Brevet FR2566776A1 — publié le 19860103

L'invention concerne un procédé de préparation de métalloporphyrines, par insertion de cations métalliques dans les macrocycles de composés tétrapyrolliques bases libres. On rappellera tout d'abord que les métalloporphyrines trouvent des applications dans des domaines très nombreux et très différents. A titre d'exemple, on mentionnera les domaines d'application suivants ronctionnalisation d'hydrocarbures Transformation d'alcanes en alcools ou cétones en présence d'oxydants (iodosylbenzène, hydropéroxydes) à température ambiante, en présence de tétraphénylporphyrines de e, Mn, Co, Rh,Cr. (Tetrah.Letters, 1982, 23, 2781 - J.Org. Chem. 1983,48,3277). oxydation d'hydrocarbures insaturés Epoxydation d'alcenes ou de polyenes, présence d'air ou d'iodosylbenzène catalysée par des porphyrines de Fe ou de Co. (J.Amer. Chem. Soc. 1979, 101, 1032 - J.C.S. Chem. Comm., 1977,821). Décarbonylation Défonctionnalisation d'aldéhydes aromatiques ou aliphatiques dans des conditions douces catalysée par la tétraphénylporphyrine de Ru. (J.C.S.Chem.Comm. ,1980,939). Photodécomposition de l'eau Des porphyrines de Co, Zn, Cu, Pt sont utilisées comme photosensibilisateurs dans la décomposition de l'eau.(J. Organomet. Chem., 1981, 212, 185). Inducteures de photocourants : Production de courant par irradiation de monocouches de porphyrines de Mg, Mn, rets Co, Ni, Cu, Zn. (Scientia Sinica, 1983,XXVI, 236 - J.Collold, Interface Sci., 1982, 85, 571). Vecteurs de métaux radioactifs Utilisation, in vi vo, de porphyrines hydrosolubles métallées par du Pd, Zn, Co, radioactifs (J.Nucl .Méd.,1962,3,249).. Agents antitumoraux Injection de porphyrine dans une tumeur chimio-induite pour étude des effets antitumoraux- Porphyrines de Sn, In et des isotopes radioactifs (Bull. Cancer. Paris, 1981,68,1,40). Jusqu'à ce jour, la métallation des porphyrines a toujours exigé des apports énergétiques importants et des temps de réaction très longs qui conduisent à un prix de revient très élevé des métalloporphyrines. L'état de la technique relatif à la préparation de métalloporphyrines se trouve illustré dans le tableau I ci-après. TABLEAU I rende références porphyrine solvant réactif additif température durée ment biblio. % (**) H2TPP DMF W(CO)6 - 150 C 2-3 jours -(*) (1-2) H2TPP benzonitrile ZrCl4, NbCl5 - 191 C 1-3 heures -(*) (3) H2TPP benzonitrile NbCl5 - 191 C 20 heures -(*) (4) H2TPP 1,2,4-trichloro- (AcAc)3Y - 214 C 3-4 heures -(*) (5) benzène Pd noir nitro- 4 heures 90 benzène H2TPP o-dichlorobenzène Cu en poudre ss pre s- 240 C 6 heures 92 (6) sion CO 200 bars RhCl3,3H2O 3 heures -(*) 20 C 150 C acétate H2TPP AcOH.CH3OC2H4OH RhCl3 - -(*) (7) sodium à reflux TABLEAU I (suite) rende références porphyrine solvant réactif additif température durée ment biblio. % (**) H2TPP toluène ou benzène Ru3(CO)12 - à reflux 12 heures - (*) (8) 150 C H2TPP DMF CrCl2 - 40 minutes 105 (9) à reflux (***) OEP benzonitrile ZrCl4, NbCl5 - 191 C 1-3 heures - (*) (10) OEP phénol (AcAc)3 In - 185 C 5 minutes 100 OEP phénol (AcAc)3 Co - 230 C 10 minutes - (*) (11) OEP acétylacétone (AcAc)3 Zn - 230-240 C 30 minutes - (*) OEP chlorofome (AcAc)3 Co - à reflux 2 heures - (*) H'2TPP : tétraphénylporphyrine - OEP : octaéthylporphyrine (*) rendement non précisé - (**) références bibliographiques mentionnées ci-après (***) produit impur 46 % après recristallisation REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES MENTIONNEES A LA DERNIERE COLONNE DU TASLEAU I (1) - @.@RISHNAMURTHY Inorg.Chim. acta, 32,L32 (1979) (2)- E.B. FLEISHER, R.D. CHAPMAN eT M.@RISHNAMURTHY inorg. Chem., 18(8), 2156 (1979) (3)- 3.Q. BEREZIN et T.N. LOMOVA 26 (2), 202 (1981) (4)- C.LECOMTE, J.PROTAS, R.GUILARD, B. FLINIAUX et P.FOURNARI J.C.S. chem. comm., 434 (1976) (5)- C.P. WONG et W.DEW HORROCKS @r tetrah. Lett, 31, 2637 (1975) (6)- J.M. COGNION et J. @ERVENNAL J.chem. Research (S), 14 (1981) (7)- H.NAKAI Diss. Abstr. Int. 3, 2986-3 (1973) (8)- D.CULLEN, E.MEYER,JUN, T.S.SRIVASTAVA et M.TSUTSUI J.C.S. chem. comm., 584 (1972) (9)- D.A. SUMMERVILLE, R.D. JONES, B.M.HOFFMAN et F.BASOLO J.A.C.S. 99(25) 8195 (1977) (10)- J.W. BUCHLER et K.ROHBOCK inorg. nucl. chem. Lett, 8, 1073 (1972) (11)- J.W.BUCHLER, G.EIKELMANN, L.PUPPE, K.ROHBOCK H.H,. SCHNEEHAGE et D.WECK liebigs Ann.chem., 745, 135 (1971) La présente invention a précisément eu pour but d'améliorer la préparation des métalloporphyrines, en fournissant un procédé qui peut être mis en oeuvre dans des conditions réactionnelles douces, i.e. à une température voisine de la température ambiante et à pression atmosphérique. Ce procédé permet donc d'effectuer la métallation de porphyrines thermosensibles qu'il était impossible d'obtenir avec des rendements acceptables par les méthodes de la technique antérieure connues. n outre, le procédé de l'invention fait intervenir des solvants aprotiques usuels qui peuvent en particulier présenter de faibles points d'ébullition. La réaction'de métallation selon la présente invention reste cependant très rapide (de quelques secondes à quelques minutes) et conduit à des rendements voisins de 100 70. Le procédé conforme à la présente invention se caractérise en ce que l'on effectue les opérations successives suivantes on dissout le composé tétrapyrollique dans un solvant aprotique, jusqu'à une concentration maximale d'environ 1 9/1; * dans la solution ainsi obtenue,on dissout un composé hydroxylé accepteur d'électrons capable de complexer le composé tétrapyrollique, à une concentration molaire de 100 à 1000 fois celle du composé tétrapyroilique ; * on ajoute un sel du cation métallique à insérer, à une concentration molaire de 10 à 100 fois celle du composé tétrapyrollique, et * après achèvement de la réaction de métallation, on sépare la métalloporphyrine. L'introduction préalable du composé hydroxylé accepteur d'électrons permet la formation de liaisons de type hydrogène avec les atomes d'azote du macrocycle tétrapyrollique, qui provoquent la déformation non définitive de ce cycle et -favorisent ainsi l'insertion du cation métallique. Le procédé selon l'invention S'applique à tous les types de porphyrines et en part-iculier à la tétraphénylpor- phyrine, l'octaéthylporphyrine, la phthalocyanine et la tétra pyridyl-4 porphyrine. Le solvant de dissolution du composé tétrapyrol-lique est un solvant aprotique présentant de préférence une constante diélectrique inférieure à environ 40. Au-delà de cette valeur, il apparaît un risque d'ionisation possible du complexe composé tétrapyrollique/ligand. Ce solvant aprotique peut en particulier être choisi parmi le benzène, ie chlorobenzène, le chlorure de méthylène et le chloroforme. Avec de tels solvants, il a été possible d'obtenir dans la pratique une dissolution du composé tétrapyrollique jusqu'à une concentration maximale d'environ 1 9/1 - Le composé hydroxylé accepteur d'électrons qui est ajouté au milieu réactionnel présente de préférence un pKa inférieur à celui de la base conjuguée du composé tétrapyrol lique, de préférence d'au moins 3 unités.A titre d'exemples non limitatif de tels composés hydroxylés on mentionnera le p-nitro- phénol,- le p-trifl uorométhy phénol et le trifluorométhanol. Ce composé hydroxylé est dissous dans le milieu réactionnel à une concentration molaire de 100 à 1000 fois celle du composé tétrapyrollique, i.e. proche de la- saturation du milieu. Le cation métallique à insérer dans les macrocycles tétrapyrolliques est de préférence choisi parmi ceux des métaux suivants : alcalins, alcalino-terreux, V, Cr, Mn, Fe, Co,Ni, Cu, Zn, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn,- les lanthanides et Th. L'anion de ce sel métal last peut être de diverses natures. A titre d'exemples préférentiels on mentionnera toutefois l'acétate et I 'acétylacétonate.La plupart du temps, et notamment dans le cas des acétylacétonates, l'addition du sel métallant s'effectue directement sans aucun problème. Dans- le ca-s particuller de l'acétate, il peut être avantageux de dissoudre préalabiement ce sel métal land dans un minimum d'alcool, en partlcuiier d'éthanol, la quantité d'alcool utilisée représentant environ je 10ème du volume du solvant aprotique utilisé pour dissoudre le composé tétrapyrol I ique. L'insertion du métal peut être vérifiée par spectroscopie U.V.-visible ou par chromatographie en couche mince. La première méthode de contrôle consiste à obsérver les déformations caractéristiques des principales bandes d'absorption du composé tétrapyrollique, à savoir la bande de Soret et les bandes 1 à IV. La deuxième méthode permet, lorsque la tâche caractéristique du composé tétrapyrollique a disparu et qu'une nouvelle tâche- de Rf généralement inférieure apparaît, de constater que la réaction est entièrement achevée. Lorsque l'on sépare la métal loporphyrine par chromatographie sur plaque de silice, on utilise avantageusement comme éluant le même solvant aprotique que celui précédemment utilisé pour dissoudre le composé tétrapyrollique.On indiquera ci-après à titre d'illustration les valeurs de Rf- des différents partenaires réactionnels, dans le cas d'une chromatographie en couche mince faisant appel à du- chlorure de méthylène en tant qu'éludant Rf (H2TPP) = 0,9 f (MeTPP) = voisin de 3,75 (Me - métal Rf (p-nitrophénol) = O 0,2 Rf (agent métallant) = O Pour il lustrer le procédé de préparation des métalloporphyrines, objet de la présente invention, on indiquera ci-après deux exemples particuliers relatifs à la préparation de porphyrines de zinc et d'indium. EXEMPLE 1 Préparation de porphyrine de zinc Dans t litre de- chlorure de méthylène, on dissout successivement 1 g de tétraphénylporphyrine base libre (H2TPP) puis 30 g de p-nitrophénol. La tétraphénylporphyrine base libre peut par exemple être obtenue de la manière décrite par A.D.ADLER et coll., J.Org.Chem., 32,476 (1967). On ajoute ensuite à température ambiante et sous agitation une solution de 3 g d'acétate de zinc Zn(CH3C00)2,2H20J dans 25 ml de méthanol. On observe que dans ces conditions la réaction de métallation est immédiate. La récupération de la ZnTPP peut s'effectuer avanta geusement par chromatographie sur plaque de silice. Le chlorure de méthylène est utilisé comme éluant. -Le Rf de cette métallopor phyrine est de 0,74. L'identification de la métalloporphyrine formée est effectuée par spectroscopie UV-Visible : modification des quatre bandes I à IV de la H2TPP (512,546,586 et 643 nm) et apparition. de deux bandes de la ZnTPP (550 et 591 nm). EXEMPLE 2 Préparation de la porphyrine d'indium Dans le cadre de cet exemple, on rapportera la mise en oeuvre d'un procédé classique (sans additi-f de composé hydroxylé accepteur d'électrons) et d'un procédé avec additif conforme à la présente invention. a) Procédé sans additif On dissout 24 mg de H2TPP dans du chlorobenzène. On ajoute 49 mg d'acétylacétonate d'indium. En l'absence de l'additif servant à faciliter l'insertion, la mise à reflux de la solution pendant trois jours ne permet pas d'obtenir la métalloporphyrine. b) Procédé avec additif On dissout 92 mg de H2TPP dans le chlorure de méthylène. On y ajoute 424 mg de p-nitrophénol. Après dissolution, on additionne 204 mg d'acétylacétonate d'indium. A 230C, la -réaction est totale au bout d'environ 10 minutes. A 400C, elle est totale au bout de 3 minutes. Caractéristiques physiques de la porphyrine d'indium obtenue Spectre UV-Visible : Position des maxima d'absorption et- valeurs des coefficients d'extinction molaire max nm 598 558 520 425 1200 2400 470 70200 Rf : 0,67 éluant MeOH/CH2Cl : 1/9. 3ien entendu, la présente invention ne saurait être nullement limitée aux exemples particuliers décrits, mais il est parfaitement possible, san-s pour autant sortir du cadre de la présente invention, d'en imaginer un certain nombre de variantes d'exécution. REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation de métalloporphyrines, du type consistant à insérer des cations métal-liques dans des macrocycles térapyrolliques, caractérisé en ce que l'on effectue les opérations successives suivantes * on dissout le composé tétrapyrollique dans un solvant aprotique, jusqu'à une concentration maximale d'envoron 1 g/1 * dans la solution ainsi obtenue, on dissout un composé hydroxylé accepteur d'électrons çapable de complexer le composé tétrapyrollique, å une concen-tration molaire de 100 à 1000 fois celle du composé tétrapyrollique ;;- on ajoute un sel du cation métallique à insérer, à une concentration molaire de 10 à 100 fois celle du composé tétrapyrollique, et * après achèvement de la réaction de métallation, on sépare la métalloporphyrine. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé tétrapyrollique est choisi -parmi la tétraphénylporphyrine, l'octaéthylporphyrine, la phthalocyanine, la tétrapyridyl-4 porphyrine. 3. Procédé selon l'une des -revendications 1 et 2, caractérisé -en ce que ledit solvant aprotique présente une constante diélectrique inférieure à environ 40. 4. Procédé selon l'une des revendicati-ons 1 à 3, caractérisé en ce que ledit solvant aprotique est choisi parmi le benzène, le chlorobenzène, le chlorure de méthylène et le chloroforme. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le composé hydroxylé accepteur d'élec- trons présente un pKa inférieur à celui: de la base conjuguée du composé tétrapyrollique, de préférence d'au moins 3 unités.~ 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le composé hydroxylé accepteur d'électrons est choisi parmi le p-nitrophénol, ie p-trifluorométhylphénol et le trifiuorométhanol. 7. Procédé selon l'une des revendications i à 6, caractérisé en ce que le cation métallique à insérer est choisi parmi ceux des métaux suivants : alcalins alcalino- terreux, V, Cr, Mn, -e, Coi, Ni, Cu, Zn, Ru, Rh-, d, Ag, Cd, In, Sn, les lanthanides et Th. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le sel du cation métallique à insérer est l'acétate ou l'acétylacétonate. 9. Procédé selon - I'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, préalablement à son introduction dans le milieu réactionnel, le sel du cation métallique à insérer est dissous dans une faible quantité d'alcool, par exemple de méthanol 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce; que la séparation de la métalloporphyrine est réalisée par chromatographie sur plaque de silice, en utilisant comme éluant ledit solvant aprotique précédemment utilisé pour dissoudre te composé tétrapyrollique.