ORGANIQUE CHIMIE

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Les méthodes de la chimie organique

Les principes de l'analyse immédiate sont développés par ailleurs (cf. chromatographie).

Identification d'une substance organique

À l'origine surtout, le point de départ de l'identification d'une substance organique était l'analyse élémentaire. Elle permet de déterminer le pourcentage des divers éléments : C, H, O, N... ; si la masse moléculaire, dont la cryoscopie fournit une valeur approchée, n'est pas trop grande, et si les résultats de l'analyse sont suffisamment précis, on en déduit la formule brute CαHβOγNδ...

Mais, sauf s'il s'agit de composés très simples, à cette formule correspondent un très grand nombre d'isomères entre lesquels il faut faire le départ ; c'est le but de l'analyse fonctionnelle. Pendant longtemps, cette analyse a été purement chimique.

À chaque fonction correspondent des propriétés dont certaines sont très caractéristiques : tous les alcools, notamment, sont transformés en alcoolates par le sodium. Mais la caractérisation de la fonction (ou des fonctions) ne suffit pas ; il faut encore connaître la nature du squelette carboné et la place de la fonction sur ce squelette. Pendant très longtemps, le chimiste en était réduit à des méthodes de transformation menant à un composé antérieurement identifié ; par exemple, la réduction de la plupart des composés organiques mène finalement à un hydrocarbure saturé ou cyclanique. Si celui-ci est connu, le squelette se trouve de ce fait établi. Quant à la place de la fonction sur ce squelette, elle peut être parfois déterminée par comparaison avec des homologues déjà identifiés ; c'est ainsi qu'il existe des méthodes sûres pour distinguer les trois types de substitution d'un carbone hydroxylé (alcools primaires, secondaires, tertiaires).

Mais ces méthodes sont défaillantes dans les cas compliqués ; on a alors recours à des dégradations qui scindent la molécule primitive en divers tronçons plus faciles à identifier. Un cas très simple est celui d'un ester que l'hydrolyse coupe en un acide et en un alcool. Il est bon toutefois de vérifier les hypothèses structurales par une synthèse ; sur l'exemple choisi, il faut montrer que l'acide et l'alcool engendrent bien, par perte d'eau, l'ester en question.

Malheureusement, les exemples retenus sont beaucoup trop simples, et cette analyse sommaire ne reflète qu'imparfaitement les difficultés qu'ont rencontrées les chimistes.

Le problème a été complètement transformé par l'introduction des contrôles physiques de structure : spectrographie ultraviolette, spectrographies infrarouge et Raman, résonance magnétique nucléaire (R.M.N.) et spectrographie de masse, pour ne citer que les plus utiles. Le spectre ultraviolet fournit de précieux renseignements sur l'existence et la nature des liaisons multiples, et le spectre infrarouge (ou Raman), plus général, présente des bandes caractéristiques de toutes les liaisons covalentes. Ces critères ne fournissent pas des renseignements absolus, car les physiciens ne peuvent calculer avec une précision suffisante les fréquences de ces bandes et surtout leurs variations avec la nature du squelette, mais la confrontation avec ces mêmes bandes observées sur des molécules plus simples, de même structure locale, fournit des renseignements inestimables. La résonance magnétique nucléaire, même réservée au proton, permet de compter les atomes d'hydrogène, de distinguer ceux qui jouent le même rôle et ceux qui jouent un rôle différent ; toujours par référence à des composés connus de même structure locale, on peut identifier cette structure.

La spectrographie de masse fournit une valeur très exacte de la masse moléculaire, mais aussi de la masse radicalaire des tronçons provenant de la rupture de la molécule. En admettant que deux molécules voisines ont les mêmes seuils de scission, on peut, par comparaison avec une molécule connue, reconstituer une partie de la structure.

Ces renseignements ont permis d'établir complètement la structure de composés très compliqués, et ce sans analyse fonctionnelle chimique et même, parfois, sans analyse élémentaire. Cela vaut surtout pour la chimie des substances naturelles, car, s'il s'agit d'un produit synthétique, il est rare que l'on ne possède pas quelques présomptions sur sa structure.

Parmi les « méthodes absolues », citons l'étude poussée des spectres de rayons X des molécules cristallisées, travail extrêmement laborieux et nécessitant l'emploi de calculettes, mais qui localise les divers atomes dans l'espace et ne laisse subsister aucun doute sur la structure.

Le problème de l'identification des composés synthétiques est infiniment plus simple. Sauf anomalies imprévisibles, on ne peut guère hésiter qu'entre un très petit nombre de structures ; s'il s'agit de choisir entre des formules non isomériques, une simple analyse quantitative permet de lever le litige. S'il s'agit d'isomères, la spectrographie ou la R.M.N. sont le plus souvent souveraines.

Toutefois, nombreux sont les chimistes qui ne se contentent pas d'une détermination analytique, mais qui préfèrent une détermination synthétique. C'est ainsi que, depuis le début du xxe siècle, les chimistes ont mis un point d'honneur à reproduire synthétiquement des produits naturels dont la structure ne faisait plus de doute. S'il s'agit d'un produit synthétique, la confirmation de la structure consiste à réaliser la synthèse par une voie toute différente de celle qui lui avait donné naissance.

Synthèses

En principe, on appelle synthèse la préparation d'un corps composé à partir de corps simples, mais, surtout en chimie organique, l'extension abusive de ce terme en a fait presque le synonyme de « transformation » ;

On appellera « synthèses totales » celles qui répondent à la définition première : on peut citer, dans ce groupe, l'action de l'hydrogène sur le carbone, qui conduit, à très haute température, à l'acétylène C2H2 et, vers 1 000 0C, au méthane CH4.

Très proche de ce type sont les synthèses « théoriquement totales », c'est-à-dire faisant appel, au départ, à des composés inorganiques dont la synthèse totale est possible ; c'est ainsi que, lorsque le chimiste organicien emploie l'eau ou l'ammoniac à l'édification d'un composé, il n'est pas question pour lui de partir de l'hydrogène, de l'oxygène et de l'azote.

Viennent ensuite les « synthèses partielles ». Le point de départ peut être un composé organique emprunté au règne vivant, tel que l'alcool de fermentation. Cette synthèse est « théoriquement totale », puisque Berthelot a réussi la synthèse totale de l'éthanol. Dans d'autres cas, le chimiste fait appel à des produits naturels dont la synthèse totale n'a pas encore été réalisée ; ces synth [...]

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Écrit par :

  • : professeur de chimie organique à la faculté des sciences de Marseille
  • : professeur à la faculté des sciences de Paris, à l'École centrale des arts et manufactures de Paris et à l'École normale supérieure de Fontenay-aux-Roses

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Pour citer l’article

Jacques METZGER, Charles PRÉVOST, « ORGANIQUE CHIMIE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 25 novembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/chimie-organique/