COMPLEXES, chimie

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Principaux domaines d'application

L'intérêt suscité par la chimie des complexes provient de la diversité de leurs très nombreuses applications qui ne cessent de se développer dans tous les domaines de la chimie, débordant même sur la physique, la métallurgie, la chimie bio-inorganique.

L'importance industrielle réside tout d'abord dans la catalyse homogène où l'utilisation de catalyseurs organométalliques (composés à liaison(s) métal-carbone) ou de sels ou de complexes solubles de métaux de transition offre les avantages d'une plus grande efficacité, d'une bonne sélectivité et de conditions de réactions plus douces qu'en catalyse hétérogène. De plus, les mécanismes réactionnels peuvent être analysés (et donc améliorés) au moyen des techniques spectroscopiques et cinétiques modernes. Plus de vingt procédés industriels utilisent des complexes métalliques solubles comme catalyseurs dans des réactions d'hydrogénation et d'oxydation des hydrocarbures, de polymérisation des oléfines, de synthèses d'acides, d'aldéhydes et d'alcools (cf. catalyse Catalyse homogène).

De nombreux complexes utilisés comme précurseurs conduisent, après pyrolyse dans des atmosphères gazeuses appropriées, à l'obtention de phases solides (oxydes, sulfures, nitrures, carbures, etc.) finement divisées.

La chimie analytique met à profit l'insolubilité de certains complexes pour des dosages gravimétriques, leur coloration spécifique pour la détection ou le dosage absorptiométrique des ions métalliques, mais, surtout, elle dispose d'un très grand nombre de méthodes complexométriques pour doser et séparer les ions. Pour une utilisation rationnelle des complexes en chimie analytique, il importe alors de connaître non seulement les constantes de stabilité ionique définies ci-dessus, mais aussi les constantes « conditionnelles » tenant compte de l'influence de l'acidité de la solution, mais aussi des ions métalliques ou des coordinats parasites... (A. Ringbom, 1967).

Les agents complexants sont largement utilisés dans les opérations relatives à la chimie minérale. La détermination de la dureté de l'eau aussi bien que son adoucissement s'effectuent classiquement au moyen de séquestrants organiques ou minéraux, comme dans le cas du tripolyphosphate de sodium Na5P3O10. Des coordinats polymères sont utilisés pour éliminer les cations métalliques des eaux résiduaires par coagulation-floculation. En outre, les séparations très délicates des éléments du groupe des lanthanides et du groupe des actinides n'ont pu être réalisées commodément que selon deux techniques utilisées soit séparément, soit conjointement :

– le fractionnement sur échangeurs d'ions faisant appel aux séquestrants organiques comme agent d'élution ;

– l'extraction méthodique liquide-liquide fondée sur la formation de complexes solubles en milieu organique ; c'est ainsi que sont séparés industriellement les métaux des terres rares au moyen d'agents extractants à propriétés complexantes, chélatantes ou solvatantes tels que le tri(n-butyl)phosphate (TBP) ; le retraitement des combustibles nucléaires utilise aussi ces techniques.

La métallurgie emploie des complexes dans certaines opérations d'enrichissement de minerais (flottation) ou de séparation [procédé Mond de purification du nickel par formation de Ni(CO)4].

Les plus anciens teinturiers, faisant appel aux laques d'alizarine telles que le fameux rouge turc, ignoraient certes la nature de ces composés chélates mais en connaissaient bien la solidité. La chimie tinctoriale, devant satisfaire les exigences sans cesse croissantes imposées à ses colorants (variété, éclat, stabilité), développa les colorants à complexe métallique (ou métallifères) utilisés dans les opérations de métallisation. De même, un pigment classique comme la phtalocyanine est un chélate du cuivre : c'est le pigment bleu par excellence.

Dans le domaine phytosanitaire, ce sont surtout des carences en métaux qui sont éliminées par l'utilisation de complexes : c'est ainsi que les traitements antichlorose mettent en œuvre des chélates de fer(III) de très grande stabilité ionique.

On ne saurait mieux faire apprécier l'importance des chélates dans le règne végétal qu'en rappelant leur rôle essentiel dans les processus fondamentaux tels que la photosynthèse initiée par la chlorophylle (en réalité, il existe plusieurs types de chlorophylles qui ont toutes en commun un chromophore constitué par la jonction de quatre noyaux pyrroles en un système cyclique plan chélatant l'ion central Mg2+). Des porphyrines analogues peuvent aussi être utilisées dans des processus de stockage d'énergie (cytochromes), comme catalyseurs enzymatiques (catalase) ou encore comme transporteur d'oxygène (hémoglobine).

Le domaine de la chimie bio-inorganique, après avoir été longtemps négligé, connaît actuellement un développement rapide étant donné l'importance des ions métalliques dans les fonctions vitales des organismes vivants. C'est ainsi que sont engagées de multiples recherches concernant la réactivité, la synthèse, la stabilité, la structure et la formation des complexes et chélates d'intérêt biologique. Il est certain que tous les éléments métalliques rencontrés dans la matière vivante animale ou végétale font généralement partie de cycles de chélation. Une concentration anormale de certains d'entre eux entraîne le plus souvent des perturbations dans les mécanismes cellulaires. En contrepartie, la thérapeutique chimique utilise fréquemment la complexation ou la chélation comme moyen d'introduction ou d'élimination des éléments métalliques dans l'organisme : utilisation du cis-dichlorodiamine platine (II), Pt C12 (NH3)2 lors de traitements anticancéreux ; élimination du cuivre (II) dans la maladie de Wilson par la D-pénicillamine, etc. De telles applications impliquent une connaissance très approfondie des coordinats nombreux, variés et de structure compliquée, que nous offre la matière vivante, ainsi qu'une parfaite maîtrise des équilibres physico-chimiques où interviennent ces complexes.

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René-Antoine PARIS, Jean-Pierre SCHARFF, « COMPLEXES, chimie », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 25 novembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/complexes-chimie/