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RÉACTION, chimie

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4.  Mécanisme réactionnel

Se poser la question du mécanisme, en chimie, c'est postuler que la transformation observée au bout du compte, et qu'on dénomme « réaction », a une dynamique intrinsèque. Le mécanisme d'une réaction chimique est la trajectoire qu'elle suit durant son déroulement. C'est, tout au moins, l'ensemble des trajectoires spatiotemporelles suivies par les atomes, qui se sont réorganisés au cours de cette transformation. Comme la science équivaut à une narration, convenons d'appeler « mécanisme » la suite des épisodes successifs au cours d'une transformation chimique. On pourrait le qualifier encore de scénario pour cette réaction chimique.

Prenons un exemple. Dans la déshydratation de l'éthanol C2H5OH en éthylène C2H4, l'excision d'une molécule d'eau H2O débute-t-elle par le départ du groupement OH ou par celui d'un atome d'hydrogène H ? Cet atome d'hydrogène est-il expulsé sous forme de son seul noyau, le proton H+, ou accompagné d'un (H), voire de deux (H–) électrons ? La vitesse de la transformation dépend-elle ou non de la rupture de la liaison carbone-hydrogène que l'on constate en fin de transformation ? Quel est l'atome de carbone subissant la perte de l'un des atomes d'hydrogène dont il est porteur ?

Étudier un mécanisme réactionnel, c'est répondre à de telles questions, motivées par le désir de tout savoir du comportement des molécules intervenant dans une transformation. 

La préoccupation mécanistique vint aux chimistes avec l'avènement de la chimie physique au tournant du xxe siècle. Des pionniers de cette problématique comme Nevil Vincent Sidgwick (1873-1952), Arthur Michael (1853-1942) et Arthur Lapworth (1872-1941) se basèrent sur la thermodynamique et sur des mesures cinétiques. Ils commencèrent à se poser la question des étapes successives dans les réactions.

L'outil cinétique leur donna des éléments de réponse. Il continue d'être très utilisé. La vitesse d'une réaction se mesure par le taux de disparition, avec le temps, des partenaires réact […]

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ABZYMES

Écrit par :  Joël CHOPINEAU, Alain FRIBOULET, Sabine PILLE, Daniel THOMAS

… Le concept d'anticorps catalytique, ou abzyme, fut énoncé dès les années 1940 par Linus Pauling. La *réaction chimique de transformation d'une molécule en une autre passe par un état de transition intermédiaire, qui représente une barrière énergétique à franchir. Pauling suggéra qu'une enzyme, pour favoriser une réaction, abaisse cette barrière… Lire la suite
ACIDES & BASES

Écrit par :  Yves GAUTIER, Pierre SOUCHAY

Dans le chapitre "Échelle d'acidité"  : …  et 11,8 : le méthanol ne peut différencier les acides de pK supérieurs à 11,8 dans l'eau. *De telles échelles permettent de prévoir les réactions acides-bases ; une réaction telle que (j) : dont la constante est K1/K2, sera d'autant plus complète que K1/K2 sera… Lire la suite
AFFINITÉ CHIMIQUE

Écrit par :  Paul GLANSDORFF

… *La notion d'affinité chimique est relativement ancienne. On la rencontre déjà, bien que sous un aspect encore purement qualitatif, dans les spéculations des alchimistes sur la transmutation des métaux au Moyen Âge (Albert le Grand, 1193-1280). Quant au terme lui-même, il semble avoir été introduit en chimie vers 1773 par le Hollandais Boerhaave de… Lire la suite
ASTROCHIMIE

Écrit par :  David FOSSÉ, Maryvonne GERIN

Dans le chapitre "Chimie du carbone et chaînes carbonées"  : …  chaînes et cycles carbonés hautement réactifs). Les mécanismes de formation sont plus complexes. *Les astrochimistes distinguent deux grandes voies de synthèse : celle qui utilise la phase gazeuse – par des réactions entre molécules, atomes ou ions –, et celle qui se déroule en phase solide, c'est-à-dire à la surface des grains de poussière… Lire la suite
BIOÉNERGÉTIQUE

Écrit par :  Pierre KAMOUN, Paul MAZLIAK, Alexis MOYSE, Jacques TONNELAT,  Universalis

Dans le chapitre "Les conversions d'énergie"  : …  travail, voire en électricité ou en lumière. Toutes les manifestations bioénergétiques dépendent de *réactions chimiques. Une réaction endergonique ne peut se produire seule spontanément. Même la présence d'un catalyseur, d'une enzyme, n'y peut rien changer. Lorsqu'une réaction du type se déroule jusqu'à ce que les concentrations [A], [B], [C] et [D… Lire la suite
CARBONYLATION

Écrit par :  Dina SURDIN

… *Réaction par laquelle on fait apparaître un groupement carbonyle c'est-à-dire une fonction cétone ou aldéhyde dans une molécule. Réactions en chimie organiqueTypes de réactions chimiques… Lire la suite
CARBOXYLATION

Écrit par :  Dina SURDIN

… *Réaction par laquelle on introduit la fonction acide COOH dans une molécule. Inversement, la décarboxylation élimine du dioxyde de carbone, CO2, et fait disparaître la fonction acide. Réactions en chimie organiqueTypes de réactions chimiques… Lire la suite
CATALYSE - Généralités

Écrit par :  Henri Jean-Marie DOU, Jean-Eugène GERMAIN

…  par Berzelius en 1835 pour désigner l'ensemble des effets chimiques produits par les catalyseurs.* On appelle catalyseur « toute substance qui altère la vitesse d'une réaction chimique sans apparaître dans les produits finaux » (Ostwald, 1902). La catalyse est donc une branche de la cinétique chimique qui, de façon plus générale, étudie l'… Lire la suite
CATALYSE - Catalyse homogène

Écrit par :  Igor TKATCHENKO

La* plupart des réactions chimiques requièrent, pour avoir lieu, un apport d'énergie, l'énergie d'activation. Certaines substances sont susceptibles de diminuer cette énergie d'activation et favorisent donc la réaction ; elles interviennent par une ou plusieurs des fonctions suivantes : disposition des… Lire la suite
CATALYSEURS MÉTALLOCÈNES

Écrit par :  Roger SPITZ

Dans le chapitre "La chimie de la polymérisation"  : …  *Les polymères produits par réactions en chaîne, en particulier l'essentiel des polymères thermoplastiques, se sont développés en deux temps : il a fallu tout d'abord connaître les réactions, puis les contrôler parfaitement. Pour la polymérisation, on peut utiliser les outils de base de la synthèse organique, par exemple en faisant interagir une… Lire la suite
CHIMIE - La chimie aujourd'hui

Écrit par :  Pierre LASZLO

Dans le chapitre "Chimie physique"  : …  années 1950-1960. Ce fut alors que Manfred Eigen (né en 1927) mit au point d'ingénieuses mesures de* réactions rapides. Il enregistra la réponse d'un mélange réactionnel à une brusque perturbation, saut de température ou de pression, entraînant celui-ci hors de l'équilibre. Vint ensuite un indéniable tarissement, y compris dans le recrutement de… Lire la suite
CHIMIE - Chimie durable

Écrit par :  Hagop DEMIRDJIAN

Dans le chapitre "Une approche méthodologique : l'économie d'atomes"  : …   : PUA = (masse molaire du produit désiré/masse totale des produits obtenus) ×100 p. 100. Puisque,* lors d'une réaction chimique, la masse molaire totale des produits obtenus est égale à la masse molaire totale des réactants, le PUA est égal au PÉA. Par exemple, la réaction permettant d'obtenir du méthylpropène par déhydrohalogénation du 2-bromo-2… Lire la suite
CHIMIE THÉORIQUE

Écrit par :  Lionel SALEM, François VOLATRON

Dans le chapitre "Quelques découvertes importantes de la chimie théorique"  : …  et à la dissociation de la molécule. Cette forme de courbe est appelée courbe de Morse. *Pour réagir, une molécule doit quitter la vallée correspondant à sa géométrie initiale de réactif, pour trouver une autre vallée, correspondant à sa nouvelle forme en tant que produit de la réaction. Si plusieurs molécules entrent en réaction, la… Lire la suite
CINÉTIQUE CHIMIQUE

Écrit par :  Lucien SAJUS

…  chimiquement inerte si aucun des composés présents ne se transforme dans sa nature chimique. Dans* le cas contraire, on est en présence d'un système réactionnel qui subit une transformation chimique. Si les composés se transforment dans un rapport fixe et défini en un système de produits, on dira que la transformation ne comporte qu'une réaction… Lire la suite
COORDINATION (chimie) - Composés de coordination

Écrit par :  Jean AMIEL, Jean-Pierre SCHARFF

Dans le chapitre "Mécanismes de réactions"  : …  Du* point de vue cinétique, les complexes inertes présentent des réactions suffisamment lentes pour être étudiées par les techniques conventionnelles. Par contre, pour les complexes labiles (temps de demi-réaction de 10-8 à une seconde), seul le développement de techniques spéciales, telles que les méthodes de compétition, de relaxation… Lire la suite
DEUTÉRIUM

Écrit par :  Akli HAMMADI

…  que faiblement les propriétés chimiques globales de cette dernière. Toutefois, les vitesses des *réactions qui mettent en jeu la molécule « marquée » sont modifiées. Ce changement, qui reste faible, est appelé effet isotopique. Il existe en fait trois effets isotopiques : primaire, secondaire et celui qui est associé au solvant. Dans le cas de l… Lire la suite
DOUZOU PIERRE (1926-2000)

Écrit par :  Pascale DEBEY, Claude HÉLÈNE

… chimique (I.B.P.C.) – fondation Edmond de Rothschild – où il crée le service de biospectroscopie. *Depuis quinze ans qu'il essaie de traquer les états intermédiaires des réactions biologiques, il est conscient des limites des méthodes de mesure rapide (à l'époque du millième au millionième de seconde) qui permettent seulement de détecter les… Lire la suite
EIGEN MANFRED (1927- )

Écrit par :  Georges BRAM

… *Chimiste allemand né le 9 mai 1927 à Bochum, Manfred Eigen suit les cours de physique et de chimie de l'université de Göttingen, qui lui décerne un doctorat en 1951. Assistant de physique et de chimie dans cette université, il rejoint en 1953 l'Institut Max-Planck de chimie-physique, qui venait de s'installer à Göttingen, dont il va devenir… Lire la suite
ÉLECTROCHIMIE

Écrit par :  Jacques SIMONET

Dans le chapitre "Courant d'électrolyse et loi de Faraday"  : …  La conversion électrolytique d'une espèce, selon une *réaction électrochimique mettant en jeu n électrons, implique une proportionnalité entre la quantité d'électricité Q nécessaire et la quantité de matière (N molécule) transformée. La constante de proportionnalité F est le faraday, soit 96 487 coulombs/mole : Le courant d'électrolyse d'… Lire la suite
ENZYMES

Écrit par :  Gabriel GACHELIN

Dans le chapitre "La catalyse enzymatique"  : …  repliement dans l'espace tel qu'il est déterminé par la séquence de leur chaîne polypeptidique. *Chaque enzyme, on l'a dit, assure la transformation d'une substance, son substrat, en un produit, et cela de manière spécifique d'un substrat, d'un type de réaction, et d'un produit. Or, dans les conditions physico-chimiques compatibles avec la vie (… Lire la suite
FERMENTATIONS

Écrit par :  Claude LIORET

Dans le chapitre "Les processus cataboliques d'organismes anaérobies"  : …  de ces éléments dans le sucre consommé. Gay-Lussac, en 1810, définit l'équation chimique de la *réaction globale : La présence indispensable de levures pour la réalisation du processus était interprétée comme la nécessité d'un facteur physique, mais ne jouant pas de rôle chimique. En 1837 et 1838, C. Cagniard de la Tour, T. Schwann et F.… Lire la suite
FONCTION, chimie

Écrit par :  Pierre LASZLO

…  pour l'historien de l'art, et non de l'acception qu'il a pour un mathématicien ou un biologiste. *La fonction est en effet un atome, ou le plus souvent un groupement d'atomes ou groupement fonctionnel, montrant une palette caractéristique de réactions. Par exemple, la fonction alcool est liée à la présence du groupement oxygène-hydrogène dans une… Lire la suite
FORMULE, chimie

Écrit par :  Pierre LASZLO

Dans le chapitre "Équation chimique"  : …  le plus pauvre. Un exemple en est CO2 + H2O = H2CO3. *Cette équation exprime une réaction, par laquelle une molécule d'eau s'additionne à une molécule de gaz carbonique. Cette équation est muette sur la géométrie du processus, puisque la molécule du produit H2CO3 est évoquée… Lire la suite
GÉNIE CHIMIQUE

Écrit par :  Henri ANGELINO, Henri GIBERT, Pierre PIGANIOL

Dans le chapitre "Cinétique chimique"  : …  De *manière très générale, la formation ou la disparition d'un composé par transformation chimique ou biochimique peut être décrite par un schéma réactionnel du type : On peut la suivre au cours du temps en observant l'avancement ξ de la réaction, ξ étant défini par l'une ou l'autre des équations suivantes : où [A], [B], ...[X], ...[Y] désignent les… Lire la suite
HERSCHBACH DUDLEY ROBERT (1932- )

Écrit par :  Georges BRAM

… 1963, il retourne à Harvard, où il vient d'être nommé professeur de chimie. Là, il s'intéresse à la *dynamique réactionnelle des processus chimiques élémentaires. En 1967, avec Yuan Tseh Lee, il met au point en dix mois un réacteur « à jets croisés » qui permet d'envoyer l'un contre l'autre un faisceau de molécules et un faisceau d'atomes, de… Lire la suite
HINSHELWOOD CYRIL NORMAN (1897-1967)

Écrit par :  Georges BRAM

… *Physico-chimiste britannique né et mort à Londres. Cyril Norman Hinshelwood fait ses études à l'université d'Oxford où il obtient son doctorat et où, nommé professeur en 1937, il va effectuer toute sa carrière. Hinshelwood a considérablement contribué par ses recherches au développement des aspects théoriques et pratiques de la cinétique chimique.… Lire la suite
HOFFMANN ROALD (1937- )

Écrit par :  Georges BRAM

…  frontières et permettent d'interpréter et de prévoir le déroulement de toute une classe de *réactions chimiques que l'on désignait auparavant comme des réactions sans mécanisme, car leurs processus ne rentraient dans aucune des catégories alors reconnues. Le succès des règles de Woodward-Hoffmann a accru l'intérêt des chimistes de synthèse… Lire la suite
LEE YUAN TSEH (1936- )

Écrit par :  Georges BRAM

…  et des jets moléculaires et obtenir ainsi un instrument d'investigation encore plus puissant. *Il peut ainsi élargir son champ d'étude à la réaction d'atomes de brome avec des composés aromatiques chlorés ; la réaction d'atomes d'oxygène avec des hydrocarbures, tels l'éthylène et l'acétylène, lui permet d'identifier sans ambiguïté les produits… Lire la suite
MAGNÉTOCHIMIE

Écrit par :  Jean HOARAU

Dans le chapitre "Cinétique et mécanique des réactions chimiques"  : …  Théoriquement, à chaque fois qu'une *réaction est accompagnée d'une variation de susceptibilité magnétique, il est possible de suivre son évolution par des mesures de magnétisme statique. Cependant, cette méthode n'est intéressante que si cette variation de susceptibilité est suffisamment importante. C'est ainsi que si l'on peut suivre effectivement… Lire la suite
MARCUS RUDOLPH ARTHUR (1923- )

Écrit par :  Georges BRAM

…  La principale contribution scientifique de Marcus est l'élaboration d'une théorie concernant les *réactions chimiques s'effectuant par transfert d'électrons. Il a étudié les réactions dans lesquelles, durant le transfert de l'électron, il n'y a pas rupture de liaison mais seulement allongement ou compression de la liaison ; ces modifications de… Lire la suite
MOLÉCULE

Écrit par :  André JULG

Dans le chapitre "Propriétés chimiques des molécules"  : …  paraître bien formelles et finalement sans grand intérêt pratique. En fait, il n'en est rien car *ce qui intéresse avant tout le chimiste c'est de savoir comment une substance A va se comporter en présence d'une substance B, en d'autres termes de connaître ses propriétés chimiques. Or c'est précisément au niveau des molécules telles que nous… Lire la suite
NORRISH RONALD GEORGE WREYFORD (1897-1978)

Écrit par :  Georges BRAM

… *Chimiste britannique né et mort à Cambridge. Ronald George Wreyford Norrish interrompt ses études à Cambridge en 1915 pour s'engager et servir comme officier d'artillerie au cours de la Première Guerre mondiale. Capturé en 1918, il restera six mois prisonnier de guerre. Il reprend ses études en 1919 et obtient son doctorat en 1924, à Cambridge, où… Lire la suite
NUCLÉAIRE (PHYSIQUE) - Isotopes

Écrit par :  René BIMBOT, René LETOLLE

Dans le chapitre "Équilibres chimiques"  : …  molécules non identiques isotopiquement (cf. thermodynamique). Or, si l'on considère une *réaction chimique réversible, les proportions des divers produits à l'équilibre sont directement liées aux énergies de vibration et de rotation des molécules, donc aux fréquences correspondantes. Il en résulte que, si l'on écrit l'équilibre sous la… Lire la suite
ORGANIQUE CHIMIE

Écrit par :  Jacques METZGER, Charles PRÉVOST

Dans le chapitre "Les opérations de la chimie organique"  : …  La synthèse repose principalement sur deux opérations fondamentales :* les transformations fonctionnelles et les réactions proprement synthétiques, c'est-à-dire qu'elles se traduisent par un allongement de la chaîne purement carbonée. Les modalités sont détaillées dans les articles relatifs aux diverses fonctions (alcanes, alcènes, etc.) ;… Lire la suite
ORGANOMÉTALLIQUES COMPOSÉS

Écrit par :  Jacques METZGER, Charles PRÉVOST

Dans le chapitre "Réaction des composés à hydrogène mobile"  : …  *En principe, tous les composés dont le pKa est inférieur à 25 décomposent quantitativement les organomagnésiens : Cette échelle d'acidité suffisante s'étend des acides forts aux hydrocarbures acétyléniques vrais en passant par les acides faibles, les phénols, l'eau, les alcools, les amines non tertiaires. La nature de MgXA dépend de… Lire la suite
OXYDORÉDUCTIONS, biologie

Écrit par :  René HELLER

Dans le chapitre "Intérêt"  : …  l'énergie extérieure que les électrons descendent les potentiels. Ainsi, pour prévoir le sens d'une *réaction, le potentiel rédox joue-t-il le même rôle qu'un potentiel thermodynamique, mais en sens inverse (une réaction sans apport d'énergie extérieure s'effectue dans le sens des potentiels thermodynamiques décroissants). C'est pourquoi l'on a pris… Lire la suite
PHOTOCHIMIE

Écrit par :  Jacques JOUSSOT-DUBIEN

La photochimie est l'étude de l'action de la lumière sur les *réactions chimiques. D'une façon plus précise, elle regroupe les travaux dont la finalité est de déterminer la nature des états excités réactifs des molécules obtenues par absorption de la lumière, d'étudier les processus de désactivation de ces… Lire la suite
POLANYI JOHN CHARLES (1929- )

Écrit par :  Georges BRAM

. Après sa nomination à Toronto, Polanyi engage un important programme de recherches en *dynamique réactionnelle, domaine alors en pleine expansion et dont l'objectif est de décrire le détail des processus élémentaires qui ont lieu durant une transformation chimique. Combinant approche théorique et travail expérimental, il s'efforce de… Lire la suite
PORTER GEORGE (1920-2002)

Écrit par :  Georges BRAM

… *Chimiste britannique né à Stainforth (Yorkshire). George Porter commence ses études universitaires en 1938 à l'université de Leeds. Après la guerre, il occupe divers postes en chimie-physique à l'université de Cambridge de 1945 à 1955, et effectue sous la direction de Ronald George Wreyford Norrish ses premières recherches en photochimie. Il… Lire la suite
SEMIONOV NIKOLAÏ NIKOLAÏEVITCH (1896-1986)

Écrit par :  Georges BRAM

… *Physico-chimiste soviétique né à Saratov, mort à Moscou. Nikolaï Nikolaïevitch Semionov obtient son doctorat en 1917 à l'université de Petrograd (Saint-Pétersbourg jusqu'en 1914, Leningrad à partir de 1924) et dirige, dès cette année-là, le laboratoire des phénomènes électroniques de l'Institut physico-technique de cette ville. En 1931, il est… Lire la suite
SOLUTION ÉQUILIBRES EN

Écrit par :  Claude COLIN, Alain JARDY

Dans le chapitre "Réactions acide-base"  : …  , un acide ne peut jouer son rôle de donneur de cette particule que s'il se trouve en présence d'une base appartenant à un autre couple, à même de la fixer. Entre deux couples acide-base notés 1 et 2 : on observera une *réaction de la forme : Chaque réaction acide-base apparaît donc comme une réaction d'échange de protons, par exemple… Lire la suite
SPECTROPHOTOMÉTRIE OPTIQUE

Écrit par :  Dora GRAND

Dans le chapitre "Spectrophotométries d'absorption ou d'émission résolue dans le temps"  : …  impulsion brève (de 10—14 à 10—6 s) vont se transformer au cours du temps par *réaction chimique ou désactivation. Selon la nature de l'impulsion – électrons accélérés ou laser –, on distingue la radiolyse pulsée de la photolyse laser. L'observation et l'analyse détaillée des premières espèces transitoires seront d'… Lire la suite
SUPPORTS MINÉRAUX, chimie

Écrit par :  André LOUPY

…  des procédés efficaces, rapides, faciles à mettre en œuvre et propres (chimie verte) à travers des *réactions n'utilisant pas de solvants en « milieu sec ». Les réactions y sont alors effectuées dans des conditions douces et économiques avec possibilité de recyclage des supports qui remplacent ainsi les solvants avec tous les problèmes que ces… Lire la suite
SYNTHÈSE CHIMIQUE

Écrit par :  Jean-Marie SURZUR

Dans le chapitre "La synthèse organique"  : …  spectroscopiques a progressivement effacé cet intérêt. Au cours de ces vingt dernières années, *des réactions de plus en plus sélectives ont été proposées et il semble qu'il n'existe plus de limites à la synthèse des composés organiques. Pratiquement tous les produits non naturels imaginés par les chimistes pour vérifier des lois fondamentales… Lire la suite
SYNTHÈSE CHIMIQUE PAR MICRO-ONDES

Écrit par :  Jack HAMELIN, Françoise TEXIER-BOULLET

…  l'élaboration de matériaux et de polymères, la vulcanisation du caoutchouc, etc. De nombreuses *réactions de synthèse organique sont plus rapidement effectuées dans des fours à micro-ondes domestiques que dans des fours classiques, à température identique, soit en quelques minutes au lieu de plusieurs heures, et souvent avec de meilleurs… Lire la suite
THERMODYNAMIQUE - Lois fondamentales

Écrit par :  Paul GLANSDORFF, Ilya PRIGOGINE

Dans le chapitre "Le second principe"  : …  entropie correspondante : De même, lorsque les masses mγ sont engagées dans une *réaction chimique du type : où les νγ sont les coefficients et où les Mγ sont les masses molaires des constituants (γ = 1 à c), la contribution chimique à la production d'entropie conduit à la forme… Lire la suite
THERMODYNAMIQUE - Thermodynamique chimique

Écrit par :  Pierre SOUCHAY

Dans le chapitre "Équilibres chimiques et prévision des réactions"  : …  à Berthelot (1865) pour trouver l'idée de mesure de l'affinité, qui serait donnée par la chaleur de *réaction. En réalité, Helmholtz (1882) montra que c'est la variation d'enthalpie libre accompagnant la réaction éventuelle qui décide de sa possibilité. Cette définition, couramment admise, nous la développerons, mais elle n'est pas entièrement… Lire la suite
TURBULENCE

Écrit par :  Fabien ANSELMET, Michel COANTIC, Gérard TAVERA

Dans le chapitre "Systèmes mécaniques et électromécaniques"  : …  millions d'années. Ce type de conclusion s'étend évidemment à l'ensemble de la dynamique céleste. *À l'opposé, les jeux de dés ou de roulette constituent les exemples traditionnels de processus aléatoires relevant des méthodes statistiques. Comment ceci est-il conciliable avec le fait que le mouvement du dé ou de la boule est un mécanisme… Lire la suite

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