Préparation des complexes porphyriniques solubles dans l’eau

De nombreux modèles de porphyrines solubles dans l’eau²³² ont été synthétisés dans le but de mimer des enzymes comme le cytochrome P450^69a,233 dans le cadre des réactions d’oxydation. La solubilisation de ces macrocycles a été une nécessité pour comprendre les mécanismes de ces réactions.^69a La préparation des porphyrines solubles dans l’eau a présenté également des intérêts dans d’autres domaines comme la chimie supramoléculaire et analytique.²³⁴

Les porphyrines synthétiques solubles dans l’eau peuvent être divisées en trois classes : les porphyrines chargées positivement comme celles ayant des groupements pyridinium²³⁵ ou

165

anilinium,²³⁶ les porphyrines fonctionnalisées par des groupements chargés négativement comme les groupements sulfonates²³⁷ ou les groupement carboxylates²³⁸ et les porphyrines neutres comme celles qui sont fonctionnalisées par des groupements éthylène glycol²³⁹ ou des sucres.⁸⁸ⁱ

a. Sulfonation (H2TPPS)

La sulfonation (Schéma 56) constitue la méthode la plus développée pour solubiliser les porphyrines. Les porphyrines sulfonées sont connues par leur activité contre le HIV,²⁴⁰ en PDT pour leurs propriétés à cibler les tumeurs²⁴¹ ou encore comme agent de contraste en imagerie médicale.²⁴² N N NH HN N N NH HN Reflux, 5h H₂SO₄conc SO3Na SO3Na SO₃Na NaO₃S H₂TPP H2TPPS

Schéma 56. Sulfonation de la H2TPP.^{8,116a,116d,243}

La synthèse se fait par sulfonation directe des tétraphenylporphyrines par une réaction de substitution électrophile aromatique en utilisant de l’acide sulfurique concentré^{116a,116d,243} comme agent de sulfonation. La sulfonation est sélective pour les positions para des phényles. Les rendements sont moyens et la réaction nécessite des étapes de purification fastidieuses et longues.

La sulfonation de la H2TPP s’effectue à reflux de l’acide sulfurique pendant 5 heures. Le milieu réactionnel est traité par du carbonate de sodium, ajouté en petites fractions. Cette étape s’accompagne par un dégagement de gaz (CO2) et la formation d’une mousse. Après neutralisation du milieu et précipitation des sels, la couleur de la solution change du vert en

166

rouge. A ce stade la sulfonation est confirmée par spectroscopie UV-Visible, qui montre un spectre d’absorption avec un déplacement de la bande de Soret vers 418 nm et quatre bandes Q situées à 516, 554, 590 et 650 nm. Ensuite, la porphyrine sulfonée est purifiée sur une résine d’exclusion Sephadex G25 pour éliminer les dernières traces de sels, en éluant avec de l’eau pour obtenir la porphyrine pure avec un rendement de 61%.

b. Métallation

i.

Une série de porphyrines de ruthénium solubles dans l’eau a été synthétisée par Hartmann en 1997. ²⁴⁴ Ces complexes ont été étudiés comme agent de clivage de l’ADN tumoral.²⁴⁵ En 2008, et dans le cadre de sa thèse, Irène Nicolas⁷ a synthétisé au laboratoire une série de complexes porphyriniques sulfonés incluant celui de ruthénium. Ces complexes ont montré une grande efficacité dans les réactions de cyclopropanation asymétrique réalisées en milieu aqueux.

Plus récemment, Che et al.⁸⁸ⁱ ont synthétisé une porphyrine de ruthénium soluble dans l’eau en fonctionnalisant la tétraphénylporphyrine par des groupements glucosyles hydrophiles en position para des phényles. L’activité de cette métalloporphyrine a été étudiée dans le cadre des réactions de transfert de carbènes pour réaliser la bio-conjugaison des protéines.

L’insertion du ruthénium (Schéma 57) a été réalisée par réaction de la H₂TPPS avec le triruthénium dodécacarbonyl (Ru₃(CO)₁₂) en présence d’une base faible, la 2,6-lutidine au reflux du DMF.

167 N NH N HN N N N N Ru CO Ru3(CO)12 DMF,150°C 2,6-lutidine SO₃Na NaO₃S SO3Na SO₃Na SO₃Na SO₃Na SO₃Na NaO₃S H₂TPPS RuTPPS(CO)

Schéma 57. Insertion du ruthénium dans la porphyrine sulfonée.⁸

Quatre équivalents de Ru3(CO)12 sont nécessaires pour réaliser l’insertion de ruthénium. La 2,6-lutidine (10 équivalents) est ajoutée pour déprotoner les fonctions amines du macrocycle afin de faciliter la réaction. La réaction est contrôlée par spectroscopie UV-Visible. Le complexe RuTPPS(CO), de couleur orange-marron, est obtenu avec un rendement de 75%. Il est facilement soluble dans l’eau et le méthanol.

En spectroscopie RMN ¹H, la métalloporphyrine est caractérisée par la disparition du signal correspondant aux deux protons des azotes, ce signal résonne à -2,90 ppm pour la porphyrine libre. Le spectre UV-Visible (Figure 39) présente un déplacement hypsochromique de 8 nm la bande de Soret par rapport à la porphyrine libre.

168

Figure 39. Spectres UV-Visible de la H2TPPS(1) et de la RuTPPS(CO) (2)

ii.

Ce complexe a été déjà synthétisé pour effectuer des réactions d’oxydation biomimétiques en milieux aqueux. Il a été utilisé comme modèle de ligninases²⁴⁶ et de peroxydases pour effectuer l’oxydation des polluants,²⁴⁷ l’oxydation biomimétique de médicaments (acétaminophène et éllipticine)²⁴⁸ ou encore pour réaliser des réactions de N-deméthylation d’alkaloïdes qui constitue une étape clé dans la synthèse d’opiacés pharmaceutiques.¹⁶³

Plusieurs méthodes ont été proposées pour réaliser la complexation avec le fer à partir de sels de FeSO4.^116a,246,249 Dans le cadre de la thèse, la complexation (Schéma 58) a été réalisée à partir de dichlorure de fer.

169 N NH N HN ^N N N N Fe 2. HCl 0,1 N Cl 1. FeCl2, 4H2O DMF, 150° C SO₃Na SO₃Na SO₃Na NaO₃S SO₃Na SO₃Na SO3Na NaO3S H2TPPS ^FeTPPS(Cl)

Schéma 58. Insertion du fer dans la H2TPPS.⁸

La porphyrine, base libre, est mise à réagir avec dix équivalents d’un complexe de dichlorure de fer tétrahydraté au reflux du DMF. La réaction est suivie par spectroscopie UV-Visible. Le solide, obtenu après évaporation du solvant, est traité par une solution de HCl (0,1 N) nécessaire pour l‘hydrolyse du complexe μ-oxo obtenu. La porphyrine de fer (III) est obtenue avec un rendement de 55% après purification sur une résine échangeuse d’ions cationiques Dowex 50. Le complexe FeTPPS(Cl) se caractérise en spectroscopie UV-Visible par un déplacement de la bande de Soret à 393 nm et une bande à 528 nm.