Formules brutes; leur détermination. — De
même qu'en chimie minérale, les formules représentatives des corps organiques ont pour objet de donner la composition exacte de leur molécule, mais elles ont ici plus d'importance encore, parce que l'isomérie et la polymérie sont extrêmement fréquentes en chimie organique, et qu'il importe de savoir distinguer les différentes matières qui donnent à l'analyse les mêmes résultats.
Nous indiquerons donc d'abord la marche à suivre pour trouver la formule d'une matière organique, dont la composition élémentaire est supposée connue.
CHIMIE ORGANIQUE
Exemple I. — Lorsqu'on fait l'analyse de Valdéhyde formique, de Vaeide acétique et du glucose^ on trouve que ces trois corps ont exactement la même composition centésimale et qu'ils renferment, pour 100 parties en poids :
Carbone 40,00
Hydrogène > 6,67
Oxygène 53,33
Le poids atomique du carbone étant 12, le nombre des atomes de carbone contenus dans 100 parties d'aldéhyde formique, d'acide acétique ou de glucose sera
nécessairement — ~ 3,33.
Le nombre des atomes d'hydrogène sera de même
égal à 6,67 et celui des atomes d'oxygène à ^'^ =3,33. La formule cherchée pourrait donc s'écrire :
mais les trois coefficients qui s'y trouvent sont des multiples exacts de 333, ce qui permet de la réduire à la forme CH-Q, qui est sa plus simple expression, ou à un multiple quelconque (CH^O)^ de cette forme.
Pour trouver la formule vraie des trois corps précédents, il ne nous reste donc qu'à déterminer le coefficient n; pour cela, il suffit de connaître le poids moléculaire correspondant, car, si nous représentons ce poids moléculaire par M, on doit avoir nécessairement
M = n (12 + 2 + 16), d'où l'on tire ^ = ^.
ou
Dans le cas de l'aldéhyde formique et de l'acide acétique, qui sont volatils, le poids moléculaire se déduira de la densité de la vapeur, en suivant la règle d'Am-
GÉNÉRALITÉS
père.L'aldéliyde formique ayantpourdensité de vapeur 1,04, son poids moléculaire est égal à 1,04X^8,88 = 30. Dès lors n = 1 et la véritable formule de l'aldéhyde formique est CH^O.
La densité de vapeur de l'acide acétique est égale à 2,07; ce corps a donc pour poids moléculaire 60; en conséquence, n~2 et la formule cherchée est C^H^O^.
Pour le glucose, qui n'est pas volatil, il est impossible de suivre la règle d'Ampère, mais on peut alors faire usage de la loi de Raoult. On trouve par expérience qu'une solution renfermant 10 grammes de glucose pour 100 grammes d'eau se congèle à — 1^,05; le poids moléculaire du glucose est alors égal à
Par suite, n = 6, d'où il suit que la formule du glucose devra s'écrire C^H^^Qe.
Exemple II. — L'analyse montre que la nicotine a pour composition :
Carbone c 74,07
Hydrogène . . . , 8,64
Azote 17,29
Divisant, comme nous l'avons fait ci-dessus, chacun de ces nombres par le poids atomique correspondant, nous trouvons, comme première approximation, C6nH864Azi23^ qui se réduit à C^ffAz, si l'on divise tout par 123.
D'autre part la nicotine a pour densité de vapeur 5,61 ; son poids moléculaire est, par conséquent, égal à 5,61 X 28,88 — 162, nombre double de celui qu'exprime la formule précédente ; on devra donc doubler celle-ci et écrire la nicotine C^^Hi^Az^.
CHIMIE ORGANIQUE
Exemple III. — Le nitrohenzène renferme :
Carbone 58,54
Hydrogène 4,06
Oxygène 26,02
Azote 11,38
et a pour densité de vapeur 4,25.
En suivant toujours la même marche, on trouve comme quotients les nombres 488, 406, 163 et 81, dont le dernier divise tous les autres ; on pourra donc représenter le nitrobenzène par la formule C^H^AzO^, et comme le poids qu'elle représente se trouve être égal au poids moléculaire .calculé 4,25 X 28,88 = 123, cette formule est bien celle qui convient au corps en question.
Cas particuliers. — Lorsqu'un corps n'est pas volatil et qu'on ne peut le dissoudre dans aucun liquide facilement congelable, la détermination du poids moléculaire et par suite celle de la formule vraie devient plus difficile ; cependant, on y arrive encore quelquefois d'une manière détournée, en cherchant par exemple dans quelles proportions ce corps se combine à un autre de poids moléculaire connu. C'est ainsi que l'on peut trouver la véritable formule de la quinine^ qui n'est pas soluble dans l'eau et n'est pas volatile.
L'analyse conduit, pour cette substance, à l'expression simplifiée C^oH^^^zO; mais, par expérience, on constate que la quinine s'unit à l'acide chlorhydrique dans le rapport de 100 à 11,26; on doit donc avoir 100 (CioHi2AzO)^ 120 + 12 + 14+16 ^,
îï;26== — Hcr^==^ — 35;5+î —
tire n = 2.
La formule de la quinine est par suite C^^H^^Az^O^.
GÉNÉRALITÉS
Quand aucune de ces méthodes n'est applicable et qu'il est impossible de trouver la vraie valeur du poids moléculaire, la formule reste indéterminée; c'est le cas de ïamidon et de la cellulose (C^HioQ^J^ qui n'émettent pas de vapeurs, ne se dissolvent dans aucun réactif simple et enfin ne donnent pas de combinaisons définies.
Remarque. — Pour les matières organiques dont le poids moléculaire est connu, les calculs précédents peuvent être effectués en sens inverse : on peut, par exemple, calculer d'abord les poids respectifs de carbone, d'hydrogène, d'oxygène et d'azote qui entrent dans une molécule, puis diviser chacun de ces nombres par le poids atomique des corps simples correspondants; on obtiendra ainsi immédiatement les coefficients qui affectent leur symbole dans la formule cherchée.
Si nous appliquons cette règle au cas du nitrobenzène, déjà cité, il vient :
Carbone
Hydrogène
Azote
Az.
Oxygène
ce qui est nécessairement conforme au résultat précédemment obtenu.
382. Formules de constitution. — Les formules brutes sont insuffisantes en chimie organique, à cause des
CHIMIE ORGANIQUE
isoméries qui s'y rencontrent à chaque instant; aussi a-t-on l'habitude d'y joindre toujours des formules de constitution, qui offrent le double avantage d'expliquer les isoméries et de mettre en évidence les fonctions chimiques du corps qu'elles représentent.
Ces formules de constitution sont, comme toutes les autres, basées sur la valence, c'est-à-dire la capacité de saturation des éléments ; on a l'habitude de figurer ces valences par -autant de traits, qui relient entre eux les différents corps simples ou les radicaux qui forment la molécule.
Deux atomes de carbone tétravalents peuvent échanger entre eux une, deux ou trois valences ; on exprime ce fait en disant qu'ils sont unis par une liaison simple^ double ou triple.
Dans tous les cas, il faut bien se rappeler que l'équilibre moléculaire n'est possible que si toutes ces valences sont saturées, de quelque manière que ce soit, et on doit tenir grand compte de cette remarque dans l'écriture des formules de constitution, qui autrement deviendraient absurdes.
Dans le cas particulier des hydrocarbures, il n'en saurait exister qui renferment un nombre impair d'atomes d'hydrogène, puisque la valence du carbone est paire et qu'il faut nécessairement un nombre pair d'atomes monovalents pour le saturer.
383. Hypothèse du tétraèdre. — On sait par expérience que les quatre valences du carbone sont identiques entre elles ; elles doivent donc être disposées symétriquement autour de l'atome de carbone central; en d'autres termes, les points d'attache de cet atome, avec les éléments qui le saturent doivent être situés, dans l'espace, sur une même sphère et à égale distance les uns des autres. Or, ces quatre points figurent les
GÉNlinALTTÉS 3f,l
sommets d'an tétraèdre régulier inscrit dans la sphère en question, d'où l'idée, émise pour la première fois par MM. Le Bel et Van't Hoff, do représenter géométriquement les corps organiques par un tétraèdre dont l'atome de carbone occupe le centre, et aux sommets duquel sont placés les divers éléments qui s'y trouvent unis.
Cette hypothèse ne préjuge d'ailleurs absolument rien sur la forme de l'atome de carbone central qui peut être quelconque et, en fait, ne saurait être déterminée.
Quand deux atomes de carbone s'unissent en échangeant une simple liaison, on suppose que leurs tétraèdres représentatifs ont un sommet commun ; quand au contraire, ils sont unis par une double ou une triple liaison, on admet que les tétraèdres ont une arete ou une base commune, ce qui naturellement supprime deux ou treis des valences primitivement disponibles.
^ Les schémas suivants, choisis parmi les plus simples donnent une idée des formules géométriques qui résultent de l'hypothèse du tétraèdre.
Ethylùne.
Ces formules ne sont employées que pour rendre compte de certaines isoméries spéciales qu'il serait
CHIMIE ORGANIQUE
impossible d'expliquer autrement ; nous aurons occasion d'y revenir à propos des corps qui possèdent le pouvoir rotatoire.
En général on les remplace par leur projection sur un plan, ce qui les ramène aux formules de constitution ordinaires. ^
Les hydrocarbures dont nous avons donne ci-dessus les formules tétraédriques s'écrivent alors, plus simplement,
H — C-iC— H
Acétylène.
384. Méthodes employées pour l'étude de la chimie organique. Classification. — Au point de vue expérimental il n'existe que deux méthodes permettant de déterminer la nature exacte d'une matière organique définie : la méthode analytique^ qui consiste à dédoubler cette matière en d'autres plus simples, déjà connues, et la méthode synthétique^ qui consiste à partir des éléments et à les grouper, par une suite de réactions convenablement choisies, en une molécule complexe. Cette méthode, fondée par M. Berthelot, est infiniment plus féconde que l'autre et elle a permis de créer une multitude de matières organiques artificielles, qui n'existent et ne sauraient prendre naissance dans aucun organisme.
Mais, pour l'enseignement, il est préférable de suivre un autre ordre : nous choisirons ici celui-là même que nous avons déjà suivi en chimie minérale, c'est-à-dire l'ordre de la classification en familles naturelles, qui est plus clair et surtout d'une exposition plus rapide.
