1) Définition :

Les porphyrines sont des macrocycles constitués de quatre unités pyridiques (comportant chacune un atome d’azote) reliées entre elles par des ponts méthylène.

Le cycle porphyrinique

Cette forte conjugaison en fait des composés très colorés et souvent photosensibles. Elles jouent un rôle essentiel dans les milieux vivants et participent, notamment, au transport et au stockage de l'oxygène (hémoglobine, myoglobine), à l'oxydation de substrats (cytochromes) ou encore à la photosynthèse dans les plantes et bactéries photosynthétiques (chlorophylle). Chez l'homme, en raison d'une déficience du système enzymatique au cours de l'une des étapes de la biosynthèse de l'hème, elles peuvent être également à l'origine d'une grave maladie appelée porphyrie.

Le macrocycle porphyrinique est un système aromatique comportant 22 électrons. Ce caractère aromatique confère aux porphyrines une stabilité thermodynamique importante et une forte absorption dans le domaine du visible. En outre, les porphyrines peuvent être métallées par pratiquement tous les métaux par réaction avec les sels métalliques correspondants et constituent, sous cette forme, d'excellents agents d'oxydoréduction. Le métal se trouve alors au centre de la porphyrine, lié au quatre atomes d’azote.

Porphyrine métallée

Des études cristallographiques ont permis de montrer que le motif de base des porphyrines possède une structure plane. Toutefois, certains facteurs peuvent entraîner des déformations du macrocycle, ce dernier perdant alors son caractère plan.

2) Le rôle des porphyrines :

Les porphyrines jouent un rôle essentiel dans les milieux vivants. Elles se présentent généralement sous forme métallée et entrent, notamment, dans la composition de différentes chromoprotéines. Certaines d'entre elles ont un rôle physiologique respiratoire. Il s'agit des différentes sortes d'hémoglobine, des cytochromes qui sont des transporteurs d'électrons, ou des cruorines rencontrées chez les invertébrés. Les porphyrines constitutives y sont alors métallées par du fer à des degrés d'oxydation divers. Ainsi, les hémoglobines, par exemple, sont constituées d'un groupement appelé hème de type porphyrinique métallé par du fer II et d'une partie protéique, la globine variant selon l'âge, l'espèce...

Exemples de macrocycles naturels

Leur rôle est d'assurer l'approvisionnement en oxygène ainsi que son stockage dans les tissus musculaires.Les chlorophylles issues des plantes vertes, métallées par du magnésium, participent au processus de photosynthèse. Rappelons que l'on désigne sous le terme de photosynthèse l'ensemble des processus permettant d'utiliser l'énergie solaire pour synthétiser les substances organiques dont les végétaux ont besoin. En effet, leur fonction principale consiste à capter l'énergie lumineuse et à la canaliser vers les centres réactionnels.

3) Porphyrines et catalyse énantiosélective :

Les structures porphyriniques chirales sont apparues dans les 25 dernières années, mais seulement quelques unes se sont révélées efficaces en tant que catalyseurs pour l’époxydation énantiosélctive d’alcènes. Le premier modèle de porphyrine métallique a été crée en 1981 par Groves avec en son centre un atome de fer. D’autres modèles existent aujourd’hui, utilisant du manganèse ou du ruthénium.

Il a alors été montré que l’on peut activer un atome d’oxygène à l’aide d’une porphyrine de fer pour époxyder des alcènes. Une porphyrine convenablement aménagée avec des groupements chiraux peut même catalyser des époxydations énantiosélectives.