HISTOIRE DE LA SYNTHÈSE EN CHIMIE ORGANIQUE

jusqu'en 1860.

Nous avons passé en revue les principales classes des substances organiques, et nous avons dit par quelles méthodes générales on était arrivé à les définir et à les analyser. Reste à montrer comment on peut les composer au moyen des corps élémentaires. C'est le problème fondamental de la chimie organique.

Jusqu'à ces dernières années ce problème était demeuré presque inabordable. On ne pouvait songer à l'attaquer, tant qu'on n'a point su définir les principes immédiats naturels ; tant qu'on n'a point connu les lois qui président à leurs métamorphoses ; enfin tant que l'on n'a point tracé les cadres généraux, dans lesquels viennent se classer les divers composés naturels et la multitude presque innombrable des principes qui résultent de leurs destructions successives. Maintenant, grâce à la longue série de travaux analytiques qui ont été successivement exécutés, ]a synthèse est devenue possible : c'est à elle qu'il appartient de fixer, en les réalisant, les liens définitifs des phénomènes, et de

prouver l'idenlilé fondamentale des lois de la chimie minérale et delà chimie organique. Pour atteindre cette démonstration, il est nécessaire de former, au moyen des éléments, les composés organiques, ceux-là surtout qui possèdent des fonctions particulières, dissemblables de celles des composés connus en chimie minérale : il faut particulièrement obtenir les carbures d'hydrogène et les alcools.

Tel est précisément le résultat qui a été réalisé dans ces vingt dernières années, à la suite d'une longue suite de travaux, dont l'auteur du présent livre a été l'un des principaux promoteurs. Les questions et les méthodes générales de synthèse ont été réunies par lui pour la première fois en 1860 dans un corps de doctrines.

L'importance de ces doctrines, controversée au début, par les uns comme chimériques, par les autres comme n'ajoutent rien d'essentiel à nos connaissances, a grandi rapidement : elles prennent chaque jour un nouveau dévelopdement et elles donnent lieu aux découvertes scientifiques et industrielles les plus brillantes.

Ce sont elles qui font évanouir l'obscurité, si vite oubliée des chimistes d'aujourd'hui, qui avait régné jusqu'à la génération présente sur les conceptions et les expositions générales de la chimie organique. En effet cette obscurité résultait de l'intervention de la vie dans la formation des principes immédiats : on avait prétendu, et à la rigueur, il aurait pu se faire qu'une telle intervention imprimât à ces substances un caractère propre, impossible à imiter par un art fondé sur des conditions purement physiques et mécaniques. Ce doute ne pouvait être levé que par la synthèse; elle seule a démontré, sans réserve possible, que les différences entre les composés organiques et les composés minéraux n'ont rien de radical, et que les deux espèces de substances résultent de l'action des mêmes forces. Seulement ces forces doivent être ménagées bien davantage dans leur application aux matières organiques.

Examinons de plus près la marche qui a été suivie dans la reproduction des substances organiques. Ce problème peut être abordé sous deux points de vue distincts, à savoir : la formation individuelle d'un principe déterminé; ou l'institution des méthodes générales.

Commençons par la question des formations individuelles. Trois procédés ont été employés pour former les principes immédiats naturels :

lo On a obtenu la formation artificielle d'un principe naturel, en décomposant d'autres principes plus compliqués, ou en métamorphosant des principes de complication pareille ;

S'' On a réalisé cette formation, en combinant deux principes carbonés plus simples;

. 3<» Enfin on a composé les principes naturels avec les éléments. Cette dernière formation est la plus difficile de toutes ; mais aussi c*est la seule qui constitue une synthèse complète.

Dans la plupart des cas, il est nécessaire de réunir les trois procédés. On forme avec les éléments certains composés, que Ton prend pourpoints de départ : leur union réciproque donne lieu à de nouvelles synthèses; et leurs décompositions deviennent l'origine d'un certain nombre de formations artificielles. Entrons dans quelques détails sur le développement historique de ces diverses méthodes.

Les formations artificielles fondées sur la décomposition de principes plus compliqués, ou sur la métamorphose de principes de complication pareille, sont les plus faciles à réaliser : on en connaît de nombreux exemples. Citons d'abord la métamorphose de Talcool en vinaigre ou acide acétique; elle est connue de toute antiquité ; mais elle n'a été chimiquement définie, par une relation précise entre l'acide acétique:

et l'alcool, que dans le cours du siècle dernier. Un peu plus tard, Scheele reconnut Tidentitô de Tacide de Toseille (acide oxalique) avec l'acide que Bergmann avait formé en oxydant le sucre ; combinant cet acide avec la potasse, suivant les proportions convenables, Scheele réussit à former un sel artificiel, identique avec celui qui préexiste dans le végétal lui-même. La reproduction du sucre de raisin ou glucose, parreffet delà réaction des acides sur l'amidon, remonte également à la fin du siècle dernier (1).

Si ces diverses formations ont été mises hors de doute par les travaux ultérieurs, il n'en est pas de même de toutes celles qui furent annoncées à la même époque. Les connaissances des chimistes de ce temps étaient encore trop vagues, pour permettre de réaliser avec certitude de semblables reproductions. A côté de l'acide oxalique, obtenu réellement par l'art, figurait alors le prétendu acide malique artificiel, préparé par voie d*oxydalion ; si ce corps était assimilé à l'acide malique, c'était uniquement en raison de l'absence de caractères suffisamment précis pour définir l'un et l'autre des deux acides (2). A cette époque figurent aussi les prétendues cires artificielles de Fourcroy, produites par l'oxydation des huiles et de l'albumine, les prétendus tannins artificiels, sortes de composés nitrés et sulfuriques, le prétendu camphre artificiel, etc. L'assimilation de ces divers corps avec certains composés naturels reposait sur une connaissance incomplète de ces derniers ; elle atteste combien étaient peu précises encore les idées générales relatives aux caractères définis des principes immédiats.

Cependant, en même temps que les opinions des chimistes

; (1) KiRCHOFF, cité p. 78 du présent ouvrage.

(2) Cette prétendue identité, admise par Scheele, puis par Fourcroy et par Vauquelin, a figuré pendant longtemps dans la science. Tout récemment, mais sans plus de fondement, elle était encore affirmée par plusieurs auteurs en ce qui touche certains produits d'oxydation de l'alcool, dont la nature véritable a été fixée par M. Debus, Annales de Chimie et de Phyuiaue, S» série, t. XLIX. o. 217; 1857.

sur la nature des principes immédiats et sur l'actiim des réactifs devenaient plus précises, on vit augmenter le nombre des formations artificielles de substances organiques par voie de décomposition ou de transformation simple. On obtint d'abord des acides, plus faciles à caractériser que les autres principes. Tels sont : un acide animal, l'acide formique, formé par Dôbereiner en 1821 (1), au moyen de l'oxydation de l'acide tartrique; un acide végétal, l'acide aconitique, préparé artificiellement dans la décomposition de l'acide citrique (2). L'acide maléique, produit d'abord par l'art au moyen de Tacide malique, fut bientôt démontré identique avec deux acides naturels, savoir les acides fumarique (3) et équisétique.

Ces formations, jusque-là peu nombreuses, se sont singulièrement multipliées, après la découverte des alcools et des aldéhydes. Depuis lors, on a commencé à se fonder sur les relations régulières des réactions que ces corps peuvent aiTecter, pour réaliser la formation de certains principes naturels, par la décomposition ou la métamorphose d'autres principes. On se bornera à citer ici quelques-unes des plus frappantes : telles que la formation de l'essence de Spirœa ulmaria (aldéhyde salicylique), dans l'oxydation de la sa- Jicine, par Piria (4) ; celle du camphre ordinaire, dans l'oxydation du camphre de Bornéo, par Pelouze (5) ; celle de l'allantoïne, principe immédiat animal, contenu dans Tamnios de la vache et formé artificiellement par MM. Wôhler et Liebig, en oxydant l'acide urique (6) ; Tacide de l'huile de dauphin et de

(1) Annales de Chimie et de Physique, 2° série, t. XX, p. 329; 1822.

(2) L'identité de cet acide artificiel avec l'acide aconitique a été établie par Dahlstrôm et par Berzelius ; 1835. — Voir Berzelius, Traité de Chimie, t. V, p. 136, traduction française; 1849.

(3) Demarqat, Annales de Chimie et de Physique, 2' série, t. LVI, p. 429; 1834.

(4) L'identité de ces deux principes a été annoncée par M. Dumas, Annales de Chimie et de Physique, 2» série, t. LXIX, p. 326 ; 1838.

(5) Comptes rendus, t. XI, p. 365; 1841.

(6) Annales de Chimie et de Physique, 2« série, t. LXVIII, p. 230.

la valériane, formé par l'oxydation de l'alcool amylique, puis par celle des huiles et des graisses (1) ; les acides butyrique (2) et lactique, obtenus dans la fermentation du sucre ; l'essence de cannelle (aldéhyde cinnamique), produite au moyen de la styrone (3) ; la xanthine, principe de certains calculs urinaires, préparée par l'oxydation de la guanine et de la sarcine (4) ; la résorcine (5) et l'orcine (6), par l'oxydation indirecte de la benzine et du toluène; l'alizarine (7) par l'oxydation de Tanthracène, etc. , etc.

L'examen approfondi de toutes ces formations artificielles révèle un caractère commun; dans aucune d'elles, il n*y a fixation de carbone et d'hydrogène sur le composé primitif; on procède toujours, soit en ajoutant de l'oxygène, soit en enlevant de l'hydrogène ou du carbone. Bref, on opère par voie analytique, en se rapprochant sans cesse des composés simples et binaires du carbone et de l'hydrogène. Ainsi, disait M. Liebig, « avec le bois et l'amidon, on fait du sucre ; t avec le sucre, on fait de l'acide oxalique, de l'acide lac- € tique, de l'acide acétique, de l'alcool, de l'acide formique; € mais il est impossible de reproduire une seule de ces comc binaisons au moyen des éléments qui la composent (8). o A cet égard, la plupart des reproductions artificielles signalées plus haut s'accordent avec Tétat d'avancement où se trouvait la chimie organique, au moment où on les obtenait.

(1) DuMÂS et Stas, Annales de Chimie et de Physique, 2* série, t. LXXIII, p. 128 ; 1840. * Redtenbagher, Annalen der C hernie und Pharmacie, t. LIX, p. 41 ; 1846.

(2) Pëlouzb et GÉLis, Annales de Chimie et de Physique, 3« série, t. X, p. 435; 1844.

(3) Strecker, Comptes rendus, t. XXXIX, p. 61; 1854.

(4) Strecker, Annales de Chimie et de Physique, 3« série, t* LV, p. 347; 1849.

(5) KORNER, Comptes rendus, t. LXIII, p. 564; 1866.

(6) VOGT et Henninger, Même recueil, t. LXXIV, p. 1107, 1872.

(7) Grœbe et LiEBERMANN, jBu^^ de la Soc. Chim., 2' série, t. XI, p. 516; 1869.

(8) LiËBia, Lettres sur la Chimie, traduction française^ p. 147; 1845.

En général^ elles sont conformes à cette échelle régulière de combustions, de décompositions successives, sur laquelle repose la théorie des homologues et la classification correspondante. Mais toute méthode de formation artificielle qui sera ainsi fondée sur les procédés de décomposition ne saurait conduire à des synthèses véritables; tout au plus pourrat-elle permettre de préparer un grand nombre de composés naturels avec un petit nombre d'entre eux, choisis parmi les plus compliqués. Ce résultat est cependant avantageux, parce qu'il simplifie les données du problème synthétique*

Venons maintenant aux synthèses partielles qui reposent sur l'union de deux principes organiques, avec formation d'un composé unique, nécessairement plus compliqué que chacun de ses générateurs. C'est le premier acheminement vers la synthèse totale.

La réalisation de ce genre de synthèse est la conséquence immédiate des études analytiques. Souvent, en effet, l'analyse d'un composé naturel montre la possibilité de le partager en deux principes nouveaux, plus simples que la substance qui leur donne naissance. Dans un grand nombre de cas, le partage est constant, régulier : à la suite de toutes les réactions, on obtient ces deux composés, ou les produits de leur décomposition. On a vu plus haut comment l'étude des corps gras neutres, celle des éthers et celle d'un grand nombre d'autres principes naturels, conduisaient précisément à un semblable résultat analytique. Quand l'étude d'un tel dédoublement est suffisamment approfondie, la synthèse en résulte presque toujours. En eflfet, pour accomplir la synthèse d'un composé, il suffit de renverser le jeu des forces que l'analyse a mis en évidence. Il n'est point nécessaire d'ailleurs de connaître la nature même de ces forces,

mais simplement de savoir en régler Taclion à volonté. Or c'est ce que Ton peut faire, en général, si Fanalyse a été suffisamment profonde et complète, si elle a donné une connaissance convenable du corps analysé, et des conditions où s'en opère la décomposition .

Citons quelques exemples de ce genre de synthèse, appliquée à la formation des composés naturels. Telles sont notamment :

La formation des éthers composés, par l'union des acides et des alcools;

La méthode générale pour la production d'un acide analogue à l'acide acétique, au moyen d un alcool moins carboné; méthode fondée sur l'identité de l'éther cyanhydrique de cet alcool avec le nitrile qui dérive du sel ammoniacal de Tacide que Ton veut obtenir (1);

La synthèse des acides par Tunion de l'eau ou des alcoolates alcalins avec l'oxyde de carbone (2) ; ou bien encore par Tunion des carbures naissants avec l'acide carbonique (3).

La synthèse des alcools, par l'union de l'eau et des carbures d'hydrogène (4), c'est-à-dire par l'union des corps dans lesquels ces alcools peuvent être dédoublés ;

La synthèse des éthers chlorhydriques, bromhydriques, iodhydriques, par la combinaison directe des carbures d'hydrogène avec les hydracides (5) ;

La synthèse des acétones, au moyen des chlorures acides et des radicaux métalliques, tels que le zinc méthyle (6) ;

(1) Dumas, Malaguti et Leblanc, Comptes i^endus^ t. XXV; 1847.

(2) Berthelot, Annales de Chimie et de Physique^ 3« série, t. XLVI p. 477, 1856. — Même Recueil, 4« série, t. XXX, p. 139.

(3) Wanklyn, Même Recueil, 3« série, t. LUI, p. 42; 1858. — EÉKULÉ, Annalen der Chemie und Pharmacie, t. CXXXVII, p. 178,

(4) Berthelot, Annales de Chimie et de Physique, 3« série, t. XLIII, p. 38; 1855; et plus loin dans le présent volume.

(5) Berthelot, Annales de Chimie et de Physique, 3« série, t. XLIII, p. 404 ; 1855; et plus loin dans le présent volume.

(6) Freund, Annales de Chimie et de Physique, 3* série, t. LXI, p. 492; 1861.

Celle de l'essence de rue en particalier (1) ;

La formation de l'acide hippurique (2), principe contenu dans Turine des herbivores , au moyen de l'acide benzoïque et de la glycollammine (3) , c*est-à*dire des corps dans lesquels il peut se dédoubler en fixant les éléments de l'eau ;

La synthèse de la taurine, principe de la bile, au moyen de Tacide sulfurique, du gaz oléfîant et de l'ammoniaque (4);

La synthèse de l'acide lactique, par l'union de Faldéhyde et de l'acide formique naissant (5) ;

La synthèse de l'acide cinnamique, au moyen de l'aldéhyde benzoïque et de l'acide acétique naissant (6); celle de l'aldéhyde cinnamique ou essence de cannelle (7), et celle de l'aldéhyde et de l'acide crotoniques (8), qui reposent sur une réaction toute semblable, opérée par des voies analogues;

La synthèse de l'essence de moutarde, au moyen d'un dérivé de la glycérine et du sulfocyanate de potasse (9) ;

La synthèse de l'acide salicylique, au moyen du phénate de potasse et de l'acide carbonique (10) ;

La synthèse de la coumarine, au moyen de l'acide acétique et de l'aldéhyde salicylique (11) ;

(1) GoRUP Besânez et Gruih, Annalen der Chemie und Phar^ macie, t. CLVII, p. 275; 1871.

(2) Dessaignes, Comptes rendus, t. XXXVII, p. 251; 1853.

(3) Improprement appelé sucre de gélatine.

(4) Strecker, Comptes rendus, t. X.XXIX, p. 62; 1854.

(5) Strecker, Annalen der Chemie und Pharmacie, t. LXXV, p. 27; 1850.

(6) Bertagnini, Annales de Chimie et de Physique, 3* série, t. XLIX, p. 376; 1857.

(7)Chiozza, Comptes rendus, t. XLII, p. 222; 1856.

(8) KÉKULÉ, Annales de Chimie et de Physique, 4« série, t. XXIII, p. 324; 1871.

(9) Berthelot et de Luca, Annales de Chimie et de Physique, 3« série, t. XLIV, p. 495; ;855.

(10) KOLBE, Annalen der Chemie und Pharmacie, t. GXXXVII, p. 178;

(11) Perkin, Journal of the Chemical Society, 2e série, t. VI, p. 53;

La synthèse de la sarcosine, au moyen de la méthylamine et de Facide chloracétique (1) ;

Enfin, la synthèse des corps gras neutres, au moyen de la glycérine et des acides gras (2).

Cette dernière synthèse, antérieure en date à la plupart des précédentes , constite l'exemple le plus étendu peut-être qui soit encore connu de semblables reproductions de composés naturels, déduites de Tétude analytique des produits de leur décomposition. C'est une famille entière de principes immédiats naturels, qui se trouve formée par Fart des chimistes.

A l'origine, on avait mis en doute si de telles synthèses, fondées sur l'union de deux principes organiques, donnaient vraiment naissance à un composé plus compliqué, de l'brdre des générateurs (3). On peut se demander, par exemple, si Téther acétique est plus compliqué, en réalité, que l'alcool et l'acide générateur ; en effet, Téther acétique, traité par les réactifs, fournit constamment les mêmes produits de décomposition que ses deux générateurs envisagés isolément. Aucun de ces produits ne renferme plus de carbone dans son équivalent que l'alcool ou Tacide acétique. Dès lors, peut-on dire que l'éther acétique soit du môme ordre qu'un principe représenté par la même formule, tel que l'acide butyrique *? attendu que ce dernier corps est d'un ordre supérieur à celui de l'acide acétique et fournit, en se décomposant, des substances plus compliquées que les générateurs de l'éther acétique.

U est certain qu'entre ces deux genres de composés il y a une différence profonde, sous le rapport de la complication véritable : les uns peuvent être, à proprement parler, désignés sous le nom de composés unitaires; tandis que les autres re-

(1) VOLHARD, Atinales de Chimie et de Physique, t. GXXII, p. 261;

(2) Berthelot, A^inalea de Chimie et de Physique, 3« série, t. XLI,

^- Gkrhardt . Précis de Chimie organique^ t. I» p. 201, 1844, inâidte beaucoup sur ce point de vue.

présentent seulement des composés secondaires (1). Cepen- ; dant on ne saurait attribuer à cette différence un caractère absolu. En effet, une étude prolongée de semblables synthèses a montré qu'entre les composés complexes, dans lesquels on manifeste aisément leurs générateurs par toute espèce de décomposition, et les composés simples, qui se décomposent tout d'une pièce> il existe tous les intermédiaires possibles : tous ces termes intermédiaires peuvent être formés par des méthodes synthétiques du même ordre, au moins dans certains cas. C'est ainsi que l'on forme par des pro* cédés de même nature : i^ les éthers et les corps gras neutres, lesquels manifestent de nouveau leurs générateurs dans toutes leurs décompositions ; 2® les acides cinnamique, lactique, qui tantôt les manifestent, tantôt se décomposent tout d'une pièce ; 3° enfin les acides dérivés des éthers cyanhydriques, corps dont les générateurs ne reparaissent point avec la même facilité, et qui se comportent constamment comme des composés unitaires, au même titre que n'importe quel autre principe organique.

Les synthèses qui viennent d'être énumérées sont, pour la plupart , de date récente ; elles ont été exécutées dans les vingt dernières années. Jusque-là on n^était guère entré dans cette voie : en partie, faute de connaissances analytiques suffisantes ; mais en partie aussi, faute d'une direction convenable donnée aux recherches des chimistes. L'importance du problème synthétique est demeurée obscure pour la plupart des esprits, tant que le terrain n*a point été suffisamment déblayé par les recherches analytiques relatives à l'étude des principes immédiats et aux métamorphoses qu'ils éprouvent sous l'influence des réactifs. Dans beaucoup de cas, d'ailleurs, ces recherches n'auraient pu être entreprises d'une manière assurée, parce qu'elles impliquent certaines idées théoriques dont on ne soupçonnait point tout

(1) Voir-mes Leçons sur les méthodea générales de synthèse, professée au CoiLége de France en 1864, p. 216; chez Gauthier- Villars.

d'abord rexistence. C'est ainsi que la synthèse des alcools repose presque toujours sur des phénomènes d'isomérie, longtemps inaperçus , et sans la connaissance desquels tout essai dans cette direction demeure incertain ou infructueux.

Signalons enfin l'intervention d'une méthode nouvelle, qui caractérise les plus récentes des synthèses dont il s'agit, et qui s'est substituée aux actions rapides et énergiques, employées presque toujours jusqu'à ces derniers temps en chimie organique. Depuis quelques années en effet, on a commencé à recourir à un ensemble de procédés nouveaux, fondés sur des actions douces et lentes, mais directes, effectuées avec régularité, grâce au concours même du temps, et qui se bornent à mettre en jeu les affinités réciproques des principes organiques : on se rapproche ainsi à certains égards des conditions dans lesquelles les principes immédiats se forment et se métamorphosent dans les êtres vivants (1).

La synthèse totale des principes organiques, au moyen des éléments qui les constituent, est le couronnement de toutes les synthèses partielles. Toutes viennent aboutir à la synthèse totale, et la présupposent. En effet, la synthèse des principes organiques au moyen de principes plus simples ramène le problème à la formation d'un certain nombre de principes fondamentaux. Ce sont ces principes fondamentaux qu'il s'agit maintenant de former avec les éléments. Leur nombre est limité. On a dit comment les composés azotés résultent en général de l'union de l'ammoniaque avec les principes ternaires oxygénés ; et com-

(1) Voir particulièrement les recherches relatives à la synthèse des corps gras neutres, et à la combinaison des principes sucrés avec les acides.

ment, à leur tour, la plupart de ces derniers peuvent être regardés comme dérivés des alcools ou des carbures d'hydrogène. Le problème synthétique se trouve donc concentré dans la synthèse des carbures et des alcools. Tels sont les résultats qu'il s*agit de réaliser par voie expérimentale, pour asseoir les bases de toute la chimie organique.

Avant les travaux dont ma Chimie organique fondée sur la synthèse renferme Texposition (4860), aucune recherche systématique n'avait été poursuivie dans cette direction. On pouvait citer seulement deux exemples de synthèse totale de principes naturels reproduits avec les éléments : la synthèse de l'urée, par M. Wôhler (1), et celle de l'acide acétique, par M. Kolbe (2). Ces synthèses sont extrêmement intéressantes; mais, en raison même de la nature des corps sur lesquels elles portent, elles sont demeurées isolées et sans fécondité. £n effet, l'urée se rattache à la série du cyanogène, série qui relève presque autant de la chimie minérale que de la chimie organique, et qui n'offre aucune relation ni avec les autres séries , ni surtout avec les alcools et les carbures d'hydrogène. L'acide acétique n'était guère plus fécond; car, jusqu'aux expériences et aux méthodes nouvelles qui ont été développées depuis 1860, cet acide est demeuré c un être isolé dans la série des combinaisons organiques (3). » Aussi l'histoire de la science prouve que les deux reproductions précédentes n'oi^t servi de point de départ à aucune méthode générale, ni même à aucune autre reproduction particulière de principes naturels.

Ce sont les méthodes générales dont il nous reste à parler maintenant. Elles forment l'objet du second livre de cet ouvrage.

(1) Annales de Chimie et de Physique, 2« série, t. XXXVII, p. 330;

(2) Annalen der Chemie und Pharmacie, t. LIY, p. 153; 1845.

(3) Dumas, Annales de Chimie et de Physique, 2* série, t. LXXIIL p. 113.