Бензол, бывший бензин

Еще в XVII веке немецкий химик Иоганн Глаубер, который открыл еще и глауберову соль – сульфат натрия, перегоняя каменноугольную смолу в стеклянном сосуде, получил смесь органических соединений, в которой содержалось знаменитое впоследствии вещество под названием… а впрочем, об этом стоит поговорить подробнее.

Глаубер получил смесь незнамо чего, в составе которой химики разобрались только лет двести спустя. Вещество, о котором идет речь, впервые выделил в индивидуальном виде вовсе не химик, а великий физик Майкл Фарадей из светильного газа (получаемого при пиролизе каменного угля, в обилии добывавшегося в Англии). Но имени все еще не было, пока в 1833 году другой немец не перегнал соль бензойной кислоты и получил в чистом виде бензол, в честь кислоты так и названный. Сама же бензойная кислота получается возгонкой бензойной смолы, или росного ладана. А это что за птица? Это такая благовонная смола (сравнительно недорогой заменитель настоящего ближневосточного ладана), которая медленно вытекает из надреза на стволе дерева стиракс бензойный, произрастающего в Юго-Восточной Азии. Арабы, путая Яву с Суматрой, называли ее luban jawi (явское благовоние). Европейцы почему-то решили, что lu – это артикль, а оставшийся обрубок слова превратили в «бензоин».

Любопытно, что в словаре Брокгауза и Эфрона отмечается, что ранее это вещество называлось «бензин», как теперь именуют недешевую жидкость, получаемую, в свою очередь, перегонкой другой вязкой субстанции, из-за обладания которой было пролито крови не меньше, чем заливается сегодня бензина в рычащие стада автомобилей. Кстати, по-английски бензол именуется «бензином» и сейчас, а топливо для автомобилей носит название «petrol» (в Англии) или «gas» (в США). По мнению авторов, эта путаница существенно нарушает стройность мироздания.

Бензол – одно из легендарных органических веществ. Неясности со строением его молекулы начались сразу после установления его химической брутто-формулы С₆Н₆. Поскольку углерод четырехвалентен, то ясно, что в этой молекуле должны иметься двойные или тройные связи между атомами углерода, к которым прицеплен только один атом водорода – шесть на шесть, больше не имеем. Тройная связь сразу была отвергнута, потому что химические свойства бензола никак не соответствовали свойствам углеводородов ацетиленового ряда с такими связями. Но и с двойными связями было что-то не так – в 60-е годы позапрошлого столетия было синтезировано множество производных бензола, полученных путем присоединения различных радикалов ко всем шести атомам. И оказалось, что эти атомы совершенно равноценны, чего никак не могло получиться при линейном или как-то разветвленном строении молекулы.

Загадку решил очередной немец Фридрих Август Кекуле. Став в возрасте 23 лет доктором химии, этот вундеркинд окончательно определил валентность углерода как четыре; затем именно он стал автором революционной идеи о цепочках углерода. Кекуле вполне заслуженно может считаться «изобретателем» органической химии, ведь это и есть химия цепочек углерода (сейчас, конечно, это понятие несколько расширилось).

Начиная с 1858 года Кекуле напряженно размышляет о строении молекулы бензола. К тому времени уже были известны и теория строения Бутлерова, и формулы Лошмидта, впервые составленные на основании атомной теории, но с бензолом ничего не получалось. И тогда возникает легенда – циклическая формула углерода привиделась Кекуле во сне. Это очень красивая формула, даже две, потому что мы можем расположить двойные связи в молекуле по-разному.

Согласно легенде, Кекуле привиделась змея, составленная из атомов углерода, кусающая себя за хвост. Кстати, это известная фигура – уроборос (от греческого «хвостопожирающий). Хотя этот символ имеет немало значений, наиболее распространенная трактовка описывает его как репрезентацию вечности и бесконечности, в особенности – циклической природы жизни: чередования созидания и разрушения, жизни и смерти, постоянного перерождения и гибели. Образованный, с детства прекрасно знавший четыре языка, Кекуле, конечно же, знал об уроборосе.

Тут авторы вынуждены сделать некоторое замечание о природе мышления обывателя, так называемого «простого человека», хотя кто признается, что он – человек простой? (Лично мы – ни за что!) Так вот, Кекуле приснился бензол. Менделееву – Периодическая таблица, Месропу Маштоцу ангел показал во сне армянский алфавит, а Данте – текст «Божественной комедии». Кому еще что приснилось? Нам кажется, что подобные легенды как-то льстят самолюбию обывателя – присниться-то ведь каждому может, и мне в том числе, а вот что именно – другой вопрос. Стоит ли говорить, что Кекуле работал над установлением формулы бензола, опубликованной в 1865 году, более семи лет каждый день, без выходных, поскольку выключить голову на уик-энд практически невозможно. Менделеев занимался классификацией элементов вообще полтора десятилетия! Вывод прост: надо не спать, а работать, о чем, кстати, писал Борис Пастернак: «Не спи, не спи, художник, / Не предавайся сну, / Ты – вечности заложник / У времени в плену».

Кстати, легенда о сновидении Кекуле воспета в стихах Алексея Цветкова, где поэт (учившийся в свое время на химическом факультете Одесского университета) размышляет о месте химии в нашей жизни:

Картина складывается довольно безотрадная, прямо скажем, но авторы убеждены, что высокая поэзия просветляет, даже когда касается самых мрачных тем.

Вернемся к нашему бензолу. В общем, коллегам Кекуле не понравилось, что одному и тому же веществу можно приписать две формулы. Как-то это не по-людски, то есть не химично как-то. Чего только не придумывали, вплоть до формулы бензола в виде трехмерной призмы Ладенбурга. Впрочем, обратите внимание, что все остальные формулы на этом рисунке – циклические, то есть Кекуле уже решил главную проблему.

Химические реакции бензола с разнообразными веществами не подтвердили правильности ни одной из этих формул, пришлось вернуться к бензолу а-ля Кекуле, но с некоторым добавлением – придумали, что двойные связи этак вот скачут от одного атома углерода к другому и те две формулы Кекуле мгновенно переходят друг в друга, или, пользуясь специальным термином, осциллируют.

Не растекаясь мыслями по древу стиракса бензойного, обрисуем сегодняшнее положение дел с молекулой нашего шестиугольного красавца. Двойных связей в ней не больше, чем сцепившихся за руки обезьянок. Атомы углерода в плоскости соединены обычными одинарными связями. А под и над этой плоскостью парят облака так называемых пи-связей, делающие химические способности каждого из 6 атомов углерода идентичными. Мы не пишем пособие по химии, а в меру сил развлекаемся (чего и уважаемому читателю от души желаем), так что особо интересующиеся могут обратиться за подробными сведениями к любому учебнику органической химии, даже школьному. Молекулу бензола сейчас изображают так (кольцо – это и есть одно из облаков, которое как бы витает над плоскостью страницы нашей книги).

Бензол – самый известный представитель так называемых ароматических соединений, которые (1) содержат кольцо или кольца типа бензольного, (2) относительно устойчивы и (3) несмотря на ненасыщенность (наличие пи-связей), склонны к реакциям замещения, а не присоединения. Так говорит Заратустра, то есть энциклопедия! Собственно, ароматическая система (если верить тому же источнику) – это особое свойство некоторых химических соединений, благодаря которому кольцо ненасыщенных связей проявляет аномально высокую стабильность. Термин «ароматичность» был предложен потому, что первые из открытых таких веществ обладали приятным запахом. Сейчас все не совсем так – многие ароматические соединения пахнут довольно отвратно.

Зачем нам бензол, кроме, конечно, чисто человеческого любопытства? В смысле, с чем его едят и едят ли? А если серьезно, бензол – токсичная бесцветная горючая жидкость, слабо растворимая в воде и с трудом поддающаяся разложению. Используется как добавка к моторным топливам, в химическом синтезе, как прекрасный растворитель – иногда его называют «органической водой», которая способна растворить все что угодно. Именно поэтому его используют, чтобы выделять алкалоиды из растений, жиры из костей, мяса и орехов, чтобы растворять резиновые клеи, каучук, любые другие лакокрасочные материалы.

Однозначно установлена канцерогенность бензола для человека. Кроме того, он вызывает заболевания крови и поражает хромосомы. Симптомы отравления: раздражение слизистых оболочек, головокружение, тошнота, ощущение опьянения и эйфории (бензольная токсикомания). Вследствие малой растворимости бензола в воде он может существовать на ее поверхности в виде постепенно испаряющейся пленки. Последствия кратковременного вдыхания концентрированных паров бензола: головокружение, судороги, потеря памяти, смерть.

Мы нашли два упоминания бензола в русской поэзии. И, признаться, оба они нас разочаровали. Вот молодой Борис Корнилов (1932) написал стихи «Семейный совет». Смотрите, какое энергичное начало, какие прекрасные рифмы:

Это злобный кулак с сыновьями. Ему почему-то очень не нравится, что новая власть собирается отобрать у него все добро, а потом расстрелять или в лучшем случае выслать в Сибирь вместе с семьей. Соответственно, автор изображает его в виде опереточного злодея, играя поэтическими мускулами и не слишком заботясь о правдоподобии деталей. Молодой автор (25 лет) почему-то думает, что сукно – это ткань для богатых мироедов, которые смазывают волосы скоромным (то есть животным – должно быть, сливочным маслом). И моют руки бензолом – ради яркой рифмы с «зол он», поскольку понятно, что в деревне этого вещества сроду не водилось, а руки им не моют даже химики – с какой стати? Но чего не напишешь ради идеологической выдержанности. Тем более что по энергии и образности эти стихи совсем, совсем неплохие. Должно быть, именно поэтому автора не обласкали за эти стихи, а обвинили в «яростной кулацкой пропаганде». А потом, само собой, расстреляли.

И великий Блок нас тоже поначалу огорчил. Бензол для него – только утеха токсикоманов. Между тем использовать его в этих целях можно только от большого отчаяния, он наркотик слабенький и ужасно ядовитый. А стихи называются «Комета».

Впрочем, после внимательного прочтения этого стихотворения у авторов появилось подозрение, что оно написано не без иронии, поскольку смертоносной мощи кометы автор противопоставляет какие-то достаточно приземленные и даже пошловатые достижения человечества («стеклянные крыши», вышивающих девиц, «поезда», «стальных стрекоз» и прочее). Не случайно среди всех этих примет сытой и довольной жизни вдруг оказывается, что наш мир «раскинул хвост павлиний», так что «буйство» его «грез» начинает звучать довольно сомнительно. Возможно, что и бензол вместо опия вставлен с целью поиздеваться над незадачливым токсикоманом.

Из интересных производных нашего героя укажем на фенол, который по своей химической структуре представляет бензол с присобаченной гидрокси-группой –ОН. Когда-то его называли карболовой кислотой или просто карболкой, которая в виде водного раствора дает отлично дезинфицирующую жидкость. Впервые для дезинфекции карболку применил английский врач Джозеф Листер при перевязке больных со сложными переломами (в Америке до сих пор популярен ополаскиватель для полости рта «Листерин», правда уже не содержащий никакой карболки). До той поры сколь-нибудь сложное ранение почти всегда осложнялось инфекцией, а уж при ампутациях конечностей заражение было практически неизбежным. Аппендицит считался смертельным заболеванием – простецкая сейчас операция по удалению аппендикса часто заканчивалась экзитус леталис. Одноногий английский пират Джон Сильвер из знаменитого романа Роберта Льюиса Стивенсона «Остров сокровищ» – чудо британской медицины XVIII века. На самом деле при подобных операциях выживал хорошо, если один из двадцати пациентов. Карболка разрушает ткани вокруг раны, но и убивает находящихся в ней бактерий, так что пациенты Листера удивительно быстро выздоравливали. Тогда Листер начал обрызгивать этим веществом операционную. С тех пор раствор карболовой кислоты стали применять для дезинфекции помещений, одежды и много другого. И в Первую, и во Вторую мировые войны карболка довольно широко использовалась в полевой хирургии, в основном из-за отсутствия других, более совершенных дезинфицирующих средств. Сегодня предпочитают внутренние антисептические средства – прежде всего сульфаниламиды и антибиотики. А нам остается «рокот гитары карболовой» – так писал Мандельштам в 1935 году, вспоминая треньканье гавайской гитары, на которой играл за «халтурной стеной» его «московского злого жилья» (пока оно еще имелось) поэт Кирсанов.

Завершим эту главу тем, что в 1978 году было синтезировано соединение, которое вполне можно было бы назвать «сверхбензолом». Это углеводород, состоящий из 12 сконденсированных друг с другом бензольных колец в форме макроциклического шестиугольника. На одном из химических конгрессов это вещество было торжественно названо «кекулен» – ясно, в честь кого.

И если – что греха таить! – мы испытываем слабость к бензолу за изысканность его структуры, то кекулен достоин еще более страстной любви, не меньше, чем фуллерены, описанные в главке об углероде.