Подправь кислотно-щелочной баланс — мочевина есть у нас

293

Что общего у кремов для ухода за кожей, жевательной резинки и удобрений? Для изготовления всех этих вещей требуется карбамид или мочевина – первая молекула, вырабатывающаяся живыми организмами, которая была синтезирована в лаборатории.

Синтезировать мочевину в лаборатории из неорганических соединений впервые удалось немецкому химику Фридриху Велеру, который получил ее в Берлине в 1828 году с помощью реакции цианата серебра и хлорида аммония:

AgNCO + NH4Cl → (NH2)2CO + AgCl

Получение органического вещества (заметим, что тогда органические соединения воспринимались не как «производные углеводородов» или как привычнее «соединения углерода», а только как вещества, образующиеся в объектах живой природы) из неорганических соединений шло вразрез с популярной в то время концепцией витализма – учению о наличии в живых организмах нематериальной сверхъестественной силы, управляющей жизненными явлениями — «жизненной силы».

vehler

Фридрих Вёлер

Как часто бывает в научных открытиях подобного рода, Вёлер не ставил целью синтез органического вещества из неорганических соединений, он просто хотел получить цианат аммония с помощью обменной реакции. Еще одним современным заблуждением является то, что открытие Вёлера сразу же похоронило витализм.

Строго говоря, сам Вёлер был даже расстроен своим открытием и написал шведскому химику Берцелиусу письмо, в котором говорил, что он стал свидетелем «великой трагедии в науке – убийства прекрасной гипотезы уродливым фактом». «Прекрасной гипотезой» был витализм; «уродливым фактом» – пробирка с кристаллами мочевины. Правда насчет «свидетеля» Вёлер все же поскромничал – если рассматривать смерть концепции витализма как дело об убийстве, то роль Вёлера в нем явно должна быть не свидетельской, а ролью обвиняемого – в непредумышленном убийстве концепции витализма по неосторожности.

Миф о Вёлере зародился в какой-то научно-популярной книге об истории химии 1930-х годов, которая игнорируя все претензии на историческую точность, превратила Вёлера в рыцаря, который совершал попытку за попыткой синтезировать природное вещество, которая опровергла бы витализм и сдернула покров невежества, до тех пор, пока «в один день не свершилось чудо». Тем не менее, хотя работа Вёлера и не была целенаправленной, значение его случайного синтеза оказалось настолько важно, что все равно мы считаем его «отцом-основателем» органической химии.

boerhaave_oui-small

Герман Бургаве

Мочевина была известна задолго до того, как Вёлер получил возможность подержать в руках пробирку с «уродливым фактом» – за век до этого события врач из Нидерландов Герман Бургаве (Herman Boerhaave) выделил мочевину, перерабатывая мочу. Бургаве считается основателем теоретической мочевины, сам он всегда считал себя врачом-теоретиком и практиком и никогда не претендовал на лавры химика, его исключительно химическая работка по выделению мочевины первоначально вообще опубликована одним из его учеников (правда от имени самого Бургаве).

 

Возможно пренебрежение Бургаве химией (в одном из писем он даже писал, что химия беспокоит его меньше всего) и послужила причиной того, что записки Бургаве о мочевине были забыты, и метод очистки мочевины и выделения ее из мочи был заново открыт спустя полвека французским химиком Илером Мареном Руэлем, которого во многих источниках и называют открывателем мочевины, и только в последнее время историческая справедливость касательно Германа Бургаве восстанавливается.

Человеческий организм производит мочевину из аммиака и избытка аминокислот. Аминокислоты нужны нашему телу для производства функциональных белков, однако, если нам с питанием поступает больше аминокислот, чем мы можем пустить на строительство белков, они метаболизируются с выделением небольшого количества энергии. С другой стороны, аммиак токсичен для нашего организма и организм старается вывести его. Аммиак образуется при переработки пищи организмом, но из-за основной природы он может увеличивать уровень рН при его накоплении в клетках. Чтобы удалить аммиак из организма, включается весьма энергозатратный процесс, который превращает аммиак в мочевину, которая практически безопасна для нашего организма. Образующаяся мочевина легко выводится из организма преимущественно с мочой и незначительно – с потом.

317

Мочевина является основным компонентом мочи (если не считать воду), она бесцветна и не имеет запаха (поскольку запах – реакция обонятельных рецепторов на молекулы веществ, попадающие нам в пазуху носа, твердое малолетучее кристаллическое соединение с температурой кипения 174°C вообще имеет мало шанс чем-то пахнуть). Тем не менее, мочевина легко разлагается с выделением аммиака и характерный запах мочи это все же запах аммиака. Кстати именно поэтому застарелая моча пахнет сильнее свежей – со временем глубина разложения мочевины увеличивается, и запах аммиака становится более интенсивным.

Ежегодно химическая промышленность производит около 100 миллионов тонн мочевины. Где используется это соединение? Около 90% мочевины используется в производстве удобрений, которые создают дополнительный источник азота для растений, позволяющий расти им быстрее и давать большие урожаи. Мочевина является популярным удобрением из-за высокого содержания азота, что позволяет экономить на хранении и транспортировке удобрений. Во влажной почве мочевина обычно разлагается с выделением аммиака, который усваивается растениями. Также она может быть окислена почвенными бактериями до нитрат-иона, который тоже поступает в организм растения через корневую систему и используется как строительный материал для биомассы.

Остальные 10% мочевины могут использоваться в пищевой промышленности, в том числе и для производства жевательной резинки, а также для производства косметических препаратов – последние два примера использования связаны с тем, что мочевина ака карбамид является слабым и безопасным для человека основанием, снижающим содержание кислоты либо в полости рта, либо на поверхности кожи. Еще одним возможным вариантом практического применения мочевины являются процессы, в которых она реагирует с формальдегидом или азотной кислотой. Образующиеся в этом случае производные мочевины используются в синтезе полимерных смол, пластических масс и даже взрывчатых веществ.

Естественно, что в настоящее время мочевину производят совсем не так, как ее когда-то случайно получил Вёлер. Для промышленного производства карбамида в промышленности применяется процесс Боша-Майзера, основанный на реакции аммиака с углекислым газом над платиновым катализатором, продуктами этой реакции является мочевина и вода. Несмотря на то, что этот процесс был разработан в 1922 году, он до сих пор остается основным способом получения карбамида благодаря дешевизне реагентов. Идея о том, что какие-то упоротые сторонники органических продуктов захотят выделять «правильную мочевину» из природного источника, то есть мочи, казалась мне бредовой, но, опрос, которым я троллил людей пару лет назад, показал, что есть люди, предпочитающие и такое происхождение карбамида в их жвачке.

Строго говоря, не так уж много веществ сыграли такую интересную роль в истории химии как мочевина. Трехвековая история этого соединения началась с дурно пахнущей биологической жидкости, обернулась крахом теории витализма и продолжается в удобрениях и других продуктах химической промышленности. И, как это часто случается, синтез Вёлера, пусть он и был случайным, заложил основы современной органической химии.

Реклама

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход / Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход / Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход / Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход / Изменить )

Connecting to %s