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De l'action de la chaleur sur les composés organiques

De
105 pages

Soumis à l’action de la chaleur, la plupart des corps, qu’ils soient minéraux ou organiques, éprouvent des changements d’état et des transformations moléculaires dont l’étude occupe à la fois le physicien et le chimiste.

On sait que, toutes les fois qu’on élève la température d’un corps, le volume de ce corps augmente. Cette loi, l’une des plus générales de la nature et qui ne subit d’exceptions que dans certains cas particuliers, mérite surtout d’être remarquée en ce qu’elle nous conduit à reconnaître une propriété essentielle de la chaleur, celle d’augmenter la distance des molécules constituantes des corps.

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L. Hébert

De l'action de la chaleur sur les composés organiques

MEMBRES DU JURY :

 

MM.

WURTZ, Président. BAILLON.
GAVARRET.
MIALHE.
ROBIN.
DESPLATS, Secrétaire.

*
**

COMPÉTITEURS :

PHYSIQUE.PHARMACOLOGIE.HISTOIRE NATURELLE.
MM.GARIEL.MM.GAUTIER.MM.BOCQUILLON.
RABUTEAU.HÉBERT.MARCHAND.

INTRODUCTION

DÉFINITION ET CONSTITUTION GÉNÉRALE DES COMPOSÉS ORGANIQUES

Les organes des plantes et des animaux renferment des composés nombreux auxquels on a appliqué la dénomination de matières organiques.

Ces composés, bien plus variés sous le rapport des caractères chimiques que les corps de nature minérale, sont généralement formés d’un petit nombre d’éléments, savoir : le carbone, l’hydrogène, l’oxygène et l’azote. Ils s’engendrent les uns les autres au sein de l’organisme, et reproduisent ainsi, sur une échelle plus vaste, les différents types de combinaison que nous offre la chimie minérale. On y rencontre, en effet, des composés semblables, par leurs caractères généraux, aux acides, aux alcalis, aux sels minéraux ; seulement, ces composés sont plus compliqués sous le rapport de leur constitution. En effet, tandis que pour les composés minéraux les éléments entrent rarement dans la composition d’une molécule pour plus de cinq ou six atomes, on connaît des composés organiques dont la molécule renferme jusqu’à trente, quarante, cinquante atomes, et même plus.

Le carbone, dans la constitution de ces derniers composés, est l’élément qui tient la première place : il est comme le pivôt autour duquel tournent tous les éléments constitutifs des combinaisons organiques ; et l’on peut dire avec M. Liebig que l’histoire des composés organiques est l’histoire même des combinaisons du carbone.

Dans un grand nombre de ces combinaisons, le carbone est uni seulement à l’hydrogène, ex. : les essences de térébenthine, de citron, de muscade etc. Dans d’autres qui sont ternaires, l’oxygène se trouve associé à ces deux éléments, ex. les corps gras, le sucre, l’amidon, la cellulose, la matière glycogène du foie etc. D’autres, non moins nombreuses sont azotées et renferment à la fois : carbone, hydrogène, oxygène et azote ; ex. la plupart des alcalis organiques, la créatine, la créatinine, la leucine, etc. Enfin certains principes immédiats admettent aussi dans leur constitution le soufre, le phosphore : ex. l’albumine, la fibrine, l’acide phosphoglycérique etc.

Outre les matières organiques créées par la nature et qui peuvent s’extraire directement des parties végétales ou animales à l’aide de menstrues ou d’agents divers, tels que l’eau, l’alcool, l’éther, les acides, les alcalis, la chaleur etc., il en est aujourd’hui un grand nombre d’autres qui sont le produit de l’art, et que la chimie peut former de toutes pièces ou qu’elle obtient en métamorphosant de mille manières les produits de la végétation et de la vie animale.

C’est en introduisant dans ces produits des éléments nouveaux que le chimiste arrive à créer lui-même des composés nombreux et variés dont la nature n’offre souvent aucun exemple. Parmi ceux-ci, il en est qui renferment du chlore, du brome, de l’iode, de l’arsenic, de l’antimoine, du bore, du silicium. D’autres peuvent contenir unis au carbone et à l’hydrogène, certains métaux : le zinc, l’étain, le bismuth, le mercure etc., et former ainsi des composés organo-métalliques, combinaisons douées de propriétés chimiques extrêmement remarquables et qui, par leur nature et leur mode de production, peuvent conduire à la découverte des lois de transformation des composés que la nature façonne elle-même, ainsi qu’à la réalisation des moyens d’imiter ou plutôt de reproduire exactement ces mêmes composés, au lieu de les extraire des parties animales ou végétales où elles sont toutes préparées.

Soumettre les corps à l’action des agents physiques et chimiques dans le but de les décomposer, telle était surtout la préoccupation des anciens chimistes ; reconstituer ces mêmes corps en partant d’éléments plus simples, telle est la voie dans laquelle progressent les chimistes contemporains. Lavoisier, il y a trois quarts de siècle, avait défini la chimie, la science de l’analyse. « La chimie, disait-il « marche vers son but et vers sa perfection en divisant, subdivisant et resubdivisant encore. Nous pensons, avec M. Berthelot, que cette définition, est incomplète et laisse de côté la moitié du problème. L’analyse donne à la chimie son point de départ, c’est la synthèse qui en marque le véritable but Les efforts tentés dans cette nouvelle voie ont déjà donné les résultats les plus encourageants. Nous n’extrayons plus aujourd’hui l’urée de l’urine, ni l’acide formique des fourmis, ni l’acide oxalique de l’oseille. Nous pouvons transformer en sucre la fécule, le bois, les tannins etc., faire de tontes pièces la benzine, l’alcool, l’acide phénique, la glycérine, etc. etc.

Qu’est-ce à dire cependant ? L’organisme est-il un laboratoire ou plutôt n’est-il que cela ? Les modifications qu’y subit incessamment la matière et les transmutations qui président à la naissance des organes et à la formation des appareils essentiels à la vie ne sont-elles dues qu’à des réactions chimiques en tout comparables à celles que peut provoquer le chimiste ? Maître de reproduire à son gré la matière des organes, prétendra-t-il ravir à la nature le secret de leur création, de leur développement ? Ce serait s’abuser étrangement. Le chimiste pourra peut-être un jour faire de l’albumine, de la cellulose, il ne fera jamais ni un muscle, ni une feuille, ni une fleur, ni la moindre fibre, car il manquera toujours de la libre disposition de cet agent qui coordonne la matière en organes doués de la vie, c’est-à-dire doués d’un mouvement propre, différent de celui qu’impriment à la matière les attractions chimiques. Force est donc, dans l’étude des êtres vivants de distinguer deux groupes de substances, les substances organisées, c’est-à-dire celles qui ont vécu, et les substances organiques, celles qui n’ont point vécu et qui ne vivront jamais. Les matières organiques présentent comme les matières minérales une composition définie et des caractères déterminés ; elles sont le plus souvent susceptibles de cristalliser ou quand la chaleur les volatilise sans les altérer, elles ont un point d’ébullition constant sous une pression donnée ; elles constituent ce qu’on appelle des espèces chimiques : le sucre, l’urée. la quinine, par exemple, sont de ce nombre. Les substances organisées, au contraire, sont de simples mélanges de substances organiques, mélanges dont la composition est rarement constante, et qui se modifient de la manière la plus variée suivant le rôle qu’ils sont appelés à jouer dans l’économie vivante.

A peu d’exceptions près, avons-nous dit, les combinaisons organiques ne sont formées que de quatre corps simples : carbone, hydrogène, oxygène et azote. Mais comment, avec un nombre si restreint d’éléments, la nature peut-elle élaborer, l’art peut-il engendrer cette multitude immense de composés que l’on connaît aujourd’hui ? Comment cette simplicité apparente de la composition peut-elle conduire à une si grande diversité dans la nature et dans les propriétés des composés ?

Considérons d’abord que les quatre éléments dont il s’agit sont associés de diverses manières : le carbone avec l’hydrogène, le carbone avec l’hydrogène et l’oxygène, le carbone avec l’azote, le carbone avec l’azote et l’hydrogène, le carbone avec l’hydrogène, l’oxygène et l’azote.

Les combinaisons du carbone avec l’hydrogène sont très-nombreuses et l’on a souvent fait remarquer qu’elles forment la base de la chimie organique.

Le carbone peut se combiner avec l’hydrogène en diverses proportions atomiques, ex. :

Le gaz des marais,CH4
La benzine,C6H6
La naphtaline,C10H8
L’essence de térébenthine,C10H16

et l’on conçoit que les hydrogènes carbonés ou carbures d’hydrogène ainsi formés, doivent différer les uns des autres suivant le nombre relatif des atomes de carbone el d’hydrogène qu’ils renferment. Aussi ces combinaisons possèdent-elles des propriétés physiques et chimiques très-diverses. On remarquera que, dans les dernières, les atomes de carbone et d’hydrogène s’accumulent considérablement dans une seule et même molécule. Il existe des hydrogènes carbonés dans lesquels le rapport entre le nombre des atomes de carbone et des atomes d’hydrogène restant le même, ces atomes vont s’accumulant de plus en plus d’une manière régulière dans la molécule. Les exemples suivants montrent ces relations :

C2H4Ethylène.
C3H6Propylène.
C4H8Butylène.
C5H10Amylène.
C6H12Hexylène.
C7H14Heptylène.
C8H16Octylène.

Dans les composés ternaires renfermant du carbone, de l’hydrogène et de l’oxygène, il existe des groupes de corps dans lesquels le nombre des atomes d’oxygène restant le même, celui des atomes de carbone et d’hydrogène s’accroît d’une manière régulière de telle sorte que chacun diffère de son voisin par CH2, ex. :

Illustration

Les corps qui font partie de ces deux séries et que Gerhardt a nommés homologues sont non-seulement liés par les rapports de composition les plus simples, ils sont doués aussi d’une grande analogie de propriétés. Ceux de la première série sont neutres, et remplissent des fonctions chimiques analogues, jusqu’à un certain point, à celles des bases hydratées de la chimie minérale : ce sont des alcools. Les corps qui font partie de la seconde série sont des acides bien caractérisés. La plupart d’entre eux sont volatils.

On remarque des relations de même genre entre les différents corps qui forment certains groupes de matière azotées, soit que ces matières renferment du carbone, de l’hydrogène et de l’azote, soit qu’elles renferment du carbone, de l’hydrogène, de l’oxygène et de l’azote.

En voici des exemples :

Série des ammoniaques composées.Série des urées.
C H5 Az Méthy lamine.CH4 AzO Urée.
C2H7 Az Ethylamine.C2H6 AzO Méthylurée.
C3H9 Az Propylamine.C3H8 AzO Ethylurée.
C4H11Az Butylamine.C4H10AzO Butylurée.
C5H13Az Amylamine.C5H12AzO Amylurée.
C6H15Az Caprylamine.

Dans toutes ces séries, on voit le nombre des atomes de carbone et d’hydrogène s’accroître régulièrement, tandis que le nombre des atomes d’azote et d’oxygène reste le même.

Indépendamment des séries homologues, il en existe d’autres dans lesquelles les relations de composition sont différentes de celles qui caractérisent l’homologie.

Ainsi il existe des groupes de composés dans lesquels le nombre des atomes de carbone et d’hydrogène restant le même, celui des atomes d’oxygène s’accroît régulièrement. Il en est ainsi dans les séries suivantes :

C2H4 Ethylène,C7H6O Essence d’amandes amères.
C2H4O Oxyde d’éthylène,C7H6O2 Acide benzoïque.
C2H4O2 Acide acétique,C7H6O3 Acide salycilique.
C2H4O3 Acide glycolique,C7H6O4 Ac. carbohydroquinonique.
C7H6O5 Acide gallique.

 

Enfin il existe des groupes de composés dans lesquels le nombre des atomes de carbone et d’oxygène restant le même, celui des atomes d’hydrogène s’accroit régulièrement.