La découverte de la dissymétrie moléculaire

Louis Pasteur a apporté au cours de sa thèse une contribution capitale au développement de la chimie moderne. Dans un article publié en 1848,¹ il a résolu de manière brillante un problème qui se posait aux chimistes depuis plus d’une vingtaine d’années. Il a mis en œuvre pour cela l’acide tartrique, un sous-produit classique de la vinification, alors utilisé dans la teinturerie. On savait qu’une solution d'acide tartrique ou de ses sels (tartrates) possédait une propriété optique particulière : elle faisait tourner le plan de la lumière polarisée la traversant. C’est pourquoi la découverte fortuite d’un autre acide de même composition et possédant les mêmes fonctions chimiques que l’acide tartrique, l’acide paratartrique, mais dont les solutions ne présentaient aucun pouvoir rotatoire a excité la curiosité de nombreux savants de l’époque

Louis Pasteur avait émis l’hypothèse d’une corrélation entre la morphologie des cristaux des corps purs (en particulier des tartrates) et le pouvoir rotatoire de leurs solutions : les cristaux présentant une dissymétrie (« hémiédrie ») devaient donner une solution à pouvoir rotatoire non nul, contrairement aux solutions issues des cristaux présentant un plan de symétrie. Alors élève à l’Ecole Normale, il fut ainsi fort troublé par la publication d’une note du cristallographe allemand Eilhard Mitscherlich publiée en 1844. Il y était rapporté que parmi les couples tartrate / paratartrate, il y en avait un, le couple « tartrate double de soude et d'ammoniaque » / « paratartrate double de soude et d'ammoniaque », où le tartrate et le paratartrate n'étaient discernables que par la propriété rotatoire, présente dans le tartrate et absente dans le paratartrate. En particulier, ce tartrate et ce paratartrate avaient, selon Mitscherlich, la même forme cristalline. Pasteur eut peine à croire « que deux substances fussent aussi semblables sans être tout à fait identiques ». Il reproduisit ainsi les expériences de Mitscherlich et s'aperçut d'un détail que Mitscherlich n'avait pas remarqué : dans le tartrate, les cristaux présentaient une dissymétrie toujours orientée de la même façon ; en revanche, dans le paratartrate correspondant, il coexistait deux formes de cristaux, images spéculaires non superposables l'une de l'autre, et dont l'une était identique à celle du tartrate (voir figure ci-dessous).

                     Cristaux de paratartrate double de soude et d'ammoniaque. Les deux cristaux sont images l’un de l’autre dans un miroir plan.

Pasteur décida de séparer manuellement les deux sortes de cristaux du paratartrate, en fit deux solutions et observa qu’elles induisaient la rotation du plan de polarisation de la lumière, de la même valeur mais dans un sens opposé pour les deux échantillons. Liant conformément à son hypothèse la déviation du plan de polarisation à la morphologie cristalline, Pasteur conjectura que l’acide paratartique était un mélange en même proportions de deux molécules dissymétriques, inverses l'une de l'autre. C'était la première apparition de la notion de chiralité des molécules, une notion qui connut par la suite d’importants développements, en particulier en lien avec les applications pharmacologiques des molécules d’intérêt thérapeutique.

1. L. Pasteur, "Mémoire sur la relation qui peut exister entre la forme cristalline de la composition chimique, et sur la cause de la polarisation rotatoire", In Compt. Rend. Acad. Sci, 1848, 26, p. 535.