L'écriture topologique

Ouvre un article scientifique ou la fiche technique d'un produit : les molécules y sont presque toujours dessinées avec des traits en zigzag, sans aucun C ni H. C'est l'écriture topologique, aussi appelée formule squelette. Elle paraît déroutante au début, puis elle devient la plus rapide à lire et à écrire. Dans cette leçon, tu vas apprendre à séparer ce qu'elle écrit de ce qu'elle sous-entend, retrouver les hydrogènes qu'elle ne montre pas, et lire le limonène des écorces d'orange et la vanilline. À la fin, tu vérifieras toi-même ton dessin dans Ketcher, qui calcule la formule brute à ta place.

Un dessin topologique se lit en séparant ce qui est écrit de ce qui est sous-entendu. Ce qui est écrit, ce sont les atomes autres que le carbone : un oxygène, un azote ou un chlore apparaissent avec leur symbole, accompagnés des hydrogènes qui leur sont attachés, comme dans OH ou NH2. Ce qui est sous-entendu, ce sont les carbones : il y en a un à chaque coin du zigzag et au bout de chaque trait libre. Les hydrogènes de ces carbones sont sous-entendus eux aussi, et tu les retrouves par un calcul. Le zigzag n'est pas une question de style : il imite l'angle que font les liaisons autour d'un carbone. Une chaîne tracée tout droit cacherait le nombre de carbones.

Pour retrouver les hydrogènes cachés, ne cherche pas à mémoriser un tableau : fais une soustraction. Un carbone neutre forme toujours quatre liaisons. Compte celles qui sont dessinées autour de lui, en comptant deux pour une double liaison et trois pour une triple. Le nombre d'hydrogènes cachés est ce qui manque pour arriver à quatre. Un bout de trait isolé n'a qu'une liaison dessinée : quatre moins un, il porte trois hydrogènes. Un coin relié par une liaison simple et par une double en a déjà trois : il ne lui reste qu'un hydrogène. Un carbone qui touche quatre traits n'en porte aucun. Fais ce calcul carbone par carbone, en cochant chacun sur ton dessin, puis additionne à la fin.

Le limonène donne son odeur aux écorces d'orange et de citron, du marché de Conakry à celui de Marseille. Son squelette montre un cycle de six carbones qui porte une double liaison et un méthyle, et une courte ramification de trois carbones qui porte une seconde double liaison. Les carbones se comptent vite : dix. Pour les hydrogènes, essaie cette fois un contrôle global plutôt qu'un comptage un par un. Un alcane à dix carbones, sans cycle, aurait vingt-deux hydrogènes. Chaque cycle et chaque double liaison en retirent deux. Le limonène a un cycle et deux doubles liaisons : vingt-deux moins six, il en reste seize. Si ton comptage carbone par carbone ne donne pas le même nombre, l'un des deux calculs contient une erreur.

Prends maintenant la vanilline. Son squelette montre un cycle à six carbones avec trois doubles liaisons alternées : c'est un cycle aromatique, comme celui du benzène. Sur ce cycle sont accrochés trois groupes. Le premier est un CHO, un carbone lié à un oxygène par une double liaison et à un hydrogène. Le deuxième est un OH, écrit en toutes lettres puisque l'hydrogène est lié à un oxygène. Le troisième est un oxygène suivi d'un petit trait : l'extrémité de ce trait est un carbone, donc un groupe méthyle. Compte tout : huit carbones, huit hydrogènes et trois oxygènes. C'est bien la formule que donne PubChem.

Voici les erreurs que font presque tous les débutants, à Port-au-Prince comme à Ouagadougou. La première : oublier l'hydrogène d'un groupe OH ou NH, alors qu'il doit toujours être écrit. La deuxième : ne pas compter l'extrémité d'un trait comme un carbone. Un petit trait qui part d'un oxygène, c'est un groupe méthyle. La troisième : ajouter une double liaison sur un carbone qui a déjà quatre liaisons, ce qui donne un carbone impossible à cinq liaisons. La quatrième : tracer une chaîne en ligne droite, où l'on ne distingue plus les carbones. Avant de rendre un dessin, relis-le avec ces quatre questions en tête.

Ketcher est un éditeur de structures libre qui s'ouvre dans ton navigateur. Tu cliques pour poser des liaisons, et l'éditeur trace le zigzag tout seul. Tu changes un sommet en oxygène ou en azote en choisissant l'élément dans la barre d'outils. Une fois ta molécule dessinée, ouvre l'outil qui calcule la masse molaire et les paramètres de la structure : Ketcher affiche la formule brute. Compare-la avec celle de PubChem. Si elles diffèrent, ton dessin contient une erreur, souvent une double liaison mal placée ou un atome manquant. L'outil de vérification de structure signale en plus les valences anormales. Prends l'habitude de vérifier chaque molécule de cette façon.

Ce qu'il faut garder de cette leçon tient en quelques phrases. Dans l'écriture topologique, chaque sommet et chaque extrémité représente un carbone. Les hydrogènes du carbone ne sont pas dessinés : tu les retrouves avec la règle des quatre liaisons. Les hétéroatomes et les hydrogènes qu'ils portent sont toujours écrits. Et un dessin n'est terminé que lorsque sa formule brute correspond à celle attendue. Tu as lu le limonène et la vanilline. Dans la prochaine leçon, tu vas regarder ces mêmes molécules en trois dimensions, et comprendre pourquoi certains carbones sont plats et d'autres non.