол и семь его «зеркальных двойников» имеют достаточно близкие температуры плавления и кипения, растворимость в простейших органических растворителях, однако различаются запахом. Наши обонятельные рецепторы представляют собой белки, которые образованы хиральными аминокислотными остатками, из-за чего они по-разному взаимодействуют с различными оптическими изомерами, предоставляя мозгу различное сообщение о запахе.

Если запах природного изомера ментола из мяты описывается определениями «свежий, мятный, сладковатый, холодный, освежающий», то другие оптические изомеры хотя и обладают похожим запахом, но при этом содержащим меньше мятных нот, горьким, травянистым или даже фенольным (фенольный запах легче всего себе представить, восстановив в памяти запах свежих железнодорожных шпал).

Хотя большая часть ментола в настоящее время до сих пор получается путём переработки мяты, синтетическая версия также находит своё применение, при этом существуют способы получения исключительно одного из оптических изомеров. Так, японская корпорация «Такасаго» ежегодно синтезирует три тысячи тонн ментола из углеводорода мирцена, а единственный интересующий продукт образуется благодаря хиральному родийсодержащему катализатору, разработанному Риедзи Нойори, лауреату Нобелевской премии по химии за 2001 год, получившему её совместно с Уильямом Ноулзом и Барри Шарплессом с формулировкой «за исследования, используемые в фармацевтической промышленности – создание хиральных катализаторов окислительно-восстановительных реакций».

Основное применение ментола – пищевая промышленность, где он применяется для изготовления жвачки и конфет. Свойства ментола также оказались полезными для изготовления зубных паст и жидкостей для полоскания рта, он входит в состав бальзамов и противоотечных средств, а также препаратов для снятия мышечных болей.

Почему ментол заставляет нас чувствовать холод? Ответ на этот вопрос был найден лишь в последнее десятилетие. В нашем организме ментол связывается со специфическим нейроном, рецептором TRPM8. Это связывание приводит к открытию кальциевого ионного канала, а возникающий при этом электрический импульс и является сообщением для мозга.

Так уж получилось, что этот же рецептор также откликается и на пониженные (менее 15 °C) температуры, которые также посылают сигнал мозгу. Мозг не может различить истинную причину генерации сигнала, поэтому ментол и создает «прохладу». Кстати, другой рецептор – TRPV1 – откликается и на капсаицин, компонент перца чили, и на температуры выше 43 °C, поэтому перец мы называем жгучим. Рецепторы, являющиеся для нас приблизительными термометрами, важны для нашего восприятия тепла и холода, что позволяет нам избегать как переохлаждения, так и перегрева.

Если кому-нибудь интересно заняться «домашней» химией, наблюдая изменение окраски растворов, нелишне будет упомянуть, что обнаружить ментол можно при помощи цветной реакции: водные растворы его с 1 % раствором ванилина и концентрированной серной кислотой дают устойчивую фиолетово-синюю окраску.

И, напоследок о курении ментоловых сигарет (а точнее о влиянии ментоловых сигарет на потенцию) – в большинстве ментоловых сигарет для придания вкуса ментолом пропитывается табачная бумага. Мягкий вкус ментоловых сигарет делает процесс курения более приятным, но в таком случае дыхательные пути подвергаются анестезии, что позволяет затягиваться сильнее, доставляя сигаретный дым в нижние зоны легких. Ментол влияет на метаболизм никотина, и его концентрация в крови повышается, происходит более значительное отрицательное влияние никотина на сосуды, ну а эректильная функция в первую очередь зависит от состояния сосудов и процессов кровотока. Так что если плохо всем сосудам, то и сосудам полового члена тоже.

Однако ментол не только вреден, но и полезен. В 2004 году Брайан Рауденбуш сообщил о результатах экспериментов, проводившихся со спортсменами на беговой дорожке. Было обнаружено, что вдыхание паров ментола увеличивало степень насыщения мышц кислородом, увеличивая эффективность аэробной нагрузки, а также улучшало настроение подопытных – они чувствовали себя лучше и уставали медленнее, чем контрольная группа. Позднее сходные результаты были получены при изучении влияния ментола на спортсменов, испытывающих другие виды физической нагрузки.