Помоги проекту - поделись книгой:
Роман Потапов
Химия, изменившая мир
© Роман Потапов, 2018
ISBN 978-5-4490-4468-6
Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero
Он химик, он ботаник…
«Яды», — скажут садоводы и огородники, имея в виду пестициды, химические средства для защиты растений, и будут недалеки от истины, ведь долгое время пестициды называли ядохимикатами. Но можно ли считать пестициды только опасной химией, которую неизбежно приходится использовать для получения хорошего урожая, или эти химические вещества наши союзники, защищающие сады, поля и огороды от вредных насекомых, опасных болезней растений и сорняков?
В прежние века люди мало задумывались о пользе или вреде химии. И хлеборобов, и землевладельцев занимали более насущные проблемы: они мечтали о дожде в засуху, чтобы стадо диких кабанов не потоптало поле, град не уничтожил посевы и чтобы завистник не наслал порчу на урожай.
Однако постепенно прогресс добирался до представителей рода человеческого самых консервативных взглядов, то тут, то там появлялись слухи о победе науки над ранее неизлечимыми болезнями коров и овец, о появлении новых растений с других континентов, способных накормить крестьянина в самый неурожайный год, и наконец даже те, кто работал «как деды завещали», стали все больше доверять советам ученых: ботаников, биологов, химиков.
Так, однажды знаменитый французский микробиолог Луи Пастер помог местным пивоварам. Неизвестная напасть портила их пиво. Пастер лично обследовал десятки пивоварен, общался с рабочими, осматривал пивные чаны и наконец нашел проблему: оказалось, причиной были бактерии. Он предложил пивоварам немного подогревать пиво и тем самым избавляться от микробов. Сейчас этот процесс мы называем пастеризацией, а пивовары по всему свету с тех пор могут дольше хранить и привозить на большие расстояния свой хмельной напиток.
Еще один случай произошел с другим французским ученым — на этот раз с химиком Жозефом Луи Прустом. Виноградари Франции обратились к известному ученому с необычной просьбой: они попросили найти безопасное средство для защиты их урожая от воришек. Просьба не смутила химика, и он предложил им обрабатывать созревающие ягоды смесью извести и медного купороса. Голубая с синим отливом смесь, высыхая на гроздях винограда, выглядела как плесень, при этом не причиняла никакого вреда растению и легко смывалась, а самое главное — желающих воровать такие непривлекательные ягоды не нашлось. Смесь стала настолько популярной, что впоследствии ее стали называть смесью Пруста по имени создателя или бордоской смесью по названию места, где ее особенно часто применяли.
В 1882 году ботаник Пьер Мари Мильярде, проезжая мимо виноградников, где особенно часто использовалась смесь Пруста, обратил внимание на полное отсутствие следов виноградной гнили на созревающих гроздях. Причина этого была быстро найдена: медь, содержащаяся в бордоской смеси, убивала грибок.
Весть о новом средстве против заболеваний в рекордный срок распространилась среди виноградарей, причем им стали опрыскивать не только виноград, но и другие культуры: картофель, томаты, лук, яблони и груши. Чтобы бордоская смесь лучше действовала, а при опрыскивании соединения меди сильнее прилипали к листве, в раствор добавляли сахар или мыло. После появления в Европе дешевой соды начали готовить так называемую бургундскую смесь, в которой вместо извести применяли соду.
К слову, смесь Пруста появилась очень вовремя: не случись этого, кто знает, сохранились бы до наших дней прекрасные виноградники Шампани, Бургундии, Бордо и Прованса. Дело в том, что колонисты Нового Света, обнаружив в Северной Америке образцы дикого винограда, очень высоко оценили его качества и привезли саженцы на родину для размножения, не подозревая, что весь привезенный ими материал был заражен опасным грибным заболеванием — милдью. Так вместе с саженцами из Америки одно из самых опасных заболеваний винограда попало в Европу. Хорошо, что химия против нее уже была. Вот и получается, что случайное открытие фунгицидных свойств меди сохранило главные винодельческие регионы Франции.
Параллельно с применением бордоской жидкости в качестве фунгицида эту смесь, но в большей концентрации применяли и для уничтожения сорной растительности в полевых культурах, преимущественно злаках. Так, если для борьбы с болезнями достаточно было обработать поля 1–3 %-ным раствором, то в качестве гербицида необходим был уже 20 %-ный раствор. Медь, из которой изготавливали медный купорос, была в то время достаточно дорогой, да и воды для внесения препарата требовалось в десять раз больше, чем применяется обычно, поэтому бордоская смесь в качестве гербицида не получила столь широкую известность.
О том, как именно медь влияет на фитопатогены, ученые узнали много позже, в XX веке. Было установлено, что действие основано на особенностях ионов меди денатурировать или осаждать белковые вещества в организме вредных грибов.
В отличие от большинства органических фунгицидов к медному купоросу не возникает устойчивости, и препараты на основе меди достаточно эффективны по сей день. В распоряжении земледельцев имеется множество таких препаратов, на основе хлорокиси и гидроокиси меди. Не потеряла своей актуальности и бордоская смесь — правда, в настоящее время ее чаще используют на приусадебных и дачных участках, в личных подсобных хозяйствах, а не в крупном производстве, и все же вот уже более 130 лет смесь извести и медного купороса используется для защиты урожая, а первооткрывателю фунгицида ботанику Мильярде в Бордо установлен бюст в знак признательности за его изобретение.
Спасение виноградников во Франции и открытие фунгицидных свойств медного купороса — лишь короткий эпизод, с которого я начну свой рассказ о химии и химиках, изменивших наш мир.
Кто вы, герр Шрадер?
Трудно представить себе те чувства, которые испытали солдаты, пережившие газовую атаку на полях сражений Первой мировой войны. Ужас, кошмар, ад?
Уинстон Черчилль, вспоминая о тех событиях, говорил: «Никогда еще человечество не было в таком положении. Не достигнув значительно более высокого уровня добродетели, люди получили в руки такие виды оружия, при помощи которых они без промаха могут уничтожить все человечество».
Минометы, танки, авиация, подводные лодки, мины, гранаты, огнеметы, снаряды всех калибров — все новые и новые средства убийства людей использовали противоборствующие стороны. Из всех этих ужасных средств химические боевые вещества, пожалуй, стали самым неожиданным и гнусным оружием в той войне.
Впрочем, идеи применения «химии» на войне приходили в головы военным стратегам и раньше. На протяжении по меньшей мере двух тысячелетий человеческая изобретательность не оставляла попыток превратить синтетические и природные яды в оружие. Историкам и археологам известны эпизоды применения отравляющих веществ, в основном продуктов горения, в античных войнах. Практика применения ядов против армий противника была продолжена в Средневековье. Вот только низкий уровень развития технологий не позволял делать действительно эффективное химическое оружие. Все изменилось в начале XX века с приходом научно-технической революции, множество опасных отравляющих веществ было обнаружено химиками на рубеже веков. Возможно, поэтому настоящим «звездным часом» для химического оружия стала Первая мировая война.
Впервые немцы применили боевые отравляющие вещества на территории Польши в январе 1915 года против русских солдат, однако на морозе газ замерзал, и газовая атака не нанесла существенного вреда — можно сказать, прошла незамеченной. В историю вошла совсем другая дата, через три месяца: 22 апреля ровно в шесть вечера в Бельгии неподалеку от города Ипр облако ядовитого газа накрыло французские позиции. Эта бесшумная и неожиданная атака всего за восемь минут унесла не менее 1200 жизней солдат. Более 10 тысяч были отравлены. Немцы в газовых масках заняли французские позиции, значительно продвинувшись вперед. Данная химическая атака навсегда вошла в историю войн как «черный день у Ипра».
Химическое оружие, как правило, применялось вечером или перед рассветом, когда атмосфера относительно спокойна, нет ветра, ведь газ капризен — поднявшийся ветерок может неожиданно повернуть ядовитое облако на самих атакующих. Кроме того, в темное время суток дозорным было тяжело обнаружить, что газовая атака началась.
Появление нового оружия на полях сражений было настолько неожиданным, что поначалу у солдат не было никаких защитных средств. Например, солдаты в русской армии при первых столкновениях с новым опасным оружием вместо противогазов использовали пропитанные водой портянки, что оказалось весьма эффективным средством. Правда, действовали они недолго. Позже были изготовлены и доставлены в войска специальные предохранительные маски, но, по сути, это были простейшие марлевые повязки, которые не обеспечивали надежной защиты. В связи с этим известен эпизод, когда летом 1915 года, отражая немецкую газовую атаку при обороне крепости Осовец, русские войска, сильно поредевшие и отравленные газами, все же шли в контратаку. Солдаты с лицами, обмотанными тряпками, шли в штыковую атаку, сотрясаясь от кашля, буквально выплевывая куски легких на окровавленные гимнастерки, — это зрелище настолько поразило немцев, что они не приняли боя и бросились отступать. «Атака мертвецов» — так был назван этот пример героических действий русских воинов.
Таких жутких эпизодов было немало, применение химического оружия немецкой армией вызвало настоящую бурю негодования в обществе. Тем не менее, несмотря на всю жестокость этого оружия, во Франции и Англии было развернуто собственное производство боевых газов.
За годы Первой мировой войны немецкие войска более 50 раз использовали отравляющие газы, французы — 20 раз, англичане — 150 раз. Всего было применено около 112 тысяч тонн различных химических веществ, результатом этих атак стали 90 тысяч погибших и более миллиона пострадавших: ослепших и тех, кто до конца жизни мучился болезнями легких. Всего Первая мировая война унесла 20 миллионов жизней солдат и мирного населения.
Мирные жители часто страдают во время войн не меньше солдат: сперва из семей уходят мужчины и приходит голод, затем оставшиеся в городах и селах старики, женщины и дети днем и ночью строят укрепления, роют окопы и рвы. А потом на улицах появляются солдаты и тяжелая техника.
Во время войны ученик младших классов Герхард Шрадер наверняка слышал об ужасах, творящихся на войне. Улицы немецкого города Брауншвейг день ото дня пустели, не видно было веселящейся молодежи, одна за другой закрывались торговые лавки и мастерские. На городской вокзал поезда все чаще привозили не студентов, вернувшихся с каникул, а искалеченных душевно и физически солдат с фронта. Среди них гимназист Герхард видел ослепших солдат, переживших газовую атаку. Наверняка это произвело на него неизгладимое впечатление. Но кто же такой этот гимназист Герхард Шрадер, и какова его роль в этой истории?
Шрадер Пол Герхард Генрих родился 25 февраля 1903 года в маленьком городке Бортфельд. Сперва мальчик учился в родном городке, но с 11 лет поступил в гимназию им. Вильгельма в 15 километрах от родного дома, в городе Брауншвейг — важнейшем европейском образовательном и научном центре. Герхард еще учился в гимназии, когда «непобедимая» немецкая армия окончательно потерпела поражение, а Германия была вынуждена подписать унизительный Версальский договор. Трудные времена наступали для всей немецкой нации.
Во время учебы Герхард был старательным и прилежным гимназистом, больше всего его увлекала неорганическая химия. После окончания гимназии в 1923 году Герхард поступил в один из старейших технических университетов Германии — БТУ, избрав темой исследований металлы. В 1928 г. он защитил докторскую диссертацию на тему: «Химия рутения и осмия». В том же году молодой доктор химических наук Герхард Шрадер переехал в Леверкузен и присоединился к крупнейшей химической и фармацевтической компании в Германии «Фарбенфабрикен Байер». Немного поработав в лабораториях над разными проектами, он увлекся органической химией, и, будучи талантливым ученым, в 1930 году Герхард перешел в центральную лабораторию, где работал над исследованиями нафтольных красителей. Через четыре года переключился на исследования пестицидов, в основном на изучение и поиск новых средств против насекомых на основе фосфорной кислоты. Известный химик-технолог Отто Байер поручил молодому специалисту разработать новый инсектицид. В распоряжении лаборатории уже были перспективные вещества, но получить по-настоящему эффективный препарат пока не удавалось.
Это был очень важный проект, ведь Германия по условиям Версальского договора не могла развивать технологии, которые уже были доступны другим мировым державам, к тому же в мире разворачивался серьезный экономический кризис, что делало положение Германии еще более тяжелым. Компания «Фарбенфабрикен Байер» по заданию правительства занималась поиском новых инсектицидов, способных поддержать местное сельское хозяйство и снизить зависимость Германии от химических средств защиты растений, импортируемых из-за границы. Кроме того, для продовольственной безопасности необходимо было предотвратить вред насекомых, ежегодно уничтожающих урожай на полях и истощающих и без того скудные запасы продовольствия на складах.
Тридцатитрехлетний Герхард Шрадер решил начать свои поиски нового и столь необходимого инсектицида среди органических фосфорных соединений, которые тогда считались перспективными. Соединения на основе фосфора пытались использовать в самых разных отраслях химической промышленности: для изготовления резины, пластмасс и пр. Кроме того, еще в XIX веке некоторые соединения из этой группы химики той поры называли «пахнущие жидкости с огненным вкусом», в тот же период были заложены основы для получения новых соединений на основе фосфора. Герхард видел в них большой потенциал именно в качестве новых инсектицидов, однако ему не удавалось найти действенное средство из первоначально выбранных для основы будущего препарата серы и фосфора. Вместе с коллегами-химиками он синтезировал все новые и новые соединения, но инсектицидными свойствами они не обладали. После этого Шрадер обратил внимание на другие молекулы, имеющие в своем составе фосфор и цианид. После нескольких экспериментов Герхард почувствовал себя плохо, у него стали появляться боли в животе, одышка, временами он даже терял зрение. Одна из первых молекул, полученная Герхардом Шрадером, отправила ученого в больницу на несколько недель — настолько опасным получилось новое вещество. Вернувшись в лабораторию, исследователь уже точно знал, что он на верном пути, и вернулся к своим экспериментам: он сфокусировался на фосфорорганических соединениях. Герхард был настойчив, кроме того, он был увлечен идеей, что при помощи органической химии ему удастся накормить весь мир, избавив посевы земледельцев от вредных насекомых.
23 декабря 1936 года Шрадер синтезировал соединение, которое назвал «вещество 9/91». Это был невероятный по убийственной силе препарат и опаснейший яд: даже в сильно разбавленном виде он успешно уничтожал самых разных вредных насекомых.
Новый инсектицид, нанесенный на растение, защищал его от любых вредителей в течение нескольких недель. «Наконец земледельцы Германии могут вздохнуть свободно», — надеялся ученый. Однако почти сразу было установлено, что при всей своей эффективности у нового инсектицида есть серьезный недостаток: он вызывал рвоту, одышку, расширение зрачка, слюнотечение, потение, диарею и смерть у обезьян и других млекопитающих, участвовавших в экспериментах. Стало очевидно, что такие особенности впоследствии могли привести к случаям отравления людей, работавших с препаратом.
Компания, в которой работал Герхард, сразу же предупредила военных о новом препарате и его высоких ядовитых свойствах, также были переданы документация и образцы.
Военное руководство Германии заинтересовалось новой разработкой и высоко оценило результаты опытов: вероятно, в памяти генералов еще сохранились воспоминания об убийственном действии химии на полях сражений Первой мировой войны. Наработки Герхарда Шрадера попали в руки военных ученых, которые вопреки Версальскому договору в условиях совершенной секретности работали в средневековой цитадели Шпандау на северо-западе от Берлина. В стенах секретной лаборатории были продолжены исследования токсических свойств «вещества 9/91». Тайные эксперименты должны были привести к созданию нового химического оружия, и в конце концов это удалось, боевое отравляющее вещество было названо табун — от немецкого слова, означающего «табу» (т. е. «запрет»). Веществам, которые активно применялись в Первой мировой войне, требовалось иногда несколько часов, чтобы убить жертву. Табун убивал за несколько минут. Немецкое военное руководство выплатило Шрадеру и его коллегам награду в 50 тысяч марок за открытие нового яда.
Вскоре в секретных лабораториях начались исследования возможности применения табуна в качестве оружия, в первую очередь были разработаны снаряды, в которых опасное вещество могло храниться без утечки. Одновременно с этим военные испытывали табун на животных, а также занимались поисками эффективного антидота.
Шрадер все это время продолжал эксперименты с веществами из класса фосфорорганических соединений. В 1939 году он синтезировал еще более сильное и токсичное соединение, назвав его «вещество 146», которое было в два раза убийственнее для животных и человека, чем открытый ранее табун. Военные ученые из цитадели сразу же взяли образцы препарата и приступили к разработке новых методов по быстрому производству отравляющего вещества в промышленных масштабах. Созданное Герхардом Шрадером «вещество 146» было переименовало в зарин.
Вскоре немецкие военные построили опытный завод по производству табуна, способный произвести до 400 кг ядовитого вещества. В ходе экспериментов со снарядами, содержащими табун, было установлено, что наиболее эффективно, если после небольшого взрыва вещество распыляется в виде тумана. После чего было налажено производство табуна в промышленных масштабах на химическом предприятии близ городка Дюрхфорт (ныне Бжег-Дольны). Первые 140 тонн боевого вещества были получены в сентябре 1942 года, при полной загрузке месячное производство табуна могло доходить до 350 тонн. Всего за годы своего существования предприятие произвело около 10 тысяч тонн отравляющего вещества, которое впоследствии было заправлено в снаряды и бомбы.
На фабрике использовался труд заключенных из концлагерей, от токсического воздействия табуна при его производстве погибли сотни рабочих, при этом медицинская помощь никому из них не оказывалась. Местные жители вспоминают, что заключенные выглядели как ходячие мертвецы. Нацисты безжалостно использовали заключенных в экспериментах с табуном; часть из них умерла в агонии. Известно, что заключенных с фабрики отправляли без каких-либо защитных средств в качестве «канареек» или «живых индикаторов» в железнодорожных вагонах, перевозивших табун, для обнаружения утечек ядовитых веществ. Разумеется, многие погибали в пути. В конечном счете все эти жертвы и огромные усилия были бессмысленны, так как уже в 1943 году военному руководству стало понятно, что новый яд, открытый Герхардом Шрадером, зарин, был куда более эффективным оружием, чем табун, хотя и считался более сложным в производстве. В 1943 году немецкое военное руководство одобрило строительство совершенно новой химической фабрики по производству зарина в городе Фалькенхаген в 70 километрах от Берлина.
В то же время поиски новых ядов продолжались. Хотя военные ученые из цитадели Шпандау и считали первооткрывателя нового класса инсектицидов Герхарда Шрадера талантливым химиком, понимали, что его открытие было скорее случайностью, поэтому в 1943 году они пригласили для участия в исследованиях немецкого химика и лауреата Нобелевской премии Рихарда Куна, попросив его вычислить, каким образом табун и зарин действуют на насекомых и млекопитающих. Вскоре механизм действия был установлен: фосфорорганические соединения — это яды нервно-паралитического действия, вызывающие смерть в течение первых часов после контакта. Данные вещества, попадая в организм, замещают ферменты, отвечающие за передачу нервного импульса, вследствие нарушения передачи сигнала возникает тремор, переходящий в полный паралич. Также фосфорорганические соединения, воздействуя на центральную нервную систему, способны вызывать конвульсии, потерю чувствительности к свету, потерю равновесия, нарушения сознания, потерю сна, кому. При этом яд может с легкостью проникать в организм через кожу, желудок или дыхательные пути. Выяснив, каким образом табун и зарин действуют на организм, Рихард Кун изобрел еще более сложное соединение — зоман, который в два раза превосходил по своим токсическим свойствам непревзойденный до этого зарин.
Итак, к 1943 году в распоряжении нацистов оказался целый арсенал сверхубийственных ядов, способных за несколько минут убить сотни или тысячи ничего не подозревавших солдат. Однако до этого момента ни одна сторона в ходе Второй мировой войны не применяла боевые отравляющие вещества. Разумеется, правительства по обе стороны сдерживали международные обязательства, однако существует версия, будто Гитлер считал, что использование отравляющего газа на поле битвы неэтично, ведь он и сам однажды, в 1918 году, оказался в облаке горчичного газа, когда рядом с ним разорвался химический снаряд. Впрочем, эта версия кажется несостоятельной, если учесть, что немецкое командование одобрило применение отравляющих веществ в концлагерях против миллионов заключенных. К тому же в июне 1943 года президент США заявил, что «любое использование химических отравляющих веществ Германией или ее союзниками немедленно будет сопровождаться самым полным возмездием». Очевидно, немцы опасались, что у Советского Союза, Британии или США имеются свои разработки в области боевых химических веществ. В результате во Вторую мировую войну ни нацисты, ни командование антигитлеровской коалиции не посмели развязать новую химическую бойню, что сегодня видится большой удачей для всего человечества. Таким образом, именно Первая мировая война стала единственным крупным военным конфликтом, в котором отравляющие газы применялись масштабно.
В последние годы войны в ходе освобождения Польши от немецких войск Красная армия дошла до Дюрхфорта и захватила фабрику по производству табуна, позже все химическое оборудование было вывезено в СССР. Немцы на баржах и по железной дороге пытались вывозить в более безопасные регионы запасы «боевой химии» с территорий, занятых союзниками, однако транспортировка столь опасных грузов была рискованным делом и нередко заканчивалась трагедиями.
После окончания Второй мировой войны союзники разделили Германию на четыре зоны влияния и быстро начали конкурировать между собой за технологические трофеи. Началась охота за учеными, которые могли быть использованы в военных и научных программах Советского Союза и США.
Когда войска союзников заняли Западную Германию, Герхард Шрадер оказался в руках американских военных. Все исследования, проводимые в лабораториях Леверкузена, были основательно проинспектированы, изъяты образцы материалов, а персонал тщательно допрошен. Герхард Шрадер как один из главных исследователей в области синтеза боевых веществ был помещен в крепость Крансберг, где содержался в течение двух лет. Шрадер не состоял в нацистской партии, он не был осужден как военный преступник. При этом, находясь в крепости под присмотром военных, он составил подробную монографию об особенностях, способах получения и инсектицидных свойствах всех открытых им фосфорорганических соединений. В 1947 году ученый передал подготовленные документы и материалы американскому командованию для использования своих наработок химической промышленностью Англии и США. Позже на предложение от британского правительства о сотрудничестве он ответил отказом, оставшись в Германии, в компании «Байер», где продолжил разработку новых инсектицидов из семейства фосфорорганических соединений. Ежегодно лаборатория под руководством Герхарда Шрадера синтезировала более 2000 новых органических веществ на основе фосфора. В 1949 году компания «Байер» вывела на рынок инсектицид метафос. Он был эффективен практически против всех видов вредителей, в том числе клещей. Еще через три года Шрадер открывает меркаптофос, который имел коммерческое название Систокс и был успешно запущен на международном рынке. Это был инсектицид против широкого круга вредных насекомых и клещей. После применения на полях инсектицид быстро проникал в растение (особенно через почву), и примерно через шесть часов оно становилось ядовитым для любых насекомых. Систокс защищал культурные растения от вредителей от 10 дней до двух месяцев, однако резкий неприятный запах и высокая токсичность, как и у предыдущих открытых Шрадером инсектицидов, были большим минусом этого препарата. В мире Систокс также получил достаточно широкое распространение и выпускался под разными названиями: в СССР — Меркаптофос, в США — Деметон.
В это время во всем мире велись собственные разработки фосфорорганических инсектицидов: например, в Соединенных Штатах была получена молекула малатион, он же карбофос, в Швейцарии — диазинон, другое название базудин, который выпускался разными компаниями, в том числе «Шеринг» и «Гейги», в Англии разработали дихлорфос.
С началом 1960-х годов было развернуто масштабное производство фосфорорганических препаратов по всему миру. В США, Англии, ФРГ и СССР вводились новые мощности по выпуску новых инсектицидов, ежегодное производство исчислялось тысячами тонн продукции.
Фосфорорганические инсектициды уничтожали не только взрослых насекомых, но и отлично справлялись с гусеницами, личинками, они с успехом применялись на полевых культурах, в садах, виноградниках, в теплицах для защиты овощей, а также для обработки складов, некоторые препараты были эффективны против почвенных нематод, также они нашли применение в лесном хозяйстве, борьбе с саранчой, кожными оводами у животных, в медицине и ветеринарии при борьбе с паразитами. Однако нужно понимать, что фосфорорганические инсектициды все еще оставались весьма опасными веществами, неосторожное обращение с которыми могло привести к трагедиям. Большинство отравлений пестицидами, часто с летальным исходом, отмеченных в США, были вызваны именно фосфорорганическими инсектицидами. В период с 1960 по 1970 год в США было зафиксировано 18 случаев гибели детей в результате контакта с неправильно хранившимися фосфорорганическими пестицидами.
Со временем были открыты более безопасные для человека, но все такие же эффективные фосфорорганические инсектициды, были найдены и новые способы их применения, они использовались не только для опрыскивания растений, но и для внесения в почву для борьбы с вредителями, повреждающими семена, клубни или корни. Многие из этих веществ активно использовались в быту для борьбы с нежелательными насекомыми. В Советском Союзе наиболее известными стали препараты на основе карбофоса, хлорофоса, и конечно же, самым популярным продуктом, который активно применялся в быту, был дихлофос. Кстати, оригинальное название этого вещества — ДДВФ, упрощенное — дихло
Сегодня в мире применяется множество препаратов на основе двух десятков различных фосфорорганических соединений, в России зарегистрировано примерно 50 наименований инсектицидных препаратов, как правило, в их составе используются пять популярных действующих начал, годовой объем применения фосфорорганики в сельском хозяйстве составляет примерно 2,5 тысячи тонн.
Таким образом, можно с уверенностью сказать, что инсектициды, открытые в прошлом веке, и сейчас не потеряли своей актуальности. В качестве признания важности открытия, сделанного Герхардом Шрадером, в 1956 году химик получил медаль Адольфа фон Байера от Немецкого химического общества за выдающийся вклад в открытие новых пестицидов. Шрадер издал несколько книг об органических соединениях фосфора. Также он был автором и соавтором множества патентов. Умер исследователь 10 апреля 1990 года в возрасте 87 лет в ФРГ.
Всю свою жизнь Герхард Шрадер надеялся, что его открытия и обширные материалы, опубликованные в монографиях, вызовут у молодых химиков стремление к более глубокому проникновению в область, которая таит в себе множество возможностей, что, в свою очередь, приведет к еще более удивительным и нужным для всего мира открытиям.
Но мы-то теперь знаем, что даже самые нужные и полезные изобретения, оказавшись в руках злодеев, могут превратиться в чудовищное оружие против человечества. Несмотря на стремление Шрадера освободить сельскохозяйственные поля от вредителей и облегчить жизнь земледельцев, открытый им зарин на протяжении многих десятилетий был главным боевым веществом в арсенале крупнейших армий.
Код: 2,4-Д
Что такое 2,4-Д? Секретный шифр, пароль? Полагаю, даже просвещенный читатель не ответит на этот вопрос, а меж тем почти каждый агроном или фермер на любом континенте Земли расшифрует эту комбинацию.
Итак, 2,4-Д — это химическое соединение, открытое более 70 лет назад, которое по сию пору является основным компонентом множества современных гербицидов. Гербициды — это специальные химические препараты, предназначенные для борьбы с давними врагами землепашцев — сорняками. Новый послевсходовый гербицид на основе 2,4-Д позволял фермерам справляться с широколистными сорными растениями в зерновых культурах, не причиняя вреда последним. Открытие 2,4-Д стало однозначной победой науки над голодом, бедностью и тяжелым ручным трудом, послужило толчком к развитию как сельскохозяйственного производства, так и мировой химической промышленности. О том, как случилось это революционное открытие, я с удовольствием расскажу…
Эта история началась в 1940 году в США, в городе Вестпорт штата Коннектикут, в скромной лаборатории семейной химической компании «Си Би Долдж», в которой 24-летний химик Роберт Покорни занимался созданием новых веществ. Роберт Покорни, уроженец Нью-Йорка, окончивший университет четыре года назад, получил степень бакалавра в области химии, после чего устроился в небольшую химическую компанию в соседнем штате. Интересы компании «Си Би Долдж», в которой работал Роберт, были довольно обширными: продажа гербицидов, борьба с насекомыми, производство моющих средств, химия для строительного бизнеса, средства гигиены и прочее, прочее. Видимо, основатели «Си Би Долдж», создав фирму в разгар Великой депрессии, уяснили, что не стоит класть все яйца в одну корзину. Не менее широкими были интересы и самого Роберта: он увлекался живописью, игрой на скрипке и иностранными языками, однако главной страстью в его жизни была химия. Итак, в лаборатории «Си Би Долдж» из множества доступных химических веществ Роберт создавал новые соединения, область применения которых еще предстояло отыскать. Талант исследователя, удача и упорство сделали свое дело: Роберт Покорни в ходе опытов получил два новых, неизвестных ранее соединения, одним из которых была 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота, или, проще, 2,4-Д.
Летом 1941 года воодушевленный успехом Роберт публикует короткую заметку в журнале Американского химического общества, в которой описал химический синтез 2,4-Д. Впоследствии Роберт станет почетным членом этого уважаемого научного сообщества, а описанный им метод получения 2,4-Д по сей день служит основой для промышленного синтеза. Однако публикация сведений о новых соединениях была только половиной дела, ведь даже сам первооткрыватель не догадывался о свойствах и назначении открытых им соединений.
А между тем в научном сообществе интерес к новинкам нарастал, в 1942 году соединения, полученные Р. Покорни, классифицируют и относят к гормоноподобным веществам, тогда же появляются упоминания о 2,4-Д как о регуляторе роста растений. Все чаще в научной периодике тех лет встречаются статьи о положительном влиянии 2,4-Д на корни обработанных растений. Химический гигант «Дюпон Де Немур» патентует 2,4-Д в качестве регулятора роста. Казалось бы, область применения нового соединения найдена и теперь фермеры США смогут самостоятельно ускорять рост и развитие своих растений, раньше получать плоды и семена. Перспективы казались невероятными, и не только для сельского хозяйства. Примечательно, что во многих отраслях американской промышленности в это время происходит настоящий бум открытий, в то же время за океаном Европа полыхала в пожаре Второй мировой войны.
В условиях совершенной секретности под наблюдением военных команда британских химиков из «Империал Кемикал Индастриз» (Ай-си-ай) исследует новые области применения гормоноподобных соединений. Группе химиков удается синтезировать 2,4-Д и еще одно соединение из этого класса — 2М-4Х. Руководит исследованиями Уильям Гладстон Темплман, которому, как и Роберту Покорни, посчастливилось стать первооткрывателем.
Уильям Гладстон Темплман после окончания колледжа стал магистром, а затем кандидатом наук по ботанике и физиологии растений, в 1933 году в возрасте 22 лет устроился в Ай-си-ай. Молодому исследователю была поставлена задача при помощи химии ускорить рост культурных растений, тем самым помочь британским земледельцам. В ходе своих исследований У. Темплман заметил, что если некоторые вещества, применяющиеся для стимуляции роста, использовать в повышенных количествах, то они становятся смертельно опасными для многих видов широколистных растений, таких как василек, ромашка, одуванчик и многие другие известные читателю полевые сорные растения, при этом зерновые переносят такую обработку без потерь для урожая.
Спустя несколько месяцев Темплман с командой химиков опытным путем получили подтверждение, что 2,4-Д и 2М-4Х чрезвычайно эффективные селективные гербициды против двудольных сорняков. Поделиться с мировой научной общественностью открытием и опубликовать результаты Уильям с коллегами не смогли, так как британское правительство сразу же засекретило все материалы и патент. Стоит отметить, что позже в знак признания работы Темплмана наградили и произвели в офицеры Британской империи.
С чем же связано это свойство 2,4-Д, замеченное Темплманом, — убивать широколистные растения и не повреждать злаковые? Дело в том, что злаковые культурные растения, на которых применялся 2,4-Д, имеют отличное от двудольных сорняков анатомическое строение. Во-первых, различна форма листьев и их положение относительно стебля. У злаков листья узкие, длинные и гладкие, направлены вверх — капля раствора гербицида, попадая на такую поверхность, не задерживаясь, скатывается вниз, не причиняя вреда растению. У двудольных растений листья широкие, нередко опушенные, капля раствора надежно удерживается ни них.
Есть и другое важное отличие: у злаков точка роста надежно защищена, она находится в узле кущения, внутри растения, тогда как у двудольных, наоборот, точка роста — самая чувствительная часть — находится на верхушке стебля и при обработке полностью открыта для ядовитого гербицида.
Впрочем, не только этими анатомическими различиями обусловлена устойчивость культурных однодольных растений к гербициду. Исследователи выяснили, что невосприимчивость злаков объясняется их защитной реакцией к 2,4-Д. Попадая в растение, гербицид связывается белками клеток и таким образом обеззараживается. Затем без негативных последствий яд выводится из организма растения. У двудольных, широколистных растений этот процесс происходит иначе: 2,4-Д без препятствий проникает внутрь, нарушает жизненный цикл, растения развиваются в неуправляемом режиме, ткани деформируются, после чего погибают. По такому принципу работают многие гормоноподобные гербициды.
Но вернемся к нашей истории, ведь она еще далеко не окончена. Итак, наступила весна 1945 года, весь мир праздновал окончание войны, сугубо военные разработки стали применяться в гражданских целях, а химические предприятия постепенно переводить производство на мирные рельсы. Не осталась без внимания и 2,4-Д кислота: в США за коммерциализацию нового гербицида на основе перспективного соединения взялось несколько корпораций, в том числе «Америкэн Кемикал Пэйнт Ко» и «Дау Кемикал». В 1946 году на рынке пестицидов появляются препараты под понятными каждому фермеру названиями Weed Killer (дословно в переводе — «убийца сорняков») и Weedone — что можно перевести как «решенный вопрос с сорняком». Гербициды на основе 2,4-Д быстро набирали популярность среди фермеров США, на многих акрах от Северной Дакоты до Техаса с успехом применялись эти «киллеры». Организация производства в промышленных масштабах препарата позволила обеспечить американских фермеров большим количеством нового гербицида. Только за первый год продаж компания «Дау Кемикал» увеличила объемы производства 2,4-Д без малого в 20 раз! И это не случайность, ведь новый «чудо-гербицид» обладал хорошим проникающим действием, после обработки передвигался в корни многолетних трудноискоренимых сорных растений и уничтожал даже вьюнок полевой. Препарат был невероятно эффективен против большой группы сорняков и при этом не повреждал культуру. Как сообщали рекламные проспекты тех лет, новый препарат быстро и надежно уничтожал сорняки, был безопасен для человека, не смывался дождем, не вызывал коррозию опрыскивающей техники и как минимум вполовину снижал затраты на борьбу с ненавистными сорняками по сравнению с ручной прополкой.
Довольно быстро популярный гербицид стал известен и за пределами США. Его начали активно применять и в Европе, освобождая от сорняков все новые и новые территории. В одной только Великобритании новый гербицид перед выходом на рынок испытывался в 111 точках и везде показал отличные результаты.
Годовое производство 2,4-Д в 1950 году составило около шести тысяч тонн, в 1960-м — 22,5 тысячи тонн, в настоящее время мировое производство 2,4-Д составляет более 250 тысяч тонн.
В современном сельскохозяйственном производстве препараты на основе 2,4-Д применяются для защиты от сорняков на зерновых культурах, сорго, кукурузе, рисе, сахарном тростнике, кормовых и газонных злаковых травах. Только в России зарегистрировано более 50 наименований гербицидов, в состав которых входит 2,4-Д. Ежегодные площади обработок превышают 20 миллионов гектаров, а это примерно четверть от всех посевных площадей нашей страны.
Впрочем, история победоносного шествия гербицидов на основе 2,4-Д, давших старт «зеленой революции», имеет и свои темные пятна…
Говорят, на войне все средства хороши, а уж боевые — гербициды, способные с легкостью уничтожить урожай противника, казались просто незаменимыми, тем более примеров применения химии для уничтожения продовольствия на вражеских территориях в истории предостаточно. Возьмем хотя бы соль: растворы соли и других минеральных веществ были известны земледельцам в качестве гербицидов еще в эпоху античных цивилизаций. В Римской империи широко использовалась соль для борьбы с сорняками на полях зерновых культур. Более двух тысячелетий назад Плиний Старший в своей «Естественной истории» описывает «полив злаков особой водой, уничтожающей сорные травы». То же средство, но уже в военных целях применили римляне после захвата ненавистного Карфагена в 146 г. до н. э., обильно посыпав солью прекрасные сады и парки, чтобы в будущем в этих местах не выросло ни травинки. Кроме того, римляне запретили под страхом смертной казни селиться кому-либо на территории бывшей городской земли — такой была месть победителей некогда могущественному противнику.
Но вернемся к 2,4-Д. В самый разгар Второй мировой войны в лабораториях Великобритании и США проводились исследования по возможности уничтожения картофельных полей на территории нацистской Германии с помощью нового соединения. Предполагалось, что все растения после такой обработки погибнут, а население и солдаты останутся без пропитания. Впрочем, от идеи отказались, так как бомбардировка городов была эффективнее, да и немецкая наука могла бы ответить симметрично, и тогда бы пострадало сельское хозяйство стран антигитлеровской коалиции.
Несмотря на то что идею применения 2,4-Д как «уничтожителя» урожая в свое время отвергли по техническим, политическим и моральным причинам, власти США вспомнили о ней позже, в период войны во Вьетнаме, когда гербицид распылялся над тропическими лесами для уничтожения растительности. Бои в джунглях сильно затрудняли продвижение армии Соединенных Штатов, а вьетнамские снайперы искусно использовали природные укрытия и непроходимые заросли региона. В августе 1961 года президент Кеннеди санкционировал применение химикатов для уничтожения растительности в Южном Вьетнаме, а через шесть месяцев с аэродрома Таншоннят взлетели три самолета ВВС США, несущие на борту почти 14 тонн боевого гербицида Agent Orange, — так началась операция Ranch Hand. В состав Agent Orange входил знакомый нам 2,4-Д, только норма его расхода в 10 раз превышала стандартные полевые. Результаты по уничтожению зеленой растительности оказались великолепными. Около 50 тыс. тонн препарата в бочках с оранжевой полосой на боку срочно перебросили в войска. Известно, что из-за спешки 2,4-Д для Agent Orange синтезировался по упрощенной технологии и содержал большое количество диоксинов, которые вызывали рак и генетические мутации у соприкасавшихся с ними людей. Из-за воздействия диоксинов пострадало значительное число как вьетнамцев, так и американских солдат, работавших с препаратом.
После трагической истории с диоксином химические компании пересмотрели требования к производству 2,4-Д, и гербицид вновь стал завоевывать страны и континенты как безопасное и надежное средство для сельскохозяйственного производства.
Удивительно, но препараты на основе 2,4-Д использовались не только в качестве гербицидов. Их все-таки в небольшом количестве применяли в сельском хозяйстве в качестве регуляторов роста и развития растений. Препараты на основе 2,4-Д использовали для стимуляции цветения и дружного созревания растений, для предупреждения раннего опадания плодов садовых деревьев, применяли для предотвращения полегания риса. Как уже упоминалось, этот эффект связан с двойственной активностью вещества: в зависимости от концентрации 2,4-Д может быть ядом или стимулятором. В обоих случаях он действует на механизм синтеза природного гормона — гетерауксина.
С этим свойством связан еще один интересный эпизод, который произошел в другой части света — на Африканском континенте.
В Египте на великой реке Нил стоит знаменитая Асуанская плотина — жизненно важное гидросооружение для всего Египта. Вдоль реки расположены сотни полей, на которых после появления в арсенале крестьян «убийцы сорняков» началась интенсивная и беспощадная борьба с широколистными сорными растениями на пшеничных полях. Активное применение препарата привело к тому, что постепенно вместе со стоками часть 2,4-Д попадала в Нил. Разбавляясь до минимальных концентраций, препарат проявлял свои рострегулирующие свойства. В результате этого на Ниле бурно разрослись водный гиацинт и другие растения, которые начали угрожать работе ГЭС. Решением этой проблемы стало сокращение объемов применения 2,4-Д-препаратов на полях вблизи Нила.
Так долгое время 2,4-Д занимал лидирующее место по масштабам производства и применения. Но ежегодное использование на одних и тех же полях против одних и тех же сорняков привело к появлению резистентности у некоторых видов сорных растений. Сорняки (виды щирицы, пикульника, виды ромашки, подмаренник цепкий, василек синий, виды яснотки, фиалка полевая и многие другие) научились выживать после обработки гербицидом и продолжали конкурировать с культурой, отбирая у нее питательные элементы, свет и воду. Поэтому в настоящее время разработаны специальные антирезистентные программы, в которых 2,4-Д применяется в смеси с гербицидами из других химических классов либо применяют многокомпонентные гербициды. Поэтому в наши дни в чистом виде знаменитый препарат почти не применяется, зато количество многокомпонентных препаратов, в которых используется и 2,4-Д, постоянно растет.
Открытие Робертом Покорни 2,4-Д, несомненно, изменило ход истории и развития современного сельского хозяйства, это открытие по праву признано мировой наукой одним из величайших достижений агрохимии XX века.
О нем вы слышали
Что вам приходит на ум, когда вы слышите это слово — «пестицид»? Кто-то вспомнит о глифосате, единицы назовут другие препараты и вещества, а для большинства синонимом этого слова остается ДДТ. ДДТ — это сокращенное название 4,4-дихлордифенилтрихлорметилметана, молекулы, ставшей основой для революционно нового инсектицида — средства для борьбы с насекомыми. В годы активного применения ДДТ спасал людей от ужасных, смертельных болезней, кардинально менял расстановку сил в войне за урожай на полях фермеров, был лекарством и ядом, кошмаром для экологов и спасением для миллионов. Так что такое ДДТ? Пусть ответом на этот вопрос станет мой рассказ…
Пауль Герман Мюллер родился в Олтене в семье Готтлиба Мюллера, служащего швейцарской железной дороги, и Фанни (Лейполдт) Мюллер. Пауль получил образование в школе в Базеле. Окончив школу в семнадцать лет, начал работать на химическом заводе, а уже в следующем году стал ассистентом химика в лаборатории компании «Лонза». Этот опыт исследовательской работы побудил его в 1919 году поступить в Базельский университет для изучения химии, и через шесть лет, защитив диссертацию, посвященную изучению органических красителей, Мюллер получил ученую степень доктора наук. После окончания университета Мюллер устраивается на работу в крупную химическую корпорацию «Джи Эр Гейги». В 1935 году он начинает исследования инсектицидов для сельского хозяйства. Для химической корпорации создание нового препарата было приоритетной задачей, ведь в то время действенного, надежного, а главное безопасного средства просто не существовало. Для борьбы с вредителями земледельцы часто использовали либо слабые препараты на основе вытяжек из ромашек рода пиретрум, либо мышьяксодержащие инсектициды, крайне ядовитые для всех, включая человека.
День за днем группа экспериментаторов под руководством Пауля Мюллера тестировала на мухах сотни органических соединений, однако должного результата получить не удавалось. Мюллер предлагал для испытаний все новые и новые группы веществ, и в конечном счете, благодаря своему опыту и знаниям, в 1939 году он обнаружил у 4,4-дихлордифенилтрихлорэтана (ДДТ) инсектицидные свойства. Позже ученые выясняли, каким образом ДДТ воздействовал на насекомых: он блокировал физиологические процессы, специфичные для их нервной системы. Но в конце 30-х годов было достаточно той информации, что все контактирующие с ДДТ насекомые погибали.
В этом месте стоит упомянуть, что Мюллер не был первооткрывателем самого вещества, первые сведения о ДДТ были опубликованы еще в 1873 году в «Докладах Немецкого химического общества». Новое соединение впервые получил австрийский студент Отмар Цайдлер, однако, как это часто бывает, молодой химик не представлял, какое практическое значение имеет открытое им вещество. Не заслужило внимания это открытие и в среде научной общественности того времени.
Зато уже через год после обнаружения Мюллером инсектицидных свойств ДДТ руководство корпорации «Джи Эр Гейги», понимая великолепные перспективы, патентует новый препарат.
После этого в 1942 году были проведены первые полевые испытания нового контактного инсектицида на мухах, колорадском жуке, тлях, моли и многих других вредителях. В ходе опытов были испытаны различные препаративные формы ДДТ: растворы, эмульсии, гранулы. Результаты опытов оказались ошеломительными, и через несколько месяцев ДДТ поступил в продажу. Открытие Пауля Мюллера было поистине революционным, как и открытие Роберта Покорни, и изменило сельское хозяйство. Новый инсектицид стал первым надежным средством со стабильным действием против вредителей на зерновых, кукурузе, овощных, технических и бахчевых культурах, в садах и теплицах. Агрономы и фермеры теперь с уверенностью смотрели в будущее и меньше беспокоились о внезапных нападениях вредителей на свои поля. Фермеры использовали все больше и больше ДДТ, благодаря этому стало возможно быстро уничтожать вредителей на огромных пространствах. ДДТ был одним из первых препаратов, позволивших осуществить «зеленую революцию» и кардинально изменить подходы к сельхозпроизводству.
Как мы уже знаем, в 1948 году Пауль Мюллер за свое открытие был удостоен Нобелевской премии. Это был первый и единственный случай в истории, когда ученый получил наивысшую награду за открытие пестицида. Стоит, однако, отметить, что награда эта была не только за сохраненный урожай, но и за миллионы спасенных человеческих жизней…
Борьба с насекомыми была не только проблемой фермеров, но и врачей, ведь многие опасные для человека заболевания, переносятся именно насекомыми, например тиф. Во время войн, когда большие массы людей долгое время вынуждены проживать в неприспособленных для этого условиях, нередки случаи возникновения эпидемий. Как правило, усложняют ситуацию голод и ослабленный иммунитет солдат. Не были в этом смысле исключением ни наполеоновские войны, ни Крымская, ни Первая мировая война и ни одна из самых масштабных по количеству участников — Вторая мировая.
Вши были едва ли не большей проблемой для солдата, чем враг на горизонте. Для борьбы с кровопийцами в ход шли любые доступные средства: масло, нафталин, порошок из цветов ромашки, практиковалось «прожаривание» обмундирования на костре, но все было малоэффективно. И если к укусам можно было привыкнуть, особенно когда пули и осколки пролетают над головой, то тиф и другие инфекционные заболевания, которые переносили паразиты, были смертельно опасны. У 98 % солдат на Восточном фронте были вши, а в завшивленных казармах и окопах болезни распространялись с молниеносной скоростью.
Поделиться книгой: