métathèse

Remplacement, dans une molécule, d'un atome ou d'un radical par un autre atome ou un autre radical.

La métathèse est un type de réaction chimique dans laquelle les doubles liaisons entre les atomes se rompent et se reforment avec un réarrangement différent de groupes d'atomes. Elle s'apparente en quelque sorte à une danse dans laquelle les couples changent de partenaires.

La métathèse des oléfines

C'est dans le domaine de la pétrochimie qu'ont eu lieu les premières applications industrielles de la métathèse, avant même que son mécanisme soit bien compris. Observée pour la première fois en 1956 par le pétrochimiste Herbert Eleuterio, de la firme américaine DuPont, la métathèse des oléfines permet de fabriquer avantageusement, à partir d'hydrocarbures issus du craquage, des polymères insaturés appelés oléfines (ou alcènes) présentant une double liaison carbone-carbone. La réaction redistribue les groupements d'atomes autour de la double liaison en une seule étape, contre une dizaine dans le procédé de synthèse organique classique. Son mécanisme n'a été élucidé qu'en 1971 par Yves Chauvin, chercheur à l'Institut français du pétrole, et l'un de ses étudiants, Jean-Louis Hérisson : ceux-ci observèrent que les oléfines ne réagissent pas directement l'une avec l'autre, mais par l'intermédiaire de métallocarbènes, composés dont la molécule comporte des atomes de carbone attachés, par des doubles liaisons, à des atomes de métal. Cette découverte ne rencontra d'abord que peu d'échos, et plusieurs années se sont écoulées avant que les spécialistes ne prennent la mesure de l'importance de ses applications potentielles.

Un vaste champ d'application

Parmi les autres pionniers des recherches sur la métathèse figure le chimiste américain Thomas Katz, qui a publié au milieu des années 1970 une étude importante sur la cinétique des réactions de ce type. Mais, surtout, deux autres chimistes américains, Robert H. Grubbs et Richard R. Schrock, se sont attachés à mettre au point des familles de catalyseurs toujours plus efficaces, à base de molybdène, de tungstène ou de ruthénium, grâce auxquels le champ d'application de la métathèse a pu s'étendre à de nombreux secteurs industriels. Devenu tout à la fois plus efficace (réduction du nombre d'étapes du processus réactionnel, moindre quantité de sous-produits), plus facile à mettre en œuvre (stabilité dans l'air, exécution dans des conditions normales de température et de pression) et plus écologique (utilisation de solvants non toxiques, émissions réduites de polluants), le procédé est désormais utilisé à grande échelle en pétrochimie, notamment pour la synthèse du propylène et de divers polymères, et ouvre des perspectives prometteuses pour la fabrication de matériaux plastiques élaborés ou de médicaments.

Y. Chauvin, R. H. Grubbs et R. R. Schrock ont obtenu conjointement le prix Nobel de chimie en 2005 pour leur contribution au développement de la métathèse comme méthode de synthèse organique.