CH664962A5 - Monoquaternisierte pyraziniumverbindungen und verfahren zum uebertragen von hochenergieelektronen. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Fotosynthese ist ein für die Erhaltung unserer Biosphäre fundamentaler Prozess. Wenn dieser Prozess von lebenden Organismen bewirkt wird, erfordert die Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie das Pigment Chlorophyll als Fotosensibilisator. Bei Organismen höherer Ordnungen, wie etwa bei Eukaryonten, wird diese Funktion von spezialisierten Zellorganellen übernommen, nämlich den Chloroplasten, die viele Eigenschaften ähnlich denen von selbständigen Organismen haben.

Die von den Chloroplasten absorbierte Lichtenergie führt zur Fotolyse von Wasser und einer Potentialerhöhung der fotolytisch erzeugten «energiearmen» Elektronen ( + 800 mV) auf «energiereiche» Werte von — 600 mV. Die «energiereichen» Elektronen werden von den primären Elektronenträgern eingefangen, die in Chloroplasten auftreten. Die resultierenden, «energiereichen» reduzierten Träger werden dann von den Organismen zur Umwandlung von Kohlendioxid in Kohlehydrate oder Kohlenwasserstoffe verwendet bzw. zur Umwandlung von Stickstoff in Ammoniak, und zwar unter Anwendung von enzymatisch verknüpften Prozessen. Bei Bedingungen, bei welchen diese Prozesse nicht in vollem Masse operativ sind, etwa bei begrenzter Verfügbarkeit von Kohlendioxid oder Stickstoff, werden die reduzierten Elektronenträger überdies in eine Wasserstoff erzeugende

Reaktion umgelenkt, die durch Nitrogenase bzw. Hydroge-nasen katalysiert wird.

Obwohl die Fotosynthese bzw. die in Chlorophyll-Orga-nellen ablaufenden Umsetzungsprozesse nicht völlig geklärt 5 sind, weiss man, dass die sukzessive Absorption von zwei Lichtquanten durch die gekoppelten Chlorophyllpigmente P.680 und P.700 erforderlich ist, um die Energie der durch die Fotolyse von Wasser erzeugten Elektronen auf diejenigen Werte anzuheben, die zur Bildung der reduzierten Elektro-10 nenträger erforderlich sind. Die hohen Potentiale, welche von den durch Lichteinwirkung angeregten Elektronen erreicht werden, sind ausreichend zur Reduktion der Eisen/ Schwefel-Ballungen, welche in gebundenen primären Elektronenträgern, wie Ferredoxin, vorhanden sind. Die Energie 15 wird dann auf lösliche Elektronenträger, wie freies Ferredoxin oder Flavodoxin, übertragen. Eine eingehendere Diskussion des biologischen Fotosyntheseprozesses finden sich bei J.R. Benemann et al, «Advances in Microbial Physiology», Band 5, Academic Press London, 1971, Seiten 135-172; D.I. 20 Amori et al, Proc. Nat. Acad. Sei. USA, 78, 2942-6 (1981); M. Calvin, «Living Systems as Energy Converters», North Holland Pub., Amsterdam, 1977, Seiten 231-259.

Proteine, wie die Ferrodoxine und Flavodoxine, sind die natürlichen Elektronenträger, die in biologischen Organis-25 men vorhanden sind, welche am in vivo Transfer von hochenergetischen Elektronen sowohl in aeroben als auch in anaeroben Prozessen beteiligt sind, siehe E. J. Knight et al, J. Biol. Chem., 241, 2752 (1966). Diese Proteine nehmen an der in vivo ablaufenden lichtabhängigen Stickstoffixierung, 30 Kohlehydratproduktioii und Wasserstoffentwicklung sowie an der von der Lichteinwirkung abhängigen anaeroben Stickstoffixierung teil, siehe T. R. Hamilton et al, Proc. Nat. Acad. Sei. USA, 52, 637 (1964). Im wesentlichen sorgen sie für die Übertragung der energiereichen oder hochenergeti-35 sehen Elektronen vom Chlorophyll auf die Enzyme, welche diese Elektronen verwenden.

Künstliche Systeme, die Ferredoxine und Flavodoxine verwenden, sind in jüngster Zeit als Teil verschiedener Untersuchungen in Richtung auf synthetische Wasserstoffpro-40 duktion durch Fotolyse von Wasser entwickelt worden. Derartige Systeme sind auch als Versuchsfeldmodelle für die Untersuchung von fotosynthetischen Reaktionen verwendet worden. Im typischen Fall kann das System einen synthetischen Fotoaktivator oder aber isolierte Pflanzenchloropla-45 sten, einen Elektronenträger und ein Enzym, wie Nitrogenase oder Hydrogenase, verwenden, siehe J. R. Benemann et al, Proc. Nat. Acad. Sei. USA, 64, 1079 (1969) und J. R. Benemann, «Living Systems as Energy Converters», North Holland Pubi., Amsterdam, 1977, Seiten 285-297. Bei einem 50 solchen Modell wird die Aktivität des durch die Fotosynthesereaktion stimulierten Systems z.B. verfolgt durch Reduktion von Acetylen zu Ethylen.

Untersuchungen unter Verwendung von isolierten Chlo-55 roplastensystemen haben gezeigt, dass auch andere Verbindungen als Elektronenträger wirken und anstelle von Ferredoxin oder Flavodoxin eingesetzt werden können. Beispielsweise sind Dipyridyle, wie Methylviologen, Benzylviologen und die cyclischen Analogverbindungen hiervon, zur Kupp-60 lung von belichteten Chloroplasten und Enzymhydrogenase befähigt, siehe K. K. Rao et al, «Photosynthesis in Relation to Model Systems», Seiten 299-329, Elsevier, Amsterdam, 1979; I. Okura et al, J.C.S. Chem. Comm., 1980, 84. Diese synthetischen Verbindungen können auch in zellularen foto-65 chemischen Redoxreaktionen aufeinander einwirken und «Kurzschlüsse» der fotosynthetischen Reaktionswege auslösen. Es ist daher nicht überraschend, dass einige Dipyridyle, wie Diquat und Paraquat, eine herbizide Aktivität haben,

664 962

4

siehe B. Kock et al, Biochem. Biophys. Acta, 1091, 347 (1965).

Im allgemeinen sind jedoch sehr wenige organische Verbindungen bekannt, die wirksam als Elektronenträger für Chloroplasten oder synthetische Fotoaktivatorsysteme wirken. Im typischen Fall stimmen die Potentiale der reduzierten Formen der bekannten niedermolekularen organischen Träger nicht mit dem für eine wirksame Enzymkopplung erforderlichen Potential überein. Als Folge wird die Übertragung der energiereichen Elektronen durch diese Träger zu unwirksam. Überdies begünstigt jede Tendenz der reduzierten Formen der Träger zur Erhaltung der Bindung an die Chloroplasten eine unerwünschte Umkehrreaktion mit den Organellen, was zu einem Versagen des Elektronenübertragungsprozesses führt. Synthetische Elektronenträger, die nach Art von Protein aufgebaut bzw. aus Protein synthetisiert sind, wie die synthetischen Analogverbindungen von Flavodoxin oder Ferredoxin, sind theoretisch ebenfalls möglich. Die Synthesen solcher Verbindungen wären aber kompliziert und deren Halbwertzeiten wären kurz und würden besondere Verfahren und Synthesewege erfordern, wie sie mit der Verwendung von Proteinen verbunden sind. Dementsprechend bedingt die Natur des Trägers einen der begrenzenden Faktoren für künstliche fotosyntetische Systeme.

Es ist daher ein Ziel der Erfindung, synthetische organische Verbindungn zu entwickeln, die als wirksame Elektronenträger in einem Chloroplastensystem oder in einem synthetischen Fotoaktivator-Fotosynthesesystem wirken können. Ein anderes Ziel ist die Erzeugung einer stabilen organischen Verbindung, welche die Effizienz eines Fotosynthesesystems erhöht. Ein weiteres Ziel ist die Herstellung einer organischen Verbindung, die in einem reduzierten energetischen Zustand hochgradig stabil ist. Ein weiteres Ziel ist die Herstellung von wasserlöslichen organischen Verbindungen, welche die Transduktionsprozesse unter Verwendung von Chloroplast-Organellen maximieren.

Diese und weitere Ziele werden erfindungsgemäss erreicht durch bestimmte monoquaternisierte Pyraziniumverbindungen, welche die fotosynthetische Produktion von Wasserstoff, Ammoniak und Kohlehydraten erleichtern.

Erfindungsgemässe monoquaternisierte Pyraziniumverbindungen besitzen die in Anspruch 1 definierte Formel (I).

Bevorzugte Pyraziniumverbindungen der Formel (I) haben die in den Ansprüchen 2 bis 4 angegebenen Merkmale.

Pyraziniumverbindungen der in Anspruch 5 angegebenen Formel (Ia) stellen eine bevorzugte Ausführungsform dar und werden erfindungsgemäss nach dem Verfahren von Anspruch 5 verwendet.

Bevorzugte Formen dieser Verfahren haben die in den Ansprüchen 6 bis 11 genannten Merkmale.

Ein weiteres erfindungsgemässes Verfahren hat die in den Ansprüchen 12, 16 und 19 angegebenen Merkmale; bevorzugte Ausführungsformen dieser Verfahren haben die Merkmale der Ansprüche 13 bis 15, 17, 18, 20 und 21.

Im Zusammenhang mit der Erfindung ist ein Gegenion ein Anion. das als Gegenion der monoquaternären Pyrazini-umsalzverbindung der Formel (I) wirkt, wenn in den Substi-tuenten R1 und R3 gemäss Formel (I) eine anionische Gruppe fehlt. Wenn hingegen eine solche anionische Gruppe vorhanden ist. ist ein Gegenion nicht erforderlich, da die resultierende Verbindung zwitterionisch ist. Hierfür geeignete Anionen sind die der entsprechenden mineralischen oder organischen Säuren. Nicht abschliessende Beispiele sind: Halo-genid. Sulfat. Bisulfat, Phosphat, Biphosphat, Nitrat, Perchlorat. Borat. Citrat, Tartrat, Acetat, Propionat, Succinat, Benzoat und dergleichen.

Ebenfalls im Zusammenhang mit der Erfindung bedeutet die Bezeichnung «Sulfonoxy» denjenigen Rest -SOiH, der von Sulfonsäure abgeleitet ist. Dementsprechend ist (Sulfon-oxy)-ethyl eine Gruppe der Formel CH3CH2-S03- und (Sulfonoxy )-ethylbenzol wäre als Gruppe der Formel C6H5CH2CH2S03- zu definieren.

Bevorzugte Verbindungen der Formel (I) sind solche, die als Substituenten R1 bis R5 bzw. X und Y die folgenden Gruppen aufweisen:

(a) Verbindungen der Formel (I), worin R1 Alkyl ist;

(b) Verbindungen der Formel (I), worin R3 eine Gruppe der Formel (CH2)nCHXY ist;

(c) Verbindungen der Formel (I), worin R2 Wasserstoff ist;

(d) Verbindungen der Formel (1), worin R2, R4 und R5 unabhängig gewählt sind aus Wasserstoff und Methyl;

(e) Verbindungen der Formel (I), worin R1 (Sulfonoxy)-alkyl ist;

(f) Verbindungen der Formel (I), worin R3 Sulfonoxy oder eine Gruppe der Formel (CH2)nCHXY ist und X Hy-droxyl, Carboxyl, Carboxamido, Sulfonoxy, (Sulfonoxy)-alkyl, (Carboxy)-alkyl oder Dihydroxyalkyl bedeutet;

(g) Verbindungen gemäss (f), worin R2 Wasserstoff ist;

(h) Verbindungen der Formel (I), worin R3 Sulfonoxy oder eine Gruppe der Formel (CH2)„CHXY bedeutet und X Sulfonoxy, Hydroxyl oder (Sulfonoxy)-alkyl ist, und

(i) Verbindungen gemäss (0 oder (h), worin R3 eine Gruppe der Formel (CH2)„CHXY ist.

Besonders bevorzugte Verbindungen der Formel (I) sind diejenigen, welche als Substituenten R1 bis R5, X und Y die folgenden Gruppen aufweisen, wobei auch die Namen der Verbindungen genannt sind:

1. R2, R4 und R5 sind alle Wasserstoff, R1 ist Methyl und R3 ist 1-Hydroxyethyl, d.h. l-Methyl-3-(l-hydroxyethyl)-py-raziniumjodid.

2. R2, R4 und R5 sind alle Wasserstoff, R1 ist Methyl und R3 ist 2-Hydroxyethyl, d.h. l-Methyl-3-(2-hydroxyethyl)-py-raziniumjodid.

3. R2 und R5 sind beide Wasserstoff, R1 und R4 sind Methyl und R3 ist Hydroxymethyl, d.h. l,5-Dimethyl-3-hy-droxymethylpyraziniumjodid.

4. R2 und R4 sind beide Wasserstoff, R1 und R5 sind Methyl und R3 ist Hydroxymethyl, d.h. 1,6-Dimethyl-3-hy-droxymethylpyraziniumjodid bzw. die entsprechende 1,5-Di-methyl-2-hydroxymethylverbindung.

5. R2, R4 und R5 sind alle Wasserstoff, R3 ist Methyl, R1 ist 3-Sulfonoxypropyl, d.h. l-(3-Sulfonoxypropyl)-3-methyl-pyrazin.

6. R3 und R5 sind Wasserstoff, R2 und R4 sind beide Methyl und R1 ist 3-Sulfonoxypropyl, d.h. l-(3-Sulfonoxy-propyl)-2,5-dimethylpyrazin.

7. R2, R4 und R5 sind alle Wasserstoff, R1 ist Methyl, n ist 1, Y ist Ethyl und X ist Sulfonoxy, d.h. l-Methyl-3-(2-sul-fonoxybutyl)-pyrazin.

8. R2, R4 und R5 sind alle Wasserstoff, R1 ist Methyl, n ist 2, Y ist n-Propyl und X ist Sulfonoxy, d.h. l-Methyl-3-(l-sulfonoxybutyl)-pyrazin.

9. R2, R4 und R5 sind alle Wasserstoff, R1 ist Methyl, n ist 2 und X ist 1,2-Dihydroxyethyl, d.h. l-Methyl-3-(3,4-di-hydroxybutyl)-pyraziniumjodid.

10. R2, R4 und R11 sind alle Wasserstoff, R1 ist Methyl, n ist Null und X und Y sind 2,3-Dihydroxypropyl, d.h. 1-Me-thyl-3-{ 1,2.6,7-tetrahydroxyhept-4-yl)-pyraziniumjodid.

11. R2, R4 und R* sind alle Wasserstoff, R1 ist Methyl, n ist Null und X und Y sind beide 3-Sulfonoxypropyl, d.h. Natrium-4-( 1 -methyl-3-pyrazinyI)-heptan-1,7-disulfonat.

12. Y. R2. R4 und R5 sind alle Wasserstoff, R1 ist Methyl, n ist 3 und X ist Sulfonoxy, d.h. l-Methyl-3-(4-sulfonoxybu-tyl)-pyrazin.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

664962

13. Y, R2, R4und R5 sind alle Wasserstoff, R1 ist Methyl, n ist Null und Xist Sulfonoxy, d.h. l-Methyl-3-sulfonoxypy-razin.

14. R2, R4, R5 und Y sind alle Wasserstoff, R1 ist Methyl, n ist Null und X ist 1,2-Dihydroxyethyl, d.h. l-Methyl-3-

( 1,2-dihydroxyethyl)-pyraziniumjodid.

15. R2, R4 und R5 sind alle Wasserstoff, R' und Y sind Methyl, n ist Null und X ist Sulfonoxy, d.h. l-Methyl-3-(l-sulfonoxyethyl)-pyrazin.

16. R2, R4, R5 und Y sind alle Wasserstoff, R1 ist Methyl, n ist 1 und X ist Sulfonoxy, d.h. l-Methyl-3-(2-sulfonoxy-ethyl)-pyrazin.

17. R2, R4, Y und R5 sind alle H, R1 ist Methyl, n ist Null und R3 ist Sulfonoxy, d.h. l-Methyl-3-sulfonoxyme-thylpyrazin.

18. Y, R2 und R5 sind Wasserstoff, R1 und R4 sind Methyl, n ist Null und X ist Sulfonoxy, d.h. l,5-Dimethyl-3-sul-fonoxymethylpyrazin.

19. Y, R2 und R4 sind Wasserstoff, R1 und R5 sind Methyl, n ist Null und X ist Sulfonoxy, d.h. l,6-Dimethyl-3-sul-fonoxymethylpyrazin.

20. R2, R4 und R5 sind Wasserstoff, R1 ist Methyl, n ist 1, X ist Hydroxyl und Y ist Ethyl, d.h. l-Methyl-3-(2-hydroxy-butyl)-pyraziniumj odid.

21. R2, R4 und R5 sind Wasserstoff, R1 ist Methyl, n ist 1, X ist Sulfonoxy und Y ist 1,2-Dihydroxyethyl, d.h. 1-Me-thyl-3-(2-sulfonoxy-3,4-dihydroxybutyl)-pyraziniumsalz.

Allgemein bevorzugt werden ferner die isolierten gereinigten Formen der synthetisch hergestellten Verbindungen der Formeln (I) und (Ia) bzw. der oben genannten Verbindungen 1 bis und mit 21.

Bei der Kombination von biologischen Substanzen, die eine Elektronen-Fotoaktivierungsquelle enthalten, können derartige Systeme mit Verbindungen der Formel (I) bzw. (Ia) auf biosynthetischem Wege zur Gewinnung von Kohlehydraten, von Wasserstoff oder von Ammoniak eingesetzt werden. Solche Systeme können Kombinationen von natürlichen biologischen in vivo Organismen darstellen oder aber in vitro Kombinationen von synthetischen Verbindungen und biologischen Stoffen, welche von biologischen Organismen abgetrennt oder synthetisch bzw. auf dem Wege der Gen-Technik gewonnen bzw. isoliert sind. Ausserdem können die Systeme vollständig aus synthetischen Stoffen bestehen, um die genannten Produkte auf fotosynthetischem Wege zu erzeugen.

Allgemein umfasst ein solches System ein Mittel, das eine fotoaktivierende Quelle ist oder enthält, wie Chloroplasten, in Kombination mit Wasser, eine Verbindung der Formel (I) bzw. (Ia) und ein gekoppeltes reduktives Enzym, wie Hydro-genase oder Nitrogenase.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform werden Chloroplasten in einem Zweistufensystem verwendet, welches die Chloroplasten, die Verbindung und Wasser in der einen Stufe und das Enzym, die Verbindung und Wasser in der anderen Stufe enthält. Die Stufen sind mittels einer semipermeablen Membran verbunden, welche den Durchgang der Verbindung nicht aber den der Chloroplasten oder Enzyme zulässt. Geeignete Hilfsstoffe, wie Adenosintriphosphat, Salze und Gase können ebenfalls im wässrigen Medium vorhanden sein. Die Produktgase jeder Stufe werden gesondert gesammelt, so dass keine Kurzschlüsse auftreten.

Die Verwendung von in vivo Organismen umfasst beispielsweise die Verstärkung der Stickstoffixierung durch Rhizobien indem man diese mit einer Pyraziniumverbindung in Kontakt bringt. Andere fotoaktivierende Quellen, welche mit den Pyraziniumverbindungen verwendet werden können, sind unter anderen künstliche Substanzen, wie Ruthenium-,

Molybdän- oder Eisen-organometall-Komplexe mit Gruppen, wie Bipyridyl- oder Porphyringruppen.

Die Verbindungen der Formeln (I) bzw. (Ia) sind wirksame Elektronenträger für «hochenergetische» Elektronen, wie sie insbesondere bei der Chlorophyll-Fotosynthese erzeugt werden. In diesem Prozess sind sie zur wiederholten Übertragung von «hochenergetischen» Elektronen von belichteten Chloroplasten auf ein fotosynthetisch gekoppeltes Enzym, wie Nitrogenase, befähigt. Sie können auch als wirksame Träger für «hochenergetische» Elektronen fungieren, die durch synthetische, fotosensibilisierend wirkende Organome-tallkomplexe, wie Ruthenium-, Molybdän- und Eisen-Komplexe gebildet sind.

Im allgemeinen sind die Verbindungen der Formeln (I) bzw. (Ia) wasserlöslich und haben ein Reduktionspotential von unter etwa — 500 Millivolt, gemessen mit einem pola-rografischen Halbwellenpotential bei pH 7,5. Das Reduktionspotential bezieht sich jedoch nur auf einen erforderlichen Schwellenwert; unterhalb dieses Mindestwertes wird die Aktivität durch die chemische Struktur bestimmt.

Bei Verwendung in fotosynthetischen Systemen wirken die Verbindungen (I) bzw. (Ia) vermutlich als Kopplungsmittel, welche die zur Bildung hochenergetischer Elektronen führende fotolytische Reaktion mit der reduktiven Reaktion unter Verwendung der hochenergetischen Elektronen für die Synthese von Verbindungen, typisch Wasserstoff oder Ammoniak, verbindet; sie können die Energie von der einen Reaktion auf die andere übertragen und dabei ihre strukturelle und chemische Integrität beibehalten. Im reduzierten Zustand sind sie im wesentlichen stabil und erleiden keine wesentlichen Abbau-Nebenreaktionen. Diese Eigenschaft ermöglicht das Verkoppeln der fotolytischen und der reduktiven Reaktionen ohne merklichen Energieverlust und bietet eine ausserordentlich effiziente Energieumwandlung. Ferner erleiden die erfindungsgemässen Verbindungen in ihrer Kapazität als Kopplungsmittel mehrfache Redoxreaktionen. Trotzdem verändern die wiederholten Oxidationen und Reduktionen die Verbindungen nicht in chemischer Weise; die Verbindungen können vielmehr bei einer Vielzahl von Re-doxvorgängen ohne Abbau bzw. ohne Versagen funktionieren. Dementsprechend erfordert ein arbeitsfähiges fotosynthetisches System für die Elektronentransfervorgänge keine grossen Mengen der Verbindung.

Geeignete Verbindungen der Formel (I) haben im allgemeinen ein erstes Reduktionspotential zwischen etwa — 500 und — 800 Millivolt bei pH 7,5, gemessen als polarografi-sches Halbwellenpotential.

Die Synthese der Pyraziniumverbindungen der Formeln (I) bzw. (Ia) kann allgemein aufgrund bekannter chemischer Umwandlungsmethoden für substituierte Pyrazine und organische funktionelle Gruppen erzielt werden. Geeignete Verfahren zur Herstellung erfindungsgemässer Pyraziniumverbindungen ergeben sich aus derartigen Kombinationen von Umwandlungsmethoden. Im allgemeinen beruhen diese Methoden auf der nucleophilen Substitution von und Addition an 2-Chlor- oder -Brompyrazine sowie auf der mit Basen katalysierten Kondensation von 2-Alkylpyrazinen mit Keto-nen, Aldehyden, Estern, Sultonen, Sulfonsäureestern und dergl. Multifunktionelle Seitenketten können aus Pyrazin-Zwischenverbindungen synthetisiert werden, die eine im Substituenten entsprechend positionierte «Synthon»-Gruppe besitzen. Derartige Verfahren werden im folgenden eingehender beschrieben bzw. anhand von Schemata erläutert.

Den Verfahren können allgemein zwei Methoden zugeschrieben werden: (1) Synthese von Pyrazinverbindungen mit polaren Substituenten sowie (2) Monoquaternisierung des Pyrazinkerns zur Bildung der Pyraziniumverbindungen. Wenn die monoquaternisierende Gruppe auch der polare

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

664 962

6

Substituent ist, können diese Methoden natürlich kombiniert werden. Im folgenden soll die Bezeichnung «Pyrazinverbindungen» hier die nicht-quaternisierte Form der erfindungs-gemässen Pyraziniumverbindungen bezeichnen.

Allgemeine Verfahren für die Synthese von Pyrazinverbindungen sowie spezielle Methoden für die Synthese von funktionell substituierten Pyrazinverbindungen sind zusammen mit Quaternisierungsverfahren durch die Schemata A bis N erläutert. Die Schemata A bis D zeigen die Synthese der substituierten Pyrazine über intermediäre «Synthone», auf welchen die allgemeine Synthese beruht, sowie die allgemeine Synthese der monofunktionell substituierten Pyrazinverbindungen. Die Schemata E bis J zeigen die allgemeine Synthese von Pyrazinverbindungen mit multifunktionellen Seitenketten aus den intermediären Synthonen. Die Schemata K bis M zeigen spezielle Methoden zur Synthese von Pyrazinverbindungen. Das Schema N zeigt Verfahren zur Mo-noquaternisierung der Pyrazinverbindungen für die Bildung der erfmdungsgemässen Pyraziniumverbindungen. Bei diesen Schemata und der folgenden Diskussion wird der Pyra-zinkern mit Alkylseitenketten gemäss der Formel als «Het» bezeichnet.

Das Schema A erläutert ein Verfahren zur Synthese von intermediärem Aldehyd 4, der ein brauchbares Synthon für die Herstellung von als vorletzte Stufe geeigneten Pyrazinverbindungen brauchbar ist. Der Carbonylkohlenstoff des Aldehyds 4 ist eine bifunktionelle Stelle, die zum Anbringen von multiplen funktionellen Gruppen an den Het-Kern verwendet werden kann. Das Schema A zeigt auch Verfahren zur Synthese von monofunktionalisierten Pyrazinverbindungen, wie dem Sulfonat 6, der Carbonsäure 5 und dem Ester 7. Die Verbindungen 5, 6 und 7 können auch nach den in den Schemata K bis M dargestellten Verfahren synthetisiert werden.

Im allgemeinen ist festzustellen, dass viele Pyrazinverbindungen mit Sulfonat- oder Carboxylatresten substituiert sind. Diese Verbindungen können als Salze, z.B. als Alkalimetall- oder Erdalkalimetallsulfonate oder -carboxylate,

oder als freie Säuren, wie Sulfonsäuren, hergestellt werden. Ferner können sie auch als einfache Alkylester hergestellt werden. Die Salze, Säuren und Ester sind nach an sich bekannten Verfahren ineinander umwandelbar, z.B. Veresterung mit Diazoalkan, Neutralisieren der Säure mit Alkali, direkte Herstellung des Salzes oder Umwandlung des Salzes in die Säure. Alle drei genannten Formen fallen unter die Erfindung. Zur Vereinfachung wird die Salzform, im folgenden als E bezeichnet, erläutert.

Gemäss Schema A wird der Aldehyd 4 aus dem Halogen-(Chlor oder Brom) -pyrazin 1 hergestellt, das die in Formel (I) definierten Gruppen R2, R4 und R5 als Substituenten trägt. Das Halogenpyrazin 1 wird zuerst mit dem geschützten Hydroxyalkyl-Grignard-Reagenz I' umgesetzt wie in der Reaktion AI dargestellt. Die Schutzgruppe R6 von Reagenz I' ist eine Alkoholschutzgruppe, wie die Tetrahydropyranyl-(THP) -grappe oder eine Trialkylsilylgruppe R3Si, z.B. Tri-methylsilyl oder t-Butyldimethylsilyl, oder ähnliche bekannte Hydroxylschutzgruppen, die gegen Carbanionen stabil sind. Die Umsetzung wird meist in einem aprotischen trok-kenen organischen Lösungsmittel, etwa einem Äther oder einem Kohlenwasserstoff in der Kälte oder bei milden Temperaturen zur Bildung der hydroxylgeschützten Het-Verbindung 2 durchgeführt. Wie in der Reaktion A2 von Schema A dargestellt, entsteht durch die Behandlung der Verbindung 2 mit dem entsprechenden Reagenz zur Entfernung der Schutzgruppe der Alkohol 3, z.B. durch Entfernung von THP mit einer kalten schwachen wässrigen Säure, wie z.B. verdünnter wässriger Essigsäure, oder Entfernung von R3Si mit Hilfe von Tetra-n-butylammoniumfluorid in einem polaren organischen Lösungsmittel unter milden bzw. kräftigen Bedingungen oder mit Hilfe einer alkoholischen Mineralsäure. Der Alkohol 3 ist nicht nur eine Zwischenverbindung, sondern ein Pyrazin (X ist Hydroxyl, Y ist Wasserstoff).

Wie in der Reaktion A3 dargestellt, kann der Alkohol 3 durch vorsichtige Oxidation in das Aldehyd-Synthon 4 umgewandelt werden, etwa durch Anwendung der sauren Chromtrioxid-Oxidation nach Jones in der Kälte, in Aceton oder in einem ähnlichen Lösungsmittel unter Kühlung oder nach der Chromtrioxid-Pyridinium-Komplexoxidation nach Corey in Methylenchlorid oder einem ähnlichen Lösungsmittel auf dem Eisbad oder bei niedrigen Temperaturen. Die Umwandlung kann auch zur Pyrazinsäureverbindung 5 führen, wie in Reaktion A4 dargestellt, wenn man mit einer kräftigen sauren Chromtrioxid- oder Permanganat-Oxida-tion arbeitet. Ferner können alle anderen bekannten Verfahren zur Herstellung von Aldehyden und Säuren aus Alkoholen angewendet werden, wie z.B in «Reagents for Organic Synthesis» von L.F. und M. Fieser, Wiley Interscience, Ney York, beschrieben.

Die Säure 5 kann ihrerseits verestert werden, wie in Reaktion A6 dargestellt, um die Alkylesterpyrazinverbindung 7 nach an sich bekannten Verfahren, wie Behandlung mit Diazoalkan oder Behandlung mit Alkanol und Chlorwasserstoff, zu ergeben.

Die Pyrazinsulfonsalzverbindung 6 wird wie in Reaktion A5 gezeigt durch nucleophile Substitution der funktionali-sierten Hydroxylgruppe mit Sulfition aus dem Alkohol 3 hergestellt. Zur Erleichterung dieser Substitution kann der Alkohol in Bromid umgewandelt und mit Natriumsulfit in polarem aprotischem Lösungsmittel behandelt werden. Die bevorzugte Methode zur Herstellung des Sulfonsalzes 6 besteht in der Umwandlung des Alkohols 3 in ein Tosylat durch Umsetzung mit p-Toluolsulfonylchlorid (Tosylchlorid oder TsCl) in einem trockenen Lösungsmittel, wie z.B. einem Äther, Chloroform, Methylenchlorid, Dimethylformamid und dergleichen, meist in Gegenwart einer als Getter wirkenden Menge an Pyridin, und folgender Substitution des Tosylats mit Sulfit. Als typische Reaktionsbedingungen sind zu nennen die Verwendung eines polaren Agens, wie Wasser oder Alkohol, sowie milde bis mässige Temperaturen. Obwohl die Sulfonsäure durch Behandlung des entstandenen Salzes mit einer Mineralsäure erhalten werden kann, wird die Sulfonverbindung typischerweise in Salzform, z.B. als Natriumsulfonat, isoliert. Das Salz kann direkt durch Sulfitsubstitution des Tosylats erhalten werden. Methoden für diese Umwandlungen sind ebenfalls an sich bekannt.

Die Schemata B, C und D zeigen eine Reihe von chemischen Gruppenumwandlungsschritten, die bei den in den Schemata E bis J dargestellten Pyrazinverbindungssynthesen wiederholt verwendet werden. Der Kürze halber werden diese Schritte separat als Schemata B, C und D erläutert. Aus der folgenden Beschreibung ist zu ersehen, dass die Schritte der Schemata B, C und D und auch einige der Schritte von Schema A zur Herstellung von Pyrazinverbindungen aus dem Aldehyd 4 verwendet werden, d.h. Verbindungen der Formel (II), HetCOR", worin R" Wasserstoff ist, oder aus dessen funktionalisiertem Ketonderivat der Formel (II), HetCOR", worin R" eine gemäss den vorangegangenen Synthe5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

7

664962

seschritten hergestellte und durch diese definierte Gruppe ist. HetCQR" wird im folgenden als Aldehyd/Keton (II) bezeichnet.

Das Schema B zeigt eine Folge von Schritten, die zur Herstellung von Zwischenverbindungen angewendet werden können, welche zur Herstellung von Pyrazinverbindungen führen, die mit einer Sulfonsäuregruppe substituiert sind. Wie in der Reaktion B1 dieser Sequenz gezeigt, kann das Aldehyd/Keton (II) in einem trockenen Äther als Lösungsmittel unter milden oder niedrigen bzw. kühlen Temperaturen mit dem geschützten Hydroxyalkyl-Grignard-Reagenz der Formel (III), ZMg(CH:)kOR7, worin Z Chlor oder Brom, k eine Zahl von 2 bis 3 und R7 eine bekannte Hydroxylschutz-gruppe ist, welche unter Grignard-Bedingungen beständig ist, wie THP oder SiR3, zum Alkohol 8 umgesetzt werden. Wenn R' in Alkohol 8 Wasserstoff ist, kann er wie in Reaktion B2 gezeigt nach an sich bekannten Methoden mit Oxi-dationsmitteln, wie Chromtrioxid, Permanganat und dergleichen, zum Keton 9 oxidiert werden. Alternativ kann der Alkohol 8 wie in Reaktion B3 gezeigt in das entsprechende Tosylat 10 durch Behandlung desselben mit TsCl wie oben beschrieben (Reaktion A5) umgewandelt werden.

In einem zweiten Teil der Sequenz von B werden Pyrazinverbindungen hergestellt, bei welchen eine Sulfonsäuregruppe um eine Methylengruppe von der bifunktionellen Stelle entfernt ist, und zwar unter Verwendung des Methylsulfon-säuremethylesters. Wie in Reaktion B4 gezeigt, kann das Aldehyd Keton (II) mit dem Carbanion des Methylsulfonsäu-remethylesters in trockenem aprotischem organischem Lösungsmittel, wie einem Äther, oder in einem Überschuss des Esters selbst kondensiert werden, worauf das in situ entstehende Alkoxid mit Trialkylsilylchlorid zur Bildung von Si-lylsulfonatverbindung 11 abgefangen wird. Wenn R' in Verbindung 11 Wasserstoff bedeutet, wie in Reaktion B5 gezeigt, kann die Silylgruppe mit wässrigem Tetra-n-butylam-moniumfluorid abgespalten werden, worauf die Oxidation des entstandenen sekundären Alkohols nach irgendeiner der bekannten Methoden zur Umwandlung von Alkohol in Keton durch Oxidation gemäss der oben erwähnten Literaturstelle von Fieser zur Bildung des Ketosulfonates 12 folgen kann.

Wie im dritten Teil von Schema B, der Reaktion B6, gezeigt, kann bei einer ähnlichen Sequenz die Wittig-Reaktion angewendet werden. Auch das Aldehyd/Keton (II) kann in einer Wittig-Reaktion mit Sulfonat-Ylid (IV) in einem Äther als Lösungsmittel und unter mässigen Bedingungen zur Bildung von Olefinsulfonat 13 umgesetzt werden. Die Methoden für die Wittig-Reaktion sind bekannt.

Wie im vierten Teil von Schema B, der Reaktion B7, gezeigt, kann das Tosylat 10 mit einem Alkalimetallborhydrid, z.B. Natriumborhydrid, in einem polaren Lösungsmittel und unter milden bis mässigen Bedingungen zum Ersatz der To-sylatgruppen durch ein Hydrid reduziert werden. Auf diese Weise wird die Pyrazinverbindung 10-B erhalten. Diese To-sylatreduktion sowie andere brauchbare Hydroxylgruppenumwandlungen sind in «Compendium of Organic Synthetic Method», I. Harrison, S. Harrison, Wiley-Interscience, New York, 1981, beschrieben.

Das Schema C zeigt eine Sequenz von Schritten, welche zur Herstellung einer olefinischen Zwischenverbindung angewendet werden kann, die zu Pyrazinverbindungen führt, welche mit einer Dihydroxyalkylgruppe substituiert sind. Wie in der Reaktion Cl gezeigt, wird das Aldehyd/Keton (II) mit Vinyllithium oder Alkyl-Grignard-Reagenz (V) zur Bildung von Olefinalkohol 14 umgesetzt. Im typischen Fall kann diese an sich bekannte Umwandlung in trockenem ätherischem Lösungsmittel unter milden bis mässigen Temperaturbedingungen durchgeführt werden. Der Olefinalkohol 14 kann dann in das Olefinketon 15, das Olefintosylat 16 oder das Acetalketon 17 wie folgt umgewandetl werden; wenn R' des Alkohols 14 Wasserstoff ist, wie in Reaktion C2 gezeigt, liefert die Oxidation des Alkohols 14 nach den oben beschriebenen Methoden das Keton 15. Wie in der Reaktion C3 gezeigt, liefert die Behandlung des Alkohols 14 mit Tosylchlo-rid unter den oben beschriebenen Bedingungen das Tosylat 16.

Wie in der Reaktion C4 gezeigt, führt die milde Oxidation der Olefingruppe des Ketons 15 mit kaltem Osmiumtetroxid oder kaltem Kaliumpermanganat in einem polaren Lösungsmittel zur Umwandlung der Olefingruppe in eine Diolgruppe. Es können beliebige andere Methoden zur Diol-herstellung aus Olefinen verwendet werden, wie beispielsweise in «Advanced Organic Chemistry», 2. Auflage, J. March, McGraw-Hill, 1976, beschrieben. Die Behandlung des Diols mit einem Keton, wie Aceton oder Methylethylketon in angesäuertem organischem polarem Lösungsmittel, ergibt das Acetalketon 17.

Das Schema D zeigt eine Schrittfolge, die zur Herstellung einer geschützten Alkylcarbonsäure-Zwischenverbindung verwendet werden kann, was Pyrazinverbindungen liefert, die mit einer (Carboxy)-Alkylgruppe substituiert sind. Wie in Reaktion Dl gezeigt, wird das Aldehyd/Keton (II) mit geschütztem Carboxy-Grignard-Reagenz (VI) in ätherischem Lösungsmittel unter milden Bedingungen gemäss obigen Angaben umgesetzt, was nach Hydrolyse die geschützte Carboxy Verbindung 18 liefert. Für das Reagenz (VI) kann jede Carboxylschutzgruppe verwendet werden, die unter den Bedingungen der Grignard-Syntehse stabil ist. Die in Schema D gezeigte Oxazidingruppe ist ein Beispiel; sie ist gegen Gri-gnard-Reagenz und gegen Oxidation stabil, kann aber mit ethanolischem Chlorwasserstoff entfernt werden, wie beispielsweise in «Compendium of Organic Synthetic Me-thods», I. Harrison, S. Harrison, Wiley-Intrscience, New York, 1971, beschrieben.

Wie durch die Reaktion D2 gezeigt, kann die Hydroxylgruppe der Verbindung 18 durch Borhydridreduktion des aus der Hydroxylgruppe gebildeten Tosylates in eine Hydridgruppe umgewandelt werden. Die Verbindung 18 wird zuerst mit Alkohol und Säure zur Entfernung der Carboxylschutzgruppe und zur Bildung eines Esters behandelt. Die Hydroxylgruppe des entstehenden Omega-Hydroxyesters wird unter den eben beschriebenen Bedingungen tosyliert, worauf die Tosylatgruppe mit Natriumborhydrid oder einem ähnlichem Borhydrid in einem polaren Lösungsmittel unter milden bis mässigen Bedingungen zur Bildung des Esters 19 reduziert wird. Wenn R' der Verbindung 18 Wasserstoff ist, wie durch die Reaktion D3 gezeigt, kann die Hydroxylgruppe der Verbindung 18 nach allen oben erwähnten Methoden zur Oxidation von Hydroxylgruppen zur Herstellung des Ketons 20 zu einer Ketogruppe oxidiert werden.

Multifunktionelle Pyrazinverbindungen gemäss der Erfindung können wie in den Schemata E bis J dargestellt hergestellt werden. Die durch diese Schemata dargestellten Syntheseschritte sind an sich bekannt. Die Schemata variieren als Funktion der Definition des Substituenten X.

Das Schema E zeigt die Synthese von multifunktionellen Pyrazinverbindungen, bei welchen X Hydroxyl bedeutet. In diesem Schema wird wie durch die Reaktionen El und E2 die Hydroxysulfonsäurepyrazinverbindung 22 aus dem intermediären Silylsulfonsalz 21 und der Sulfonatverbindung 11 hergestellt. Das Salz 21 wiederum wird aus dem Alkohol 8 der Reaktion B1 hergestellt. Die freie Hydroxylgruppe des Alkohols 8 wird zunächst als Trialkylsilyloxygruppe unter Verwendung von Trialkylsilylchlorid wie oben beschrieben geschützt, worauf die THP-Gruppe selektiv mit kalter schwacher wässriger Säure zur Gewinnung eines Silyloxyal-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

664 962

8

kohols (nicht dargestellt) abgespalten wird. Diese Alkoholverbindung kann dann in das Silylsulfonsalz 21 nach der für Schema A (Reaktion A5) beschriebenen Bromid- oder Tosy-latmethode umgewandelt werden. Die Entfernung der Silyl-Hydroxyschutzgruppe des Sulfonsalze 21 und der Verbindung 11 nach den für Schema A (Reaktion A2) beschriebenen Methoden und folgender Hydrolyse der Estergruppe von 11 liefert die Hydroxysulfonsalzpyrazinverbindung 22.

Wie durch die Reaktion E3 gezeigt, kann der Olefinalkohol 14 durch Olefinoxidation in die Trihydroxypyrazinver-bindung 23 umgewandelt werden. Der Alkohol 14 wird mit einem Olefinoxidationsmittel wie für Schema C (Reaktion C4) zur Gewinnung der Verbindung 23 behandelt.

Schliesslich kann wie durch Reaktion E4 gezeigt der Aldehyd 4 von Schema A mit einem Alkyl-Grignard-Reagenz von 1-3 C-Atomen unter den für Grignard-Reaktionen üblichen Bedingungen zur Gewinnung der sekundären Hydro-xylpyrazinverbindung 24 umgesetzt werden.

Das Schema F zeigt die Synthese von multifunktionellen Pyrazinverbindungen, bei welchen X Carboxyl bedeutet. Wie durch die Reaktionen Fl, F2 und F3 gezeigt, wird das Carb-oxylat 26 aus einer Cyanidzwischenverbindung 25a und 25b hergestellt. Das Tosylat 10 aus der Reaktion B3 wird mit Cyanid in polarem organischem Lösungsmittel und milden bis kräftigen Bedingungen zur Gewinnung des Cyanids 25a umgesetzt. In ähnlicher Weise kann das Olefmsulfonat 13 aus der Reaktion B6 mit Cyanid in polarem organischem Lösungsmittel zur Gewinnung des Cyanids 25b umgesetzt werden. Das Cyanid 25a kann seinerseits, wie durch die Reaktion F3 gezeigt, durch die Tosylat-Sulfonat-Transforma-tion in die entsprechende Carboxylsulfonoxypyrazinverbin-dung 26 umgewandelt werden, wobei man nach der Beschreibung für die Reaktion A2 und A5 arbeitet und die nachfolgende Nitrilhydrolyse in wässriger starker Säure, gegebenenfalls unter Zusatz von Alkohol und Erhitzung, durchführt. Das Cyanid 25b wird in ähnlicher Weise durch Hydrolyse der Nitrilgruppe in die entsprechende Carboxyl-sulfonoxypyrazinverbindung 26 umgewandelt.

Die Reaktionen F5 und F6 zeigen die Herstellung der Dihydroxycarboxypyrazinverbindung 28. Das Olefinketon 15 aus der Reaktion C2 wird mit Dibromoylid-Reagenz (VII) behandelt und das erhaltene Dibromolefin nachfolgend durch Umsetzung mit einem Alkoxid, wie Natriumethoxid in Methanol, zur entsprechenden Alkylvinylätherverbindung (nicht gezeigt) umgesetzt. Diese Verbindung wird mit acidi-schem Alkohol zur Herstellung der Olefincarboxylsäure 27 behandelt. Die Säure 27 wird dann mit einem Olefinoxida-tionsreagenz unter den für die Reaktion C4 beschriebenen Bedingungen zur Gewinnung der Pyrazinverbindung 28 oxidiert.

Die Reaktion F7 zeigt die Herstellung der Alkylcarboxy-pyrazinverbindung 29. Durch Behandlung von Aldehyd 4 mit einem Alkyl-Grignard-Reagenz von 1-3 C-Atomen mit nachfolgender Umwandlung des entstandenen Alkylalko-hols in ein Tosylat unter den für die Reaktion A5 beschriebenen Bedingungen wird durch nucleophile Substitution der Tosylgruppe durch Cyanid und nachfolgende Hydrolyse unter den für die Reaktion F3 beschriebenen Bedingungen die Pyrazinverbindung 29 gebildet.

Das Schema G zeigt die Synthese von multifunktionellen Pyrazinverbindungen, bei welchen X eine Sulfonoxygruppe ist. Die Reaktionen Gl und G2 zeigen die Herstellung der Disulfonsäurepyrazinverbindung 31 aus Alkohol 8 und Sulfonat 13. Diese Umsetzungen werden nach den für die Reaktion A5 beschriebenen Methoden durchgeführt, wobei eine Dibromverbindung oder eine Ditosylatverbindung als Zwischenverbindung verwendet werden kann. Der Alkohol 8 aus der Reaktion B1 wird zunächst hydrolysiert (Reaktion

Gl, Bedingungen wie bei Reaktion A2 beschrieben), um die Alkoholschutzgruppe zu entfernen. Die entstandene Dihy-droxyverbindung (nicht gezeigt) wird zur Gewinnung des Di-tosylates 30 ditosyliert. Das Ditosylat 30 oder die andere Zwischenverbindung, das Olefmsulfonat 13 aus der Reaktion B6, kann dann mit Sulfitanion wie in der Reaktion G2 zur Bildung der Pyrazinverbindung 31 umgesetzt werden.

Die Umsetzungen G3 und G4 zeigen die Herstellung von Dihydroxysulfonatpyrazinverbindung 33. Das Tosylat 16 (R' ist Wasserstoff) aus der Reaktion C3 wird zunächst mit Sulfitanion umgesetzt, wie für die Reaktion A5 beschrieben, um die Olefinsulfonsäure 32 zu erzeugen, die mit einem Olefinoxidationsmittel wie für Reaktion C4 beschrieben zur Bildung der Pyrazinverbindung 33 oxidiert wird.

Schliesslich wird, wie durch die Reaktion G5 gezeigt, die Alkylsulfonsäurepyrazinverbindung 34 durch Reaktion von Aldehyd 4 mit einem Alkyl- (R9) Grignard-Reagenz und nachfolgender Tosylat-Sulfonat-Umwandlung des erhaltenen Alkohols gemäss Reaktion A5 gebildet.

Das Schema H zeigt die Synthese von multifunktionellen Pyrazinverbindungen, bei welchen X eine (Sulfonoxy)-Alkyl-gruppe von 1-3 C-Atomen ist. Die Reaktionen Hl bis H3 zeigen die Herstellung von Bis(sulfonoxy)-alkylpyrazinver-bindungen 36 und 37. Der Ester 7 aus der Reaktion A6 wird mit zwei Äquivalenten Grignard-Reagenz (III) behandelt, worin R7 die Gruppe R3Si (Bedingungen der Reaktion Bl) bedeutet, worauf der entstandene Alkohol (Bedingungen der Reaktion A5) tosyliert und das entstandene Tosylat (Bedingungen gemäss Reaktion B7) zur Gewinnung der Zwischenverbindung 35 der Borhydridreduktion unterworfen wird. Die Silyl-Alkohol-Schutzgruppe dieser Zwischenverbindung wird (Bedingungen gemäss Reaktion A2) entfernt und die entstandene Diolverbindung der Tosylat-Sulfonat-Transfor-mation zur Gewinnung der Bis(Sulfonoxy)-alkylpyrazinver-bindung 36 unterworfen. Die Pyrazinverbindung 37 wird aus dem Olefmsulfonat 13 (R' ist Wasserstoff) durch Kondensation mit dem Carbanion von Methylsulfonsäuremethylester (Bedingungen gemäss Reaktion B4) und folgender Protonie-rung und Hydrolyse der Estergruppe hergestellt. Alternativ kann die Verbindung 37 durch sequentielle Kondensation des Aldehyds 4 mit zwei Äquivalenten des Carbanions von Methylsulfonsäuremethylester hergestellt werden. Nach Zusatz des ersten Äquivalents wird die entstandene Hydroxyl-verbindung in situ durch Behandlung mit Säure dehydrati-siert, was zur Bildung der Verbindung 13 führt, die wiederum in situ dann mit dem zweiten Äquivalent kondensiert wird.

Die Reaktionen H4 bis H9 zeigen die Herstellung der Di-hydroxy-(sulfonoxy)-alkylpyrazinverbindungen 41 und 43. Das Olefinketon 15 aus der Reaktion C2 wird unter Anwendung der Reaktionsfolge Bl, B2 und B3 von Schema B in das Tosylat 38 (Reaktion H4) umgewandelt, wobei das Keton 15 das Aldehyd/Keton (II) der Reaktion Bl ist. Das Tosylat 38 wird mit einem Alkalimetallborhydrid (Reaktion H 5, Bedingungen der Reaktion B7) zum Silylolefin 39 reduziert. Das Olefin 39 wird in das Olefmsulfonat 40 (Reaktion H6) durch Abspalten der Silylgruppe (Bedingungen der Reaktion A2) und die Tosylat-Sulfonat-Transformation (Bedingungen der Reaktion A5) umgewandelt. Das Sulfonat 40 wird dann zur Herstellung der entsprechenden Dihydroxy-(sulfonoxy)-alkylpyrazinverbindung 41 durch Behandlung mit einem Olefinoxidationsmittel (Reaktionsbedingungen gemäss C4) entsprechend der Reaktion H7 oxidiert.

Das Acetalketon 17 ist das Ausgangsmaterial für die Reaktionen H8 und H9 zur Herstellung der Dihydroxy-(sulfon-oxy)-alkylpyrazinverbindung 43. Das Keton 17 wird wie das Aldehyd Keton (II) der Reaktionsfolge B6 von Schema B

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

zur Herstellung des Olefinsulfonates 42 verwendet. Die kata-lytische Reduktion der Verbindung 42 unter niedrigem Wasserstoffdruck und Verwendung von Rhodiumchlorid, Platinchlorid, Rutheniumchlorid oder Palladiumchlorid als Katalysator in einem nicht-polaren Lösungsmittel, wie Benzol oder Hexan, und folgender saurer Hydrolyse der Acetal-gruppe liefert die Pyrazinverbindung 43.

Die Reaktionen H10 bis H14 zeigen die Synthese der Alkyl-(sulfonoxy)-alkylpyrazinverbindung 46. Das Aldehyd 4 wird durch eine Alkyl-(R9)-Grignard-Reaktion und Oxidation des entstandenen Alkohols (Bedingungen der Reaktionen E4, A3) in das Keton 44 (Reaktion H10) umgewandelt. Das Keton 44 wird unter Anwendung der Reaktionsfolge von Schema B in das Tosylat 45a oder das Olefmsulfonat 45b umgewandelt, wobei in den Reaktionen Bl und B6 das Keton 44 als Aldehyd/Keton (II) verwendet wird.

Das Tosylat 45a wird dann durch Alkalimetallborhydrid-Reduktion des Tosylats, Abspaltung der Silylschutz-gruppe und Tosylat-Sulfonat-Transformation unter den Bedingungen wie für die Reaktionen B7, A2 und A5 beschrieben in die entsprechende Pyrazinverbindung 46 (Reaktion H13) umgewandelt. Das Tosylat 45b wird auch in die entsprechende Pyrazinverbindung 46 (Reaktion H14) durch ka-talytische Hydrierung und Hydrolyse wie für die Reaktion H9 beschrieben umgewandelt.

Das Schema I zeigt die Herstellung von multifunktionellen Pyrazinverbindungen, bei welchen X eine Dihydroxyal-kylgruppe von 2-3 C-Atomen ist. Die Reaktionen II und 12 erläutern die Herstellung der Bis(dihydroxyalkyl)-pyrazin-verbindung 48. Das Olefinketon 15 aus der Reaktion C2 wird nach der Reaktionssequenz (Reaktionen Cl und C3) von Schema C in das Olefintosylat 47 umgewandelt, wobei das Keton 15 als Aldehyd/Keton (II) in der Reaktion Cl verwendet wird. Die Alkalimetallborhydrid-Reduktion des Tosylats 47 (Bedingungen von Reaktion B7) und die Olefin-oxidation zu Dihydroxygruppen (Bedingungen der Reaktion C4) liefert die Pyrazinverbindung 48 (Reaktion 12).

Die Reaktionen 13 bis 19 erläutern die Herstellung von (Sulfonoxy)-alkyl-dihydroxyalkylpyrazinverbindungen 51 und 53. Das Olefinketon 15 wird nach der Reaktionssequenz (Reaktionen Bl, B2) von Schema B in das Tosylat 49 (Reaktion 13) umgewandelt, wobei das Keton 15 als Aldehyd/Keton (II) verwendet wird. Das Tosylat 49 wird dann in das Olefmsulfonat 50 (Reaktion 14) umgewandelt, und zwar durch Alkalimetallborhydrid-Reduktion (Reaktionsbedingungen B7), folgender Silylgruppenabspaltung (Reaktionsbedingungen A2) und Tosylat-Sulfonat-Transformation (Bedingungen gemäss Reaktion A5). Das Sulfonat 50 wird dann mit einem Olefinoxidationsmittel (Reaktion 15, Reaktionsbedingungen C4) zur Bildung der Pyrazinverbindung 51 oxidiert. Das Acetalketon 17 kann in die Pyrazinverbindung 53 dadurch umgewandelt werden, dass man das Keton 17 als Aldehyd/Keton (II) in der Reaktionssequenz von Schema B (Reaktionsbedingungen B6) verwendet, um das Olefmsulfonat 52 zu bilden, das dann katalytisch hydriert und hydroly-siert wird (Reaktion 18, Reaktionsbedingungen H9).

Die Reaktion 19 erläutert die Herstellung der Alkyl-di-hydroxyalkylpyrazinverbindung 54. Die Alkyl-(R9)-Gri-gnard-Reaktion mit Olefinketon 15 und folgender Tosylat-bildung, Tosylatreduktion mit Borhydrid und Olefinoxida-tion (Reaktionsbedingungen A5, B7 und C4) liefert die Pyrazinverbindung 54.

Das Schema J erläutert die Herstellung von Pyrazinverbindungen, bei welchen X eine (Carboxy)-alkylgruppe von 2-4 C-Atomen ist. Die Reaktionen J1 bis J5 zeigen die Herstellung der (Sulfonoxy)-alkyl- bzw. (Carboxy)-alkylpyrazin-verbindungen 58 und 60. Bei den Reaktionen Jl und J2 wird das geschützte Carboxyketon als Aldehyd/Keton (II) in der

664 962

Reaktionssequenz von Schema B (Reaktion Bl) zur Bildung des Alkohols 56 verwendet, der dann in den Methylester umgewandelt und als Alkohol 8 in der Reaktionsfolge von Schema B (Tosylatreduktion, Reaktionen B3 und B7) zur Bildung des Methylesters 57 verwendet wird. Der Ester 57 wird dann in die Pyrazinverbindung 58 umgewandelt, und zwar durch Silylgruppenabspaltung (Reaktionsbedingungen A2) und Tosylat-Sulfonat-Transformation (Reaktionsbedingungen A5). Sulfonat- und Carboxylatestergruppen können durch Hydrolyse mit Base in die Salzform umgewandelt werden.

In ähnlicher Weise (Reaktionen J4 und J5) wird das Keton 20 in die Pyrazinverbindung 60 umgewandelt, indem man dieses Keton als Aldehyd/Keton (II) in der Reaktionsfolge von Schema B (Reaktion B6) zur Herstellung der Ole-finsulfonsäure 59 verwendet, die dann zur Gewinnung der Verbindung 60 hydrolysiert und katalytisch hydriert (Reaktionsbedingungen H9) wird. Die Estergruppe kann durch Hydrolyse mit Base in die Salzform umgewandelt werden.

Die Reaktionen J6 und J7 erläutern die Herstellung der Dihydroxyalkyl-(carboxy)-alkylpyrazinverbindung 62. Das geschützte Carboxyketon 20 wird als Keton (II) in der Reaktionsfolge von Schema C (Reaktion Cl) zur Gewinnung des Olefinalkohols 61 verwendet, der dann durch saure Hydrolyse von der Schutzgruppe befreit, tosyliert, mit Alkalimetallborhydrid reduziert (Reaktionsbedingungen C3 und C5) und mit einem Olefinoxidationsmittel (Reaktionsbedingungen C4) zur Bildung der Pyrazinverbindung 62 oxidiert wird.

Die Reaktion J8 erläutert die Herstellung von Alkyl-(carboxy)-alkylpyrazinverbindung 63. Das geschützte Carboxyketon 20 wird mit einem Alkyl-(R9)-Grignard-Rea-genz umgesetzt, durch saure Hydrolyse von der Schutzgruppe befreit, tosyliert und mit Alkalimetallborhydrid reduziert (Reaktionsbedingungen C3 und C5), wodurch man die Pyrazinverbindung 63 erhält.

Spezielle Synthesen von Pyrazinverbindungen, die auf dem anionisch stabilisierenden Charakter des Pyrazinkerns beruhen, sind in den Schemata K bis M dargestellt. In diesen Schemata und der nachfolgenden Erläuterung wird der tri-substituierte Pyrazinring gemäss der Erfindung durch die Bezeichnung «Pyr» wiedergegeben.

Das Schema K zeigt die Herstellung einer Pyrazinverbindung, die Sulfonsäuregruppensubstitutionen aufweisen, unter Anwendung nucleophiler Reaktionen. Die Substitution eines Brommethylpyrazins mit Mercaptid-Anion in polarem Lösungsmittel und folgende Oxidation mit einem Oxida-tionsmittel, wie saurem Chromtrioxid oder Permanganat, liefert die Pyrazinylmethylsulfonsäure 64 (Reaktion Kl). Die direkte Gewinnung der gleichen Art von Säure, nämlich l-(Pyrazin-2-yl)-alkylsulfonsäure 65, wird durch nucleophile Substitution von 2-(l-Brom- oder -jodalkyl)-pyrazin mit 1-7 C-Atomen in der Alkylgruppe mit Sulfitanion in polarem Lösungsmittel und folgender Aufarbeitung unter sauren Bedingungen (Reaktion K2) erzielt.

Die Pyrazinstabilisierung eines in situ erzeugten Carban-ions wird in Reaktion K3 zur Herstellung von 2-(Pyrazinyl)-ethansulfonsäure oder 2-(Pyrazinyl)-l-(alkyl)-ethylsulfon-säure 66 durch Kondensation von 2-(l-Alkenyl)-pyrazin mit Sulfitanion in polarem Lösungsmittel und folgender Aufarbeitung unter sauren Bedingungen angewendet.

Die Kondensation eines zyklischen Sultons, das 3-6 Methylengruppen enthält, mit Pyrazinylmethylnatrium, das in situ aus Methylpyrazin und Natriumamid in Ammoniak erzeugt ist, liefert Omega-(Pyrazinyl)-alkylsulfonsäure 67, die 3-6 C-Atome in der Alkylgruppe besitzt (Reaktion K4).

Schliesslich liefert die nucleophile Substitution am Pyra-zinkern von Chlor- oder Brompyrazin unter Verwendung von Sulfitanion in Wasser die Pyrazinsulfonsäure 68, und

9

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

55

664 962

10

zwar wiederum nach Aufarbeitung unter sauren Bedingungen (Reaktion K5).

Das Schema L erläutert die Herstellung von Hydroxyal-kylpyrazinverbindungen. Bei diesen Herstellungswegen werden verschiedene Methoden angewendet. Unter den Bedingungen der Reaktion C4 liefert die olefinische Oxidation von (But-l-en-4-yl)-pyrazin, das durch Kondensation von Alkyl-bromid und Pyrazinylmethylnatrium erzeugt ist, das (3,4-Di-hydroxybutyl)-pyraziil 69 (Reaktion LI). Die Kondensation von Methylpyrazin mit Paraformaldehyd liefert 2-(2-Hydro-xyethyl)-pyrazin 70 (Reaktion L2), während die Kondensation mit einem Alkylaldehyd in Base das 2-(2-Alkyl-2-hydro-xyethyl)-pyrazin (Reaktion L3) liefert. In ähnlicher Weise wird durch Kondensation des basisch erzeugten Anions von Methylpyrazin mit einem Ester einer Alkylcarbonsäure, die 1-6 C-Atome in dem Alkylteil enthält, die Ketonzwischen-verbindung 72 erhalten, die mit Natriumborhydrid oder einem ähnlichen Hydrid-Reduktionsmittel zur Gewinnung des Pyrazins 71 (Reaktion L4) reduziert werden kann.

Die nucleophile Substitution von (l-Bromalkyl)-pyrazin mit Hydroxid liefert (l-Hydroxyalkyl)-pyrazin 73 (Reaktion L5). Hydroxymethylpyrazin 74 kann aus Methylpyrazin durch Oxidation mit Wasserstoffperoxid und folgender Behandlung mit dem Anhydrid einer organischen Säure sowie Hydrolyse mit Base (Reaktion L6) hergestellt werden.

Das Schema M erläutert eine spezielle Synthese einer Py-razinylpropionsäure. Methylpyrazin-Anion wird mit Tri-chloracetaldehyd kondensiert, worauf mit Base (Hydroxid) umgesetzt und zur Gewinnung von 3-(Pyrazinyl)-acrylsäure 75 angesäuert wird. Diese Säure wird dann katalytisch über Palladium/Holzkohle zur Gewinnung von 3-(2-Pyrazinyl)-propionsäure 76 hydriert.

Das Schema N erläutert die zweite Phase der Gesamtsynthese, nämlich die Monoquaternisierung. Wenn die quaterni-sierende Gruppe eine Alkylgruppe ist, kann man im allgemeinen das entsprechende Alkylbromid oder -jodid mit der entsprechenden Pyrazinverbindung zur Quaternisierung eines Pyrazinkerns (Reaktion Nl) umsetzen. Wenn die Pyrazinverbindung in Position R3 monosubstituiert ist, führt dieser Prozess zur Quaternisierung des Stickstoffatoms in der

Meta-Stellung relativ zu R3. Bei anderen Substitutionswegen bestimmt die sterische Anordnung das Stickstoffatom im Pyrazin, welches quaternisiert wird. Wenn daher mehrere Substituenten vorhanden sind, z.B. R2, R3, R4 und R5, können 5 Mischungen entstehen, die durch Säulenchromatographie, Hochdruckchromatographie oder ähnlichen Methoden voneinander getrennt werden können.

Wenn die monoquaternisierende Gruppe ausserdem mit einer Carboxyl- oder Sulfonoxygruppe funktionalisiert ist, io kann die entsprechende Pyraziniumverbindung nach den in den Reaktionen N2 bis N5 erläuterten Reaktionen hergestellt werden. Die Kondensation der geeigneten Pyrazinverbindung mit Methylvinylsulfonat oder Acrylsäure liefert die entsprechende 1 -(2-Sulfonoxyethyl)-pyraziniumverbindung 15 78 oder die l-(2-Carboxyethyl)-pyrazinium-hydrobromid-Verbindung 80 (Reaktionen N2 und N4). In gleicher Weise liefert die Kondensation der entsprechenden Pyrazinverbindung mit einem Sulton von 3-6 C-Atomen die entsprechende l-(Omega-Sulfonoxyalkyl)-pyraziniumverbindung 79 (Reak-20 tion N3). Schliesslich liefert die Kondensation von Methyl-omega-jodalkylsulfonat oder -carboxylat, das 1-3 C-Atome im Alkylteil aufweist, mit der entsprechenden Pyrazinverbindung nach Hydrolyse der Estergruppe die l-[Omega-(Sulfon-oxy- oder -Carboxy)-alkyl]-pyraziniumverbindung 81 (Reak-25 tion N5).

Isolation, Reinigung und Aufarbeitung der Pyrazinzwi-schenverbindungen, der Pyrazinverbindungen und der Pyraziniumverbindungen gemäss Schemata A bis N können nach an sich bekannten Methoden erzielt werden. Hierzu gehört 30 die Neutralisation mit geeigneten Säuren oder Basen, die Extraktion mit wässrig/organischen Lösungsmittelsystemen, die Trennchromatographie oder Gelpermeation-Säulenchro-matographie auf Trägern, wie Silicagel, Polyamid, Polyacrylamid, Ionenaustauschharz, vernetztem gequollenem 35 Dextrin-Gel («Sephadex»), Celit und dergleichen, Hochdruckflüssigchromatographie unter Verwendung der bekannten stationären Träger, Kristallisationsmethoden, Vakuumdestillation, Sublimation und dergleichen. Ferner kann man soweit zweckmässig oder erforderlich unter Feuchtig-40 keitsausschluss bzw. mit trockenen Lösungsmitteln arbeiten.

Schema A

Synthese von «Synthon» 4 und monofunktionelle Produkte ,N>

AI.

r5^vr2

z

(I)

+ ZMg(CH2)n+1 OR6

HetCHiOR6

A2. 2 + HOAc/HiO (R6 ist THP) Bu4NF (R6 ist SiRj)

A3. 3 + Oxidation

A4. 3 + Oxidation

A5. 3 + l)TsCl,2)Na2S03

A6. 5 + R9OH, Säure

Bedeutungen:

1.

4 ■5

■6 ■ 7

HetCH2OH

HetCHO HetC02H HetCH2S03E HetCH2C02R9

(CH2)n.

ist Het, worin n eine Zahl von 1-6 bedeutet

11

2. Z ist Cl, Br

3. R(' ist THP, SiR.,

4. E ist ein Alkali- oder Erdalkali-Kation

5. Ry i-t Alkyl mit 1-3 C-Atomen

Schema B

Reaktionsfolge zur Herstellung von Zwischenverbindungen, die zu einer Sulfon-siiuregruppe führen

Bl. HetCOR' + ZMg(CH2)kOR7

(II) (III)

B2. 8 (R' ist H) + Oxidation B3. 8 + TsCl

B4. (II) + l)CH,SO,Me/NaH 2) RjSiCl

B5. n (R'istH) + 1) Bu4NF 2) Oxid

B6. (11) + Ph,PCHSO,Me (IV)

B7. ]0 + NaBH4

_8 HetCR'OH(CH2)kOR7

_9 HetCO(CH2)4OR7

10 HetCR'OT s(CH2)4OR7

ü HetCR'(0SiR3)eH2S03Me

12 HetC0CH2S03Me

13 HetCR'=CHS03Me 10-B HetCHR'(CH2)kOR7

Bedeutungen:

1. R' ist H oder eine andere funktionelle Gruppe gemäss der Erfindung.

2. k ist eine Zahl von 2-3

3. R7 ist THP, SiR,

Schema C

Reaktionsfolge zur Herstellung von Zwischenverbindungen, die zu einer Dihy-droxyalkylgruppe mit 2-3 C-Atomen führen

C1. (II) + LiCH = CHR8 oder ZMgCH->CH = CH-. (V)

14 HetCR'OH(CH2)/CH = CHR8

C2. 14 (R' ist H) + Oxidation C3. 14 + TsCl C4. 15 + Olefinoxidation 15-C + Aceton, Säure

C5. 16 + NaBH4

■ 15 HetCO(CH2);CH=CHR8

• 16 HetCR'OT s(CH2),CH=CHR8

• 15jÇ HetCO(CH2),CHOHCHOHR8

• 17 HetCO(CH2)/C HC HR8

— I I

o o

• 16-C HetCHR'(CH2)/CH = CHR8

Bedeutungen:

1, Rs ist H, Me

2. / ist Null oder 1

Schema D

Reaktionsfolge zur Herstellung von Zwischenverbindungen, die zu einer Carbonsäuregruppe mit 2-4 C-Atomen führen

Dl. (II) + ZMg(CH->)mOxaz (VI)

18 HetCR'OH(CH2)mOxaz

664 962

12

D2. 18+1) MeOH/HCl

2) TsCl

3) NaBH4

D3. ^8 (R' ist H) + Oxidation

19 HetCHR'(CH2)mCO,Me

20 HetCO(CH2)mOxaz

Bedeutungen: n 1.

2. m ist 1-3

-N'

//

ist Oxaz

Schema E

Synthese von Pyrazinverbindungen mit X als Hydroxyl

El. 8 (R7 ist THP) + DRjSiCl

2) Schema A (A2, A5)

E2. 21 und 11 (R' ist H) + Bu4NF

E3. 14 (R' ist H) + Schema C

E4. 4+1) R9MgZ, 2) Säure

21 HetCH0SiR3(CH2)kS03E

22 HetCH0H(CH2)mS03E

23 HetCHOH(CH2)/CHOHCHR8OH

24 HetCHOHR9

Schema F

Synthese von Pyrazinverbindungen mit X als Carboxyl

Fl. 10 (R'ist H) + KCN (R7 ist SiR3)

F2. 13 + KCN

F3. 25a + Schema A (A2. A5)

25a HetCH(CN) (CH2)kOSiR3

25b HetCH(CN)CH2S03Me 25c HetCH(CN) (CH2)kS03E

F4. 25b und 25c + Hydrolyse

F5. 15+1) Ph,PCBr,, 2) NaOMe (VÌI) 3) MeOH/HCl

26 HetCH(C02H) (CH2)mS03E

27 HetC H(CH-i)/CH = CHR8

i

CO,Me

F6. 27 + Schema C (C4)

F7. 4+ 1) R9MgZ,2)TsCl 3) KCN. 4) Säure

28 HetCH(COiH) (CH,)r -CHOHCHR8OH

29 HetCHR9CO-.E

Schema G

Synthese von Pyrazinverbindungen mit X als

Gl. 8 (R'ist H) + 1) Säure 2) TsCl

G2. 30 und _L3 + Schema A (A5) G3. 16 (R'ist H) + Schema A (A5)

G4. 32 + Schema C (C4)

G5. 4+1) R9MgZ

2) Schema A (A5)

Sulfonoxygruppe

-► 30 HetCHOTs(CH2)kOTs

31 HetCH(S03E(CH2)mS03E -» 32 HetCH(S03E) (CH2)CH = CHR8

->33 HetCH(SO,E) (CH,)r -CHOHCHR8OH

-» 34 HetCHR9S03E

13

664962

Schema H

Synthese von Pyrazinverbindungen mit X als (Sulfonoxy)-alkylgruppe mit 2-3 C-Atomen

Hl. 7 + 1) 2M von (III)

2) Schema B (B3, B7)

H2. 35 + Schema A (A2, A5)

H3. 13 (R' ist H) + 1) CH3S03Me/NaH 2) Hydrolyse

H4. 15 + Schema B (Ba)

H5. 38 + Schema B (B7)

H6. 39 + Schema A (A2, A5)

H7. 40 + Schema C (C4)

H8. 17 + Schema B (B6)

35 HetCH[(CH2)kOSiR3]2

36 HetCH[(CH2)kS03E]2

37 HetCH[CH2S03E]2

• 38 HetCOTs(CH2)kOSiR3

(CH2),CH = CHR8

• 29 HetCH(CH2)kOSiR3

(CH2),CH = CHR8 •40 HetCH(CH2)kS03E

(Ì:h2),ch=chr8

>41 HetCH(CH2)kS03E

(CH2),CHOHCHR8OH •42 HetC = CHS03Me

I

(ch2)/chchr8

o o

H9. 42 + 1) H2/Katalysator 2) Säure

H10. 4 + 1) R9MgZ 2) Oxidation

Hl 1. 44 + Schema B (Bl, B3)

H12. 44 + Schema B (B6)

H13. 45a + Schema B (B7)

Schema A (A2, A5)

H14. 45b + 1) H2/Katalysator 2) Säure

43 HetCHCH2S03E

(CH2),CHOHCHR8OH

44 HetCOR9

45a HetCR9OTs(CH2)kOSiR3 45b HetCR9 = CHS03Me 46 HetCR9(CH2)mS03E

Schema I . -

Synthese von Pyrazinverbindungen mit X als Dihydroxyalkylgruppe von 2-3 C-Atomen

11. 15 + Schema C (Cl, C3)

12. 47 4- Schema C (C5, C4)

13. 15 + Schema B (Bl, B3)

14. 49 + Schema B (B7)

Schema A (A2, A5)

> 47 HetCOTs[CH2)/CH = CHR8]2 >48 HetCH[(CH2)/CHOHCHR8OH]2

> 49 Het^OTs(CH2)kOSiR3

(CH2)kCH = CHR8 » 50 HetÇH(CH2)kS03E (CH2)/CH = CHR8

664 962

14

15. 50 + Schema C (D4)

16. 17 + Schema B (B6)

17. 52 + Schema H (H9)

18. 15 + R9MgZ

Schema C (C3, C5, C4)

51 Het

<pH(CH2)kS03E (CH2),CHOHCHR3OH

52 HetC = CHSO^Me

I

(CH2)/CHCHR8

53 Het^HCH2S03E

(CH2)yCHOHCHR8OH

54 HetCHR9(CH2)/CHOHCHR8OH

Schema J

Synthese von Pyrazinverbindungen mit X als (Carboxy)-alkylgruppe von 2-4 C-Atomen

Jl. 20 + Schema B (Bl)

J2. 56+1) MeOH/HCl

2) Schema B (B3, B7)

J3. 57 + Schema A (A2, A5)

J4. 20 + Schema B (B6)

J5. 59 + MeOH/HCl, Schema H (H9)

J6. 20 + Schema C (Cl)

il. 61 + MeOH/HCl

Schema C (C3, C5, C4)

J8. 20+1) R9MgZ, 2) MeOH/HCl 3) Schema B (B3, B7)

56 HetCOH(CH2)kOSiR3

(CH2)mOxaz

57 HetCH(CH2)kOSiR3

(Ì:H2)mC02Me

58 HetCH(CH2)kS03E

(CH2)mC02E

59 HetC = CHS03Me

I

(CH2)mOxaz

60 HetCHCH2S03E

(CH2)mC02E

61 HetCOH(CH2)/CH=CHR8

(CH2)mOxaz

62 HetCH(CH2)/CHOHCHR8OH

(CH2)mC02E

63 HetCHR9(CH2)mC02E

Schema K

Spezielle Synthese von Pyrazinsulfonsäuren

Kl. PyrCHiBr + 1) NaSH 2) KMn04

K2. PyrCHR'°Br + Na2S03/Säure (R10 ist Alkyl von 1-6 C-Atomen, Wasserstoff)

K3. PyrCH = CHR10 + Na2S03

K4. PyrCH, + (CH^S03

K5. Pyr-Z + Na2S03

64 PyrCH2S03E

65 PyrCHRS03E

• 66 PyrCH2CHR,0SO3E

67 PyrCH2(CH2)nS03E

68 PyrS03E

15

Bedeutungen: „5

V^N

' ist Pyr

Schema L

Spezielle Synthese von Pyrazinalkoholen

LI. Pyr(CH2)2CH = CH2 + Olefin

Oxidationsmittel

L2. PyrCH, + (CH20)n

L3. PyrCH,/Base + RIOCHO

L4. PyrCH, + RlüCO,Me/Base -■72 + NaBH4

L5. PyrCHRBr + K2C0.,/H20/Me0H

L6. PyrCH, + 1)H202

2) Ac-,0

3) NaOH

69 Pyr(CH2)2CHOHCH2OH

70 Pyr(CH2)2OH

71 PyrCH2CHR'°OH

72 PyrCH,COR10

71 PyrCH2CHR10OH

73 PyrCHROH

74 PyrCH2OH

Schema M

Spezielle Synthese von Pyrazincarbonsäuren

Ml. PyrCH, + l)CCl,CHO 2) NaÒH

75 + H ^'Katalysator

75 PyrCH = CHC02H

76 PyrCH2CH2C02H

Schema N

Synthese von monoquaternisierten Pyraziniumverbindungen

R5^N

.XI;

t> * M

N1

R N R

I +

Ns~ R2

XI

N2

R5^N . r2

- AI;

SO^Me

SO-

, ^ XII

R2 3

N3

k5^Nv r2 ( ^

• XJ: (CCT3

N R-

f°3 I + -,

XX

664962

16

N 4 .

COjîI

5 Kßr f

R Y*N Yr2

1J

80

R4 N R3 cu2n R

N5.

W I

(CH' ) i *■ m

5 + 2

~ R2

r Vnv r2 r y9 mV

t\»x * i,c"2»m-» —* 44hI

R p3 „ R4 N r3

K W « S03Me K

81

C02Me m ■ 1-3 (SO Me)

m « 2-3 (COple)

Die Pyraziniumverbindungen gemäss der Erfindung sind mit einem Wassereinlass und Kühlung ausgerüstet ist. In die-als Elektronenträger in fotolytischen Systemen brauchbar. 25 se wässrige Mischung kann dann ein kleineres Gefäss einge-Sie können «hochenergetische» Elektronen von einer fotoak- führt werden, das eine oberseitige Öffnung und eine boden-tivierenden Quelle zu einem Katalysator übertragen, der die seitige oder seitliche Öffnung besitzt, welche mit einer semi-hochenergetischen Elektronen in einer reduktiven Reaktion permeablen Membran abgedeckt ist, z.B. einer solchen aus mit Wasser oder Stickstoff verwenden könnte. Dementspre- Cellulose oder einem anderen Dialysematerial, welches klei-chend sind sie für die Herstellung von Ammoniak, Wasser- 30 ne Moleküle passieren lässt, grosse Moleküle aber zurück-stoff und Sauerstoff brauchbar. hält. Das kleinere Gefäss kann eine wässrige Mischung von Die Pyraziniumverbindungen sind auch als Träger für reduktivem Katalysator, wie Nitrogenase, und Pyrazinium-die Stimulierung der Ammoniakproduktion durch Stick- Verbindung enthalten. Die oberseitige Öffnung kann mit stoff-fixierende Bakterien geeignet, welche mit Leguminosen Gaseinlass- und -auslassröhren ausgerüstet sein, welche eine assoziiert sind. Sie können an den Stoffwechselprozessen der 35 direkte Einwirkung der Atmosphäre auf die wässrige reduk-Bakterien teilnehmen und übertragen mit hohem Wirkungs- tive Katalysatormischung vermeiden und die Anwendung grad Energie vom Wirt zu den Mitochondrien, was deren der entsprechenden Reaktionsgase gestattet. Die Röhren Stickstoffixierung erleichtert. können auch dazu dienen, das gasförmige Produkt der Lagelm allgemeinen zeigt sich, dass ein fotolytisches in vitro rung zuzuführen. Durch Einwirkung von Licht wird die fo-System von Chloroplasten, Pyraziniumverbindung, geeigne- 40 tolytische Reaktion der Chloroplasten initiiert, wodurch re-tem Lösungsmittel, wie Wasser, und Katalysator, wie Nitro- duzierte Pyraziniumverbindung gebildet wird. Die Diffusion genäse, in einem geeigneten System zur Isolierung gasförmi- der reduzierten Verbindung durch die Membran kann die ger Produkte unter Ausschluss von reduktiven Kurzschlüs- katalytische Produktion des entsprechenden Produktes aussen und Minimalisierung atmosphärischer Interferenz als ein lösen, nämlich Wasserstoff, wenn weder Stickstoff noch Wasserstoff- oder Ammoniak-Produktionssystem wirken 45 Kohlendioxid vorhanden ist, sonst Ammoniak.

kann. Die Chloroplasten können aus entsprechenden pflanz- Hohe Diffusionsraten des Elektronenträgers durch die liehen Quellen, wie Spinat oder Chenopodiumblättern, iso- Membran gelten als wichtig, weil dies eine effiziente Kopp-

liert werden und werden zweckmässig in einem Gefäss vorge- lung mit dem Enzym begünstigt. Es kann auch vorteilhaft legt, welches die Absorption von Licht entsprechender Wel- sein, der Enzymphase Ferredoxin zuzugeben, weil dieser lenlängen durch die Chloroplasten zulässt. Obwohl ein sol- 50 Stoff als intermediäres Kopplungsmittel dienen kann. Es ches System bevorzugt wird, kann man auch synthetisches wird angenommen, dass eine innige und rasche Kopplung lichtempfindliches Material verwenden, das fotoerregte Elek- des Chlorophylls und des Enzyms durch den Trägertransfer-

tronen erzeugt. Beispiele hierfür sind Ruthenium-, Molyb- mechanismus für die Effizienz des Zweiphasensystems be-

dän- oder Eisenkoordinationskomplexe, wie Bipyridyl- oder deutsam sein kann.

Prophyrinkomplexe, siehe Kirsh et al, Helv. Chim. Acta, 62, 55 Das niedrige Molekulargewicht und die geringe Grösse

1345 ( 1979). der erfindungsgemässen Pyraziniumverbindungen gestattet

Beim bevorzugten Verfahren kann ein geeignetes System die praktische Verwendung des Zweistufensystems. Dabei für Nitrogenasekatalysator und Chloroplasten ausgelegt können bekannte semipermeable Membranen verwendet werden, wie dies in der Literatur beschrieben ist, siehe z.B. werden, während mit Elektronenträgern auf Proteinbasis,

M. Calvin in «Living Systems as Energy Converters», North 60 wie Ferredoxin, solche Membranen den Durchgang des Trä-

Holland Publishing, Amsterdam, 1977, Seiten 231-259; Sei- gers verhindern. Da die Pyraziniumverbindungen in grossen bert et al. Sol. Energy Res. Inst. (Tech. Rep.) SERI/ Mengen erzeugt werden können, sind entsprechend grosse

JP-33-410 (1979), Benemann et al, Enzyme Microb. Tech- Systeme wirtschaftlich realisierbar.

noi.. 2 103 (1980) und L. O. Krampitz, NSF-RANN Report Die Aktivität der Pyraziniumverbindungen als Elektro-No. HA2 N-73-014. Obwohl einstufige Systeme verwendet 65 nenträger in einem Fotokopplungsprozess unter Lichteinwerden können, sind Zweistufensysteme bevorzugt. In sol- Strahlung mit Verwendung isolierter Chloroplasten und des chen Systemen können die Chloroplasten, Wasser und Pyra- reduktiven Enzymkatalysators Nitrogenase wurde nach dem ziniumverbindung in ein Glasgefäss gebracht werden, das Biotest von Benemann et al, Proc. Nati. Acad. Sei. USA, 64,

17

664 962

1079 (1969), bestimmt. Bei dieser Methode wird die Trägeraktivität gemessen als Funktion der Nitrogenasereduktion von Acetylen zu Ethylen, wobei die Ethylenproduktionsrate das direkte Mass liefert.

Zur Durchführung des Biotests wurde die Nitrogenase- 5 probe aus einer Kultur von Azotobacter vinelandii hergestellt, die mit einer Zelldichte von etwa 1 g/Liter kultiviert worden war. Die durch Zentrifugieren abgetrennten Zellen wurden in einer Presse nach French aufgebrochen, die Zellreste während einer Stunde bei 10 000-G abzentrifugiert und 10 die überstehende, 40 mg/ml Protein enthaltende Flüssigkeit in den Biotestversuchen verwendet. Ferner wurden die von Benemann ebenfalls beschriebenen, durch Wärme inaktivierten Chloroplasten von Spinatblättern verwendet. Die synthetischen Träger wurden in wässriger Lösung bei Konzentra- '5 tionen von 2 mM getestet; als Bezugssubstanz wurde clostri-diales Ferredoxin in Form einer 0,2 mM wässrigen Lösung verwendet. Die Konzentrationen der Träger in den Versuchsmischungen wurden so gewählt, dass eine Trägersättigung sichergestellt war. Auf diese Weise wurden die beob- 20 achteten Differenzen der Ethylenproduktionsraten aus dem als Substrat verwendeten Acetylen direkt in Beziehung gesetzt zu Veränderungen der Effizienz des Elektronentransfers von den belichteten Chloroplasten auf die Nitrogenase. Die für Acetylenreduktion (Stickstoffixierung) erhaltenen Ergeb- 25 nisse unter Verwendung von Pyraziniumverbindungen der Beispiele 1-42 sind in Tabelle I zusammengestellt und als nM (Nanomol) erzeugtes Ethylen pro Milligram Protein pro Minute ausgedrückt. Diese Ergebnisse zeigen auch die Grenzen der Aktivität als Funktion der chemischen Struktur der 30 Pyraziniumverbindung.

Es liegen Berichte darüber vor, dass das Nitrogenasesy-stem aus zwei dissoziierenden Proteinkomponenten besteht, von denen keine eine eigene Aktivität besitzt, siehe L. E. Mortenson et al, Ann. Rev. Biochem., 48, 387 (1979). Die 35 erste Komponente wird als Eisenprotein bezeichnet und hat ein Molekulargewicht von 57 000, wobei vier Eisenatome und vier säurelabile Schwefelatome jeweils in einem Eisen/ Schwefel-Cluster angeordnet sind. Die zweite Komponente, das Molybdän/Eisen-Protein, ist wesentlich komplexer als 40 das Eisenprotein. Es hat ein Molekulargewicht von etwa 240 000 und enthält zwei Molybdänatome, 28-32 Eisenatome und etwa 28 säurelabile Schwefelatome. Die Elektronen werden von den reduzierten Formen entsprechender Elektronenträger (wie Ferredoxine und Flavodoxine in den in vivo- 45 Systemen) an das Eisenprotein geliefert, und zwar in einem Reduktionsprozess mit einem Elektron, wobei 2 Mol Adeno-sintriphosphat pro 1. Faraday (1 Faraday = 1 Mol Elektronen = 96 493 Coulomb), das übertragen wird, verbraucht werden. Die Elektronen werden dann intramolekular von 50 dem Eisenprotein auf das Molybdän/Eisen-Protein übertragen, welch letzteres als Vorrat für Elektronen dient und diese jeweils mit dem Faktor 2 den Substraten zuführt.

Die natürlichen Elektronenträger für Nitrogenase haben Mittelwertpotentiale im Bereich von —495 mV für Flavodo- 55 xin von Azotobacter vinelandii bis —570 mV für Ferredoxin von Clostridium pasteurianum, aber über die tatsächlichen Redoxpotentiale, die für eine optimale Ausnutzung der Nitrogenase erforderlich sind, ist wenig bekannt. Die Redox-Titration von Nitrogenase aus Azotobacter vinelandii mit 60 dem Paar SO~2/SO=3 hat gezeigt, dass das Eisenprotein bei einem Mittelwertpotential von —413 mV bei pH 7,0 eine Ein-Elektronenreduktion erleidet, siehe A. Braaksma et al, Eur. J. Biochem., 121, 483 (1982).

65

Hochgereinigte Zubereitungen der Nitrogenase zeigen spezifische Aktivitäten von 3000 nM Ethylen, gebildet pro Milligram Protein pro Minute (siehe eben genannte Literaturstelle), und zwar unter Verwendung von Natriumdithionit als Reduktionsmittel.

Die für die vorliegenden Untersuchungen verwendeten rohen Nitrogenasezubereitungen lieferten unter ähnlichen Bedingungen Werte von 67 nM C2H4/mg Protein/min. Dieser Wert entspricht einem Gehalt von 2,2% Nitrogenase auf Proteinbasis.

Man weiss seit einiger Zeit, dass zwischen dem Wasserstoffmetabolismus und der Stickstoffixierung irgendeine Beziehung besteht. Die Beobachtung von Biosystemen mit aktiver Stickstoffixierung zeigt, dass dabei Wasserstoff entwik-kelt wird und dass Wasserstoff die Stickstoffixierung inhibiert. Wenn die Nitrogenase wie oben erwähnt weitgehend gereinigt wird, zeigt sich, dass die Nitrogenase bei Stickstoffaddition auch die Reduktion von Protonen katalysiert. Die Entwicklung von Wasserstoff ist bei Abwesenheit von normalen Nitrogenase-Substraten (Stickstoff, Acetylen, Cyanid, Azid, usw.) besonders aktiv und abhängig von einem starken Reduktionsmittel und der Adenosintriphosphat-Hydrolyse. Da die Wasserstoffentwicklung nicht durch CO inhibiert wird, wohl aber die Reduktion von Stickstoff und anderen Substraten, verläuft die Reduktion der Protonen wahrscheinlich an einer anderen Stelle als derjenigen der Stickstoffreduktion, siehe H.C. Winter et al, Ann. Rev., Biochem., 45, 409 (1976). Dementsprechend wurde mit dem gleichen Biotestsystem unter Stickstoffausschluss mit Acetylen die Aktivität der Pyraziniumverbindungen als Träger für die Wasserstofferzeugung bestimmt.

Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind in Tabelle II zusammengestellt und zeigen, dass die Pyraziniumsalze, welche die Reduktion von Acetylen mit Elektronen aus den fotoerregten Chloroplasten vermitteln, auch die Reduktion von Protonen durch die Nitrogenase vermitteln.

Die Bewertung der Pyraziniumsalze sowohl bezüglich der Aktivitäten als auch im Verhältnis zur Aktivität von Ferredoxin ist in Tabelle III dargestellt. Die Daten deuten daraufhin, dass die Nitrogenase eine strengere Strukturselektivität für die Träger in Gegenwart von Substrat (Acetylen) hat, als in Abwesenheit des Substrates. Es zeigt sich jedoch, dass für beide Prozesse im wesentlichen eine Äquivalenz der Struktur/Aktivitäts-Beziehungen besteht. Beispielsweise sind von den zehn Pyrazinen, die bezüglich Reduktion von Acetylen am aktivsten sind, deren sieben in der Gruppe der für die Stickstoffentwicklung aktivsten Pyrazine.

In thermodynamischer Hinsicht muss ein wirksamer Träger für das in Frage stehende System zwischen einer oberen Grenze des Reduktionspotentials, welches durch das negative Potential der belichteten Chloroplasten (—610 mV) bestimmt ist, und einem unteren Energiewert wirken, welcher dem Redoxpotential des Adenosintriphosphat-aktivierten Eisenproteins entspricht; es wurde gefunden, dass dieser letztgenannte Wert —473 mV beträgt. Für clostridiales Ferredoxin wurde dies bestätigt (Chien. J. Pharm. Sei.', 65, 1471 (1976) ), indem diese Substanz mit einem Halbwellenpotential von — 570 mV bei pH 7,52 ari "itet. Aus diesem Grunde war die polarografische Messung dt. " Halbwertspotentiale der verschiedenen untersuchten PyraJniumsalze von Interesse, um die möglichen Effekte der Struktur auf die Redoxpotentiale der Verbindungen zu bestimmen. Frühere polarografische Untersuchungen von L. Rouiller et al, Electrochimica Acta, 25, 795 (1980) haben gezeigt, dass monoquaternäre Pyrazine in zwei Wellen von 1F reduziert werden. Die erste Welle entspricht einer Ein-Elektronenreduktion und liefert ein relativ stabiles Radikal, das in einer zweiten Welle zum Dihydropyrazin (Zwei-Elektronenreduktionsprodukt) reduziert wird. Die meisten der untersuchten Pyraziniumsalze zeigten ein Zweiwellenprofil, obwohl einige von ihnen nur ein Einwellenprofil aufwiesen.

18

In Tabelle IV sind die Halbwellenpotentiale (El/2 gegen SCE) für die Reduktion in der ersten Welle, polarografisch gemessen in 0,1 M Phosphatpuffer, pH 7,55 bei 25 C, wobei die Pyraziniumsalze inbezug auf ihre Aktivität für die Acetylenreduktion im Biotest bewertet wurden. Auf Basis dieser Data kann man sagen, dass zwischen den Redoxpotentialen und der Kofaktoraktivität bei Nitrogenase offensichtlich keine Beziehung besteht. Es ist wahrscheinlich, dass die Bioaktivitätsunterschiede der untersuchten Pyraziniumsalze mit Änderungen der chemischen Struktur in Beziehung stehen, welche die Kofaktor/Enzym-Wechselwirkung und -Bindung beeinflussen.

Tabelle I

Elektronenträger-Aktivität von synthetischen Pyraziniumverbindungen gegen Nitrogenase, gemessen durch Chlo-roplast-gekoppelte Reduktion von Acetylen zu Ethylen

Elektronenträger Aktivität

Verbindung Nr. Aktivität gegenüber

Ferredoxin (%)

Clostridiales

Ferredoxin (nMol C2H4/mg Protein/min)

13,5

100

700

14,0

104

400

3,5

26

500

3,0

22

300

5,5

41

200

2,3

17

2600

13,2

98

2400

14,2

105

3000

13,4

99

3200

13,3

98

2000

8,3

61

2800

8,3

61

600

8,7

64

1200

14,5

107

800

6,8

50

2200

7,5

55

3400

2,7

20

3500

0,7

5

1700

4,5

33

3700

4,2

31

1000

12,8

95

4200

0,1

1

4100

14,8

110

1500

5,5

41

1801

10,7

79

1800

16,7

124

3901

3,0

22

3900

3,7

27

4000

3,8

28

3800

2,0

15

4300

0,7

5

4400

0,0

0

4500

0,0

0

4600

0,0

0

4700

0,7

5

4800

0,2

1

4900

0,3

2

5000

0,0

0

5100

1,8

13

5200

0,0

0

Tabelle II

Elektronenträger-Aktivität von synthetischen Pyraziniumverbindungen gegen Nitrogenase, gemessen durch Chlo-

roplast-gekoppelte Wasserstoffentwicklung in Abwesenheit von Substrat

Elektronenträger Aktivität gegen-

5 Verbindung Nr. Aktivität über Ferredoxin

(%)

Clostridiales

Ferredoxin (nMol H2/mg Protein/min)

10

26,7

100

700

19,7

74

400

19,7

74

500

12,3

46

300

8,1

30

15 200

17,2

64

2600

41,2

154

2400

34,1

128

3000

33,1

124

3200

43,1

161

20 2000

26,6

100

2800

37,3

140

600

28,4

106

1200

38,1

143

800

7,5

28

25 2200

26,2

98

3400

29,7

111

3500

5,0

19

1700

16,6

62

3700

8,6

32

30 1000

19,5

73

4200

1,6

6

4100

19,4

73

1500

22,9

86

1801

28,4

106

35 1800

34,4

129

3901

6,9

26

3900

11,9

45

4000

9,5

36

3800

5,8

22

40 4300

3,7

14

4400

0,0

0

4500

0,0

0

4600

0,0

0

4700

1,4

5

45 4800

1,4

5

4900

2,2

8

5000

0,0

0

5100

2,8

10

5200

0,0

0

50

Tabelle III

Reihenfolge von synthetischen Pyraziniumverbindungen nach deren Elektronenträger-Aktivität gegen Nitrogenase, 55 ausgedrückt als prozentuale Aktivität relativ zu Clostridial-Ferredoxin

Ethylenbildung Ferredoxin- Ferredoxin-

Verbindung Nr. Aktivität (%) Verbindung Aktivität (%)

1800

124

3200

161

4100

110

2600

154

1200

107

1200

143

2400

105

2800

140

« 700

104

1800

129

Ferredoxin

100

2400

128

3000

99

3000

124

2600

98

3400

111

19

664 962

Elhylenbildung

Ferredoxin-

Ferredoxin-

Verbindung Nr.

Aktivität (%)

Verbindung Aktivität (%

3200

98

600

106

1000

95

1801

106

1801

79

2000

100

600

64

Ferredoxin

100

2000

6i

2200

98

2800

61

1500

86

2200

55

700

74

800

50

400

74

300

41

iooo

73

1500

41

4100

73

1700

33

200

64

3700

31

1700

62

4000

28

500

46

3900

27

3900

45

400

26

4000

36

500

22

3700

32

3901

22

300

30

3400

20

800

28

200

17

3901

26

3800

15

3800

22

5100

13

3500

19

3500

5

4300

14

4300

5

5100

10

4700

5

4900

8

4900

2

4200

6

4800

1

4700

5

4200

1

4800

5

4400

0

4400

0

4500

0

4500

0

4600

0

4600

0

5000

0

5000

0

5200

0

5200

0

Tabelle IV

Korrelation zwischen Redoxpotentialen und Bioaktivität (als % Ferredoxin) im Chloroplast/Nitrogenase-Versuch für Acetylenreduktion; E1/2 sind polarografische Werte, gemessen in 0,1 M Phosphatpuffer, pH 7,55 bei 25 C

Verbindung Nr. Ferredoxin- El/2 gegen SCE Aktivität (%) (mV)

1800

124

-683

4100

110

-720

1200

107

-699

2400

105

-701

700

104

-700

Fettedoxin

100

-570

3000

99

-738

2600

98

-730

3200

98

-673

1000

95

-710

1801

79

-676

600

64

-651

2000

61

-573

2800

61

-690

2200

55

-704

800

50

-625

300

41

-683

1500

41

-683

1700

33

-715

3700

31

-701

4000

28

-685

400

26

-738

500

22

-751

3901

22

-685

3400

20

-680

200

17

-699

3800

15

-681

5100

13

-597

3500

5

-575

4300

5

-696

4700

5

-611

4900

2

-700

4200

1

-798

4800

1

-655

4400

0

-613

4500

0

-390

4600

0

-479

5000

0

-676

5200

0

-433

Die folgenden Beispiele erläutern die Synthese der erfin-

dungsgemässen Pyraziniumverbindungen. Jede Pyraziniumverbindung wird durch eine Nummer gekennzeichnet, welche der in den Tabellen I bis IV angegebenen Verbindungsund Trägernummer entspricht. Temperaturangaben beziehen sich auf C. Die Kernresonanzwerte (NMR) sind als Delta-Werte angegeben. Die UV-Spektren sind als Lambda max (nm) und log Epsilon angegeben. Die Säulenchromatographien wurden meist nach Gelpermeationsmethoden unter Verwendung von Polyacrylamid mit einem Molekular-grössenausschluss von 1800 Dalton (Biogel P-2) durchgeführt.

Beispiel 1 2-( 1-Hydroxyethyl )-pyrazin ( 100J

21,6 g 2-Éthylpyrazin (101) wurden in 300 ml Tetrachlorkohlenstoff gelöst und mit 35,6 g N-Bromsuccinimid versetzt (J. Org. Chem., 37, 511 (1972) ). Die Mischung wurde auf 75 C erwärmt und mit 1,5 g Dibenzoylperoxid in einer Portion versetzt. Es wurde weitere 4 Std. erwärmt, wonach die Mischung abgekühlt und in 500 ml einer 10%igen Kalium-carbonatlösung filtriert wurde.

Diese Mischung wurde rasch gerührt, bis kein 2-(l-Bromethyl)-pyrazin übrigblieb (TLC Silicagel/1 ; 1 Ethyl-acetat/Hexan). Die wässrige Lösung wurde auf pH 6 angesäuert, auf 200 ml konzentriert und zwei Tage mit Essigester kontinuierlich extrahiert. Der Essigester wurde unter vermindertem Druck entfernt und der Rückstand destilliert, was 18,6 g Produkt (100), Kp 112-113 C (13 mm) ergab. UV H,0 max: 264 (3,85), 268 (3,82). 13C NMR: 159,75, S (C2); 144,52, D, 143,99, D, 142,51, D (C3, C5, C6); 69,20, D (CHOH); 23,11, Q(CH3).

Beispiel 2

l-Methyl-3-( 1 -hvdroxyethyl)-pyraziniumjodid (200)

2,0 g 2-(l-Hydroxyethyl)-pyrazin (100) wurde in 10 ml Äther gelöst und mit 5 ml Methyljodid versetzt. Der Kolben wurde verschlossen und im Dunkeln gelagert.

Nach fünf Tagen wurde der Feststoff abfiltriert, mit Essigester gewaschen und im Vakuum zu 7,8 g Produkt (200) eingedampft. Durch Umkristallisieren aus Ethylacetat/ Ethanol wurde reines Produkt, F 129 bis 130 °C (Zersetzung) erhalten.

UV H,0 max: 225 (4,11), 279 (3,85). I3C NMR: 167,58, S (C3); 150,57, D (C5); 137,14, D, 136,31, D (C2, C6); 69,03, D (CHOH); 50,14, Q (NCH,); 22,88, Q (CH3). 'H NMR: 9,36, D, T (H6); 9,10, S (H2); 8,89, D (H5); 5,27, Q (CHOH); 4,52, T (NCH3); 1,61, D (CCH3).

Beispiel 3

l-Methyl-3- (2-hydroxyethyl) -pyraziniumjodid (300)

2,0 g 2-(2-Hydroxyethyl)-pyrazin (301), das in an sich be5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

664962

20

kannter Weise durch Kondensieren von Formaldehyd mit 2-Methylpyrazin erhalten worden war, wurden in 5 ml Methanol gelöst und mit 5 ml Methyljodid versetzt. Die Lösung wurde drei Tage unter Rückfluss gehalten, eingeengt und der Rückstand durch Gelpermeationschromatographie gereinigt. Durch Gefriertrocknung wurden 3,2 g gelber Feststoff als Produkt (300) erhalten, das aus Essigester/Ethanol kristallisiert wurde. F 94 bis 95 C.

UV H20 max: 226 (4,13), 281 (3,85). I3C NMR: 163,25, S (C3): 150,71, D (C5); 138,69, D, 136,25, D (C2, C6); 60,38, T (CHiOH); 49,88, Q (NCH3); 38,75, T (-CH-,-). 'H NMR: 9.35, D, T (H6); 8,97, S (H2); 8,85, D (H5); 4,49, S (NCH3); 4,08, T: 3,35, T (ArCH2, CH2OH).

Beispiel 4

l-Methyl-3-hydroxymethyl-5-methyl-pyraziniumjodid (400)

2,0 g 2-Hydroxymethyl-6-methylpyrazin (401), hergestellt in an sich bekannter Weise nach Klein et al, J. Org. Chem., 26, 126 (1961 ), wurden in 5 ml Äther gelöst und mit 5 ml Methyljodid versetzt. Der Kolben wurde verschlossen und zwei Wochen im Dunkeln gelagert. Der Äther wurde abgegossen und das entstehende halbfeste Material aus Ethanol/ Essigester umkristallisiert, was 1,8 g gelben Feststoff als Produkt (400), F 153 bis 154 C, lieferte.

UV H20 max: 226 (4,13), 287 (3,89). I3C NMR: 163,33, S, 161,73, S (C3, C5); 136,85, D, 133,10, D (C2, C6); 62,79, T (CH,OH); 49,74, Q (NCH3); 22,19, Q (ArCH3). 'HNMR: 8,80, S, 8,76, S (H2, H6); 4,97, S (CH,OH); 4,44, S (NCH,); 2.79, S (ArCH3).

Beispiel 5

1-Meth y 1-3 (2 i-h ydroxymethyl-6 ( 5 j-methylpyrazmiumjodid 1550 !

5.0 g 2-Hydroxymethyl-5-methylpyrazin (501). eine an sich bekannte Verbindung, die in ähnlicher Weise wie das Pyrazin (401 ) erhältlich ist, wurde in 10 ml Äther gelöst und mit 10 ml Methyljodid versetzt. Der Kolben wurde verschlossen und vier Wochen im Dunkeln gelagert. Der Feststoff wurde abfiltriert und mit Äther gewaschen, was 6,9 g eines gelben kristallinen Feststoffes als Produkt (500), F 135 bis 137 C. ergab. UV H20 max: 227 (4,12), 288 (3,89). '-C-NMR zeigt, dass das Produkt eine Mischung der beiden möglichen Isomeren ist.

Beispiel 6

1- f 3-Sidfonylpropylì-3-methylpyrazin (600)

16.0 g 1,3-Propansulton wurden in 200 ml einer 1:1 -Mischung von Äther und Essigester gelöst und mit 15,1 g

2-Methylpyradin versetzt. Die Mischung wurde dann gelagert und das Lösungsmittel abdampfen gelassen.

Der entstandene Feststoff wurde in 50 ml Wasser aufgenommen. mit Essigester gewaschen und Chromatographien («Biogel» P-2 und Wasser). Durch Gefriertrocknung wurden 20.5 g Produkt (600) erhalten, das aus Ethanol/Wasser umkristallisiert wurde. F 218 bis 221 C (Zersetzung).

UV H,0 max: 282 (3,84). 13C NMR: 163,15, S (C3); 150.69. D (C5): 137,80, D, 134,81, D (C2. C6); 61,67, T (NCH,): 47.79, T (CH,SO, ); 26,73, T (CH,); 22.36, Q (CH,). 'HNMR: 9,30, D, T (H6); 9.01, S (H2); 8,88, D (H5): 4.87. T (NCH,); 3,03, T (CH,SO, ); 2,84, S (CH,); 2.50. M = 5 ( -CH,-).

Beispiel 7

l-< 3-Sulfonylpmpyl )-2,5-dimethylpyrazin / 700j

6.0 g 2.5-Dimethylpyrazin (701) und 7,0 g 1,3-Propansul-ton wurden in 10 ml Essigester gelöst und zwei Tage auf 40 C erwärmt. Der entstandene Feststoff wurde abfiltriert und mit Essigester gewaschen, was 7,9 g Produkt (700) ergab. Dieses wurde aus Propanol/Wasser umkristallisiert, F 258 bis 259 C.

UV H,0 max: 204 (3,94), 290 (3,85). I3C NMR: 159,25, S (C5); 152,47, D (C3); 146,91, S (C2); 136,88, D (C6); 57,84, T (NCH-.); 47,94, T (CH,SO, ); 25,42, T (CH,); 21,49, Q, 17.16, Q (ArCH,). 'H NMR: 9,15, S (H3); 8,83, S (H6); 4,77, T (NCH,); 3,09, T (CH,SO, ); 2,90. S, 2,75, S (ArCH,); 2,40, M = 5 (-CH,-).

Beispiel 8

1-(2-Carboxyethyl)-pyrciziniumbromid (800)

Dieses Produkt (800) wurde in an sich bekannter Weise (A. Le Berre et al. Bull. Soc. Chim. France, 2404 (1973) ) hergestellt, F 189 bis 192 C (Zersetzung), Literaturwert F 210 C (Zersetzung).

UV H,0 max: 276 (3,79). I3C NMR: 173,65, D(C-CO-.H); 151,76, D(C3, C5); 138,47, D(C2, C6); 59,04, T(NCH,); 34,90, T(-CH,-).

Beispiel 9

2- f 2-SulfonylbiityI)-pyrazin-Natriumsalz (900)

2.72 g 2-Butylpyrazin und 3,56 g N-Bromsuccinimid wurden zu 100 ml Tetrachlorkohlenstoff gegeben und die Mischung auf 70 bis 75 C erwärmt. Dann wurden 0,3 g Di-benzoylperoxid zugegeben. Die Mischung wurde dann 3 Std. unter Rückfluss gehalten, abkühlen gelassen, filtriert und das Filtrat im Vakuum eingedampft. Das entstandene Öl wurde in 100 ml Toluol aufgenommen, worauf 4,0 g l,8-Diazabicyclo[5 4,0]undec-7-en zugesetzt und die Lösung über Nacht unter Rückfluss gehalten wurde. Dann wurde abgekühlt, die Toluollösung abgegossen und im Vakuum konzentriert. Die entstandene Olefmverbindung, 2-(l-Bute-nyl)-pyrazin (901) wurde zu einer Lösung von 6,0 g Natriumsulfit in 100 ml Wasser gegeben und diese Mischung drei Tage unter Rückfluss gehalten. Die wässrige Lösung wurde mit Chloroform gewaschen, gefriergetrocknet und in 100 ml Methanol aufgenommen. Die Lösung wurde filtriert, das Filtrat konzentriert und durch Chromatographie («Biogel» P-2/Wasser) gereinigt. Durch Gefriertrocknung wurden 3,32 g Produkt (900) als amorpher Feststoff erhalten. UV H20 max: 268 (3,86), 272 (3,85).

Beispiel 10

1-Methyl-3-(2-sulfonylbutyl)-pyrazin ( 1000j

3,2 g 2-(2-Sulfonylbutyl)-pyrazin (900) wurden zu einer Lösung aus 10 ml Methyljodid in 25 ml Methanol gegeben und die Mischung vier Tage unter Rückfluss gehalten. Dann wurde konzentriert und durch Gelpermeations-Chromato-graphie («Biogel» P-2/Wasser) gereinigt. Durch Gefriertrocknung wurden 2,9 g eines amorphen Feststoffes als Produkt (1000) erhalten, das aus Essigester/Propanol kristallisiert wurde, F 224 bis 225 C (Zersetzung). UV H,0 max: 283 (3,88).

Beispiel II

2-( 1-Sidfonylbutyli-pyrazin-Natnumsalz ( 1100)

2,72 g 2-Butylpyrazin und 3,56 g N-Bromsuccinimid wurden zu 100 ml Tetrachlorkohlenstoff gegeben und die Mischung auf 70 bis 75 C erwärmt, worauf 0,3 g Dibenzoyl-peroxid zugegeben wurden. Dann wurde die Mischung 3 Std. unter Rückfluss gehalten, abgekühlt, filtriert und das Filtrat in Vakuum konzentriert. Das entstandene Öl, 2-(l-Brombutyl)-pyrazin (1101), wurde mit einer Lösung von 5 g Natriumsulfit in 100 ml Wasser gegeben und die Mischung zwei Tage unter Rückfluss gehalten. Dann wurde abgekühlt und mit Chloroform extrahiert. Die wässrige Lösung wurde gefriergetrocknet, der Rückstand in 100 ml Methanol aufgenommen und filtriert. Das Filtrat wurde konzentriert und

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

21

664962

durch Gelpermeations-Chromatographie («Biogel» P-2/ Wasser) gereinigt. Durch Gefriertrocknung wurden 3,84 g Produkt (1100) erhalten, das aus Propanol/Wasser umkristallisiert wurde, F 278 bis 279 C. UV H->0 max: 204 (3,84), 268 (3.86), 272 (3,84).

Beispiel 12

1-Methyl-3-(1-sulfonylbutyl )-pyrazin ( 1200)

3,6 g 2-( 1 -Sulfonylbutyl)-py razin (1100) wurden zu einer Lösung von 10 ml Methyljodid in 25 ml Methanol gegeben und die Mischung vier Tage unter Rückfluss gehalten. Dann wurde konzentriert und durch Gelpermeations-Chromatographie («Biogel» P-2/Wasser) gereinigt. Durch Gefriertrocknen wurden 3,2 g Produkt (1200) erhalten, das aus Pro-panol/Wasser umkristallisiert wurde, F 293 bis 295 °C (Zersetzung).

UV HiO max: 206 (3,87), 283 (3,90). 'H NMR: 9,41, D, T (H6); 9,11, S (H2); 8,94, D (H5); 4,63-4,58, M (CHS03 ); 4,52, S (NCH,); 2,31, M (CH.CHSO, ); 1,27, M (CH,CH,); 0,89, T (CH,).

Beispiel 13 4-(2-Pyrazinyl)-l-buten ( 1300)

Zu einer Mischung von 15,6 g Natriumamid in 400 ml Ammoniak wurden tropfenweise 37,6 g 2-Methylpyrazin gegeben. Die Mischung wurde 2 Std. gerührt und dann mit 24,2 g Allylbromid in 50 ml Äther langsam versetzt. Das Ganze wurde 2 Std. gerührt, mit 25 g Ammoniumchlorid versetzt und der Ammoniak durch 500 ml Äther ersetzt.

Dann wurden 250 ml Wasser zugegeben, die organische Schicht abgetrennt und die wässrige Schicht zweimal mit Äther extrahiert. Die vereinigten organischen Schichten wurden dann unter vermindertem Druck konzentriert. Der Rückstand wurde fraktioniert destilliert, was 20,5 g Produkt ( 1300), Kp 96 bis 97 C (25 mm), ergab. UV 2% EtOH max: 268 (3,82), 273 (3,82).

In der obigen Destillation wurden ferner 5,4 g eines zweiten Produkts erhalten, welches als bisalkylierte Verbindung, 4-(2-Pyrazinyl)-l,6-heptadien (1301), Kp 122 bis 123 C (25 mm), charakterisiert wurde. UV 10% EtOH max: 269 (3,83), 273 (3,83).

Beispiel 14

2-13,4-Diliydroxybutyl)-pyrazin ( 1400)

4, 15 g 4-(2-Pyrazinyl)-l-buten (1300) wurden in 100 ml einer l:l-Mischung aus Wasser und Aceton gelöst und auf 5 C gekühlt. Dann wurde eine Lösung von 3,60 g Kaliumpermanganat in 300 ml Wasser langsam zugegeben. Diese Mischung wurde 18 Std. bei 5 °C gehalten und dann 4 Std. bei Raumtemperatur gerührt. Der pH-Wert wurde mit 5%iger Schwefelsäure auf 7 eingestellt, die Mischung durch «Celite» filtriert und konzentriert. Durch kontinuierliche Extraktion mit Chloroform während zwei Tagen und folgendem Abdampfen des Lösungsmittels blieben 4,27 g Produkt (1400) zurück, das unter Vakuum destilliert wurde, Kp 174 bis 175 C (0,2 mm). UV H20 max: 268 (3,76), 272 (3,76).

Beispiel 15

l-Methyl-3-(3,4-dihydroxybutyl)-pyraziniumjodid (1500)

2,0 g 2-(3,4-Dihydroxybutyl)-pyrazin (1400) wurden in 10 ml Methanol gelöst und mit 5 ml Methyljodid versetzt. Dann wurde drei Tage unter Rückfluss gehalten und danach konzentriert. Reinigung durch Gelpermeations-Chromato-graphie («Biogel» P-2/Wasser) und Gefriertrocknung ergab 3,1 g eines amorphen festen Produktes (1500).

UV HiO max: 226 (4,13), 282 (3,85). 13C NMR: 165,42, S (C3); 150,57, D (C5); 138,36, D, 135,90, D (C2, C6); 71,69, D (CHOH); 66,08, T (CH,OH); 49,87, Q (NCH3); 32,40, T

(-CH-.-); 31,99, T (-CH2-). H NMR: 9,31, D, T (H6); 8,97, S (H2); 8,81, D (H5); 4,47, S (NCH3); 3,80, M (CHOH); 3,67-3,51, M, 3,29-3,15, M, 2,05, M; 1,98-1,88, M (ArCH2).

5 Beispiel 16

4-(2-Pyrazinyl)-l,2,6,7-tetrahydroxyheptan ( 1600)

5,4 g 4-(2-Pyrazinyl)-l,6-heptadien (1301) wurden zu 100 ml Wasser und genügend Äceton zur Auflösung gegeben. Es wurde auf 5 C gekühlt und eine Lösung von 6,6 g Kaliumpermanganat in 300 ml Wasser zugetropft. Dann wurde auf Raumtemperatur erwärmen gelassen und über Nacht gerührt.

Der pH-Wert wurde auf 7 eingestellt, die Lösung durch «Celite» filtriert und das Aceton unter Vakuum entfernt. Die wässrige Lösung wurde mit 200 ml Äther extrahiert und gefriergetrocknet.

Dieses Material wurde in 75 ml Ethanol aufgenommen, filtriert und das Filtrat konzentriert. Das Produkt wurde dann durch Gelpermeations-Chromatographie gereinigt 20 («Biogel» P-2/Wasser), was nach dem Entfernen des Wassers 6,12 g eines fahlgelben öligen Produktes (1600) ergab. UV H20 max: 268 (3,70), 273 (3,69).

Beispiel 17

25 l-MethyI-2-[4-( 1,2,6,7-tetrahydroxyheptyl)]-pyrazinium-jodid ( 1700)

2,0 g 4-(2-PyrazinyI)-1,2,6,7-tetrahydroxyheptan wurden in 10 ml Methanol gelöst und mit 5 ml Methyljodid versetzt. Diese Mischung wurde vier Tage unter Rückfluss gehalten, 30 dann abgekühlt und konzentriert. Der Rückstand wurde in 100 ml Wasser aufgenommen, mit Chloroform gewaschen und gefriergetrocknet. Dann wurde durch Gelpermeations-Chromatographie («Biogel» P-2/Wasser) gereinigt und das Produkt durch Gefriertrocknung in einer 2,4 g eines amor-35 phen Feststoffes (1700) erhalten.

UV H20 max: 226 (4,14), 285 (3,83). 13C NMR zeigt,

dass dies eine Mischung von drei Stereoisomeren ist: 169,17, 168,18, 167,21, S (C3); 1 51,31, 150,95, 150,62, D (C5); 138,2, M, 136,64, 136,25, 135,86, D (C2, C6); 71,07, 70,83, 40 D (CHOH); 69,79, 69,62, D (CHOH); 66,45, 66,36, 66,28, T (CH-.OH); 49,86, Q (NCH3); 41,53, 39,93, 38,83, D (-CH-); 38,91, 38,55, 38,43, 37,72, T (-CH,-).

45 Beispiel 18

4- ( l-Methyl-3-pyrazinyl ) -heptan-1,7-disulfonat-Natriumsalz ( 1800) und l-Methyl-3-(4-sulfonylbutyl)-pyrazin ( 1801)

Zu einer Suspension von Natriumamid (aus 2,3 g Natrium) in 150 ml Ammoniak wurden 9,4 g Methylpyrazin zuge-50 tropft. Die entstandene blutrote Lösung wurde 2 Std. gerührt und dann mit einer Lösung von 6,1 g Propansulton in 20 ml Äther langsam versetzt. Diese Mischung wurde 2 Std. gerührt, mit 5 g Ammoniumchlorid versetzt und der Ammoniak durch Äther ersetzt. Dann wurden 500 ml Wasser zuge-55 setzt und der pH-Wert auf 7 eingestellt, die wässrige Lösung zweimal mit Äther extrahiert und dann gefriergetrocknet. Dies ergab eine Rohmischung aus zwei Produkten, die durch Chromatographie auf «Biogel» P-2/Wasser getrennt werden konnten. Das Produkt wurde in einer mit «Biogel»' P-2 ge-6C füllten Kolonne entsalzen, gefriergetrocknet und dann in möglich wenig Methanol mit etwas Wasser zur Erleichterung der Auflösung aufgenommen. Dann wurden 50 ml Methyljodid zugegeben und die Lösung unter Rückfluss gehalten, bis das Ausgangsmaterial verschwunden war (kein Erschei-65 nen von UV H20 max 267). Das Lösungsmittel wurde entfernt und die Produktmischung durch Chromatographie (C18R.P./Wasser) aufgetrennt, wonach durch Gefriertrocknung zwei Produkte (1800) und (1801) erhalten wurden:

664 962

22

a) 3,8 g 4-(l-Methyl-3-pyrazinyl)-heptan-l,7-disulfonat-Natriumsalz (1800) als amorpher Feststoff.

UV H-.0 max: 282 (3,83). I3C NMR: 165,43, S (C3); 150.56, D (C5); 138,42, D, 135,96, D (C2, C6); 60.05, D (-CH-); 51,64, 35,74, 29,24, 29,06, 26,13, 22,16, T (-CH2-); 49,72, Q (NCH3).

b) 4,2 g l-Methyl-3-(4-sulfonylbutyl)-pyrazin (1801) als amorpher Feststoff.

UV H-.0 max: 282 (3,84). I3C NMR: 165,39, S (C3); 150,55, D (C5); 138,29, D, 135,96, D (C2, C6); 51,31, T (CH2SO 3); 49,49, Q (NCH3); 35,41, T (ArCH,); 27,59, T, 24,24, T (-CH-,-). 'H NMR: 9,29, D, T (H6); 8,94, S (H2); 8,79, D (H5); 4,46, S (NCH3); 3,16, T (CH2SO 3); 2,99-2,94, M (ArCH2); 1,96 M (CH,CH7SQ3 ); 1,81, M (ArCH7CH,).

Beispiel 19 Pyrazin-2-sulfonsäure-Natriumsalz (1900)

4,5 g Chlorpyrazin wurden zu einer Lösung von 8 g Natriumsulfit in 100 ml Wasser gegeben. Diese Mischung wurde 3 Std. unter Rückfluss gehalten, abgekühlt und mit Chloroform gewaschen. Dann wurde die wässrige Lösung gefriergetrocknet, der Rückstand in 200 ml Methanol aufgenommen und filtriert. Das Filtrat wurde durch Gelpermeations-Chromatographie («Biogel P-2/Wasser) gereinigt. Durch Gefriertrocknen wurden 6,2 g Produkt (1900), F 299 bis 302 °C (Zersetzung), erhalten. UV H20 max: 203 (3,79), 267 (3,79).

Beispiel 20

1-Methyl-3-sulfonylpyrazin (2000)

4,0 g Pyrazin-2-sulfonsäure-Natriumsalz (1900) wurden zu einer Lösung von 20 ml Methyljodid in 40 ml Methanol gegeben und die Mischung sieben Tage unter Rückfluss gehalten. Das Lösungsmittel wurde abgedampft und der Rückstand chromatographiert («Biogel« P-2/Wasser), was 3,5 g Produkt (2000) ergab, das aus Ethanol/Wasser umkristallisiert wurde, F 270 bis 272 °C (Zersetzung). UV H20 max: 282 (3,86).

Beispiel 21

2-( 1,2-Dihydroxyethyl)-pyrazin (2100)

10,6 g 2-Vinylpyrazin (hergestellt nach M. R. Kamal et al, J. Org. Chem., 27, 1363 (1962) ) wurden in 100 ml Wasser gelöst und unter Stickstoffatmosphäre auf 2-4 °C gekühlt. Zu dieser Lösung wurden 15,8 g Kaliumpermanganat in 500 ml Wasser unter kräftigem Rühren und fortgesetztem Kühlen langsam zugegeben (4 Std.). Nach Beendigung der Zugabe wurde die Mischung auf 5 °C gekühlt und über Nacht gelagert. Die gekühlte Mischung wurde mit 5%iger Schwefelsäure auf pH 7 eingestellt, der Niederschlag abfiltriert und mit 100 ml Wasser gewaschen. Nach Gefriertrocknen der wässrigen Lösung bleiben 20,3 g eines schwammigen Feststoffes zurück. Dieses Material wurde 4 Std. mit 500 ml absolutem Ethanol gerührt, die Salze durch Filtrieren entfernt und mit 50 ml Ethanol gewaschen. Durch Eindampfen des Ethanols wurden 13,6 g Material erhalten, das sich ausweislich HPLC-Analyse als zu 93% rein erwies; der Rückstand bestand aus Pyrazin-2-carbonsäure. Die Reinigung des Produktes wurde durch Chromatographie unter Verwendung von «Waters Prep» LC 500 mit zwei C18-Phasenum-kehrkolonnen und 3% Methanol/Wasser als Elutionsmittel erzielt. Nach Entfernen des Lösungsmittels blieben 10,6 g Produkt (2100) als hellgelbes viskoses Öl zurück. UV H20 max: 265 (3,86), 270 (3,82), 298 (2,87).

Beispiel 22

l-MethyI-3-( 1,2-dihydroxyethyl)-pyraziniumjodid (2200)

2,8 g 2-( 1,2-Dihydroxyethyl)-pyrazin (2100) wurden in 20 ml Methanol gelöst und mit 10 ml Methyljodid versetzt.

Die Lösung wurde drei Tage unter Rückfluss gehalten.

Dann wurde das Lösungsmittel entfernt, der Rückstand in 100 ml Wasser aufgenommen und mit Chloroform gewaschen. Die wässrige Lösung wurde konzentriert und durch Gelpermeations-Chromatographie («Biogel» P-2/Wasser) gereinigt. Durch Gefriertrocknung wurden 3,7 g Produkt (2200) erhalten, das aus Essigester/Ethanol rekristallisiert wurde, F 105 bis 106 C. UV H,0 max: 227 (4,13), 281 (3,83).

Beispiel 23

2-( 1-Sulfonylethyl) -pyrazin-Natriumsalz (2300)

5,4 g 2-Èthylpyrazin wurden in 100 ml Tetrachlorkohlenstoff gelöst und mit 8,9 g N-Bromsuccinimid versetzt. Die Mischung wurde auf 70 bis 75 C erwärmt, mit 0,5 g Diben-zoylperoxid versetzt und das Ganze 3 Std. unter Rückfluss gehalten. Dann wurde abgekühlt, filtriert und das Filtrat im Vakuum konzentriert. Das entstandene Öl wurde mit 10 g Natriumsulfit/100 ml Wasser versetzt und die Mischung drei Tage unter Rückfluss gehalten. Dann wurde abgekühlt, mit Chloroform gewaschen und gefriergetrocknet. Der entstandene Feststoff wurde in 200 ml Methanol aufgenommen, filtriert und das Filtrat konzentriert. Dann wurde durch Gelpermeations-Chromatographie gereinigt («Biogel» P-2/Was-ser) und durch Gefriertrocknen 9,2 g Produkt (2300) erhalten. Dieses wurde aus Methanol umkristallisiert, F 258 bis 262 °C.

UV H20 max: 203 (3,90), 267 (3,87), 272 (3,85), 13C NMR: 153,54, S (C2); 145,76, D, 144,97, D, 144,14, D (C3, C5, C6); 61,14, D (-CH-); 15,18, Q (CH3).

Beispiel 24

l-Methyl-3-( 1-sulfonylethyl)-pyrazin (2400)

3,5 g 2-(l-Sulfonylethyl)-pyrazin-Natriumsalz (2300) wurden in 75 ml Methanol gelöst und mit 10 ml Methyljodid versetzt. Der Kolben wurde verschlossen und bei Raumtemperatur im Dunkeln gelagert.

Nach einer Woche wurde das Lösungsmittel unter vermindertem Druck entfernt, der Rückstand in Wasser aufgenommen und zweimal mit Essigester gewaschen. Die wässrige Lösung wurde konzentriert und chromatographiert («Biogel» P-2/Wasser). Durch Gefriertrocknen wurden 3,37 g Produkt (2400) erhalten, das aus Ethanol/Wasser umkristallisiert wurde, F 270 bis 272 °C (Zersetzung).

UV H20 max: 282 (3,85), 203 (3,84). I3C NMR: 160,27, S (C3); 150,66, D (C5); 139,29, D, 137,22, D (C2, C6); 61,25, D (-CH-); 49,94, Q (N-CH3); 14,58, Q (-CH3). <H NMR: 9,37, D, T (H6); 9,11, S (H2); 8,91, D (H5); 4,72, Q (-CH-); 4,51, T (NCH3); 1,80, D (CH3).

Beispiel 25

2- (2-Sulfonylethyl) -pyrazin-Natriumsalz (2500)

7,0 g Vinlypyrazin (hergestellt gemäss M. R. Kamal et al, J. Org. Chem., 27, 1363 (1962) ) wurden in 300 ml Äther gelöst und eine Lösung aus 8,3 g Natriumsulfit in 100 ml Wasser unter raschem Rühren zugegeben. Nach mehreren Tagen bei Raumtemperatur wurde die Reaktionsmischung auf 50 C erwärmt und mit weiteren 10,0 g Natriumsulfit versetzt. Nach Beendigung (TLC Silicagel/Essigester) wurde die Reaktionsmischung gekühlt, mit Äther gewaschen und konzentriert. Dann wurde in 600 ml Methanol aufgenommen, filtriert und das Filtrat konzentriert. Das Konzentrat wurde durch Chromatographie («Biogel» P-2/Wasser) gereinigt und ergab nach dem Gefriertrocknen 13,0 g eines weissen pulvrigen Produktes (2500). Es wurde aus Methanol umkristallisiert, F 350 C.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

23

664962

UV H,0 max: 267 (3,81), 272 (3,81), 300 (2,90). ,3C NMR: 155.73, S (C2); 145,21, D, 144,86, D, 143,13, D (C3, C5. C6); 50,55. T (CH2S03 ); 30,68, T (ArCHU).

Beispiel 26

1-Meihyl-3-(2-sulfonyletliylj-pyrazin (2600)

5,0 g 2-(2-Sulfonylethyl)-pyrazin-Natriumsalz (2500) wurden zu einer Lösung von 10 ml Methyljodid und 50 ml Methanol gegegeben und die Mischung vier Tage unter Rückfluss gehalten. Dann wurde konzentriert und durch Gelpermeations-Chromatographie («Biogel» P-2/Wasser) gereinigt. Durch Gefriertrocknen wurden 4,5 g Produkt (2600) erhalten. Dieses wurde aus Ethanol/Wasser umkristallisiert, F 255 bis 260 C (Zersetzung).

UV H-,0 max: 281 (3,87). I3C NMR: 162,99, S (C3); 150,63, D (C5); 138,51, D, 136,24, D (C2, C6); 49,66, Q (NCH,); 49,56, T(CH,SO, ); 31,44, T (ArCHo). 'HNMR: 9.33, D. T (H6); 8,99, S (H2); 8,82, D (H5); 4,48, S (NCH,); 3,58-3,43, M (-CH2-).

Beispiel 27

2-Sulfonylmethylpyrazi)i-N atriumsalz (2700)

Eine Mischung aus 4,7 g 2-Methylpyrazin, 200 ml Tetrachlorkohlenstoff und 8,9 g N-Bromsuccinimid wurde auf 70 75 C erwärmt und mit 6,1 g Dibenzoylperoxid versetzt. Dann wurde 5 Std. auf Rückfluss erwärmt, abgekühlt und filtriert. Das Filtrat wurde konzentriert, mit einer Lösung von 10 g Natriumsulfit/100 ml Wasser versetzt und die Mischung drei Tage unter Rückfluss gehalten. Dann wurde über Nacht kontinuierlich mit Chloroform extrahiert, der Extrakt gefriergetrocknet und der erhaltene Feststoff in 250 ml Methanol aufgenommen. Die Lösung wurde filtriert, das Filtrat konzentriert und chromatographiert («Biogel» P-2, Wasser), was 3,9 g Produkt (2700) ergab. Dieses wurde aus Ethanol/Wasser umkristallisiert, F 294 bis 299 C.

UV H.O max: 203 (3,84), 267 (3,84), 272 (3,83). I3C NMR: 149,23, S (C2), 146,44, D, 145,23, D, 144,22, D (C3, C5, C6); 57,03, T (CH2S03 ).

Beispiel 28

1-Methyl-3-sulfonyhnethylpyrazin (2800)

3,0 g 2-Sulifonylmethylpyrazin (2700) wurden zu einer Lösung von 10 ml Methyljodid in 25 ml Methanol gegeben und drei Tage unter Rückfluss gehalten. Die Mischung wurde gekühlt und das Filtrat konzentriert. Der Feststoff wurde dann chromatographiert («Biogel» P-2/Wasser) und gefriergetrocknet, was 2,5 g Produkt (2800) ergab. Dieses wurde aus Propanol/Wasser umkristallisiert, F > 240 C (Zersetzung).

UV HoO max: 282 (3,89), 13C NMR: 156,04, S (C3); 150,99, D (C5); 139,63, D, 137,42, D (C2, C6); 57,10, T (CH2S03); 50,01, Q (NCH3). 'H NMR: 9,40, D, T (H6); 9,12, S (H2); 8,96, D (H5); 4,67, S (CH2S03-); 4,54, S (NCH3).

Beispiel 29

2-Sulfonylmethyl-6-methylpyrazin-Natriumsalz (2900)

Eine Mischung aus 5,4 g 2,6-Dimethylpyrazin und 8,9 g

N-Bromsuccinimid in 200 ml Tetrachlorkohlenstoff wurde auf 75 C erwärmt und mit 6,1 g Dibenzoylperoxid versetzt. Dann wurde 6 Std. unter Rückfluss erwärmt, abgekühlt, filtriert und das Filtrat konzentriert. Dieses Konzentrat wurde mit 10 g Natriumsulfit in 100 ml Wasser versetzt und die Mischung vier Tage auf Rückfluss erwärmt. Die wässrige Lösung wurde dann kontinuierlich mit Chloroform über Nacht extrahiert, der Extrakt gefriergetrocknet und der erhaltene Feststoff in 250 ml Methanol aufgenommen. Die Lösung wurde filtriert, das Filtrat konzentriert und chromatographiert («Biogel» P-2/Wasser), was 4,8 g Produkt (2900) ergab. Das aus Ethanol/Wasser umkristallisierte Produkt hatte einen Schmelzpunkt von 282 bis 285 C (Zersetzung). UV H20 max: 208 (3,80), 276 (3,88).

Beispiel 30

1-MethyI-3-sulfonylmethyl-5-methylpyrazin (3000)

4,0 g 2-Sulfonylmethyl-6-methylpyrazin-N atriumsalz (2900) wurden zu einer Lösung von 15 ml Methyljodid in 30 ml Methanol gegeben und die Mischung vier Tage auf Rückfluss erwärmt. Dann wurde abgekühlt und filtriert. Das Filtrat wurde chromatographiert («Biogel» P-2/Wasser) und lieferte nach dem Gefriertrocknen 3,4 g Produkt (3000), das aus Propanol/Wasser umkristallisiert wurde, F > 280 C (Zersetzung). UV H20 max: 288 (3,92).

Beispiel 31

2-Sulf<mylmethyl-5-methylpyrazin-Natriumsalz (3100)

Eine Mischung aus 3,3 g 2,5-Dimethylpyrazin und 5,4 g

N-Brdmsuccinimid in 150 ml Tetrachlorkohlenstoff wurde auf 75 C erwärmt und mit 3,7 g Dibenzoylperoxid versetzt. Diese Lösung wurde 6 Std. auf Rückfluss erwärmt, abgekühlt und filtriert. Das Filtrat wurde konzentriert und eine Lösung aus 10 g Natriumsulfit in 100 ml Wasser zugegeben. Die Mischung wurde drei Tage auf Rückfluss erwärmt und dann über Nacht kontinuierlich mit Chloroform extrahiert. Die wässrige Schicht wurde gefriergetrocknet, in 150 ml Methanol aufgenommen und filtriert. Das Filtrat wurde konzentriert und chromatographiert («Biogel» P-2/Wasser), was 3,1 g eines amorphen Feststoffes ergab. Dieser wurde aus Propanol/Wasser kristallisiert und lieferte das Produkt (3100), F > 200 C (Zersetzung).

UV H20 max: 209 (3,89), 278 (3,85).

Beispiel 32

1-Methyl-3-sulfonylmethyl-6-methylpyrazin (3200)

2,0 g 2-Sulfonylmethyl-5-methylpyrazin-Natriumsalz (3100) wurden zu einer Lösung von 15 ml Methyljodid in 25 ml Methanol gegeben und fünf Tage auf Rückfluss erwärmt. Die Mischung wurde dann abgekühlt und filtriert. Der Feststoff wurde durch Gelpermeations-Chromatographie («Biogel» P-2/Wasser) gereinigt und ergab nach dem Gefriertrocknen 1,6 g Produkt (3200). Dieses wurde aus Propanol/Wasser umkristallisiert, F > 350 °C (Zersetzung). UV H20 max: 213 (3,91), 293 (3,87)

Beispiel 33

2- (2-Hydroxybutyl) -pyrazin (3300)

Zu einer Suspension von Natriumamid (aus 11,5 g Natrium) in 1 Liter Ammoniak wurden 47 g 2-Methylpyrazin gegeben. Die Mischung wurde eine Stunde gerührt und dann eine Lösung von 15 g Propionaldehyd in 25 ml Äther zugetropft. Die Mischung wurde dann 2 Std. gerührt, langsam mit 50 g Ammoniumchlorid versetzt und der Ammoniak durch Äther ersetzt. Es wurden 250 ml Wasser zugegeben und das Produkt mit Essigester extrahiert, der Extrakt über Natriumsulfat getrocknet und konzentriert. Der Rückstand ergab beim Destillieren 12,7 g Produkt (3300), Kp 141 bis 143 °C (16 mm).

UV H20 max: 267 (3,80), 272 (3,79). I3C NMR: 155,90, S (C2); 145,89, D, 144,68, D, 142,88, D (C3, C5, C6); 73,37, D (CHOH); 42,28, T (ArCH2); 29,98, T (-CH2-); 9,97, Q (CH3).

Beispiel 34

l-Methyl-3- (2-hydroxybutyl) -pyraziniumjodid (3400)

3,1 g 2-(2-Hydroxybutyl)-pyrazin (3300) wurden in 30 ml Methanol gelöst, mit 10 ml Methyljodid versetzt und die Lö5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

664 962

24

sung drei Tage auf Rückfluss erwärmt. Dann wurde die Lösung konzentriert, in Wasser aufgenommen und mit Chloroform extrahiert. Die wässrige Lösung wurde konzentriert und chromatographiert («Biogel» P-2/Wasser). Durch Gefriertrocknen wurden 4,6 g Produkt (3400) als gelber Feststoff erhalten, der nach Umkristallisieren aus Essigester/ Ethanol bei 108 bis 109 C schmolz.

UV H-O max: 227 (4,11), 282 (3,85). I3C NMR: 163,30, S (C3): 150.63, D (C5); 138,77, D, 136,12, D (C2, C6); 72,66, D (CHOH); 49.93, Q (NCH3); 43,02, T, 30,11, T (-CH-.-); 9,97. Q (CH,). 'H NMR: 9,35, D, T (H6); 8,95, S (H2); 8,85, D (H5); 4,49, S (NCH,); 4,11, M (CHOH); 3,39-3,14, M (ArCH:); 1,75-1,52, M (-CH2-); 0,99, T (CH3).

Beispiel 35

1-Methyl-3-(2-oxybutyl)-pyraziniumjodid (3500)

4.0 g 2-(2-Oxybutyl)-pyrazin, hergestellt durch Oxidation nach Jones von 2-(2-Hydroxybutyl)-pyrazin (3300) oder gemäss der Methode von J.D. Behun et al, J. Am Chem. Soc., 81, 5157 (1959), wurden in 10 ml Essigester gelöst und mit 10 ml Methyljodid versetzt. Diese Lösung wurde in einem verschlossenen Behälter im Dunkeln gelagert. Das entstehende halbfeste Material wurde in Wasser aufgenommen, mit Essigester gewaschen und zu 4,6 g eines hygroskopischen pulverförmigen Produktes (3500), F 67 bis 69 C, gefriergetrocknet.

UV H:0 max: 226 (4,18), 280 (3,84).

Beispiel 36

2-11-Nitroisopropyl/-pyrazin (3600)

10,8 g 2-Ethylpyrazin wurden in 200 ml Tetrachlorkohlenstoff gelöst, mit 17,8 g N-Bromsuccinimid versetzt und die Mischung auf 75 C erwärmt. Diese Mischung wurde mit 1 g Dibenzoylperoxid versetzt und 4 Std. auf Rückfluss erwärmt. Dann wurde gekühlt, abfiltriert und das Lösungsmittel unter vermindertem Druck entfernt. Das Konzentrat wurde mit einer Lösung von 0,1 Mol Natriumnitromethylat in 250 ml Methanol versetzt und die Mischung zwei Tage auf Rückfluss erwärmt. Die entstandene Mischung wurde abgekühlt, filtriert und das Filtrat konzentriert. Der Rückstand wurde chromatographiert (CIS/Wasser) und ergab nach dem Gefriertrocknen 4,9 g eines fahlgelben öligen Produktes (3600). UV H20 max: 266 (3,89), 270 (3,86).

Beispiel 37

1-Methyl-3-< 1-nitroisopropyl)-pyraziniumjodid (3700)

2,0 g (2-( l-Nitroisopropyl)-pyrazin (3600) wurden in 10 ml Methanol gelöst, mit 5 ml Methyljodid versetzt und die Lösung vier Tage auf Rückfluss erwärmt. Das Lösungsmittel wurde entfernt, der Rückstand in Wasser aufgenommen und mit Chloroform gewaschen. Dann wurde chromatographiert («Biogel» P-2/Wasser) und durch Gefriertrocknung 3,2 g Produkt (3700) erhalten und aus Essigester/Etha-nol umkristallisiert, F 135 bis 136 C.

UV H:0 max: 227 (4,18), 281 (3,89).

Beispiel 38

l-Methyl-3- ( 2-acetamidoethyl) -pyraziniumjodid (3800)

3,0 g (2-(2-Acetamidoethyl)-pyrazin, hergestellt nach G. M. Singerman et al, J. Org. Chem. 30, 4379 (1965), wurden in 10 ml Äther gelöst und mit 10 ml Methyljodid versetzt. Das Produkt wurde in einem verschlossenen Behälter zwei Wochen im Dunkeln gelagert. Das entstandene Produkt wurde dann abfiltriert, mit Äther gewaschen und im Vakuum getrocknet, was 3,4 g eines gelben festen Produktes (3800) ergab, das aus Essigester/Ethanol umkristallisiert wurde, F 138 bis 139 C.

UV H20 max: 226 (4,17), 281 (3,85).

Beispiel 39

l-Methyl-3-(2-carboxyethyl)-pyraziniumjodid (3900)

2,0 g 2-(2-Carboxyethyl)-pyrazin, hergestellt nach Jones et al, J. Am. Chem. Soc., 72, 3539 (1950), wurden in 15 ml Methanol gelöst und mit 1,2 ml Methyljodid versetzt. Die Lösung wurde drei Tage auf Rückfluss erwärmt, abgekühlt und konzentriert. Der entstandene amorphe Feststoff wurde aus Propanol kristallisiert, was 3,5 g l-Methyl-3-(2-carbo-methoxyethyO-pyraziniumjodid (3901), F 108 bis 109 C, ergab.

UV H20 max: 226 (4,14), 281 (3,86).

1,0 g l-Methyl-3-(2-Carbomethoxyethyl)-pyraziniumjo-did wurde in 30 ml 2 n HCl gelöst und über Nacht auf Rückfluss erwärmt. Dann wurde konzentriert, in 100 ml Wasser aufgenommen und mit Methylenchlorid gewaschen. Durch Konzentrieren der wässrigen Lösung wurden 0,55 g l-Methyl-3-(2-carboxyethyl)-pyraziniumjodid (3900) als amorpher Feststoff erhalten.

UV H20 max: 226 (4,12), 281 (3,85).

Beispiel 40

l-Methyl-3-(2-carboxamidoethyl)-pyraziniumjodid (4000)

0,75 g 2-(2-Carboxamidoethyl)-pyrazin, hergestellt nach der in Beispiel 39 genannten Methode, wurden in 8 ml Methanol gelöst und mit 1,0 Methyljodid versetzt. Die Reaktionsmischung wurde über Nacht auf Rückfluss erwärmt. Während dieser Zeit entstand ein gelber Niederschlag. Die Mischung wurde abgekühlt und der abfiltrierte Feststoff mit Essigester gewaschen. Diese lieferte 0,90 g l-Methyl-3-(2-Carboxamidoethyl)-pyraziniumjodid (4000), das aus Essigester Ethanol umkristallisiert wurde, F 172 bis 173 C.

UV H20 max: 226 (4,13), 281 (3,86).

Beispiel 41

1 -Methyl-3-f2-sulfonoxy-3,4-dihydroxybutyl)-pyrazin (4100)

(a) 9.2 g (2-(3,4-Dihydroxybutyl)-pyrazin (1400) wurden in 450 ml einer l:l-Mischung von Pyridin und Essigsäureanhydrid gelöst und zwei Tage bei 25 C gerührt. Die Lösung wurde im Vakuum konzentriert, mit 250 ml Eiswasser versetzt und zweimal mit je 250 ml Essigester extrahiert. Die vereinigten organischen Schichten wurden über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet, konzentriert und der Rückstand destilliert, was 11,5 a 2-(3,4-Diacetoxybutyl)-pyrazin (4101), Kp 141-142 C (0,4 mm).

(b) 6,0 g 2-(3,4-Diacetoxybutyl)-pyrazin (4101) wurden in 100 ml Tetrachlorkohlenstoff gelöst und mit 4,24 g N-Brom-succinimid versetzt. Diese Mischung wurde auf 75 C erwärmt. mit 2,90 g Dibenzoylperoxid versetzt und die Reaktionsmischung 3 Std. auf Rückfluss erwärmt. Nach Abkühlen der Mischung wurde filtriert, das Filtrat in Vakuum konzentriert und der Rückstand auf Silicagel chromotagraphiert (Hexan, dann Hexan/Essigester). Dies ergab 7,0 g einer Mischung von zwei diastereomeren Bromiden (4102 und 4103). Diese wurden nicht getrennt, sondern direkt für den nächsten Schritt verwendet.

(c) 7.0 g 2-(l-Brom-3.4-diacetoxybutyl)-pyrazin (4102 und 4103) wurden in 100 ml Toluol gelöst, mit 3,3 g 1,8-Di-azabicyclo [5,4,0]-undec-7-en unter Argonatmosphäre versetzt und die Lösung über Nacht auf 65 bis 70 C erwärmt. Dann wurde gekühlt, die Toluollösung abgegossen und im Vakuum konzentriert. Der Rückstand wurde auf Silicagel (Hexan/Essigester) chromatographiert, was 3,5 g 2-(3,4-Di-acetoxy-l-butenyl)-pyrazin (4104) als fahlgelbes Öl lieferte.

UV EtOH max: 240 (4,14), 292 (3,85), 298 (3,86).

(d) 2.60 g 2-(3.4-Diacetoxy-l-butenyl)-pyrazin (4104) wurden zu einer Lösung von 78 mg Natrium in 50 ml Methanol gegeben. Die Mischung wurde bei 25 C über Nacht gerührt und dann im Vakuum konzentriert. Dieses Produkt

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

25

664962

wurde durch Gelpermeations-Chromatographie («Biogel» P- 61,64, D (CHSO, ); 49,65, Q (NCH,); 32,61, T (-CH2-). I3C

2. Wasser) gereinigt und lieferte 1,71 g 2-(3,4-Dihydroxy-l- NMR (Epimer); 163,49, S (C3); 150,44, D (C5); 138,77, D,

butenyl)-pyrazin (4105) als fahlgelbes Öl. 135,92. D (C2, C6); 71,82, D (CHOH); 63,37, T (CH-.OH);

UV H20 max; 234 (4,08), 292 (3,86). 63.25, D (CHSO, ); 49,65, Q (NCH,); 33,26, T (-CH2-).

(e) 1,7 g 2-(3,4-Dihydroxy-l-butenyl)-pyrazin (4105) 5

wurden zu 25 ml einer 10%igen Natriumsülfitlösung gege- Beispiele 42-52 ben und auf Rückfluss erwärmt, bis das olefinische Aus- 1-Methylpyrazinium- Verbindungen gangsmaterial verschwunden war. Die Lösung wurde dann Weitere Pyraziniumverbindungen wurden nach an sich abgekühlt, konzentriert und durch Gelpermeations-Chroma- bekannten Verfahren ähnlich den in den obigen Beispielen tographie («Biogel» P-2/Wasser) gereinigt, was 2,4 g 2-(2- 10 beschriebenen Methoden hergestellt: Sulfonyl-3,4-dihydroxybutyl)-pyrazin-Nariumsalz als Mischung der Diastereoisomeren (4106 und 4107) ergab. Bei- Bezeichnung

UV H20 max: 267 (3,86, 272 (3,85). spiel

(f) 1,2 g 2-(2-Sulfonyl-3,4-dihydroxybutyl)-pyrazin-Na-triumsalz (4106 und 4107) wurden zu einer Lösung von '5 42 10 ml Methyljodid in 25 ml Methanol gegeben. Dann wurden 2 ml Wasser zugegeben und die Mischung fünf Tage auf 43 Rückfluss erwärmt. Nun wurde konzentriert, in 100 ml Was- 44 ser aufgenommen und mit Essigester gewaschen. Die wässri- 45 ge Schicht wurde konzentriert und der Rückstand chromato- 20 46 graphiert («Biogel» P-2/Wasser), was 1,1 g l-Methyl-3-(2- 47 sulfonyl-3,4-dihydroxybutyl)-pyrazin (4100) als Mischung der Diastereoisomeren ergab. 48

UV H20 max: 283 (3,88). Diese Mischung wurde unter

Verwendung einer «Biorad» Ag-50 W x 4 (Ca++)-Kolonne 25 49

bei 65 C mit Wasser als Elutionsmittel in ihre Komponen- 50

ten getrennt. 51

i3C NMR: 163,89, S (C3); 150,36, D (C5); 138,88, D, 52 135.81. D. (C2, C6); 71,05, D (CHOH); 64,41, T (CH2OH);

l,2,5,6-Tetramethyl-3-hydroxy-methylpyraziniumjo-did (4200)

1,3-Dimethylpyraziniumjodid (4300) 1 -Methyl-3-carboxy-pyraziniumjodid (4400) l-Methyl-3-methoxycarbonyl-pyraziniumjodid (4500) 1 -Methyl-3-carbamido-pyraziniumjodid (4600) l-Methyl-3-(methylsulfonylmethyl)-pyraziniumjodid (4700)

l-Methyl-3-(methoxythiaacetyl)-pyraziniumjodid (4800)

i-Methyl-3-ethyl-pyraziniumjodid (4900) l-Methyl-3-butyl-pyraziniumjodid (5000) 1 -Methyl-3-vinyl-pyraziniumjodid (5100)

[( 1 -Methyl )-benzopyrazinium]-methylsulfonat (5200).

Claims (21)

1. 664 962

   PATENTAN SPRÜCHE 1. Monoquaternisierte Pyraziniumverbindung der Formel ( I )

   Ri worin

   R1 Alkyl mit 1 bis 3 C-Atomen, (Sulfonoxy)alkyl mit 1 bis 3 C-Atomen oder (Carboxy)alkyl mit 2 bis 4 C-Atomen ist;

   R2, R4 und R5 unabhängig gewählt sind aus Wasserstoff und Alkyl mit 1 bis 3 C-Atomen;

   R3 Sulfonoxy oder eine Gruppe der Formel (CH:)nCHXY ist worin

   X Wasserstoff, Hydroxy, Carboxy, Carboxamido, Sulfonoxy. (Sulfonoxy)alkyl mit 1 bis 3 C-Atomen, (Carboxy)-alkyl mit 2 bis 4 C-Atomen oder Dihydroxyalkyl mit 2 bis 3 C-Atomen;

   Y Wasserstoff, (Sulfonoxy)alkyl mit 1 bis 3 C-Atomen, Dihydroxyalkyl mit 2 bis 3 C-Atomen oder Alkyl mit 1 bis 3 C-Atomen und n eine ganze Zahl von 0 bis 3 bzw. wenn eine von X oder Y eine Sulfonoxygruppe oder eine (Sulfonoxy)al-kylgruppe darstellt oder wenn X und Y zusammen multiple polare Gruppen darstellen, eine ganze Zahl von 0 bis 6 ist, mit der Massgabe, dass wenn R1 Alkyl ist, R3 nicht Alkyl ist; und wenn R1 und R3 zusammen einen anderen als einen Carboxy- oder Sulfonoxysubstituenten enthalten, auch ein Gegenion vorhanden ist.
2. 2. Verbindung nach Anspruch 1, worin R1 Alkyl ist.
3. 3. Verbindung nach Anspruch 1, worin R3 eine Gruppe der Formel ~(CH2)nCHXY ist.
4. 4. Verbindung nach Anspruch 1, worin R3 Sulfonoxy oder -(CH:)nCHXY und X Hydroxy, Carboxy, Carboxamido. Sulfonoxy, (Sulfonoxy)alkyl, (Carboxy)alkyl oder Dihydroxyalkyl ist.
5. 5. Verfahren zum Übertragen von Hochenergieelektronen von einer Elektronen-fotoaktivierenden Quelle, dadurch gekennzeichnet, dass man die Quelle mit einer monoquater-nisierten Pyraziniumverbindung der Formel (Ia)

   3a kombiniert, in der R1, R2, R4 und R5 die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung haben und R3a die Bedeutung von R3 gemäss Anspruch 1 hat oder Wasserstoff ist, mit der Massgabe. dass wenn R1 Alkyl ist R3a nicht Alkyl ist oder wenn R1 und R '1 zusammen andere als Carboxy- oder Sulfonoxysubstituenten enthalten auch eine Gegenion vorhanden ist.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Kombinieren der Elektronen-fotoaktivierenden Quelle mit der Pyraziniumverbindung der Formel (Ia), bei der R3a Sulfonoxy oder -(CHi)nCHXY ist, wobei X Hydroxy, Sulfonoxy. (Sulfonoxy)alkyl oder Dihydroxyalkyl ist.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man als Pyraziniumverbindung der Formel (Ia) l-(3-Sulfonoxypropyl)-2,5-dimethylpyrazin verwendet.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Kombinieren der Elektronen-fotoaktivierenden Quelle und der Pyraziniumverbindung der Formel (Ia) mit einem Reduktionsmittel.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 6, worin R1 in der Pyraziniumverbindung der Formel (Ia) Alkyl ist.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 8, worin das Reduktionsmittel einen Enzymkatalysator enthält.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 9, worin der Katalysator Nitrogenase ist.
12. 12. Verfahren zur enzymatischen Herstellung von Wasserstoff aus Wasser, gekennzeichnet durch Kombinieren von Wasser, Chloroplasten und Nitrogenase mit einer monoqua-ternisierten Pyraziniumverbindung der Formel (Ia)

    3a in der R', R2, R4 und R5 die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung haben und R3a die Bedeutung von R3 gemäss Anspruch 1 hat oder Wasserstoff ist, mit der Massgabe, dass wenn R" Alkyl ist R3a nicht Alkyl ist oder wenn R1 und R3a zusammen andere als Carboxy- oder Sulfonoxysubstituenten enthalten auch ein Gegenion vorhanden ist, zur Bildung eines fotolytischen Systems und Belichten des fotolytischen Systems mit sichtbarem Licht in Abwesenheit von Stickstoff.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Kombinieren von Wasser, Spinat-Chloroplasten, mikrobiel-ler Nitrogenase und der Pyraziniumverbindung der Formel (Ia).
14. 14. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Bildung eines fotolytischen Zweistufensystems, das Chloroplasten und die Pyraziniumverbindung der Formel (Ia) in einer Stufe und Wasser, Nitrogenase und die Pyraziniumverbindung der Formel (Ia) in der anderen Stufe enthält, und Verbinden der Stufen durch eine semipermeable Membran, die den Durchgang der Pyraziniumverbindung aber nicht den Durchgang von Chloroplasten oder von Nitrogenase gestattet.
15. 15. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Sammeln von Wasserstoff über der Nitrogenasestufe und Sammeln von Sauerstoff über der Chloroplaststufe.
16. 16. Verfahren zur verstärkten Fixierung von Stickstoff durch Rhizobien, gekennzeichnet durch Zusammenbringen der an ihrem natürlichen symbiotischen Wirt hängenden Rhizobien mit einer monoquaternisierten Pyraziniumverbindung der Formel (Ia)

    3a in der R1, R2, R4 und R5 die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung haben und R3a die Bedeutung von R3 gemäss Anspruch 1 hat oder Wasserstoff ist, mit der Massgabe, dass wenn R1 Alkyl ist R3a nicht Alkyl ist oder wenn R1 und R3a zusammen andere als Carboxy- oder Sulfonoxysubstituenten enthalten auch ein Gegenion vorhanden ist.

    2

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    45

    50

    55

    60

    65

    3

    664962
17. 17. Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch periodisches Aufbringen einer wässrigen Lösung oder Auf-schlämmung der Pyraziniumverbindung der Formel (Ia) auf eine Anpflanzung eines mit Rhizobien angeimpften Rhizo-bienwirtes.
18. 18. Verfahren nach Anspruch 17, worin der Wirt eine Hülsenfrucht ist.
19. 19. Verfahren zur Herstellung von Ammoniak, gekennzeichnet durch Kombinieren von Wasser, Chloroplasten und Nitrogenase mit einer monoquaternisierten Pyraziniumverbindung der Formel (Ia)

    (Ia)

    in der R1, R2, R4 und R5 die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung haben und R3a die Bedeutung von R3 gemäss Anspruch 1 hat oder Wasserstoff ist, mit der Massgabe, dass wenn R1 Alkyl ist R3a nicht Alkyl ist und wenn R' und R3a zusammen andere als Carboxy- oder Sulfonoxysubstituenten enthalten auch ein Gegenion vorhanden ist, zur Bildung eines fotoaktiven Systems und Behandeln des fotoaktiven Systems mit sichtbarem Licht und Stickstoff.
20. 20. Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch Kombinieren von Wasser, Spinat-Chloroplasten, mikrobiel-ler Nitrogenase, der Pyraziniumverbindung der Formel (Ia) und Stickstoff.
21. 21. Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch Bildung eines fotolytischen Zweistufensystems enthaltend Wasser. Chloroplasten und Pyraziniumverbindung der Formel (Ia) in einer Stufe und Wasser, Stickstoff, Nitrogenase und Pyraziniumverbindung der Formel (Ia) in der anderen Stufe und durch Verbinden der Stufen mittels einer semipermeablen Membran, welche den Durchgang von Pyraziniumverbindung der Formel (Ia) aber nicht den Durchgang von Chloroplasten oder Nitrogenase gestattet.