organique (chimie) (suite)

Formules développées
analyse fonctionnelle

Les formules développées ont d’abord été établies par des considérations purement chimiques. Elles consistent à faire subir à la substance une transformation et à analyser le nouveau composé ; on peut aussi montrer que l’alcool renferme six hydrogènes, dont un seul joue un rôle particulier, puisque l’action du sodium n’élimine, par rapport au carbone ou à l’oxygène, que le sixième de l’hydrogène. Cet hydrogène est relié à l’oxygène, car, en enlevant l’oxygène et un hydrogène par l’action de HCl, le chlorure d’éthyle ainsi formé ne dégage plus d’hydrogène sous l’action du sodium, etc.

Ces analyses fonctionnelles sont en général insuffisantes pour conduire, sur un cas isolé, à des certitudes, mais la confrontation de nombreuses formules développées ainsi établies a permis les retouches nécessaires pour arriver à un système cohérent.

Ces méthodes sont impuissantes si la molécule est trop compliquée ; si l’on peut, grâce à des réactions spécifiques, caractériser les diverses fonctions, il n’est, en général, pas possible de préciser leur place dans la molécule ; on procède alors à des dégradations conduisant à des édifices plus simples, et la constitution supposée est vérifiée par des synthèses utilisant des réactions générales dûment contrôlées. Fort heureusement, l’analyse fonctionnelle chimique, toujours très longue, fait, de plus en plus, place à l’analyse fonctionnelle physico-chimique. En effet, tant dans l’ultraviolet que dans l’infrarouge ou en spectrographie Raman, chaque fonction est caractérisée par des fréquences d’absorption (ou de réémission) peu sensibles au squelette de la molécule ; les légers déplacements de ces fréquences selon la nature de l’environnement sont actuellement bien repérés, de sorte que la spectrographie permet non seulement d’identifier les fonctions, mais encore de préciser leurs places relatives. La résonance magnétique du proton permet de compter les hydrogènes et de les localiser. La spectrographie de masses fournit une valeur très exacte de la masse molaire et permet de déterminer les seuils d’instabilité thermique de la molécule. Ces données physiques ont parfois permis, à elles seules, d’établir intégralement la structure d’une molécule très compliquée. Enfin, dans le cas de composés cristallisés, la diffraction des rayons X permet, d’ailleurs grâce à des calculs pénibles exigeant des ordinateurs, d’établir en quelque sorte la photographie agrandie de la molécule.

Principaux types de réactions organiques

Les transformations utilisées au laboratoire ou dans l’industrie peuvent être classées en dix groupes principaux :
a) les substitutions, qui remplacent dans une molécule un radical par un autre ;
b) les additions, qui soudent deux molécules en une seule ;
c) les éliminations, réactions inverses des additions ;
d) les transformations fonctionnelles, portant sur l’hétéroatome qui caractérise la fonction ;
e) les hydrogénations, ou réductions ;
f) les oxydations non dégradantes ;
g) les dégradations, qui rompent la molécule en tronçons moins riches en carbone ;
h) les cyclisations ;
i) les décyclisations ;
j) les polymérisations et les polycondensations, génératrices de macromolécules.

Les théories de la chimie organique

Dès le début de la période constructive de la chimie organique, les chimistes ont été guidés par des remarques d’abord empiriques, qui ont pris progressivement un caractère plus scientifique.

L’une des plus efficaces fut la théorie de la valence constante des éléments constitutifs de la molécule organique.

La théorie de la valence constante a permis l’établissement d’une systématique. Tout hydrocarbure se déduit du méthane par des substitutions successives et par des déshydrogénations. La substitution, dans l’hydrocarbure, d’un ou de plusieurs hydrogènes, liés à un même carbone, par un hétéroatome, c’est-à-dire par un atome différent de C ou de H, crée une fonction.

On a pu classer ces fonctions d’après la nature des hétéroatomes, leur donner des noms et établir une nomenclature systématique.

Les théories plus modernes visent à connaître la nature intime de la réaction (processus élémentaire). Elles reposent sur l’atomistique. D’abord qualitatives, elles tendent à devenir quantitatives grâce à des calculs quantomécaniques. Mais il reste beaucoup à faire pour pouvoir déduire exactement les propriétés d’une molécule donnée de la simple lecture de sa formule développée.

La synthèse

Étymologiquement, la synthèse est le passage du simple au composé ; en chimie, c’est le passage des éléments aux molécules. Mais, dans le cas de la chimie organique, ce sens primitif a dévié, à tel point que l’industrie désigne par synthèses toutes les transformations rémunératrices.

Les buts de la synthèse sont multiples. Comme nous l’avons signalé, celle-ci a permis d’éliminer le dogme de la « force vitale ». Elle contribue aussi à la confirmation de structures établies par voie analytique. Elle donne l’accès à de très nombreux exemplaires d’une même fonction, permettant d’étudier l’évolution des propriétés de cette fonction avec la nature du squelette carboné qui la porte et de préciser les hypothèses sur les mécanismes de réaction.

Mais l’importance pratique de la synthèse, dans le sens le plus général du terme, est bien plus considérable. La synthèse permet non seulement d’édifier des substances naturelles dans des conditions bien plus avantageuses que l’extraction du règne vivant, mais aussi de réaliser des édifices non rencontrés dans ce règne et présentant des propriétés pratiques remarquables (parfums, médicaments, colorants, explosifs, détergents, insecticides, herbicides) et surtout un très grand nombre de macromolécules (colles, vernis, élastomères, textiles, résines moulables, verres, etc.).

La place de la chimie organique dans l’économie

D’après la capitalisation boursière, la chimie organique occupe actuellement le premier rang dans l’industrie mondiale.