Prix Nobel de 1975 à 1979

	1975 : John Warcup Comforth (1917 - ) et Vladimir Prelog (1906 - )
	1976 : William N. Lipscomb (1919 - )
	1977 : llya Prigogine (1917 - )
	1978 : Peter Mitchell (1920 - )
	1979 : Herbert C. Brown (1912 - ) et Georg Wittig (1897 - 1987)

1975. John Warcup Cornforth

Pour ses travaux sur la stéréochimie des réactions enzymatiques.

(Sidney, 1917 - )

John Warcup Comforth est né le 7 septembre 1917 à Sidney, en Australie. Atteint à l'âge de dix ans d'une surdité qui va s'accroissant, il en surmonte néanmoins le handicap, et suit normalement sa scolarité secondaire dans sa ville natale; il s'intéresse déjà à la chimie, dont l'un de ses professeurs, Leonard Basser, lui a donné le goût. Il entre à l'Université de Sidney à seize ans, et mène ses études de chimie avec succès, bien qu'il éprouve de grandes difficultés pour suivre les cours. Il se passionne pour les expériences, qu'il peut également pratiquer dans un laboratoire installé à son propre domicile. Diplômé en 1937, il commence des travaux de recherche, et a la chance d'obtenir une bourse pour aller à Oxford chez le célèbre Robert Robinson (1). Il se marie en 1941 avec l'une de ses collègues, Rita Harradence, qui lui donnera trois enfants. Pendant la guerre, il travaille à la synthèse de la pénicilline dans la laboratoire de Robinson, contribuant à la rédaction de The Chemistry of Penicilline (2). La guerre terminée, il revient à ses premiers travaux sur la synthèse des stérols, sans abandonner sa collaboration avec Robinson, même après son entrée à l'Institut National du Medical Research Council, d'abord à Hampstead, ensuite à Mill Hill. C'est là que ses recherches se poursuivent sur le cholestérol et la biosynthèse des stérols avec deux nouveaux collaborateurs, George Popjak et Konrad Bloch.

En 1962, Cornforth et Popják quittent le Medical Research Council pour co-diriger le Milsted Laboratory of Chemical Enzymology. Ils y effectueront des études sur la stéréochimie des réactions enzymatiques. Popjak parti en 1968 travailler à l'Université de Califomie, à Los Angeles, c'est Hermann Eggerer qui le remplace auprès de Comforth pour travailler sur l'"asymétrie" du groupe méthyl.

En 1975, John Cornforth est nommé professeur à l'Université du Sussex, où il demeurera jusqu'à son départ en retraite.

Il a reçu de nombreuses distinctions, dont, en France, le prix Roussel (1972).

Depuis 1950, l'analyse des structures tridimensionnelles des molécules organiques intéresse beaucoup les chimistes, qui se préoccupent de leur réactivité. Barton et Hassel (3) ont largement ouvert la voie dans ce domaine et ils ont eu de nombreux continuateurs. Dans un article paru en 1974, J. W. Comforth écrivait : "Avec l'établissement d'une théorie satisfaisante de la structure tridimensionnelle, l'étude de la stéréochimie des molécules complexes des substances naturelles est devenue un chapitre important de la chimie organique" (4). Il s'est personnellement illustré dans ce domaine grâce à ses travaux stéréochimiques dans les réactions enzymatiques, son épouse, éminente chimiste elle-même, lui apportant une aide précieuse. Mais c'est à propos de la synthèse des composés biochimiques, et plus particulièrement des stéroïdes, qu'il va faire ses plus belles découvertes. Il commence par synthétiser le squalène (hydrocarbure de formule brute C30H5O, isolé de diverses graisses animales - huile de foie de requin - et d'huiles végétales) à partir de six molécules d'acide mévalonique (facteur de croissance du lactobacillus acidophilus). Le squalène est l'hydrocarbure indispensable à la formation des stéroïdes, dont l'importance vitale nous est connue depuis les travaux de Robinson. Sa synthèse enzymatique requiert quatorze étapes : on a là un bel exemple de la spécificité d'une réaction enzymatique, puisque sur 2¹⁴ = l6 384 réactions possibles, une seule conduit au produit attendu de la réaction. Cornforth a bien établi ce mécanisme réactionnel en quatorze étapes en utilisant le marquage des molécules au carbone 14, au deutérium (hydrogène lourd) et au tritium (hydrogène radioactif); ce demier, utilisé comme traceur, n'apparait que dans une molécule par million. Avec son maître Robinson, il a été le premier à réaliser la synthèse totale d'un stéroïde, le cholestérol. Les deux chercheurs ont ainsi éclairé la façon dont se fabriquent les molécules de stéroïdes dans la nature.

Grâce à ses travaux préliminaires, Comforth a démontré que le cholestérol, in vivo, résulte de molécules simples subissant des réactions complexes, et que le stade le plus im- portant est la transformation de l'acide mévalonique en squalène. Ce dernier composé se trouve également à l'origine de la biogénèse de bien d'autres composés naturels regroupés sous l'appellation de stérols.

Le second grand mérite de John Comforth est d'avoir montr6 que l'acide mévalonique, qui comporte un carbone asymétrique, existe sous deux conformations différentes, appelées R et S, et n'intervient dans la réaction enzymatique qui conduit au squalène que sous la forme R (5).

Il a réussi le tour de force de démontrer que de nombreuses réactions enzymatiques qui ont une très grande spécificité chez les êtres vivants, dépendent de l'existence d'un radical méthyl chiral. La chiralité indique la propriété qu'a une molécule de ne pas être superposable à son image prise dans un miroir plan : c'est le cas par exemple des substance organiques qui renferment un atome de carbone avec quatre substituants différents. Pour qu'un radical méthyl soit chiral, il faut que ses trois atomes d'hydrogène diffèrent, qu'il y ait par exemple hydrogène, deutérium, tritium. La mise en jeu des radicaux chiraux dans les réactions enzymatiques permet de déterminer la stéréochimie des produits de la réaction. La biosynthèse du cholestérol implique un problème de chiralité que Cornforth a mis en évidence après avoir introduit dans la série des réactions une molécule d'acide acétique comportant un méthyle chiral; ceci, qui à première vue peut paraître un simple artifice, est en fait une véritable prouesse, puisqu'il a fallu créer séparément des liaisons carbone-hydrogène, carbone-deutérium, carbone-tritium, et les réunir ensuite.

Enfin Comforth s'est intéressé à la synthèse d'autres substances naturelles, parmi lesquelles les hormones végétales et la vitamine B12.

1. Voir la notice sur le prix Nobel de chimie 1947.

2. Princeton University Press, 1949.

3. Voir la notice sur le prix Nobel de chimie 1969.

4. Tetrahedron, 1974, 30, 1515.

5. Ces deux formules ne diffèrent que par l'orientation spatiale des groupes méthyle (CH ) et hydroxyle (OH).

1975. Vladimir Prelog

Pour ses travaux sur la stéréochimie des molécules organiques.

(Sarajevo, 1906 - )

Vladimir Prelog est né le 23 juillet 1906 à Sarajevo, aujourd'hui en Yougoslavie (1). Après des études secondaires à Zagreb, il part en Tchécoslovaquie suivre, de 1924 à 1929, les cours de chimie de l'Institut de Technologie de Prague. Il prépare sa thèse sous la direction du professeur Emil Votocek, l'un des premiers organisateurs de la recherche scientifique dans ce pays tout nouvellement indépendant; mais la direction effective de son travail sera assurée par Rudolf Lukes, assistant de Votocek. En 1929, Prelog est ingénieur-docteur diplômé, mais, ne pouvant obtenir de poste académique, il accepte un emploi au laboratoire G. J. Driza, nouvellement créé à Prague, où l'on fabriquait en petites quantités des molécules rares. Bien qu'il ait pu y effectuer quelques recherches, il ne résiste pourtant pas à l'offre d'un poste d'assistant proposé par les autorités de Zagreb (1935). Six ans plus tard, alors que les troupes allemandes occupent Zagreb, il part en Allemagne avec sa famille pour travailler chez Richard Kuhn (1), puis en Suisse où il a été invité par Leopold Ruzicka (3). Une subvention versée par la Ciba Ltd lui permet d'y être à l'abri des soucis matériels et de commencer des travaux au laboratoire de chimie organique de l'Institut Fédéral de Technologie de Zurich. Sa coopération avec Ruzicka dure plusieurs années et l'aide à franchir les diverses étapes de la hiérarchie universitaire; il le remplace en 1957 à la tête de son laboratoire. C'est là qu'entouré de jeunes chimistes de talent il va donner le meilleur de lui-même, se consacrant à l'étude des composés naturels, des alcaloïdes à la rifamycine et à la boramycine. Durant ses travaux, il a été très souvent confronté à des problèmes stéréochimiques, et on lui doit beaucoup pour les progrès accomplis dans ce domaine.

On retrouve en effet le nom de Prelog associé aux diverses étapes qui ont marqué l'évolution de la stéréochimie durant un quart de siècle environ. Dès le début de sa carrière scientifique, il s'est intéressé à la synthèse de ce qu'il appelait les "cycles moyens", c'est-à-dire renfermant entre 8 et 11 atomes de carbone. De tels cycles perdent leur rigidité, et leur souplesse leur octroie des propriétés particulières : ainsi deux sites du cycle apparemment éloignés peuvent se retmuver tks pnches et subir une influence électronique qui n'était pas envisageable dans le cas des molécules rigides. Dès 1941, Prelog réalise la synthèse de cycles inhabituels qui ont un intérêt stéréochimique; c'est le cas par exemple de l'adamantane (4), dont les atomes de carbone sont situés d'une façon analogue à celle que l'on trouve dans la structure du diamant. En 1946, il réussit à synthétiser des molécules bicycliques pontées avec une double liaison en tête de pont (10), ce qui était jusqu'alors considéré comme totalement impossible.

En 1952, il découvre l'un des premiers exemples d'effet transannulaire dans une molécule participant à une réaction différente de celle que l'on attendait normalement, la partie du cycle opposée au site réactionnel jouant un r61e important grâce à un effet électronique qui s'exerce à travers l'espace moléculaire.

Mais c'est plus particulièrement dans l'étude des molécules chirales que Vladimir Prelog s'est distingué; en collaboration avec Ingold et Cahn, il a proposé le premier système rationnel de nomenclature de la configuration. Ces trois chercheurs ont introduit la distinction entre les formes R et S évoquées ci-dessus; cette nomenclature, universellement adoptée aujourd'hui, a clarifié l'un des plus importants problèmes de configuration qui préoccupaient les chimistes des années 1950-1960. La symétrie, fondement des concepts stéréochimiques, a permis à Prelog de concevoir de nouvelles molécules organiques où la notion traditionnelle de carbone asymétrique perd de son importance originelle. C'est par exemple ce que l'on observe avec le carbone central des vespirènes (11), ces molécules curieuses que Prelog a d'abord synthétisées, puis dédoublées en 1969. Grâce à l'intérêt qu'il a porté à la topologie chimique, il a pu mettre au point une méthode de prévision du nombre de stéréoisomères pouvant exister dans une molécule "dissymétrisée" par des substitutions. Il a proposé une autre méthode, qui porte aujourd'hui son nom, pour déterminer prévisionnellement la configuration d'un alcool possédant un carbone asymétrique.

Il a également beaucoup contribué à l'avancement des connaissances en chimie enzymatique. Il s'est particulièrement intéressé aux réactions d'oxydation et de réduction des petites molécules. Il a montré que le succès d'une r6action enzymatique dépend de la façon dont l'enzyme attaque la molécule des réactifs. En utilisant plusieurs molécules de faible taille en présence du même catalyseur, il a construit une véritable carte de la partie active de la molécule d'enzyme. Ces travaux ont été confirmés plus tard par une équipe de chercheurs suédois à l'aide des rayons X.

La stéréochimie est aujourd'hui un chapitre important dans l'étude structurale des molécules organiques.

1. Située, avant la Première Guerre mondiale, dans la province de Bosnie de l'empire austro-hongrois.

2. Voir la notice sur le prix Nobel de chimie 1938.

3. Voir la notice sur le prix Nobel de chimie 1939.

1976. William N. Lipscomb

Pour ses travaux sur la structure des boranes, apportant par là-même un nouvel éclairage sur la liaison chimique.

(Cleveland, 1919 - )

William N. Lipscomb est né le 9 décembre 1919 à Cleveland, dans l'Ohio, aux Etats-Unis. Après avoir commencé ses études à l'Université du Kentucky, il entre à l'Institut de Technologie de Califomie en 1941, et y étudie la physique; mais, sous l'influence de Linus Pauling (1), il s'oriente vers la chimie dès 1942 et mène jusqu'en 1945 des travaux de recherche à objectif militaire. Après la guerre, il soutient son Ph. D. et travaille de 1946 à 1959 à l'Université du Minnesota, puis à Harvard.

Il a résumé ses premiers travaux sur les boranes dans Boran Hydrides (2), et en a publié la suite dans diverses revues scientifiques. A partir de 1960, tout en continuant ses recherches sur les boranes, il s'est également intéressé aux relations entre les structures tridimensionnelles des enzymes et leur activité catalytique.

Membre de plusieurs sociétés chimiques, W. N. Lipscomb a reçu de nombreuses distinctions honorifiques.

Les boranes n'existent pas à l'état naturel, et doivent être fabriqués en laboratoire. Le mot de borane désigne des hydrures de bore, ainsi que des composés organiques de formule générale BH(3 )R~ résultant de la substitution d'un ou de plusieurs atomes d'hydrogène du borane le plus simple BH>. Le premier qui réussit à préparer ces composés insolites fut l'Allemand Alfred Stock. Il connaissait leur composition centésimale, mais leur aspect structural lui échappait complètement, et il les décrivait comme des substances renfermant deux atomes de bore pour six d'hydrogène. Le problème de leur structure ne fut véritablement abordé qu'en 1945 par le célèbre théoricien anglais Longuet-Higgins, qui les décrivit comme des composés accusant un défaut en électrons du point de vue de la théorie de la résonance. En revanche, du point de vue dè la théorie des orbitales moléculaires, il les considérait comme des molécules présentant des liaisons à trois centres, autrement dit comportant deux électrons qui assurent la liaison entre trois atomes (deux de bore et un d'hydrogène).

L'étude de leur structure et de leurs propriétés chimico-physiques présente quelques difficultés, car ce sont des composés instables et corrosifs qui ne peuvent être manipulés qu'à des températures très basses. Leur caractère très particulier les rend très attractifs, et de nombreux composés ont pu être synthétisés. Le bore, élément très léger, se distingue par une grande aptitude à former des dérivés hydrogénés de structures très variées : les atomes de bore peuvent en effet former des assemblages triangulaires (closoboranes), des chaînes ayant l'aspect d'un nid (nidoboranes) ou d'une toile d'araignée (arachnoboranes), et des dimères que l'on nomme conjonctoboranes. Il existe encore des halogénures et sous-halogénures de bore, et aussi des carboranes, où les atomes de bore ou d'hydrogène sont remplacés par des atomes de carbone.

Lipscomb a eu le grand mérite d'élucider la structure des boranes en s'appuyant sur les théories de la mécanique ondulatoire, et en utilisant les deux puissantes méthodes analytiques que sont la résonance magnétique nucléaire (RMN) et la cristallographie. Il a calculé les diverses possibilités de liaisons qui peuvent s'établir dans ces composés, prédisant leur stabilité et leur réactivité dans diverses conditions. Ses travaux ont beaucoup contribué au développement de la chimie préparative de telles substances, et à la recherche de leurs applications.

L'emploi des hydrures de bore comme combustible dans les turboréacteurs et les fusées a permis une amélioration des performances obtenues grâce au meilleur pouvoir calorifique des dérivés du bore. Si aujourd'hui cette application perd de son intérêt en raison des dépôts solides que laissent ces combustibles, les boranes ont en revanche vu leur emploi s'accroître en synthèse organique, en particulier comme agents d'hydrogénation stéréospécifique des liaisons doubles.

Ainsi, en versant du BH3, sur les alcènes, on assiste à une réaction d'addition au cours de laquelle le bore se fixe sur l'atome de carbone le moins substitué, donnant un alkylborane qui, par oxydation, conduit aux borates, eux-mêmes hydrolysables en alcools. Grâce aux méthodes spectroscopiques, on pourra attribuer au diborane une structure électronique en double pont hydrogène; les boranes, dans l'ensemble, possèdent trop d'électrons de valence pour que chaque atome soit lié à son voisin par une liaison à deux électrons appariés.

Au plan théorique, Lipscomb a montré qu'à l'état fondamental l'atome de bore possède trois électrons de valence, alors qu'il dispose de quatre orbitales de valence pour former des liaisons chimiques, ce qui explique qu'il puisse fixer l'hydrogène pour donner des molécules déficientes en électrons. Selon la règle de Hund, énoncée en 1931, on sait que les fonctions d'onde électronique construites à partir des orbitales du bore et de l'hydrogène ne peuvent pas être associées à un couple d'atomes bien définis, et que certaines d'entre elles sont caractéristiques de liaisons à trois centres du type B...H...B. Les calculs quantiques ont confirmé cette proposition, et ont en même temps expliqué la plus grande stabilité du diborane B2H6par rapport au monomère BH3. Les boranes forment une classe insolite de molécules; si nous les connaissons bien aujourd'hui, c'est grâce à Lipscomb. Il a su, ce qui est de plus en plus rare en chimie, découvrir une terre vierge.

1. Voir la notice sur le prix Nobel de chimie 1954.

2. W. A. Benjamin Inc., 1963.

1977. Ilya Prigogine

Pour sa contribution à la thermodynamique du non-équilibre et plus particulièrement pour la théorie des structures dissipatives.

(Moscou, 1917 - )

La famille d'llya Prigogine, né à Moscou le 25 janvier 1917, a émigré en 1921 en Allemagne, avant de s'installer à Bruxelles à partir de 1929. C'est dans cette ville qu'il a effectué ses études secondaires, avant d'y suivre les cours de l'Université Libre, et il a acquis la nationalité belge en 1949. De formation littéraire, et alors qu'il s'intéressait particulièrement à l’histoire, à l'archéologie et à la musique (son passe-temps favori a toujours été le piano), ce sont des circonstances fortuites qui l'ont finalement conduit à étudier la chimie et la physique, rejoignant ainsi la tradition familiale : son père, Roman Prigogine, était ingénieur chimiste diplômé de l'Ecole Polytechnique de Moscou, et son frère aîné Alexandre avait lui-même entrepris des études de chimie.

En 1941, Prigogine obtient son premier titre de docteur, et il commence en 1945 à préparer sa thèse d'agrégation sur "l'étude thermodynamique des phénomènes irréversibles", sujet qui l'a passionné sa vie durant. Deux professeurs ont exercé une influence durable sur l'orientation de ses recherches. Il s'agit d'abord de Théophile De Donder, disciple de l'école française de thermodynamique fondée par Pierre Duhem; ensuite de Jean Timmermans, expérimentateur intéressé par les applications de la thermodynamique classique aux solutions liquides et aux systèmes complexes, sujet de prédilection de l'école thermodynamique néerlandaise de Van der Waals. Prigoginc a donc consacré beaucoup de temps à l'étude théorique des phénomènes thermodynamiques ; c'est ainsi qu'il a appliqué les méthodes thermodynamiques à la théorie des solutions et à la théorie des états correspondant aux effets isotopiques en phases condensées.

Des diverses perspectives offertes par la thermodynamique, celle qui a le plus retenu l'attention d'llya Prigogine concerne l'étude des phénomènes irréversibles. Il a été à l'origine d'une véritable révolution en thermodynamique. Pour en montrer toute l'étendue, il est nécessaire d'évoquer brièvement les étapes importantes de l'histoire de cette discipline.

La thermodynamique est née de préoccupations techniques, comme on le voit avec les travaux de Sadi Carnot. Puis, grâce à l'apport de Clausius, elle a débouché sur des considérations physiques d'une généralité imprévue au départ. Selon ce dernier, le second principe de thermodynamique des phénomènes irréversibles s'exprime par l'inégalité ou, pour parler un langage plus actuel, par la production d'entropie positive. Or, depuis toujours, comme en témoignaient les ouvrages d'enseignement de la thermodynamique jusqu'à ces dernières années, les phénomènes irréversibles avaient mauvaise presse auprès des physico-chimistes et des ingénieurs, qui les considéraient comme des nuisances contrariant l'efficacité d'un rendement. Aussi l'attitude générale était-elle de limiter la thermodynamique à l'étude des systèmes mur lesquels la production d'entropie s'annulait, c'est-à-dire des systèmes évoluant irrémédiablement vers un état d’équilibre. Il faut rappeler ici que Boltzmann, en créant la mécanique statistique, avait tenté de concilier la mécanique et le problème posé par un système à x corps (x étant un nombre très grand). Il avait introduit le vocable d'entropie du "clair-obscur", l'accent étant mis tout naturellement sur les systèmes équilibrés considérés comme les seuls physiquement significatifs. La thermodynamique, devenue statistique, privilégiait l'état d'équilibre comme étape ultime de n'importe quel système. De Donder, l'un des maîtres de Prigogine, eut le grand mérite d'éclairer de façon nouvelle la production d'entropie en la rattachant à la vitesse de la réaction chimique par l'introduction d'une nouvelle fonction d'état qu'il appela 1"'affinité", fondée sur le degré d'avancement de la réaction; c'était une véritable variable chimique.

Comme Prigogine portait un grand intérêt au concept de temps, il était normal qu'il s'intéressât au second principe de thermodynamique, pressentant qu'il introduisait un élément original dans la description du monde physique en évolution. Il consacra dès lors la plus grande partie de ses recherches aux aspects macro- et microscopiques de ce principe, afin d'en étendre la portée à des situations nouvelles et de l'intégrer aux autres méthodes de la physique théorique comme la dynamique classique ou la dynamique quantique. Il fut amené en 1945 à proposer un théorème de production d'entropie minimum applicable aux états stationnaires de non-équilibre. Ce théorème rendait compte d'une manière directe de l'analogie entre la stabilité des états d'équilibre thermodynamique et celle des systèmes biologiques exprimée par le concept "d'homéostasie" de Claude Bernard.

Avec ses collaborateurs, Prigogine a appliqué son théorème à la discussion de quelques problèmes importants de biologie, en particulier l'énergétique de l'évolution embryologique. Il a montré que la plupart des états qualifiés d'équilibre ne sont en fait que des états stationnaires, et que dans un système matériel réel on a une pluralité d'états stationnaires en lieu et place de l'état d'équilibre unique qu'envisageait jusqu'alors la thermodynamique classique. En l'absence d'équilibre, la matière reste habitée de phénomènes de transport (énergie, matière) et de réactions chimiques, et cela d'autant plus facilement que lcs contraintes externes et internes appliquées au milieu sont plus fortes. Ce sont là des phénomènes que Prigogine nomme dissipatifs, et qui impriment un caractère irréversible à l'évolution d'un milieu, conception nouvelle que le XIXe siècle n'a pas su maîtriser. Tant que les contraintes sont faibles, les phénomènes dissipatifs le sont également et le milieu reste pratiquement homogène. Si les phénomènes dissipatifs s'accroissent, il en est de même pour les contraintes, et le système s'écarte de l'équilibre et parvient à un état marginal, véritable seuil d'instabilité; le système présente alors un comportement périodique dans le temps (structure temporelle) ou une rupture spontanée de l'homogénéité spatiale (structure dissipative). Dès le seuil d'instabilité, les solutions stationnaires deviennent multiples, et seules certaines d'entre elles demeurent stables. Les premières observations expérimentales publiées des phénomènes oscillatoires, notamment en chimie, ont été plutôt rares. Mais, loin d'embarrasser le théoricien, elles lui fournissent une explication simple de l'accroissement de complexité offert par l'environnement humain, qu'il s'agisse de l'inanimé, du biologique ou du social. La notion d'instabilité, de chaos, d'amplification, est ainsi aujourd'hui au centre des préoccupations d'un nombre croissant de chercheurs dans des domaines allant des mathématiques à l'économie.

Cet exposé sera peut-être plus clair si l'on se rappelle l'exemple bien connu du "lundi noir de la bourse" du 19 octobre 1987. Si ce dernier est destiné à faire date dans 1%istoire des sciences, ce n'est sans doute pas à cause des victimes qui ont alors vu fondre une partie de leurs avoirs, mais parce que les désordres financiers qui se sont produits ce jour-là illustrent bien, en termes économiques, des notions comme celles de chaos, de fluctuation ou d'amplification, auxquels la presse a, à cette occasion, ouvert un chemin vers le grand public.

Reste à préciser ce que l'on doit entendre par la notion "d'ordre par fluctuations" introduite par Prigogine. Il s'agit en fait de savoir comment s'amorce une structure dissipative lorsque le seuil d'instabilité est atteint. Les expériences réalisées dans le domaine des structures spatiales suggèrent un mécanisme du type "nucléation", c'est-à-dire que la structure naît au sein du milieu en un point à partir duquel elle se propage. A l'aide de cette théorie, Prigogine a été en mesure d'expliquer comment les phénomènes de nucléation peuvent apparaître à partir du seuil d'instabilité.

Il convient d'observer que parler de fluctuation, d'amplification, etc., n'est en somme qu'évoquer le côté négatif de l'instabilité des équilibres. Il existe également un côté positif concernant les systèmes instables soumis à des contraintes de non-équilibre qui sont susceptibles de produire des structures dont les systèmes à équilibre thermodynamique n'offrent pas d'équivalent. Prenons par exemple les phénomènes catalytiques, extrêmement importants dans l'industrie chimique : un cas simple est celui de l'oxydation du monoxyde de carbone en présence de platine. Les molécules de monoxyde viennent s'adsorber sur la surface du platine, dont il était admis que la structure était la même une fois pour toutes. Or on a montré que, par suite de la réaction catalytique (c'est-à-dire sous des conditions de non-équilibre), la surface du platine subit un changement : la structure hexagonale fait alors place à une structure carrée, ce qui a pour effet d'augmenter la vitesse de la réaction d’oxydation. Une fois interrompue l'action catalytique, la surface revient à sa configuration d'équilibre. Nous avons ici typiquement une structuration de non-équilibre, que l'on pourrait qualifier d'adaptation de la structure à sa fonction.

Ce qui est donc très important dans les travaux de l'Ecole de Bruxelles, c'est qu'ils permettent de percevoir les limites réductrices de la conception classique de l'univers, qui décrivait celui-ci comme une série d'assemblages d'entités stables données une fois pour toutes, qu'il s'agisse de particules élémentaires, d'atomes ou de molécules. Prigogine a montré qu'il existe des phénomènes globaux impossibles à analyser de la sorte. Voici ce qu'il écrivait en 1988 : "La meilleure compréhension des instabilités des systèmes écologiques et l'étude des perspectives d'avenir de notre planète sont évidemment des sujets prioritaires. Nous devons aller au-delà de l'idée de conservation, nous savons que notre planète a connu un optimum climatique voici une dizaine de milliers d'années, lorsque le Sahara abritait une civilisation florissante. Rien n'interdit de penser à un retour à de telles situations. Cette vision nouvelle de la nature change aussi la manière dont nous comprenons notre insertion dans cette nature (...). La science classique semblait devoir conduire au désenchantement, voire à l'aliénation (...). Mais la conclusion essentielle que je voudrais tirer de mes travaux, c'est que le XXe siècle apporte l'espoir d'une unité culturelle, d'une vision non-réductrice, plus globale. Les sciences ne reflètent pas l'identité statique d'une raison à laquelle il faudrait se soumettre ou résister,- elles participent à la création du sens au même titre que l'ensemble des pratiques humaines (...). L'un des ensei- gnements fondamentaux que nous propose la science de notre siècle est que le temps n'est pas donné. Le temps est construction ".

1978. Peter Mitchell

Pour sa contribution à l'explication du transfert de l'énergie biologique par la formulation de la théorie chimiostatique.

(Mitcham, 1920 - )

En la personne de Peter Mitchell, l'Académie de Sciences de Stockholm couronne un personnage énigmatique, retiré du monde, qui ne fréquente guère les réunions intemationales et n'est connu que par ses écrits; un chercheur presque solitaire, travaillant au sein d'une toute petite équipe dans un laboratoire qu'il a monté lui-même, bref un savant qui semble venir d'une autre époque.

Peter Mitchell est né le 29 septembre 1920 à Mitcham, dans le comté de Surrey, en Angleterre. Sa mère, artiste d'esprit indépendant et athée, a eu une grande influence dans la formation de ses options philosophiques. C'est un homme libre, humaniste militant, engagé dans les combats contre la violence, les totalitarismes, l'intolérance, et pour la défense de la liberté et de l'amitié entre les peuples.

Il a fait ses études au Queen's College de Taunton; puis, bénéficiant de la bienveillance d'un de ses professeurs, le grand mathématicien C. L. Wiseman, il peut, sur la recommandation de ce dernier, entrer en 1939 au Jesus College, malgré un examen d'admission des plus médiocres. Il étudie en première année les mathématiques, la physique, la chimie, la physiologie et la biochimie, et se spécialise dès la seconde année dans cette demière discipline. En 1942, J. F. Danielli lui propose un poste de chercheur au département de biochimie de Cambridge; c'est la chance de sa vie, car c'est là qu'il apprend à aborder les problèmes scientifiques de manière synthétique. Il soutient sa thèse de Ph. D., qui porte sur l'action de la pénicilline, en 1951. De 1950 à 1955, il occupe le poste de démonstrateur au département de biochimie de Cambridge, et il rejoint ensuite le professeur Michael Swann à l'Université d'Edimbourg, où il reste jusqu'en 1963. Un ulcère à l'estomac l'éloigne alors de ses travaux de biochimie, et il se consacre durant deux ans à la restauration de Glynn House, superbe demeure familiale située dans la magnifique Glynn Vallee, région forestière des environs de Bodmin (Comouailles). Il y installe un laboratoire de recherches, et s'attache la collaboration de Jennifer Moyle; son but est de promouvoir la recherche fondamentale en biochimie. Avec son associée, il crée une fondation afin de pourvoir au fonctionnement du laboratoire : Peter et son fkm aîné Christopher John apportent chacun une mise de fonds initiale de 250 000 £.

A partir de 1965, Peter Mitchell, avec la collaboration de Jennifer Moyle et le concours d'un technicien, Roy Mitchell (sans aucun lien de parenté avec Peter), entame un ambitieux programme de recherches sur les réactions chimiostatiques qui fera la renommée de l'Institut de Recherches Glynn et lui vaudra la plus grande distinction scientifique intemationale.

Les travaux de cette petite équipe traitent d'un problème fondamental en biologie cellulaire, celui du couplage énergétique ou, si l'on préRre, de la conversion d'une forme d'énergie chimique en une autre. Mitchell et ses collaborateurs ont eu le grand mérite de montrer les analogies qui existent entre les deux fonctions biologiques essentielles que sont la photosynthèse et la respiration.

C'est au niveau des mitochondries (corpuscules du protoplasme cellulaire), siège de la respiration cellulaire, et des chloroplastes (plastes chargés de chlorophylle), siège de la photosynthèse dans les cellules végétales, que se localisent les couplages énergétiques. Résumons le problème. La plupart des cellules tirent leur subsistance énergétique de l'oxydation des substrats organiques, dont la forme universelle d'énergie utilisable réside dans une liaison covalente labile de l'adénosine triphosphate (ATP) d'où elle est libérée par une réaction d'hydrolyse. Au cours de ce processus, appelé phosphorylation oxydative, se réalise un couplage entre les réactions d'oxydoréduction et la synthèse de l'ATP.

On a cherché pendant longtemps comment il se produisait. Le premier mécanisme proposé afin d'expliquer la phosphorylation oxydative est la couplage chimique, qui postule que la réaction de transfert d'électrons génératrice d'énergie est couplée avec une seconde réaction, nécessitant de l'énergie, et dans laquelle l'ATP est formé à partir de l'ADP (adénosine diphosphate) et du phosphate aux dépens d'un intermédiaire chimique à haute énergie (1). Cette hypothèse rencontre deux objections : la première est que l'intermédiaire chimique riche en énergie n'a jamais été détecté dans les mitochondries, malgré vingt années de recherches intensives. La seconde est que l'hypothèse du couplage chimique ne garantit pas le fait que la membrane mitochondrienne inteme doit être intacte et continue, afin que la phosphorylation oxydative puisse avoir lieu.

On a aussi l'hypothèse du couplage conformationnel. Emise en particulier par P. D. Boyer, elle envisage que l'énergie engendrée par le transport des électrons est conservée sous la forme d'une modification conformationnelle d'une protéine transporteuse d'électrons. Cependant on ne possède guère que des intuitions pour étayer cette deuxième hypothèse.

Mitchell a formulé en 1961 une troisième hypothèse, celle du couplage chimiosmotique (2), et il l'a précisée en 1966 (3). Celle-ci apporte une réponse ingénieuse au problème de la phosphorylation oxydative. Mitchell dénie toute intervention d'un intermédiaire chimique dans le couplage. Il pense que les réactions sont couplées par un état intermédiaire à haute énergie plut6t que par un composant, et qu'un gradient électrochimique d'ions H, à travers la membrane interne de la mitochondrie, sert de moyen de couplage du flux d'énergie vers la formation d'ATP lors du transport d'électrons. Selon cette hypothèse, la membrane représente une partie intégrante du mécanisme de couplage, et elle doit être intacte pour que la phosphorylation oxydative puisse avoir lieu. Il suppose que la fonction des transporteurs d'électrons de la chaîne respiratoire est d'intervenir afin de transporter les ions H+ à travers la membrane interne, tout en formant à travers cette demière un gradient de ces mêmes ions H+ . Le gradient électrochimique ainsi formé intervient en déclenchant la synthèse de l'ATP par déshydratation de l'ADP et du Pi (POH).

L'hypothèse de Mitchell nécessite l'intervention de réactions chimiques vectorielles à travers la membrane, c'est-à-dire de réactions ayant une direction géométrique, ce qui les oppose aux réactions scalaims en solution homogène libre. Le gradient d'ions H+ à travers la membrane a pour effet que les réactions qui absorbent les ions H+ ont lieu à la face inteme de la membrane, et que les réactions qui donnent naissance à des ions H+ se produisent à la face externe.

La chaîne de transport électronique est ainsi considérée comme un système convertissant l'énergie libérée par le transport des électrons en énergie d'un gradient électrochimique d'ions H'. L'énergie mise en réserve dans un gradient de ce type est fonction des concentrations relatives des ions H' de part et d'autre de la membrane; on l'appelle parfois la force protorunotrice. Le gradient, enrichi de l'énergie des ions H+, est ainsi utilisé pour entraîner la formation d'ATP à partir d'ADP et de phosphore par réaction vectorielle. L'élimination de H+ à partir d'ADP et de phosphate que représente la réaction globale ADP + Pi --> ATP + H2O G° = 7,3 kcal.mol^-1 peut être considérée plus simplement comme l'élimination des ions H+ et OH, H+ apparaissant à la face interne de la membrane et OH à la face exteme :

ADP + P --> ATP + H intérieur + OH extérieur.

De nombreuses constatations sont en accord avec l'hypothèse du couplage chimiosmotique.

On a cependant objecté à cette hypothèse qu'elle semble nécessiter un gradient important des ions H pour former l'ATP à partir de l'ADP dans les conditions thermodynamiques ordinaires. On peut calculer que, pour foumir 7,3 kcal.mol^-1 d'énergie libre dans la synthèse de l'ATP à partir de l'ADP, un gradient correspondant à 3,5 unités pH est indispensable. Mais Mitchell a souligné que le gradient électrochimique nécessaire n'est pas dû uniquement à une différence de pH importante à travers la membrane; une partie peut être foumie par une différence de potentiel électrochimique, et un gradient de 3,5 unités pH est équivalent à une différence de potentiel à travers la membrane d'environ 0,235 volts. Ainsi, selon lui, la force protonmotrice engendrée à travers la membrane des mitochondries qui respirent consiste en un gradient d'une unité pH et en un potentiel transmembranaire d'environ 1,5 volts.

C'est ainsi l'hypothèse du couplage chimiosmotique qui paraft rendre compte le plus simplement et le plus directement des constatations expérimentales concernant le mécanisme de la transduction de l'énergie dans la mitochondrie et dans les bactéries, comme au cours du transport de l'électron provoqué par la lumière dans les organismes photosynthétiques.

1. Hypothèse retenue par E. C. Slater en 1953.

2. Nature, 1961, 191, 144. Le terme de chimiosmotique fait référence h l'échange de particules à travers la membrane de la mitochondrie; chimiostatique, qui sert à désigner le même phénomène, tient à ce qu'il y a transfert d'électrons.

3. Cette hypothèse est rassemblée avec l'ensemble des travaux de Mitchell dans Chemiosmotic Coupling in Oxydative and Photosynthetic Phosphorylation, Glynn Research Bodmin, Cornwall, 1966.

1979. Herbert C. Brown et Georg Wittig

Pour le développement apporté par ses travaux sur les composés du phosphore aux techniques de synthèse organique.

Il est étonnant que ces deux lauréats, prestigieux chimistes de la synthèse organique dans les années 1950, n'aient pas été plus t6t couronnés, puisque leurs travaux ont été effectués entre 1940 et 1955. Les synthèses les plus utiles mettent en oeuvre la cvéation d'une liaison carbone-carbone. Les plus remarquables utilisent transitoirement un autre atome : chez Brown, c'est le bore, et chez Wittig, le phosphore.

Herbert C. Brown

(Londres, 1912 - )

La famille de Herbert C. Brown est venue s'installer à Londres en 1908, comme de nombreux autres familles juives d'Ukraine. Essayant de mettre les siens à l'abri des persécutions autant qu'il le pouvait, le grand-père du futur prix Nobel décida à cette époque de donner à son nom une toumure britannique, et c'est ainsi que quatre ans plus tard, le 22 mai 1912, Herbert naquit Brown, et non Brovarnik. En juin 1914, les Brown quittent l'Angleterre pour les Etats-Unis, où Herbert C. Brown connaît une adolescence difficile. Son père meurt en 1926, alors que sa famille doit déjà subir les conséquences de la crise économique, et ses études vont en ê0e affectées. Il est successivement élève à l'Englewood High School de Chicago, au Crane Junior College, puis au Wright Junior College, avant d'entrer en 1935 à l'Université de Chicago, où il obtient son Ph. D. trois ans plus tard.

Ne trouvant pas d'emploi dans l'industrie, il accepte alors une bourse post-doctorale de $1600 par an, et commence sa carrière universitaire, qu'il terminera comme Wetherill Research Professor à Purdue à partir de 1960. Après son départ à la retraite en 1978, il a continué ses travaux, animant un groupe important de stagiaires post-doctoraux.

S'il faut l'en croire, Herbert C. Brown semble avoir abordé l'étude des organoboranes qui lui a valu le prix Nobel par le plus entier des hasards : "Lorsque je fus reçu à mon Bachelor of Science, ma petite amie, Sarah Baylen, qui allait devenir mon épouse en février 1937, m'offrit un livre, The Hydrides of Boron and Silicon (1). Je lus ce livre avec passion et il me parut intéressant d'en approfondir le sujet. Mais pourquoi Sarah rn'avait-elle justement offert cet ouvrage? Peu fortunée, elle avait acheté le livre le moins cher ($2,6) de la librairie de l'Université de Chicago! On est surpris de constater d quel point les événernents qui orientent une carrière peuvent être banals !"

En 1936, le diborane B2H6 était une substance très rare et difficile à manipuler. A. Stock, à Karlsruhe, et H. I. Schlesinger ge patron de Bmwn), à Chicago, n'avaient réussi à en obtenir que des quantités inférieures au gramme. L'existence du borane le plus simple sous la forme B2H6 et non BH3 était une entrave à la théorie électronique de G. N. Lewis. Ce composé intriguait les chimistes, qui décidèrent de préparer d'autres dérivés, espérant par là résoudre le problème structural posé par cette anomalie. Peu de temps avant d'entreprendre la préparation de leur thèse, H. I. Schlesinger et A. Burg avaient montré que le monoxyde de carbone réagissait avec le diborane pour donner un borane-carbonyl H3BCO qui posait beaucoup de problèmes, car on ne savait s'il s'agissait d'un composé d'addition ou d'un nouveau composé chimique. Il semblait qu'en étudiant, non plus l'action du CO, mais celle d'un aldéhyde ou d'une cétone sur le diborane, le problème trouverait une solution. C'est donc le sujet de recherche que Schlesinger proposa à H. Brown.

Pour travailler sur ces substances très volatiles, Brown maîtrisa rapidement les techniques opératoires sous vide et montra que les aldéhydes et les cétones réagissent rapidement avec le diborane (m6me à basse température) pour donner des dialkoxyboranes, dont l'hydrolyse conduit aux alcools correspondants. Cette réaction s'effectue lentement avec le méthylformate et l'acétate d'éthyle, mais elle n'a pas lieu avec les dérivés chlorés tels que le chloral, le chlorure d'acétyle, ou le chlorure de carbonyle. Brown publie ses résultats en 1939, un an après avoir soutenu sa thèse. Puis, comme Anton Brug avait quitté le laboratoire, il devient l'assistant de recherche de Schlesinger.

Durant la guerre, il continue de travailler sous la direction de ce dernier, affecté au comité de mcherche de la Défense Nationale. Dans le cadre du programme d'investigations établi, Brown prépare divers hydrures, Al(BH4)3, Be(BH4)2, Li BH4 et le plus inréressant NaBH4 qui est utilisé comme réducteur dans l'industrie chimique.

Mais c'est surtout à partir d'une première réaction, appelée hydroboration (2), avec addition du borane BH3 sur les oléfines, que Brown met au point de nouvelles synthèses par réductions, o~ydations, carbonatations. Il réalise la synthèse de molécules variées, de géométrie sûre et unique, car ces réactions mettent en jeu des boranes stéréospécifiques. Les réactifs qu'il utilise sont presque toujours doux et sélectifs, n'attaquant pas certains sites de la molécule. Il prépare par exemple une phéromone (3) pour laquelle les divers stades de la réaction s'opèmnt dans le m6me récipient sans qu'il y ait besoin de séparer les intermédiaims; on conçoit facilement l'augmentation de rendement et le gain de temps ainsi réalisés.

La production scientifique de Bmwn et de son équipe est td'.s importante : en 1979, elle se situe aux environs de 600 publications. Il est vrai qu'il a porté également son attention sur d'autres sujets, comme l'étude des effets stériques, la mise au point d'une méthode quantitative déterminant les contraintes stériques, l'énoncé d'une théorie quantitative sur la substitution aromatique, et le développement d'une échelle de constantes a' corrélant l'influence d'un substituant sur de nombreuses réactions électrophiles. Mais ses travaux sur les boranes ont eu d'autant plus d'intérêt que l'emploi des hydrures de bore comme combustibles dans les turboréacteurs et les fusées permet d'en améliorer les performances par rapport à celles que l'on obtient en utilisant les hydrocarbures, les dérivés du bore ayant un pouvoir calorifique supérieur. Les boranes sont en outre des substances très réactives qui réagissent parfois de façon explosive avec l'air. Il se décompose avec la température en hydrogène et en boranes d'ordre supérieur : c'est une voie de synthèse utilisée pour obtenir ces derniers.

l. A. Stock, The Hydrides of Boron and Silicon, Cornell University Press, New York, 1933.

2. 3 R-CH=CH2+ BH --> B(R-CH2-CH2)3.

3. Principe actif produit par les insectes en relation avec leur comportement.

Georg Wittig

(Berlin, 1897 - 1987)

Georg Wittig est né à Berlin en 1897. Il a fait ses études et a préparé son doctorat de chimie à Marburg/Lahn. En 1932, il est nommé chef des travaux à l4Ecole Technique Supérieure de Brunswick. Puis à partir de 1937, il est professeur, d’abord à Freiburg, ensuite à l’Institut de Chimie de Tubingen, dont il devient le directeur. Successeur en 1950 de H. Staudinger à Freiburg,il remplace sic ans plus tard le professeur K. freundenberg à Heidelberg. Wittig a ris sa retraite en 1967. Il a depuis lors fait l’objet de nombreuses distinctions, parmi lesquelles, en 1969, la médaille d’or de la ville de Paris et en 1971, il a été coopté comme membre correspondant de l’Académie des Sciences et comme membre d’honneur de la société chimique de France.

Ses premiers travaux en stéréochimie ont été publiés en 1930. Il a ensuite travaillé sur la formation des radicaux, la tautomérie (Valenztautomerie), le développement de la chimie du carbone, les réactions d’échanges des métaux et halogènes, l’isomérisation d’éther intraioniques. Il a découvert les ylides du phosphore, utilisés en chimie industrielle et dans la synthèse de substances naturelles.
Sa production est aussi impressionnante que celle de Brown par son volume et sa qualité. La réaction qui porte son nom compte parmi les plus importantes en chimie organique. C’est en cherchant à montrer l’existence de composés azotés pentavalents, qu’il découvrit en 1950, les ylures d’azote, puis à partir de là les ylures de phosphore, dont l’intérêt réside dans leur grande faculté de réaction. En effet, ils réagissent presque quantitativement avec les aldéhydes et les cétones pour donner les oléfines.

Comment conçoit-on en chimie la réaction de Wittig ? Prenons d’abord le cas des ylures de phosphore. Leur représentation par une seule formule est incorrecte : par exemple, le plus couramment utilisé, le méthylènetriphénylphosphorane, agit tantôt sous la forme ylure ((C₆H₅)₃-P-CH₂), tantôt sous la forme ylène ((C₆H₅)₃-P=CH₂). Aussi vaut-il mieux les considérer comme des structures hybrides auxquelles contribuent les deux formes. En présence d’un carbone C=O, la réaction s’organise de telle façon que l’atome d’oxygène doublement lié à l’atome de carbone est remplacé par un autre carbone, lui aussi doublement lié au premier, et apportant avec lui tout l’arrangement atomique qui l’accompagnait dans l’ylure de départ. Pn aura aussi la formation d’une oléfine à côté d’un oxyde de phosphine, deux produits aisément séparables l’un de l’autre.Les résultats de Wittig présentent un immense intérêt dans tous les domaines de la synthèse organique, car c’est par milliers qu l’on compte les dérivées porteur d’une ou de plusieurs doubles liaisons. Ils ont trouvés de nombreuses applications dans les laboratoires de recherches comme dans les synthèses industrielles. La BASF les a utilisé très rapidement pour la fabrication de la vitamine A et de ses dérivés, et pour celle des carotènes. Par la suite, ces travaux ont été appliqués dans la préparation industrielle de composés tel que les tèpènes, utilisés en parfumerie, les hormones de croissance, les protaglandines, et de nombreux autres composés présentant un enchaînement oléfinique.

Georg Wittig est mort en 1987.

	Réaction de Wittig sur les cétones
	Georg Wittig sa vie