2/14/ Антифризы

Как бы кто ни относился к зиме, в холодное время года одной из самых популярных тем в разговорах автовладельцев в эти дни – беседы о том, какая незамерзайка в наши морозы замерзает, а какая нет. В этом рассказе речь пойдет о таких замечательных веществах, как антифризы, причем антифризах натуральных и антифризе синтетическим.

Должен сразу огорчить читателей, особо ратующих за все натуральное и органическое (в смысле природного происхождения), но заменить для своего железного коня синтетический антифриз антифризом натуральным не получится.

Часть I. Антифризы натуральные и органические во всех смыслах. Определенные типы растений и животных могут защищать себя от температур гораздо меньших, чем температура замерзания воды, с помощью специальных биологически активных соединений-антифризов.

Долгое время все описанные биологические макромолекулы-антифризы были представлены сложными белками-гликопротеидами (соединения, содержащие химически связанные белковую и полисахаридную цепи), однако недавно из организма арктического жука U. Ceramboides, способного переносить температуры до –60 °C, был выделен антифриз, представляющий собой просто полисахарид без белка. Такие лед-структурирующие вещества природного происхождения самоорганизуются на поверхности кристаллов льда, ингибируя их рост и предотвращая организмы хозяев от обледенения.

До настоящего времени предполагалось, что биологически активные вещества-антифризы самоорганизуются на поверхности кристаллов льда, ингибируя их рост и предотвращая организмы хозяев от обледенения, таким образом препятствуя образованию больших по размеру кристаллов льда. Однако недавно было продемонстрировано, что существуют и другие механизмы действия биологической защиты животных и растений от холода.

Несмотря на уже упомянутую невозможность использования в «незамерзайках», биологические антифризы все же могут найти многочисленные применения. Например, их можно использовать в медицине для хранения органов и тканей, предназначенных для трансплантации. Эти белки также могут ингибировать рост кристаллов льда в мороженом, причем некоторые производители пищи уже использует такой способ облагораживания пищевых продуктов. Тем не менее использование «натуральных» антифризов в биомедицине и пищевой промышленности не всегда возможно. Во-первых, низкое их содержание в тканях соответствующих организмов затрудняет выделение натуральных антифризов из природных материалов, во-вторых – некоторые из них в больших дозах все же оказываются токсичными для клеток человека.

Ну и конечно же, белки-антифризы, точнее, генетическая модификация организма за счет введения гена, ответственного за биосинтез такого белка, не дающего его «хозяину» загнуться от холода, часто являются современным способом выведения морозоустойчивых сортов клубники, апельсинов и т. д.

Часть II. Антифризы органические, но не натуральные и совсем даже синтетические. Наиболее известным антифризом такого типа является вещество, имя которому – этиленгликоль. Оно очень близко знакомо каждому, кто не ставит свою машину на зиму в гараж, а активно пользуется ею и в холодное время года. Этиленгликоль является основным компонентом антифризов, а спирты – этиловый, изопропиловый – компонентами незамерзающих жидкостей.

Распыление раствора этилового или изопропилового спирта на поверхность льда может способствовать его плавлению, и удачливый водитель освобождает лобовое стекло от слоя замерзшей воды, получая возможность отправиться к месту назначения. А образованию кристалликов льда во внутренних системах автомобиля будет мешать жидкость антифриз, в состав которой входит этиленгликоль.

Как же работает антифриз-этиленгликоль? Систематическое название этиленгликоля – этандиол-1,2. Антифризные свойства этого замечательного вещества отчасти объясняются его некоторым сходством с водой – в составе молекулы этиленгликоля имеется две – ОН группы, способные к образованию водородных связей, к образованию таких связей способна и вода. Из-за этого вода и этиленгликоль могут смешиваться в любых соотношениях.

Известно, что температура замерзания воды – 0 °C. Чистый этиленгликоль замерзает при –12 °C, однако смешение этиленгликоля с водой приводит к тому, что обе эти жидкости мешают друг другу образовать правильную упорядоченную кристаллическую структуру, и температура замерзания смеси становится гораздо меньше температуры замерзания каждого из отдельно взятых веществ. Вообще это довольно распространенное явление – понижение температуры замерзания раствора по сравнению с температурой замерзания растворителя. На этом же явлении основана борьба с гололедом за счет посыпания улиц поваренной солью или другими твердыми хлоридами.

Может возникнуть вопрос – а почему мы не можем удалять намерзший лед с машин с помощью соли или солевого раствора? Даже если отбросить мысли о том, что солевой раствор и соль сама по себе будут способствовать коррозии металлических деталей автомобиля, до определенного момента мы можем это сделать, понизив температуру замерзания воды до –10 °C, может для областей с мягкой зимой это было бы и достаточно, но не для нас… Тем временем 70 %-ный водный раствор этиленгликоля не замерзнет до температуры –50°, да и этиленгликоль гораздо менее опасен для узлов и агрегатов автомобиля по сравнению с солевыми растворами с точки зрения коррозии.

Однако у популярности этиленгликоля в качестве антифриза есть и темная сторона силы – его токсичность. Чистый этиленгликоль обладает сладковатым вкусом и запахом, что может привести к тому, что домашние животные, и некоторые человеки, интеллект которых не сильно превосходит интеллект котов и собак, могут попытаться попробовать атифриз на вкус, получив при этом серьезные проблемы для здоровья. По этой причине в большинстве коммерческих продуктов-антифризов специально вводятся очень горькие добавки, которые имеют шанс остановить неразумных тварей от желания испить антифриз-коктейль.

Сладкий вкус этиленгликоля также стал основой распространенного заблуждения о том, что некоторые беспринципные виноделы добавляют антифриз в вино в качестве подстастителя. На самом деле такие безответственные виноделы добавляют в вино не этиленгликоль (HO – CH₂—CH₂—OH), а диэтиленгликоль (HO – CH₂—CH₂—O–CH₂—CH₂—OH), который, как и большинство других органических соединений, содержащих сразу несколько – ОН групп, обладает сладким вкусом, но не так токсичен, как входящий в состав антифризов этиленгликоль.

Такие добавки к винам производители временами имели привычку практиковать в неблагоприятные годы, когда виноград не успевал как следует вызреть, и вино получалось низкоалкогольным, слаботельным и кислым. Диэтиленгликоль маскирует присутствие в вине дополнительного количества сахара, поэтому сахар можно добавлять в вино без опасения, что он будет обнаружен во время анализов. Кроме того, диэтиленгликоль сам по себе делает вина более сладкими и тельными и, таким образом, они становятся похожими на вина позднего сбора. Однако в настоящее время такое «облагораживание» вина строго запрещено, по крайней мере для европейских виноделов, а, например, объемы экспорта австрийского вина смогли восстановиться только через 15 лет после скандала 1985 года, связанного с обнаружением в австрийских винах диэтиленгликоля (в 1986 году экспорт упал в 10 раз по сравнению с «доскандальным» 1985 годом).

Если вы или ваши домашние животные по какой-то причине глотнули антифриза, необходимо как можно скорее обратиться за медицинской помощью. Физиология отравления такова – схожесть строения этиленгликоля и этанола – первоначально приводит к быстрому опьянению, однако побочные эффекты начинают развиваться быстрее, чем при этаноловом отравлении. По мере того как организм будет пытаться переработать токсин, гидроксильные группы будут окисляться сначала до альдегидных функций, а потом – до карбоновых кислот. Продукты метаболизма этиленгликоля угнетают деятельность нервной системы, вызывают учащенное сердцебиение, повышение давление, в ряде случае возможен риск сердечного приступа. Если не принять меры, то через 24 часа после отравления могут отказать почки.

К счастью, антидот от отравления этиленгликолем достаточно прост и распространен. В принципе этот антидот общий для лечения отравления большинством спиртов – этанол. Фермент, который отвечает за окисление этиленгликоля и его трансформацию в токсичные метаболиты – алкогольдегидрогеназа, тот же самый фермент, который отвечает за переработку этанола. К счастью, сродство алкогольдегидрогеназы к этанолу в 100 раз выше, чем к этиленгликолю, поэтому большая доза этанола (который обычно вводится внутривенно) может насытить фермент и «отвлечь» его от производства токсинов – продуктов окисления этиленгликоля. Правда, такое лечение тоже имеет свои побочные эффекты: похмелье, вызванное продуктом ферментативного окисления этанола – уксусным альдегидом, в данном случае будет неизбежно.

Для производства антифриза используется лишь малая доля от примерно 20 миллионов тонн этиленгликоля, производящегося ежегодно. Большая часть этого диола (двухатомного спирта, молекулы с двумя группами – ОН) используется для производства сложных полиэфиров, в особенности полиэтилентерефталата (ПЭТ) – прозрачного, блестящего и легко поддающегося обработке полимера, из которого изготавливают и пластиковые бутылки, и волокна для тканей.