Рулёв А. Химия для кокетки

Анекдот: Профессор химии, заглянув в гости к давнему другу и увидев в одной из комнат груду всевозможных склянок и бутылочек, воскликнул: «Дружище! Я смотрю, вы организовали у себя отличную химическую лабораторию!».
«Увы, коллега, — ответил профессор, — это всего лишь туалетный столик моей жены...»

Краска для волос, тушь для ресниц, лак для ногтей, кремы, муссы, пенки и лосьоны для ухода за кожей, всевозможные пудры, помады, дезодоранты, антиперспиранты, масла, шампуни, бальзамы, гели, ополаскиватели и прочая косметическая продукция заполонили торговые прилавки и полочки ванных комнат. Эта масса флакончиков, тюбиков, баночек, пузырёчков и бутылочек необходима для того, чтобы, совершив привычный утренний ритуал, улыбнуться тому, кто смотрит на нас из зеркала.

Мери Кассат. За туалетом. 1909 год

Мыло для избранных,
шампунь — для всех

С косметикой как искусством украшения человек познакомился в глубокой древности. Первые косметические средства находят в египетских погребениях, датируемых III веком до н. э. Мужчины, женщины и даже дети использовали различные средства макияжа, масла для тела и духи. Секретами их изготовления владели жрецы. Они создавали оригинальные рецепты благовонных мазей и сложные композиции красок, которые наносили на тело во время мистических и религиозных обрядов.

Рождение косметики неслучайно приписывают древним египтянам. Найденные папирусы свидетельствуют, что они заботились о своём теле, были знакомы с мылом и декоративной косметикой. Сегодня трудно представить, что долгое время мыло относилось к предметам роскоши, несмотря на ряд его недостатков, среди которых выделялись раздражающее действие на глаза и низкая эффективность при мытье волос. Особенно страдали обладатели пышной шевелюры.

Проблемой создания новых моющих средств химики стали интенсивно заниматься в конце XIX века. Удача улыбнулась немецкому исследователю Гансу Шварцкопфу.

В 1898 году Шварцкопф открыл в Берлине небольшую аптеку, в которой помимо лекарств торговал ещё и духами. Как отмечается на официальном сайте компании, носящей ныне его имя, «Ганс не любил чрезмерно дорогие масла и едкие мыла, которыми раньше мыли волосы. Это-то и вдохновило его на создание совершенно нового средства». Химическое образование и опыт работы с косметикой помогли ему довольно быстро наладить производство растворимого в воде порошкового шампуня, который в отличие от мыла не оставлял на волосах никакого налёта. Не удивительно, что эта чудо-новинка мгновенно стала хитом продаж. Экспериментируя с формулой шампуня, учёный вводил в него новые компоненты — экстракты целебных трав и цветов и даже витамины, часть которых до сих пор входит в состав средств по уходу за волосами. Например, пантенол (провитамин B5) восстанавливает и укрепляет волосы, а богатое витамином А миндальное масло придаёт им шелковистость и предохраняет от перхоти и выпадения.

В 1927 году появилось жидкое моющее средство для головы, а ещё через шесть лет был создан первый бесщелочной шампунь, формула которого стала основой выпускаемых ныне жидкостей для мытья волос.

Шампуни, пены для ванн и гели для душа — сегодня самые востребованные косметические средства. Чем же современный шампунь отличается от обычного мыла? Каждый изучавший химию в школе знает, что мыла — это водорастворимые соли жирных кислот. В качестве последних используются карбоновые кислоты RCOOH, содержащие, как правило, от 8 до 20 атомов углерода (соли с более длинными углеродными цепочками плохо растворяются в воде). В результате происходящего в процессе мытья гидролиза образуются свободные кислоты. Они-то и остаются на волосах в виде матовой плёнки. Кроме того, из-за низкой пенообразующей способности мыла жир и грязь могут повторно осаждаться на волосах. Если к тому же мыть волосы в жёсткой воде, то они станут блёклыми и безжизненными из-за отложения на них стойкого налёта практически нерастворимых в воде солей кальция и магния.

Основные детергенты (от лат. detergeo — «стирать») шампуня — не плохо растворимые в воде карбоксилаты, а сульфонаты и сульфаты щелочных металлов или аммония. Они прекрасно растворяются в горячей и холодной воде, хорошо пенятся. Типичный представитель последних — лауретсульфат натрия — возглавляет перечень ингредиентов любого выпускаемого ныне шампуня. По способности к пенообразованию он до сих пор вне конкуренции.

В отличие от мыла, современный шампунь — не просто моющее средство. Трудно привести его стандартную формулу, она зависит от того, кому он предназначен — взрослому или ребёнку, обладателю сухих или жирных волос. Как правило, в состав шампуня входит от 10 до 30 различных ингредиентов, которые можно разделить на три группы. Это собственно детергенты (поверхностно-активные вещества), кондиционеры (средства, изменяющие текстуру и внешний вид волос) и различные добавки, которые насыщают волосы полезными веществами, благодаря чему они прекрасно выглядят и легко укладываются, и, наконец, специальные компоненты — стабилизаторы, консерванты, ароматизаторы и красители.

К сожалению, из-за ежедневного расчёсывания, частой окраски или завивки, а также из-за воздействия ультрафиолетовых лучей в волосах неизбежно происходят нежелательные изменения. Это связано с заметным уменьшением содержания в них некоторых важных аминокислот (метионина, триптофана, цистина, гистидина), входящих в состав кератина — структурного белка шевелюры человека. Для «ремонта» повреждённых волос и поддержания их естественного состояния используют кондиционеры, в состав которых входят жиры (растительные масла, воски, например ланолин), аминокислоты (гидролизаты кератина) и другие активные компоненты (силиконы, антистатики, поверхностно-активные вещества), которые восстанавливают повреждённые участки.

Создание эффективного шампуня — настоящее искусство! Ведь он должен работать как в мягкой, так и в жёсткой воде, приятно пениться, не раздражая кожу и слизистые оболочки, быть химически и физически стабильным и при всём этом ещё и безопасным с экологической точки зрения (разлагаться микроорганизмами). Благодаря исследованиям косметических химиков сегодня каждый имеет возможность выбрать свой шампунь — тот, что «не щиплет глазки и не путает волосы», что придаёт волосам энергию, «делая их шелковистыми и упругими от корней до самых кончиков».

К. Е. Маковский. Кокетка. 1889 год

Рецепты от египетских мудрецов

Итак, вы умылись, кожа и волосы сияют здоровьем. Самое время заняться макияжем. Толковый словарь русского языка определяет его как «искусство оформления лица с помощью косметических средств».

Считается, что первые рецепты красоты начала собирать Клеопатра. Выяснить, какие вещества входили в состав древних косметических композиций, — непростая задача. Учёные установили, что древние египтяне для макияжа применяли соединения железа, меди и свинца. Так, в качестве основы для румян и помады использовался широко распространённый минерал железа гематит (Fe2O3), который в старину называли «кровавиком» за красно-бурый цвет растёртого в порошок минерала. Зелёный цвет для век создавался с помощью малахита (основной карбонат меди (II), Cu2(OH)2CO3). Галенит, или свинцовый блеск (сульфид свинца (II), PbS), оказался прототипом современного косметического карандаша для глаз и бровей. Церуссит (карбонат свинца, PbCO3) использовался в косметике как пудра. Химический анализ образцов косметики, найденных в египетских погребениях, показал, что в состав косметической пудры и лосьонов для глаз входили и два редко встречающихся в природе минерала — лаурионит (основной хлорид свинца Pb(OH)Cl) и фосгенит (PbCl)2CO3. Стало быть, древние египтяне искусственно получали нужные соединения.

Более того, согласно старинным египетским рукописям, соединения свинца широко использовались не только в эстетических, но и в терапевтических целях, например при заболеваниях глаз и кожи. Открытие на первый взгляд кажется парадоксальным, поскольку противоречит современным научным представлениям о токсичности солей свинца. Почему же древние египтяне отводили этой косметике магическую роль? Почему они полагали, что боги Гор и Ра надёжно защищают от болезней всякого, кто ею пользуется? В начале 2010 года в журнале «Analytical Chemistry» появилось краткое сообщение, авторы которого — французские химики-аналитики Кристиан Аматор и Филипп Вальтер — сумели приоткрыть тайну египетских богов. Оказалось, что ионы свинца Pb2+, попадая на кожу в субмикромолярных концентрациях, вызывают интенсивную выработку оксида азота (II), который действует как универсальный стимулятор иммунной системы животных и человека. Получается, что «свинцовая косметика» действительно обладает волшебной силой! Исследователи пришли к смелому заключению о том, что древние египетские «химики», случайно заметив антибактериальный эффект лаурионита и фосгенита, целенаправленно получали и вводили эти редкие минеральные вещества в косметические средства.

Распространённый и удивительно красивый минерал, применявшийся в косметике ещё в древности, — стибнит (он же антимонит) — основная руда сурьмы. Его кристаллы, похожие на серебро, погубили немало жизней, прежде чем человек узнал о высокой токсичности сурьмы. В России в конце XIX — начале XX века бытовало выражение «насурьмить брови». Сегодня вряд ли кто вспомнит, что оно означало. Очевидно, речь идёт о сурьме, точнее сказать, о стибните — сульфиде сурьмы (III) Sb2S3, — который в виде мелкодисперсного порошка (сурьмяного блеска) с незапамятных времён использовался для чернения бровей. В толковых словарях Д. Н. Ушакова и В. И. Даля, а также в популярной в своё время книге В. В. Рюмина «Занимательная химия» встречается и другое выражение — «насандалить нос». Легко догадаться, что оно связано с сандаловым деревом, древесина которого имеет насыщенный буро-красный цвет. Отсюда становится понятным смысл: насандалить нос — напиться допьяна («Наука и жизнь» уже писала об этом в № 7 за 2007 год). Несмотря на столь негативный оттенок фразы, выделяемые из этого дерева вещества освежают цвет лица и до сих пор входят в состав различных косметических средств.

Ручка любви

Традиция подкрашивать губы тоже берёт своё начало в Древнем Египте. Пожалуй, сегодня это самый популярный вид косметики: ежегодно в мире продаётся около 850 миллионов тюбиков губной помады (27 штук каждую секунду!).

Косметическая ложечка. XIV в. до н.э. Собрание В. С. Голенищева

Со времён Нефертити и Клеопатры и вплоть до XIX века химики-аптекари изготавливали помаду в виде ярко окрашенной жидкой или пастообразной мази, которая хранилась в небольших сосудах. Вот как описывается приготовление алой гигиенической помады в книге о средствах для здоровья и красоты «The Toilette of Health, Beauty, and Fashion», выпущенной в Лондоне в 1832 году: «Возьмите фунт свежего масла, четверть фунта воска, четыре или пять унций чёрного винограда и приблизительно одну унцию измельчённого корня алканы красильной. Поместите всё в глиняный горшок и варите на медленном огне до тех пор, пока воск полностью не растопится, а смесь не приобретёт ярко-красный цвет. После охлаждения её можно использовать».

В последней четверти XIX века у французских парфюмеров родилась блестящая идея: чтобы сделать смесь более устойчивой, они ввели в состав помады олений жир и касторовое масло. Придав полученной массе форму палочки и обернув её тонкой бумагой, они выпустили первый прототип современной губной помады с многообещающим названием «Ne m’oubliez pas» («Не забывайте меня»). И призыв был услышан! Появление этого чуда на Всемирной выставке в Амстердаме в 1883 году имело оглушительный успех и породило настоящий «помадный бум». Сегодня редко какая юная леди или солидная дама выйдет на улицу без того, чтобы не подвести губы «ручкой любви» («stylo d’amour»), — так называла тюбик помады знаменитая французская актриса Сара Бернар.

Естественно, формула губной помады постоянно совершенствовалась, однако, как и прежде, её основу составляют воски, масла, жиры и пигменты. Несмотря на кажущуюся простоту, разработка новой формулы губной помады — не простое дело. Неслучайно к составу этого косметического средства предъявляются особые требования. Она должна быть одновременно и мягкой (чтобы обеспечивать лёгкое, гладкое и равномерное нанесение), и прочной (чтобы оставаться на губах), увлажняющей и, что немаловажно, иметь приятный вкус. Считается, что за свою жизнь среднестатистическая женщина съедает около 2 кг помады. Ещё больше поглощают мужчины, касаясь губ любимой женщины. Кстати, чтобы точнее определить точку плавления идеальной губной помады, американские эксперты измерили теплоту, выделяющуюся при горячих и жарких поцелуях. В результате было установлено, что температура плавления помады должна быть около 63oC. Слой помады с более низкой точкой плавления при интенсивных поцелуях разрушается.

Химики продолжают изобретать рецептуры помад, включая в их состав новые компоненты: различные полимеры, образующие на губах своеобразную плёнку и эффективно защищающие их от обезвоживания, пигменты, создающие изысканную палитру цветов и оттенков, делая губы яркими, блестящими и нежными.

Современную тушь для ресниц создал в 1913 году химик Терри Л. Уильямс для своей сестры Мэйбл. Сначала тушь представляла собой смесь угольной пыли с вазелином, была сухой и наносилась с помощью щёточки. Новое изделие Терри начал продавать. Так появилась компания «Maybelline», название которой произошло от соединения имени сестры изобретателя (Mabel) и слова «вазелин» (Vaseline). В 1926 году тушь рекламировала американская актриса немого кино Виола Дана (Viola Dana). Текст гласит: «Виола Дана открыла секрет прекрасных глаз». Фото: Charles Perrien/Magazine Art Gallery.

Волшебная сила аромата

Заключительный штрих утреннего туалета — капелька духов, которая, как полагал великий французский модельер Ив Сен-Лоран, необходима даже самому изысканному наряду, ибо «только она придаст ему законченность и совершенство, а вам добавит шарма и обаяния».

Этимология слова «парфюм», восходящая к латинскому per fumum — «сквозь дым, через окуривание», отражает способ получения благовония: именно путём сжигания душистых трав и ароматических древесных смол — прежде всего ладана и мирры — получали первый парфюм. Как и макияж, он использовался в ритуальных целях: умилостивить богов и изгнать злых духов. Со временем его религиозное предназначение стало теряться, и уже в Средние века парфюм всё чаще применялся как средство обольщения. «Кто владеет запахом, тот владеет сердцами людей», — утверждал главный герой романа «Парфюмер» известного немецкого прозаика Патрика Зюскинда.

По сути, духи — это парфюмерный продукт, в создании которого удивительным образом переплетаются достижения науки и искусства. Аромат подобен оркестру, где каждый компонент ведёт свою партию, создавая неповторимый букет. Как и тысячи лет назад, для его составления парфюмер использует природные материалы: лепестки цветов, листья, корни, кору, семена, смолы. Но бóльшую часть потребляемых сегодня одорантов составляют синтетические душистые вещества. Неслучайно начавшийся в конце XIX века современный период развития парфюмерии совпадает по времени с расцветом органического синтеза. Немало химиков прославилось плодотворными исследованиями в области душистых веществ. Например, в 1939 году швейцарский химик-органик Леопольд Ружичка был удостоен Нобелевской премии по химии за работы по полиметиленам и высшим терпенам, отвечающим за аромат многих эфирных масел. Среди его выдающихся открытий — разработка метода синтеза макроциклов, в том числе мускона — основного носителя мускусного запаха, популярного ингредиента духов и благовоний.

Для достижения желанного результата химик-парфюмер перебирает множество комбинаций компонентов, объединяя их в различных пропорциях. При этом далеко не всегда можно предвидеть, что получится в результате смешивания веществ. Известно, например, что альдегиды в чистом виде имеют, как правило, неприятный запах. Но введение именно альдегидов в парфюмерную композицию привело к созданию настоящего шедевра — легендарных духов «Chanel № 5», которые с 1921 года пленяют и восхищают миллионы женщин во всём мире. Прославленный французский парфюмер Жак Польж, ныне работающий в компании «Chanel», перепробовал сотни композиций, прежде чем найти незабываемые ароматы «Coco Chanel» или «Coco Mademoiselle».

Предсказание запаха до сих пор остаётся трудной задачей. Химикам известно много различных по структуре веществ, имеющих схожий аромат, и, наоборот, нередко близкие по структуре соединения пахнут по-разному. Так, например, производное терпеновых углеводородов α-ионон имеет лёгкий запах фиалок, а изомерный ему β-ионон пахнет кедром и малиной. Различие же в структурных формулах этих соединений только в положении эндоциклической двойной связи! Близкие к ним по химической структуре β-дамасценон и β-дамаскон различаются лишь числом двойных связей в цикле. Но если первый — основной компонент запаха розы, то последний (кстати, изомерный ионону) обладает приятным фруктовым запахом, напоминающим аромат сливы, грейпфрута, малины и чёрной смородины. Оба соединения имеют ничтожные обонятельные пороговые концентрации и, как следствие, обладают очень сильным запахом.

В конце XX века в химии душистых веществ возникло модное направление — синтез одорантов, в молекулах которых один или несколько атомов углерода заменены на атомы кремния. Находящийся вместе с углеродом в одной группе периодической системы химических элементов и потому во многом схожий с ним кремний имеет и некоторые принципиальные отличия, которые отражаются на свойствах кремнийсодержащих аналогов углеродных соединений. Например, если в благоуханиях маянтола смешались запахи зелени, лилии и мимозы со слабыми нотками ландыша, то основные компоненты аромата его сила-аналога (аналога, в котором атом углерода заменён на атом кремния) — мёд, роза, лилия, китайская слива, малина и масло индийской полыни с лёгким оттенком корицы.

В воображении главного героя уже упоминавшегося романа «Парфюмер» рисовалась великая коллекция собранных им лучших благовоний, хранящихся в бочках подобно бутылкам выдержанного вина. Он представлял, как осушает бокалы этих ароматов, уловленных им в тот или иной памятный момент, погружаясь в блаженство воспоминаний. Сегодня эта фантазия немецкого драматурга и прозаика становится реальностью. Мексиканский архитектор и парфюмер Карлос Хубер решил создать коллекцию ароматов прошлого. По мнению Хубера, запах — это своеобразная эссенция, способная переносить нас в другое место и время. Роясь в архивах библиотек, по крупицам собирая тончайшие нюансы определённого исторического периода, он воссоздаёт по своему разумению атмосферу той эпохи. В 2012 году родились духи «Александр», названные так в честь великого русского поэта Александра Сергеевича Пушкина. В них парфюмер стремился передать запахи морозного утра на окраине Петербурга, где состоялась дуэль Пушкина с Дантесом. Современная органическая химия позволяет парфюмеру произвести «на заказ» практически любой аромат.

Разумеется, каждая кокетливая барышня, присаживаясь к зеркалу и вопрошая, она ль «на свете всех милее, всех румяней и белее», мечтает услышать твёрдое «да!». Стремясь воплотить эту мечту в жизнь, исследователи, объединившись в Общество косметических химиков, продолжают искать новые оригинальные, порой экзотические компоненты будущих косметических средств. Средств, помогающих человеку достичь желаемого результата и не наносящих ни малейшего вреда здоровью. Идея создания такого объединения возникла ещё в середине 30-х годов XX века. Но реально она была воплощена в жизнь десятилетие спустя, когда 23 мая 1945 года в Нью-Йорке прошёл первый съезд членов-учредителей. Свою миссию создатели общества видели в налаживании контактов всех производителей косметической и парфюмерной продукции, организации научных исследований, а также в распространении научной информации. Первый номер американского издания «The Journal of the Society of Cosmetic Chemists» увидел свет в июле 1947 года. Названия опубликованных в нём статей не нуждаются в дополнительных комментариях: «Антиперспиранты», «Три основных фактора успешной упаковки», «Оксид цинка в пудре для лица», «Оценка эффективности и безопасности косметики», «Меркаптаны в косметике», «Меланиновый пигмент кожи и волос». С 1979 года начал выходить и европейский журнал «International Journal of Cosmetic Science». О его популярности среди специалистов свидетельствует импакт-фактор (1,45).

Как ни странно, косметика, пожалуй, единственный сектор экономики, который не подвержен кризису. Этот феномен, впервые замеченный в период Великой депрессии 30-х годов XX века, получил даже специальное название: «эффект губной помады». Тогда население многих стран было вынуждено потуже затянуть пояса, отказаться от дорогостоящих покупок, но только не от продуктов косметики, среди которых самым популярным изделием оставалась губная помада. Аналогичная тенденция наблюдалась и недавно, во время мирового экономического кризиса, начавшегося в 2008 году. Чем можно объяснить столь необычное явление? Таким вопросом в 2012 году задался французский еженедельник «Le Nouvel Observateur», опубликовав на своих страницах статью с интригующим названием «Кризис: ″эффект губной помады″, вопрос выживания для женщин?». Ответ оказался удивительно простым: даже в кризисные времена женщина стремится выглядеть привлекательнее, а следовательно, чувствовать себя увереннее. А это значит, что у косметических химиков впереди ещё много работы!

***

Мыло люди используют с давних времён. Его изготавливали в Месопотамии и Шумере, Вавилоне и Древнем Риме. Основу мыла составляет смесь солей высших жирных кислот, чаще всего натриевых. Впервые химический состав мыла установил в 1808 году французский химик Мишель Эжен Шеврёль.

***

Средневековый персидский врач и химик Авиценна (Ибн Сина) открыл процесс перегонки эфирных масел. Извлечение эфирных масел из цветов посредством дистилляции наиболее часто используется в наши дни. Франция, считающаяся сегодня законодателем мод в области парфюмерии, приобрела этот статус лишь в XVI веке, после того как технологии и сырьё для изготовления духов были завезены в эту страну из Италии личным парфюмером Екатерины Медичи.

Доктор химических наук Александр Рулёв,
Иркутский институт химии им. А. Е. Фаворского СО РАН