TREIZIEME LEÇON

(l'j AvuiL i8(3'|.)

Résumé des résultats déjà atteints par le seul jeu des affinités.

SOMMAIRE. — Liste des séries de composés préparés au moyen des éléments.

Résumé des méthodes mises en jeu : hydrogénation, oxydation, hydratation. — Rôle du temps.

Fonctions chimiques : carbures, alcools, étheis, radicaux métalliques, aldéhydes, acides, alcalis, amidcs. — On les rencontre dans les séries déyj. obtenues.

Classificatio7i. — Théorie des Iiomolojjues déduite de ces mêmes séries.

Ordres divers dans la complication des substances organiques. — Problème général de la synthèse.

Messieurs,

Dans la première pa-rtie de ce cours, nous avons entrepris l'exposition des méthodes générales de synthèse appliquées aux matières organiques ; nous avons montré comment, avec les éléments et par des procédés pareils à ceux que l'on a coutume d'appliquer aux corps purement minéraux, on peut former un premier groupe de composés organiques, c'est-à-dire des carhures, tels que l'acétylène, le gaz oléfiant, le gaz des marais; des alcools, tels que l'alcool ordinaire; des acides, tels que l'acide for-

iqo SÉRIES OBTE.MtS

inique, etc. Il nous reste a poursuivre notre marche synthétique, en préparant avec les substances que nous avons déjà obtenues, d'autres substances plus compliquées, et en reconstruisant ainsi par deijrés ce vaste ensemble de composés que la nulLne organisée fabrique a chaque instant devant nos yeux, i omnic p:air nous montrer le prol)léme de la synthèse dans toute son étendue, mais sans eu révéler la solulion.

Cette solution, nous la poursuivons, vous l'avez vu, en la rattachant aux principes mêmes sur lesquels repose la chimie rnincrale. je veux dire a des actions réciproques exercées entre molécules simples de nature dii'férente: c'est ce que l'on appelle les aftmités. Les affinités, modifiées sous lintluence de certaines conditions physiques empruntées à la lumière, a la ihalcur, ù l'électricité, donnent lieu à taules les combinaisons connues en Chimie minérale: c'e^t îi tlK's seules que nous nous sommes adressés pour produire toutes les combinaisons de la Chimie organique.

jetons un coup d'œil sur le terrain déjà conquis par les recherches exposées dans le cours du premier semestre, afin de mieux juger ce qui nous reste à faire : c'est la base d'opérations sur laquelle va reposer tout notre plan de campagne. Profitons en même temps de ce retour en arrière, pour montrer derrière les faits particuliers les idées générales d^nt ils sont l'expression.

.l'ai fait insrrii-c sur lo tableau la liste des composés organiques que nous avons formes jusqu'ici par la combinaison des éléments, et j'ai ajouté aux substances dont nous avons parlé explicitement quelques-uns des corps les plus lni[ii)r[anls. parmi ceux (jue l'on peut préparer avec ces premiers composés, sans altérer la proportion du carbone qu'ils renferment. Voici cette liste :

AL MOYFN nrS ftl.tMI-M'S.

Première Sérik. — Série niél/iyli<iue ou fovnicnique.

Formelle ou {^az dc-s marais C-II''

Alcool mcllivliquc CMF'O^

Élhers, radicaux métalliques composés ei dérivés mélliyliques divers.

Acide formique CMl^O''

Deuxième Série. — Série acétylique.

Acétylène C^IP

Alcool acétylique OIl'^O^

Troisième Série. — Série éihylique.

Èlhylène ou gaz oléfiant C'^H*

Hydrure d'étliylène C^H"

Alcool éihylique ou ordinaire Cill^^O^

Élhers, radicaux métalliques, dérivés éthyliques divers.

Glycol et ses éthers C^II^Qi

Aldéhyde C^WO^-

Acide acétique Cm^'O*

Acide oxyacétique ou glycollique C^H^O''

Amidesdecet acide, tels que glycoUammine

(sucre de gélatine) C^H^AzO

Acide oxalique CMPO^

Comme vous pouvez le voir, ces corps sont partagés en trois séries : la série du fbrmëne, C-H'', la série de l'acétylène, C/H-, et la série de l'étlivlène, GMl' : chacun de CCS carbures peut fournir, en effet, tous les teimes de la série correspondante.

Le premier de ces carbures, le formëne, a été obtenu de deux manières différentes : au moyen du sulfure de carbone et de l'acide sulfliydrique, et au moyeu d(; l'acide

ig2 SÉRIES OBTENUES

carbonique et de l'eau. En appliquant a rc carl)ui'e une méthode générale d'oxydation, nous avons formé l'alcool méthylique. Enfin l'acide formique peut être fabriqué, soit au moyen de l'alcool méthylique, soit et plus directement au moyen de l'oxyde de carbone.

Avec cet alcool et cet acide, il est facile de préparer un grand nombre de dérivés, tels que des éthers, des sels, des radicaux métalliques composés, des alcalis, eîc. Quelle que soit l'importance de ces dérivés et la simplicité des procédés par lesquels on les prépare, il n'entre pas dans notre plan de retracer l'histoire de leur formation, parce qu'elle n'offre pas aujourd'hui le même caractère de nouveauté que celle des carbures et des alcools obtenus par synthèse, et qui sont les générateurs de tous les autres principes. Cette histoire des dérivés méthyliques se trouve d'ailleurs consignée dans tous les cours élémentaires et dans tous les traités de Chimie.

La seconde série, celle de l'acétylène, est surtout remarquable, à cause de la production de ce carbure par la combinaison directe des éléments. Ses dérivés sont encore peu connus. Cependant vous avez vu commentée carbure, soumis à une méthode générale d'hydrogénation, donne naissance au premier corps de la troisième série, c'est-à-dire au gaz oléiiant ou éthylène.

C'est ce dernier carbure que l'on appelait autrefois hydrogène biccwboné, par opposition au gaz des marais, dénommé hydrogène protocarhonè . L'acétylène, dans cette nomenclature qui a vieilli, devrait être désigné sous le nom d'hydrogène quadricarboné.

L'éthvlène étant obtenu, une nouvelle fixation d'hydrogène nous a fourni l'bydrure d'éthylène, C*H^

L'éthylène et l'bydrure d'éthylène sont également propres à engendrer l'alcool ordinaire : l'élhylène par

AU MOYEN DES ÉLÉMENTS. lyS

hydratatioD,

riiydrure d'étliylène par oxydation,

L'inipoi tance de l'alcool ordinaire est considérable: c'est peut-être le corps qui a été le plus étudié en Chimie organique ; il fournit des dérivés, pour ainsi dire innombrables.

Je citerai seulement ici les étbers, les radicaux métalliques, les alcalis éthyliques, etc., tous corps dont je rappelle l'existence, sans insister sur les procédés bien connus et devenus classiques de leur fabrication.

En poussant plus loin, à l'aide des mêmes méthodes, la fixation de l'oxygène sur les carbures qui précèdent, on peut obtenir un alcool diatomique, le glycol, et par conséquent ses nombreux dérives.

En oxydant l'alcool ordinaire, on obtient toute une série de composés que je ne puis passer sous silence, en raison de la généralité des relations qui les rattachent à l'alcool ordinaire et qui s'étendent à tous les autres alcools. Tels sont l'aldéhyde ordinaire, prototype d'un groupe entier de substances. Tel est l'acide acétique, si répandu dans les êtres vivants. Tel est l'acide oxyacétique ou glycollique, formé au moyen de l'acide acétique, par la même méthode qui change le formène en alcool méthylique. Enfin, l'alcool ordinaire est le générateur de l'acide oxalique, dont le rôle est si important dans les végétaux.

Voilà donc la liste des composés que nous avons appris à former, par les méthodes exposées dans la première partie. Cette liste est remarquable à plus d'un point de vue et mérite de nous arrêter encore quelques instants. Je vais en effet faire le recensement des idées nouvelles

iy4 RÉSCMÉ DES MÉTHODES SYNTHÉTIQUES.

que nous pouvons acquérir par la connaissance des substances qu elle renferme. En agissant ainsi, je veux vous prouver que nous ne traitons pas ici quelques problèmes particuliers et de pure curiosité, comme les sciences en présentent parfois. Loin de là, les faits déjà acquis nous placent à la base des théories les plus générales de la Chimie organique. C'est ce que nous allons montrer, en nous plaçant tour à tour à trois points de vue différents : au point de vue des méthodes, au point de vue des fonctions chimiques, enfin au point de vue de la classification des matières organiques.

i'^ Commençons par les méthodes.

Pour obtenir les corps organiques par voie de synthèse, nous avons eu recours à trois méthodes générales.

La première a consisté à faire agir d'abord un élément, l'hydrogène libre, sur le carbone libre, puis l'hydrogène naissant sur le carbure d'hydrogène ainsi formé, ce corps étant également pris à l'état naissant. Ce sont les premières applications de la méthode générale d'hydrogénation, applicable à tant de substances organiques.

La seconde méthode est la méthode d'oxydation. Elle consiste à faire agir l'oxygène sur les substances organiques. Tantôt l'oxydation est directe; ainsi l'aldéhyde se transforme en acide acétique, par fixation immédiate d'oxygène :

C4Hi02 + 02 = CiHiOi.

Tantôt, au contraire, l'oxydation est indirecte : dans ce cas, les corps doivent être mis en présence à l'état naissant. C'est ce que nous avons fait pour transformer le gaz des marais en alcool méthylique :

C2ïl4 4-02 = C2Hi02.

Cette seconde méthode donne le moven de former tout

RÉSUMÉ DES MÉTHODES SYM HÉTI(JUES. igS

un ensemble de nouvelles substances, à l'aide des corps produits par la première.

La troisième méthode, dite méthode d'hydratation, nous a conduits à produire l'alcool ordinaire avec l'éthylène, l'acide formique avec l'oxyde de carbone. Elle fixe k la fois, sur une substance donnée, l'oxygène et l'IiYdrogène à équivalents égaux.

Telles sont les trois méthodes que nous avons mises en usage. En général, elles permettent, étant donnée une substance qui renferme un certain nombre d'équivalents de carbone, de la changer dans une autre substance donnée à l'avance et renfermant la même quantité de carbone, unie à une proportion différente d'hydrogène et d'oxygène. Par là, tout se trouve ramené à un premier carbure qui engendre la série entière des composés où le carbone se trouve au même degré de condensation. C'est assez dire toute la portée de ces méthodes; mais c'est en même temps fixer leurs limites. Aucune d'elles, en effet, ne nous permet, le carbure primitif étant obtenu, de modifier, ni surtout d'accroître le nombre d'équivalents de carbone dans ses dérivés. Il y a donc là un nouveau problème, celui de la condensation successive; c'est celui que nous développerons dans la seconde partie du cours. Mais revenons au résumé des résultats obtenus dans la première partie.

Fixation d'hydrogène, fixation d'oxygène, fixation d'eau : ce sont les réactions usitées en Chimie minérale, avec la différence que ces réactions s'appliquent en Chimie organique à des corps beaucoup plus altérables. Aussi se développent-elles parfois avec un caractère particulier, dont l'étude est de nature à accroître l'étendue de nos connaissances. C'est ce que nous avons vu en décrivant un certain nombre de transformations, telles

que la combinaison de l'oxyde de carbone avec la potasse, celle de l'éthylène avec les hydracides, etc. Ces transformations n'ont pas lieu instantanément, comme il arrive d'ordinaire en Chimie minérale; mais elles s'effectuent lentement, peu à peu. Le temps joue ici un rôle considérable et qui ne saurait être remplacé par aucune autre condition. Au contraire, l'élévation de la température, si usitée en Chimie minérale pour activer ou provoquer les actions, ne peut être invoquée ici qu'avec beaucoup de réserve, attendu que son efficacité se trouve limitée par la décomposition facile des substances organiques. Ce rôle du temps dans les métamorphoses synthétiques est d'autant plus remarquable que vous savez tous quelle est son importance dans les phénomènes chimiques produits au sein des êtres vivants. C'est un nouveau caractère, commun entre la synthèse naturelle et la synthèse artificielle.

^° Je passe à un ordre d'idées différent, celui des fonctions chimiques

Nous pouvons tirer des faits exposés jusqu'ici tout un ensemble de connaissances nouvelles, relatives aux fonctions chimiques des matières organiques. Parmi ces fonctions, les unes sont semblables à celles des matières minérales; les autres différentes, et dignes de toute notre attention.

Le tableau suivant vous montre la liste de ces fonctions, au moins des principales. Les corps que nousavons obtenus et ceux qui peuvent en être dérivés se partagent en huit catégories.

Fonctions organiques.

1** Carbures d'hydrogène; 2° Alcools;

3" Éthers;

4° Radicaux métalliques composés ;

5° Aldéhydes;

6*^ Acides et sels ;

7° Alcalis;

8** Amides.

Ces huit fonctions fondamentales, qui se présentent tout d'ahord à nous, et sur lesquelles nous aurons sans cesse à revenir, embrassent le domaine de la Chimie organique tout entière. Aussi me parait-il nécessaire, avant d'aller plus loin, de vous rappeler brièvement les caractères essentiels de chacune d'elles : l'importance des résultats acquis par la synthèse deviendra par là plus manifeste.

i" Les carbures d'hydrogène peuvent être rapprochés des combinaisons hydrogénées binaires, connues en Chimie minérale. Ils s'en distinguent cependant par certaines propriétés capitales. En effet, un grand nombre des hydrures minéraux jouent le rôle d'acides : tels sont l'acide chlorhydrique, l'acide sulfhydrique, etc. Un autre hydrure, l'ammoniaque, est alcalin. Au contraire, les carbures d'hydrogène sont toujours neutres; c'est-à-dire qu'ils n'entrent en réaction immédiate ni à l'égard des acides, ni à l'égard des bases. Cette neutralité les rapprocherait davantage du phosphure et de l'arséniure d'hydrogène. Mais voici une propriété distinctive d'une haute importance.

Les carbures d'hydrogène peuvent entrer en réaction en totalité, à l'égard de la plupart des autres substances. C'est ainsi que certains carbures se combinent en totalité au chlore, au brome, à l'iode :

C4 Hi -h Cl^ = C' lli CI2,

aux hytlracides :

CiH4 4-HCI = CiH5Cl.

Alors même qu'ils éprouvent une certaine décomposition, comme il arrive avec le chlore, le brome, etc., les carbures peuvent entrer en réaction sans être réduits par là à leurs éléments. Au lieu de se détruire complètement, ils éprouvent un changement régulier, en perdant un certain nombre d'équivalents d'hydrogène, qui demeurent substitués par un nombre égal d'équivalents de chlore :

C2Hi — H + C1 = C2H3C1.

Les hydrures minéraux, tels que le phosphure d'hydrogène, ne donnent rien de semblable.

La formation des alcools et des éthers au moyen des carbures d'hydrogène, et cette multitude de dérivés qui se rattachent à chacun d'eux, par suite de la permanence plus ou moins complète des groupements formés par l'association du carbone et de l'hydrogène, sont surtout caractéristiques.

Rappelons enfin la multiplicité des carbures d'hydrogène et les relations régulières qui existent entre leurs condensations.

2° Alcools et 3^ Éthers. — Les alcools forment la fonction la plus importante de la Chimie organique. Ces corps ne sont ni acides ni basiques : cependant les alcools se combinent aux acides et les neutralisent, en produisant des éthers. IMais les éthers ne doivent pas être assimilés aux sels minéraux.

Les éthers, en effet, sont produits par l'élimination des éléments de l'eau, et les acides qu'ils renferment s'y trouvent en quelque sorte a l'état latent. La combinaison qui leur donne naissance exige, en général, l'intervention du temps pour s'accomplir; elle ne peut plus être dé-

FONCTIONS ORGANIQUES. I yc)

faite qu'avec le concours du temps. C'est alors seulement, et par suite de la fixation nécessaire des éléments de l'eau, que les propriétés des acides et des alcools reparaissent. Aussi les éthers ne se prêtent-ils ni aux déplacements réciproques et immédiats des acides ou des alcools, ni aux doubles décompositions subites, bien qu'ils puissent éprouver à la longue ces diverses réactions. Enfin les éthers ne sont pas susceptibles d'élcctrolyse, caractère qui achève de les éloigner des sels.

4° Les radicaux mctalliques composés sont des corps fort intéressants par l'analogie de leurs réactions avec les métaux proprement dits; car ils sont susceptibles de former des oxydes, des chlorures, des sulfures, des sels véritables. ]Mais je ne puis m'étendre ici sur leurs propriétés. Je me bornerai à dire que leur synthèse s'effectue très-aisément au moyen des alcools ou plus exactement des éthers iodhydriques.

5° Les aldéhydes résultent de l'oxydation ménagée des alcools. Ils sont intermédiaires entre les acides et les alcools : oxydés, ils fournissent les acides; soumis, au contraire, à une action réductrice, ils reproduisent les alcools. Cette classe de corps est fort importante, elle renferme la plus grande partie des essences oxygénées naturelles.

Les fonctions que nous venons d'énoncer, à l'exception des radicaux, sont toutes propres à la Chimie organique. Celles qui suivent sont communes, au contraire, à la Chimie organique et à la Chimie minérale.

6° Les acides organiques donnent des sels, susceptibles de doubles décompositions immédiates, et analogues sous tous les rapports aux sels minéraux.

7** Les alcalis sont des corps comparables h l'ammoniaque par leurs réactions principales : ce sont, en quel-

que sorte, les étliers de l'ammoniaque, car on les obtient par l'union de l'ammoniaque avec les alcools.

8° Enfin les amides sont des corps donl on parle peu en Chimie minérale, où ils sont cependant très-communs. Ils se produisent en général lorsque l'ammoniaque, ou tout autre alcali hydrogéné, s'unit à un acide ou à une matière oxygénée, avec perte des éléments de l'eau. Ils représentent, pour la plupart, des sels ammoniacaux privés d'une certaine quantité d'eau. En Chimie minérale, on les obtient, par exemple, en faisant agir l'ammoniaque sur les acides anhydres, ou même sur certains chlorures métalliques.

Dans les amides, l'ammoniaque ne manifeste pas immédiatement ses propriétés, non plus que l'oxacide, comme ces deux corps pourraient le faire s'ils étaient engagés dans une combinaison saline. Mais les amides reproduisent l'ammoniaque et l'oxacide générateurs par la fixation des éléments de l'eau. Ils jouent un très-grand rôle en Chimie organique, car toutes les matières azotées naturelles sont des alcalis ou des amides.

Ces huit fonctions fondamentales comprennent la presque totalité des substances organiques. Aussi la Chimie organique est-elle plus compliquée que la Chimie minérale, puisqu'elle est fondée sur l'étude de huit fonctions, au lieu de trois ou quatre.

Ces huit fonctions sont comprises dans les trois séries que nous avons obtenues par synthèse totale, au moyen des éléments : c'est ce qui résulte à première vue du tableau que j'ai mis tout à l'heure sous vos yeux. Il comporte en effet :

Trois carbures d'hydrogène;

Quatre alcools;

Les éthers, alcalis, radicaux qui en dérivent;