FR 2542739 A1 19840921 FR 8403917 A 19840314 -1- Composés de pyrazinium monoquaternisés et leur utilisation comme vecteurs d'électrons dans des procédés photosynthéti- ques. La présente invention concerne des composés de pyra- zinium synthétiques et leur emploi dans des systèmes enzy- matiques photoréactifs Plus particulièrement, ces composés de pyrazinium sont utilisables comme vecteursd'électrons dans la production photoenzymatique d'hydrogène et d'ammo- niac. La photosynthèse est un ensemble de processus fonda- mentaux pour la subsistance de notre biosphère Chez les or- ganismes vivants, cette conversion d'énergie lumineuse en énergie chimique nécessite la présence du pigment appelé chlorophylle comme photosensibilisateuret chez les organis- l.5 mes supérieurs, tels que les organismes eucaryotes, cette fonction est accomplie dans des organelles spécialisées de la cellule, à savoir les chloroplastes, qui ont de nombreu- ses propriétés sembhbles à celles d'un organisme indépendant; L'énergie lumineuse qui est absorbée par les chloro- 2 C plastes entraine la photolyse de l'eau et un accrcissement de potentiel des électrons à "basse énergie" (+ 800 m V) engen,- drés par la photolyse à la valeur "haute énergie" de -600 m V. Les électrons de "haute énergie"sont piégés par les vecteurs d'électrons primaires qui se trouvent dans les chloroplastes, et les vecteurs réduits riches en énergie qui en résultent sont ensuite utilisés par l'organisme pour transformer le dioxyde de carbone en hydrates de carbone (glucides) ou hydro- carbures, et l'azote en ammoniac, par des processus enzymati- ques De plus, dans les conditions dans lesquelles des pro- cessus ne sont pas pleinement opératoires, par exemple accès limité au dioxyde de carbone ou à l'azote, les vecteurs d'électrons réduits sont détournés vers une réaction de pro- duction d'hydrogène catalysée par une nitrogénase et des hydrogénases; Bien que la formation photosynthétique et les proces- sus d'utilisationquiont lieu dans les organelles à chloro- -2- phylle ne soient pas tout à fait bien compris, on sait que l'absorption successive de deux quanta de lumière par les pigments chlorophylliens couplés P 680 et P 700 est nécessaire pour accrottre l'énergie des électrons produit par la photolyse de l'eau jusqu'à l'énergie qui est nécessaire pour produire les vecteurs d'électrons réduits Les hauts potentiels atteintspar les électrons photoexcités sont suf- fisants pour réduire les agrégats fer-soufre qui se trouvent dans les vecteurs d'électrons primaires liés tels que la ferrédoxine, et l'énergie est ensuite transférée à des vec- teurs d'électrons solubles comme la ferrédoxine ou la fla- vodoxine libres Onpeut trouver une autre discussion du processus photosynthétique biologique dans J R Benemann, "Advances in Microbial Physiology", Vol 5, Academic Press Londres, 1971, pages 135-172, D I Arnon, et al, Proc Nat. Acad Sci USA, 78, 2942-6 ( 1981); M Calvin, dans "Living Systems As Energy Converters", North Holland Pub, Amsterdam, 1077, pages 231-159. Des protéines telles que les ferrédoxines et les flavodoxines sont les vecteurs d'électrons naturels qui se trouvent dans les organismes vivants, qui participent au transfert in-vivo d'électrons de haute énergie dans les pro- cessus à la fois aérobie et anaérobie, voir E J Knight, et al., J Biol Chem, 241, 2752 ( 1966) Ces protéines parti- cipent à la fixation d'azote in-vivo dépendant de la lumière, à la formation de glucides et au dégagement d' hydrogène, ainsi qu'à la fixation d'azote anaérobie indépendante de la lumière, voir T T Hamilton, et al Proc Natl Acad Sci. USA, 52, 637 ( 1964) Essentiellement, ils véhiculent les électrons à haute énergie de la chlorophylle aux enzymes qui les utilisent. Des systèmes artificiels employant des ferrédoxines et des flavodoxines ont été élaborés récemment et font par- tie de plusieurs recherches sur la production synthétique d'hydrogène par photolyse de l'eau, et ces systèmes ont -3- aussi été employés comme modèles d'essais et d'examen pour l'étude de réactions photosynthétiques D'une manière ca- ractéristique, un tel système peut employer un photoacti- vant synthétique ou des chloroplastes de plantes isolés, un vecteur d'électrons et une enzyme comme la nitrogénase ou l'hydrogénase, voir J R Benemann, -et al, Proc Nat - Acad Sci USA, 64, 1079 ( 1969); et J R Benëm Lnl ans "Living Systems As Energy Convertersr' t I,-hh 1 al-a Publ. Amsterdam, 1977, pages 285-297 Dans m tael mozsei par exemple, l'activité du système stimule par la a n photosynthétique est suivie de la r in ac'i-Z% en éthylène. Des études employant des système 2 e hle ta s isolés ont montré que d'autres composés Fagont aúi - vecteurs d'électrons et remplacer la fer xiae bu la flavodoxine Par exemple, des dipyridyles tals a le méthyl viologène, le benzyl viologène et l Ew a-alvgts cycliques, sont capables de se coupler à des loxolaste irradiés et à l'hydrogènase, voir K K Rao, et a 1 dae "Photosynthesis In Relation to Model Systems,' e aa 99 D 329, Elsevier, Amsterdam, 1979; I Okra, et al JCS. Chem Comm, 1980, 84 Ces composés synthétiques pauv Rnt asi interréagir dans des réactions rédox photochiliques- cellulaires en "court-circuitant" les voies photynthti- ques, et il n'est donc pas surprenant d'observer que cer- tains dipyridyles comme le diquat et le paraquat ont une action herbicide, voir B Kock, et al, Biochem Biophys. Acta, 1091, 347 ( 1965). D'une manière générale, toutefois, on connait très peu:de composés organiques agissant efficacement comme vec- teurs d'électrons pour chloroplastes ou pour des systèmes photoactivants synthétiques Typiquement, les potentiels des formes réduites de vecteurs organiques connus à faible masse moléculaire ne sont pas en accord avec le potentiel qui est nécessaire pour un couplage enzymatique efficace, et il en résulte que le transfert des électrons d'énergie k 542339 -4- par ces vecteurs devient inefficace De plus, toute tendan- ce des formes réduites des vecteurs à rester liés aux chloroplastesfavorise la réaction inverse nuisible avec l'organelle, ce qui entrave le processus de transfert des électrons Des vecteurs d'électrons synthétiques conçus et synthétisés à partir de protéines comme les analogues synthétiques de la flavodoxine ou de la ferrédoxine, sont aussi théoriquement possibles, mais cependant leurs syn- thèses sont compliquées, leurs périodes (demi-vies) cour- tes et ils nécessitent un procédé spécial et des mesures synthétiques liées à l'emploi de protéines Ainsi, la nature du vecteur constitue l'une des caractéristiques qui limitent un système photosynthétique artificiel. La présente invention a ainsi pour objet d'éla- borer des composés organiques synthétiques pouvant agir comme vecteurs d'électrons efficaces dans un chloroplas- te ou un système photosynthétique de photoactivants syn- thétiques, la production d'un composé organique stable augmentant l'efficacité d'un système photosynthétique, la production d'un composé organique très stable à l'état d'énergie réduit, ainsi que la production de composés or- ganiques hydrosolubles-qui maximalisent le processus de transduction (conversion) utilisant le chloroplaste. Ces objets sont accomplis par la présente invention qui concerne des composés de pyrazinium monoquaternisés facilitant la production photosynthétique d'hydrogène, d'ammoniac et d'hydrates de carbone-(glucides), plus pré- cisément les composés de pyrazinium monoquartérnisés de formule I cidessôus qui peuvent transférer des électrons de haute énergie d'une source d'électrons photoactivante Ri R 5 N R 2 I a 542739 -5- Dans la formule I, R représente un alkyle en C 1-C 3, un sulfonoxyalkyle en C 1-C 3 ou un carboxyalkyle en C 3 ou C 4, R, R et R sont chacun, indépendamment les uns des autres, l'hydrogène ou un alkyle en C 1-C 3, et R est l'hydrogène un groupe sulfonoxy ou unqroupe (CH)n CHXY, X étant l'hydrogène ou un groupe hydroxy, sulfon- oxy, carboxy, carboxamido, sulfonoxyalkyle en C 1 -C 3, dihydroxyalkyle en C 2 ou C 3 ou carboxyalkyle en C 2 ou C 3, Y l'hydrogène ou un groupe sulfonoxyalkyle en C 1 à C 3, alkyle en C 1 à C 3 ou dihydroxyalkyle en C 2 ou C 3, et n est un entier de O à 6 si X ou bien Y est un groupe sul- fonyloxy ou sulfonoxyalkyle ou si les deux forment ensem- ble des groupes multipolaires, autrement N est un nombre de O à 3. X et Y donstituent ensemble des groupes multipo- laires si X est un groupe hydroxy, sulfonoxy, carboxy, carboxamido, sulfonoxyalkyle, dihydroxyalkyle ou carboxy- alkyle et si Y est un groupe sulfonoxyalkyle ou dihydroxy- alkyle. En ce qui concerne la formule I, si R est un alkyle, 3 1 3 R n'est pas un alkyle; et si R et R ne comprennent pas ensemble un substituant carboxy ou sulfonoxy, il y a aussi un ion opposé (ion complémentaire). Dans cette invention, on entend par ion complémen- taire ou opposé un anion qui agit comme ion antagoniste du composé de pyrazinium monoquaternaire de formule I quand celui-ci ne comprend pas un groupe anionique sur les subs- tituants R 1 et R, mais si il y a un tel groupe anionique, la présence d'un ion opposé n'est pas nécessaire du fait que le composé est alors amphotère De tels anions sont ceux d'acides minéraux ou organiques, des exemples non limitatifs comprenant les ions halogénure, sulfate, bi- sulfate, phosphate, biphosphate, nitrate, perchlorate, bo- rate, citrate, tartrate, acétate, propionate, succinate, -6- benzoate etc Le terme "sulfonoxy" est défini ici comme étant le radical d'acide sulfonique -503 H Ainsi, le groupe sulfonoxyéthyle est le groupe -CH 2 CH 2 SO 3 et le groupe sulfonoxyéthyl phényle est le groupe de formule C 6 H 5 CH 2 CH 25 O 3- Cette invention concerne aussi les formes purifiées isolées des composés de formule I ainsi que les composés de fomule I formés par voie synthétique. Des composés de formule I préférés comprennent ceux qui comportent les parties suivantes comme substi- tuants R 1 R, X et Y: a) composés dans lesquels R 1 est un alkyle: b) composés dans lesquels R est un groupe (CH 2)n CHXY; c) composés dans lesquels R est l'hydrogène; 2 4 5 d) composés dans lesquels R 2, R et R sont chacun, indépendamment les uns des autres, l'hydrogène ou un mé- thyle,; e) composés dans lesquels R 1 est un groupe (sulfo- noxy)alkyle; f) composés dans lesquels R est un groupe sulfono- xy ou un groupe (CH 2)n CHXY, X étant un groupe hydroxy, car- boxy, carboxamido, sulfonoxy, (sulfonoxy)alkyle, (carboxy) alkyle ou dihydroxyalkyle; g) composés décrits ci-dessus en f) dans lesquels R est l'hydrogène; h) composés dans lesquels R 3 est un groupe sulfono- xy ou un groupe (CH 2)n CHXY, X étant un groupe sulfonoxy, hydroxy ou (sulfonoxy)alkyle; et i) composés décrits en h) dans lesquels R est un groupe (CH 2)n CHXY. Particulièrement préférables sont les composés de formule I qui comportent les groupes suivants comme subs- tituants R 1 R, X et Y, et dont les noms sont également indiqués: e 542739 -7- 1 R 2, R 4 et R 5 sont tous l'hydrogène, R est un méthyle et R un groupe 1-hydroxyéthyle; iodure de 1-méthyl-3-( 1-hydroxyéthyl)pyrazinium. 2 2 R, R et R sont tous l'hydrogène, R est un méthyle et R 3 un groupe 2hydroxyéthyle; iodure de 1-méthyi-3-( 2-hydroxyêthyl)pyrazinium. 3 R et R 5 sont tous deux l'hydrogène, R et R 4 sont chacun un méthyle et R 3 un hydroxymâthyle; iodure de 1,5-diméthyl-3-hydroxyméthylpyrazinium. 4 R 2 et R 4 sont tous l'hydrogène, R 1 et R 5 sont chacun un méthyle et R 3 un hydroxyméthyle; iodure de 1,6-diméthyl-3-hydroxyméthylpyrazinium. R 2, R 4 et R 5 sont tous l'hydrogène, R 3 est un méthyle et R un groupe 3-sulfonoxypropyle; 1-( 3-sulfonoxy- propyle)-3-méthylpyrazine. 3 5 2 4 6 R et R sont l'hydrogène, R, R sont chacun un méthyle et R un groupe 3-sulfonoxypropyle; 1-( 3-sulfo- noxypropyl)-2,5-diméthylpyrazine. 7 R, R et R 5 sont tous l'hydrogène, R est un Méthyle, N est le nombre 1, Y est un groupe éthyle et X un groupe sulfonoxy; 1-méthyl-3-( 2-sulfonoxybutyl)pyrazine. 8 R 2, R 4 et R sont tous l'hydrogène, R est un méthyle, N le nombre 2, Y est groupe n-propyle et X un groupe sulfonoxy; 1-méthyl-3-( 1-sulfonoxybutyl)pyrazine. 9 R 2, R 4 et R 5 sont tous l'hydrogène, R 1 est un méthyle, N le nombre 2 et X un groupe 1,2-dihydroxyéthyle; iodure de 1-méthyl-3-( 3,4-dihydroxybutyl)pyrazinium. R, R 4 et R 5 sont tous l'hydrogène, R 1 est un méthyle,n le nombre 0 et X et Y sont chacun le groupe 2,3 dihydroxypropyle; iodure de 1-méthyl-3-( 1,2,6,7- tétrahydroxyhept-4-yl)pyrazinium. 11 R, R et R sont tous l'hydrogène, R 1 est un méthyle, N le nombre O et X et Y sont chacun un groupe 3sulfonoxypropyle; 4-( 1-méthyl-3-pyrazinyl)heptane-1,7 disulfonate de sodium. e 542739 -8- 12 Y, R et R 5 sont tous l'hydrogène, R est un méthyle, N le nombre 3 et Y un groupe sulfonoxy: 1-(méthyl- 3-( 4-sulfonoxybutyl)pyrazine. 13 Y, R 2, R 4 et R 5 sont tous l'hydrogène, R 1 est un méthyle, N le nombre O et X un groupe sulfonoxy; 1-méthyl-3-sulfonoxy-pyrazine. 2 4 51 14 R 2, R 4, R 5 et Y sont tous l'hydrogène, R est un méthyle, N le nombre O et X un groupe 1,2-dihydroxy- éthyle; iodure de 1-méthyl-3-( 1,2-dihydroxyéthyl)pyrazi- nium. R, R et R sont tous l'hydrogène, R et Y sont chac Un un méthyle, N est le nombre O et X un groupe sulfo- noxy; 1-méthyl-3-( 1-sulfonoxyéthyl)pyrazine. * 2 4 5 '; i 16 R, R, R 5 et Y sont tous l'hydrogène, R est un méthyle, N = 1 et X est un groupe sulfonoxy; 1-méthyl-3- ( 2-sulfonoxyéthyl)pyrazine. 17 R, R, Y et R 5 sont tous l'hydrogène, R 1 est un méthyl, N = O et R 3 est un groupe sulfonoxy; 1-méthyl-3- sulfonoxyméthylpyrazine. 18 Y, R et R 5 sont l'hydrogène, R 1 et R 4 sont chacun un méthyle, N = O et X est un groupe sulfonoxy; 1,5-diméthyl-3sulfonoxyméthylpyrazine. 19 Y, R et R sont l'hydrogène, R 1 et R sont chacun un méthyl, N = O et X est un groupe sulfonoxy; 1,6 diméthyl-3-sulfonoxyméthylpyrazine. R 2, R et R 5 sont l'hydrogène, R est un méthyle, n = 1, X est un hydroxyle et Y un éthyle; iodure de 1-méthyl-3-( 2-hydroxybutyl)pyrazinium. 21 R, R et R 5 sont l'hydrogène, R 1 est un méthyle, N = 1, X est un groupe sulfonoxy et Y un groupe 1,2-dihydroxy- éthyle; sel de I-méthyl-3-( 2-sulfonoxy-3,4-dihydroxybutyl) pyrazinium. De plus, sont particulièrement préférées les formes isolées purifiées des composés 1 à 21 obtenus par voie syn- thétique. L'invention comprend aussi une méthode de transfert d'électrons à haute énergie d'une source photo-activante d'électron 4 méthode qui comprend la combinaison de la source avec des composés du pyrazinium de formule I dans lesquels R 3 est l'hydrogène, un groupe sulfonoxy ou un groupe (CH 2) n CHXY. Avec des associations de matières biologiques com- prenant une telle source, le système peut produire par voie biophotosynthétique des glucides, de l'hydrogène et de l'ammoniac Il peut constituer une combinaison d'orga- nismes naturels biologiques in vivo ou bien des combinai- sons invitro de composés synthétiques et d'une matière biologique pouvant être isolée d'organismes vivants ou produite synthétiquement ou par génie génétique De plus, ces systèmes peuvent également être formés entièrement d'une matière synthétique conçue pour obtenir de tels pro- duits par voie photosynthétique. En particulier, le système comprend un agent d'une source photoactivante, par exemple des chloroplastes, asso- ciés avec de l'eau, un composé de formule I et une enzyme réductrice couplée comme l'hydrogènase ou la nitrogénase. Dans un mode d'exécution préféré, on emploie des chloroplastes dans un système à deux phases comportant les chloroplastes, le composé et l'eau dans une phase, et l'en- zyme, le composé et l'eau dansl'autre, les deux phases étant reliées par une membrane semi-perméable permettant le passage du composé mais pas celui des chloroplastes ou de l'enzyme Des ingrédients auxiliaires appropriés tels que l'adénosine triphosphate, des sels et gaz, se trouvent également dans le milieux aqueux Les gaz formés à partir de chaque phase sont recueillis séparément, de sorte qu'il ne se produit pas de court-circuitage. L'emploi d'organismes in vivo comprend par exemple l'accroissement de la fixation d'azote par des rhizobiums par mise en contact de ceux-ci avec un composé de pyrazinium. -10- D'autres sources photoactivantes pouvant être utilisées avec les composés de pyrazinium comprennent des composés synthétiques tels que des complexes organométalliques de ruthénium, de molybdène ou de fer avec des groupes comme un groupe bipyridyle ou de phorphyrine. Ces caractéristiques de l'invention, ainsi que d'autres, sont expliquées très en détail dans la descrip- tion qui suit. Les composés de pyrazinium monoquaternisés selon cette invention sont d'efficaces vecteurs d'électrons pour des électrons à "haute énergie" qui sont produits en par- ticulier par la synthèse chlorophyllienne Dans ce proces- sus, ils sont capables d'une manière répétée de transférer les électrons à haute énergie de chloroplastes irradiés à une enzyme couplée photosynth 9 tiquement telle que la nitrogénase Ils peuvent aussi agir comme vecteurs efficaces pour des électrons à "haute énergie" produits par des com- plexes organométalliques photosensibilisants synthétiques, par exemple des complexes de ruthénium, de molybdène et de fer. Ils sont en général solubles dans l'eau et ont un potentiel de réduction inférieur à environ -500 millivolts, mesuré par un potentiel polarographique de demi-vague à 7,5. Ce potentiel de réduction est toutefois, un seuil minimal au dessous duquel l'activité est déterminée par la struc- ture chimique. Incorporés dans un système photosynthétique, les composés de pyrazinium selon cette invention agissent comme agents de couplage reliant laréaction photolytique qui produit les électrons à haute énergie à la réaction réduc- trice qui utilise ces électrons pour synthétiser des pro- duits, typiquement l'hydrogène ou l'ammoniac Ils trans- fèrent l'énergie d'une réaction à l'autre et ils maintiennent dans ce processus leur structure et leur intégrité chimi- que A l'état réduit ils restent pratiquement stables et -11- ils ne subissent pas de réactions secondaires de dégrada- tion notables, propriété qui permet d'associer la réaction photolytique et la réaction réductrice sans perte notable d'énergie, et qui permet une conversion d'énergie effica- ce De plus, dans leur capacité comme agents de couplage, les présents composés subissent de multiples réactions rédox, mais néanmoins, l'oxydation et la réduction répé- tées ne modifient pas sensiblement leur nature chimique. Ils peuvent agir dans une multitude de conditions rédox sans dissociation ni dégradation, et par conséquent un système photosynthétique ne nécessite pas de grands quan- tités du composé pour le transfert d'électrons L'aptitude des présents composés à agir comme vec- teurs d'électrons est due à une association de caracté- ristiques de structure chimique Le cycle de pyrazine doit être monoquaternisé et il doit y avoir un substituant po- laire qui peut être sous une forme pouvant donner des hy- drogènes labiles et une liaison hydrogène En général, ce substituant comprendra un groupe hydroxyle, carboxyle, car- boxamido ou sulfonoxy ou autres, donnant le caractère po- laire,donneur de protons, liant l'hydrogène Toutefois, des groupes tels que des groupes d'éthers, de cétones, d'a- mides substitués ou d'alkyl-sulfones, se sont avérés dans des cas particuliers ne pas conférer l'action de vecteur Un substituant préféré est une chaîne latéraàealkylique portant un ou plusieurs groupes polaires, par exemple hy- droxyle, carboxyle, carboxamide et/ou sulfonoxy, chaine qui peut être le groupe monoquaternisé ou se trouver-en position 1,3 par rapport à l'azote quaternisé D'une ma- nière générale, la longueur de la chaîne alkylique latérale dépend du nombre et de la nature des groupes polaires pré- sents Si le groupe polaire est un groupe sulfonoxy ou des associations multiples de groupes hydroxyles, carbo- xyles, carboxamides ou sulfonoxy, la dimension de la chaîne peut aller jusqu'à environ 10 atomes de carbone, autrement -12- cette dimension peut aller jusqu'à environ 7 atomes de carbone. Ces particularités sont remplies par les composés de formule I, mais les spécialistes pourront trouver d'au- tres composés de pyrazinium monoquaternisés de formules chimiques semblables avec les particularités précédentes, composés qui sont également compris dans la présente in- vention a condition qu'ils aient un premier potentiel de réduction d'environ -500 à -800 millivolts à p H 7,5, mesuré par un potentiel polarographique de demi-vague La synthèse des composés de pyrazinium de formule I est ordinairement fondée sur des conversions chimiques connues pour pyrazinessubstituées et groupes organiques fonctionnels L'association de ces conversions donne des méthodes de préparation des présents composés de pyrazinium. * Les méthodes utilisent généralement une substitution nu- cléophile et l'addition a des 2-chloro ou 2-bromopyrazines, ainsi qu'une condensation catalysée par une base de 2-alkyl pyrazines avec des cétones, des aldéhydes, des es- ters, des sultones, des esters sulfoniques, etc On peut synthétiser des chaînes latérales multifonctionnelles à partir d'intermédiaires de pyrazines substitués avec un groupe synthon en position appropriée sur le substituant. On verra ces méthodes dans la description et les schémas réactionnels qui suivent. Les méthodes peuvent être divisées en deux étapes: synthèse de composés pyraziniques à substituants polaires et monoquaternisation du cycle du pyrazine pour former le composé de pyrazinium Naturellement, si le groupe mono- quaternisant est aussi le substituant polaire, cesétapes sont réunies Ainsi, l'expression "composés pyraziniques" désigne ci-apres la forme non quaternisée des présents com- posés de pyrazinium. Les méthodes générales pour la synthèse des compo- sés pyraziniques, ainsi que des méthodes particulières pour -13- la synthèse de composés pyraziniques à substituants fonc- tinnels et les méthodes de quaternisation, sont illustrées par les schémas réactionnels A à N ci-après Les schémas A à D montrent la synthèse des synthons intermédiaires de pyrazinessubstituées, sur laquelle est fondée la synthèse générale, ainsi que la synthèse générale de composés pyra- ziniqu E à substituants monofonctionnels Les schémas E à J montrent la synthèse générale de composés pyraziniques à chaînes latérales multifonctionnelles à partir des synthons intermédiaires Les schémas K à M montrent des méthodes particulières pour la synthèse de composés pyraziniques, et le schéma N montre des méthodes de monoquaternisation des composés pyraziniques pour former les composés de py- razinium selon l'invention Dans ces schémas ainsi que dans la discussion qui suit, le cycle de pyrazine à chaine latérale alkylique, de formule: R 5 R 2 R (CH 2)n- est désigné par l'abréviation "Het". Le schéma A indique une méthode de synthèse de l'al- déhyde intermédiaire 4 qui est un synthon intéressant pour la préparation de composés pyraziniques préterminaux de l'invention Le carbone dugroupe carbonyle de l'aldéhyde 4 est un site bifonctionnel pouvant servir à lier plusieurs groupes fonctionnels au cycle Het Ce schéma A indique aussi des méthodes de synthèse de composés pyraziniques monofonctionnalisés tels que le sel sulfonique 5, l'acide carboxylique 6 et l'ester 7 Les composés 5, 6 et 7 peuvent être également synthétisés par les méthodes des skhhémas K à M. D'une manière générale, on notera que de nombreux composés pyraziniques sont substitués par des radicaux -14- sulfonate ou carboxylate Ces composés peuvent être pré- parés à l'état de sels, par exemple de sulfonates ou car- boxylates de métaux alcalins ou alcalino-terreux, ou à l'état d'acides, tels que des acides sulfoniques Ils peu- vent être également préparés à l'état de simples esters alkyliques Les sels, acides et esters sont interconver- tibles par des méthodes connues, par exemple estérifica- tion avec un diazoalcane, neutralisation de l'acide avec un alkali, préparation directe du sel ou conversion du sel en acide, et ces trois formes sont toutes comprises dans l'invention Pour une raison de commodité, la forme sel, désignée ci-après par la lettre E,est discutée. D'après le schéma A, l'aldéhyde 4 est préparé à partir de la pyrazine 1 halogénée (chlorée ou bromée), qui est substituée par les groupes R 2, R 4 et R 5 qui ont été définis pour la formule I On commence par condenser l'halogénopyrazine 1 avec le réactif de Grignard I à hy- droxyalkyle protégé, comme le montre la réaction A 1 Le groupe protecteur R du réactif I est un alcool protégeant un groupe tel qu'un groupe tétrahydropyranyle (THP) ou un -groupe trialkylsilyle R 3 Si, par exemple triméthylsilyle ou tributyl-diméthylsilyle, ou des groupes semblables connus protégeant des hydroxyles, stables aux carbanions La réaction se fait dans un solvant organique aprotique anhy- dre tel qu'un éther ou un solvant hydrocarboné, à froid ou à des températures douces, ce qui donne le composé hy- droxy Het protégé 2 Comme le montre le schéma A, la réaction A 2,traitement du composé 2 avec le réactif appro- prié pour éliminer le groupe protecteur, donne l'alcool 3, par exemple élimination du THP par un acide aqueux doux froid, par exemple de l'acide acétique aqueux dilué, ou élimination du groupe R 3 Si par le fluorure de tétra-n-butyl- ammonium dans un solvant organique polaire, dans des con- ditions douces ou énergiques, ou par un acide minéral- alcoolique de force modérée En plus d'être un intermédiaire, -15- l'alcool 3 est un composé de pyrazine (X est un hydroxyle et Y l'hydrogène). Comme le montre la réaction A 3, l'alcool 3 peut être transformé en synthon aldéhyde 4 par une oxydation douce, par exemple avec du trioxyde de chrome acide Jones froid dans de l'acétone ou un solvant semblable, à froid, ou avec un complexe de pyridinium de trioxyde de chrome Corey dansdu chlorure de méthylène ou dans un solvant semblable,dans un bain glacé ou à des températures basses. Cet alcool peut aussi être tranformé en composé de pyra- zine acide 5 comme le montre la réaction A 4, par une oxy- dation énergique avec du trioxyde de chrome acide ou du permanganate On peut en outre appliquer toutes les autres méthodes connues de préparation d'aldéhydes et d'acides à partir d'alcool (voir par exemple -"Reagents For Organic Synthesis" de L F et M Fieses, Wyley Interscience, New Yor K. A son tour, l'acide 5 peut être estérifié comme le montre la réaction A 6 en ester alkylique de composé py- razinique 7 par les méthodes connues, par exemple par -traitement avec un diazoalcane ou avec un alcanol et du chlorure d'hydrogène. Le sel sulfonique du composé de pyrazine 6 est ob- tenu à partir de l'alcool 3, comme le montre la réaction A 5, par une substitution nucléophile du groupe hydroxy fonctionnalisé avec l'ion sulfite Pour faciliter cette substitution, on peut transformer l'alcool 3 en un bromure qui est traité avec du sulfite de sodium dans un solvant aprotique polaire La méthode préférée pour obtenir le sel sulfonique 6 est la conversion de l'alcool 3 en un tosylate par réaction avec le chlorure de p-toluene sul- fonyle (chlorure de tosyle ou Ts Cl) dans un solvant anhydre tel qu'un éther, le chloroforme, le chlorure de méthylène, le diméthylformamide, etc, en présence d'une quantité liante de pyridine, puis substitution du tosylate avec le -16- sulfite Des conditions réactionnelles caractéristiques sont un solvant polaire tel que l'eau ou un alcool et des températures douces à modérées Bien que l'acide sulfoni- que puisse être obtenu par traitement du sel formé avec un acide minéral, d'une manière caractéristique, le compo- sé sulfonique est isolé à l'état de sel, par exemple de sulfonate de sodium Le sel est directement obtenu par la substitution au sulfite du tosylate Des méthodes pour ces conversions sont également bien connues. Les schémas réactionnels B, C et D représentent une série d'étapes de transformationsde groupes chimiques qui sont répétées dans les synthèses des composés pyra- ziniques montrées par les schemas E à J Pour plus de brièveté, ces étapes sont discutées séparément en tant que schémas B, C et D Comme on le verra dans la discus- sion qui suit, les étapes des shémas B, C et D, ainsi que plusieurs des étapes des sch Mas A,servent à préparer les composés pyraziniques à partir de l'aldéhyde 4, c'est à dire de formule II, Het COR", R" étant l'hydrogène, ou bien à partir de son dérivé cétonique fonctionnalisé de for- mule II, Het COR", R"' étant un groupe formé et défini par- les étapes synthétiques précédentes Le composé Het COR" est appelé ci-après aldéhyde/cétone II. Le schéma B représente une suite d'étapes pouvant servir à préparer des intermédiaires conduisant à la pré- paration de composés pyraziniques substitués par un groupe d'acide sulfonique Comme le montre la réaction Bl de cette suite, on peut faire réagir l'aldéhyde/cétone II dans un éther anhydre,et dans des conditions de températu- re douces à froides, avec le réactif de Grignard hydroxy- alkylique à hydroxyle protégé de formule III, Z Mg(CH 2)k OR 7, Z étant le chlore ou le brome, k le nombre 2 ou 3, et R 7 un groupe connu protecteur d'hydroxyles stable au réactif de Grignard,tel qu'un groupe THP ou Si R 3, pour obtenir l'alcool 8 Si R' de l'alcool 8 est l'hydrogène, -17- on peut l'oxyder, comme le montre la réaction B 2, en cé- tone 9 par des méthodes connues, par exemple traitement avec des agents oxydants comme le trioxyde de chrome, le permanganate etc L'alcool 8 peut être également trans- formé, comme le montre la réaction B 3, en tosylate cor- respondant 10 par traitement avec Ts Cl de la manière décrite ci-dessus (réaction A 5). Dans une seconde partie de la suite du schéma B, les composé pyraziniques ayant un groupe d'acide sulfo- nique avec un groupe méthylène le séparant du site bi- fonctionnel sont préparés avec le méthylsulfonate de mé- thyle Comme le montre la réaction B 4, l'aldéhyde/cétone II peut être condensé avec le carbanion du méthylsulfonate de méthyle dans un solvant organique aprotique anhydre tel qu'un éther, ou un excès de l'ester luimême, puis fixation de l'alcoxyde forme in situ avec un chlorure de trialkyl silyle, pour obtenir le composé sil Sl sulfonate 11. Si R' est l'hydrogène dans le composé 11, comme le montre la réaction B 5, le groupe silylique peut être éliminé avec du fluorure de tétra-nbutylammonium aqueux, puis oxydation de l'alcool secondaire formé par une méthode quelconque connue pour l'oxydation d'alcools en cétones (voir L F. Fieser, cité ci-dessus, pour l'obtention du cétosulfona- te 12). Comme le montre la troisième partie du schéma B, dans la réaction B 6, dans une suite semblable, on applique une réaction de Wittig Dans la réaction de Wittig, on peut également faire réagir l'aldéhyde/cétone II avec l'ylide sulfonate 4 dans un éther comme solvant dans des conditions modérées pour obtenir le sulfonate oléfinique 13 On connait aussi des modes opératoires pour effectuer la réaction de Wittig. Comme le montre la quatrième partie du schéma B, dans la réaction B 7, le tosylate 10 peut être réduit avec un borohydrure de métal alcalin tel que le borohydrure de -18- sodium dans un solvant polaire, dans des conditions douces à modérées, ce qui remplace le groupe tosylate par un groupe hydrure Le composé pyrazinique 10 B est obtenu de cette manière Cette réduction du tosylate, ainsi que d'autres transformations hydroxyliques intéressantes, se trouvent dans la publication "Compendium of Organic Syn- thetic Method", I Harrison, S Harrison, Wiley-Interscience, New-York, 1981. Le schéma C représente une suite d'étapes permet- tant de préparer un intermédiaire oléfinique conduisant à des composés pyraziniques substitués par un groupe di- hydroxyalkylique Comme le montre la réaction C 1, on fait réagir l'aldéhyde/cétone II avec le vinyl-lithium ou un réactif de Grignard alkylique 5 pour obtenir l'alcool oléfinique 14 D'une manière caractéristique, cette trans- formation connue est conduite dans un éther anhydÉe comme solvant, dans des conditions de température douces à mo- dérées On peut ensuite transformer l'alcool oléfinique 14 en cétone oléfinique 15, tosylate oléfinique 16 ou acétal cétone 17 de la manière suivante Si R' de l'al- cool 14 est l'hydrogène, comme le montre la réaction C 2, l'oxydation de l'alcool 14 par les méthodes ci-dessus dé- crites donne la cétone 15 Comme le montre la réaction C 3, le traitement de l'alcool 14 avec le chlorure de tosyle dans les conditions indiquées ci-dessus donne le tosylate 16. Comme le montre la réaction C 4, l'oxydation douce du groupe oléfinique de l'acétone 15 avec du tétroxyde d'osmium froid ou du permanganate de potassium froid dans un solvant polaire transforme le groupe oléfinique en un groupe diol On peut également appliquer toutes autres méthodes connues pour la préparation de diols à partir d'oléfines (à cet égard voir par exemple "Advance Organic Chemistry" 2nd Ed J March, Mc Graw-Hill, 1976) Le traitement du diol avec une cétone comme l'acétone ou la -19- méthyléthyl cétone dans un solvant organique polaire aci- difié donne l'acétal cétone 17. Le schéma D représente une suite d'étapes permet- tant la préparation d'un acide alkyl-carboxylique pro- tégé intermédiaire conduisant à des composés pyraziniques substitués par un groupe carboxyalkyle Comme le montre la réaction D 1, on fait réagir l'aldéhyde/cétone II avec le réactif de Grignard carboxylique protégé 6 dans un éther comme solvant, dans des conditions douces, comme il est indiqué plus haut, ce qui donne apres hydrolyse le composé carboxylique protégé 18 On peut prendre comme réactif 6 tout groupe protecteur d'un groupe carboxy qui reste stable dans les conditions de la réaction de Grignard, dont le groupe oxazidinique du schéma D représente un exem- ple, groupe qui reste stable au réactif de Grignard et l'oxydation, mais qui peut être éliminé avec H Cl éthano- lique (voir par exemple "'Compendium of Organic Synthetic Methods", I Harrison, S Harrison, Wiley-Interscience, New-York 1971) Comme le montre la réaction D 2, l'hydroxyle du composé 18 peut être transformé enhydrure par réduction avec un borohydrure du tosylate formé à partir de l'hy- droxyle On commence pour cela par traiter le composé 18 avec un alcool et un acide pour éliminer le groupe pro- tégeant le carboxyle et former un ester L'hydroxyle de 1 ' oméga-hydroxyester ainsi forméest tosylé dans les conditions indiquées plus haut, puis on réduit le groupe tosylate avec du borohydrure de sodium ou un borohydrure semblable dans un solvant polaire, dans des conditions douces à modérées, ce qui donne l'ester 19 Si R' du com- posé 18 est l'hydrogène, comme le montre la réaction D 3, on peut oxyder l'hydroxyle du composé 18 en un groupe cé- toni-cue par l'une quelconque des méthodes d'oxydation d'hydroxyles connues ci-dessus, ce qui donne l'acétone 20. On peut préparer des composés pyraziniques poly- -20- fonctionnels selon cette invention de la manière représen- t 8 e par les schémas E à J, dont les étapes synthétiques sont généralement connues Ces schémas varient suivant la nature du substituant X. Le schéma E représente la synthèse de composés pyraziniques polyfonctionnels dans lesquels X est un hydro- xyle Dans ce schéma, commele montrent les réactions E 1 et E 2, le composé pyrazinique hydroxy-sulfonique 22 est ob- tenu à partir du sel silyl-sulfonique intermédiaire 21 et du sulfonate 11, le sel 21 étant à son tour obtenu à partir de l'alcool 8 de la réaction Bl On commence par protéger l'hydroxyle libre de l'alcool 8 sous la forme d'un groupe trialkyl silyloxy avec un chlorure de tri- alkyl silyle comme décrit ci-dessus, puis on élimine sé- lectivement le groupe THP avec un acide aqueux doux,froidce qui donne un silyloxy-alcool (non représenté) On peut ensuite transformer cet alcool en sel silyl-sulfonique 21 par la méthode au bromure ou au tosylate décrite plus haut pour le schéma A (réaction A 5) L'élimination du groupe protecteur silyl-hydroxy du sel sulfonique 21 et du composé 11 il par les méthodes décrites ci-dessus pour le schéma A (réaction A 2), suivie de l'hydrolyse du groupe ester du composé 11, donne le composé pyrazinique hydroxy-sulfonique 22. Comme le montre la réaction E 3, on peut transifor- mer l'alcool oléfinique 14 en composé trihydroxy-pyrazi- nique 23 par oxydation oléfinique L'alcool 14 est traité avec un oxydant d'oléfines de la manière décrite pour le schéma C (réaction C 4), ce qui donne le composé 23. Finalement, cqmme le montre la réaction E 4, on peut faire réagir l'aldéhyde 4 du schéma A avec un réac- tif de Grignard alkylique en C 1-C 3, dans les conditions ordinaires pour les réactions de Grignard, ce qui donne le composé hydroxy-pyrazinique secondaire 24. Le schéma F représente la synthèse de composés pyraziniques polyfonctionnels dans lesquels X est un groupe -21- carboxylique Comme le montrent les réactions F 1, F 2 et F 3, le carboxylate 26 est obtenu à partir d'un cyanure inter- médiaire, 25 a et 25 b On fait réagir le tosylate 10 de la réaction B 3 avec le cyanure dans un solvant organique po- laire, dans des conditions douces à énergiques, ce qui donne le cyanure 25 a, et d'une manière semblable, on peut faire réagir le sulfonate oléfinique 13 provenant de la réaction B 6 avec le cyanure dans un solvant organique po- laire, ce qui donne le cyanure 25 b Le cyanure 25 a peut être à son tour transformé en le composé carboxy-sulfonoxy- pyrazinique 26 correspondant comme le montre la réaction F 3, par la transformation tosylate-sulfonate conduite suivant la description pour les réactions A 2 et A 5, puis hydrolyse du nitrile dans un acide aqueux fort avec éven- tuellement un alcool et chauffage Le cyanure 25 b est de même transformé en composé carboxy-sulfonoxy-pyrazinique 26 correspondant par hydrolyse du groupe nitrile. Les réactions F 5 et F 6 montrent la préparation du composé dihydroxy-carboxy-pyrazinique 28 On traite l'a- cétone oléfinique 15, provenant de la réaction C 2, avec le réactif dibromoylide VII, puis on fait réagir la dibromooléfine formée avec un alcoolate comme le méthylate de sodium dans du méthanol, ce qui donne l'éther alkyl- vinylique correspondant (non représenté) On traite ensuite ce composé avec un alcool acide pour obtenir l'acide car- boxylique oléfinique 27, lequel est ensuite oxydé avec un oxydant d'oléfines dans les conditions indiquées pour la réaction C 4, ce qui donne le composé pyrazinique 28. La réaction F 7 montre la préparation du composé alkyl-carboxypyrazinique 29 Le traitement de l'aldéhyde 4 avec un réactif de Grignard alkylique en C 1-C 3, la transformation de l'alcanol formé en un tosylate dans les conditions décrites pour la réaction A 5, puis la substi- tution nucléophile du groupe tosylique par un cyanure et ensuite une hydrolyse, dans les conditions décrites pour -22- la réaction F 3, donnent le composé pyrazinique 29. Le schéma G représente la synthèse de composés pyraziniques polyfonctionnels dans lesquels X est un groupe sulfonoxy Les réactions G 1 et G 2 montrent la pré- paration du composé pyrazinique disulfonique 31 à partir de l'alcool 8 et du sulfonate 13, réactions qui se font suivant les méthodes décrites pour la réaction A 5, et on peutprendre comme intermédiaire un composé dibromé ou un ditosylate On commence par hydrolyser l'alcool 8 provenant de la réaction Bl (réaction G 1, conditions in- diquées pour la réaction A 2) pour éliminer le groupe pro- tégeant l'alcool, puis le composé dihydroxyliqueformé (non représenté) est ditosylé, ce qui donne le ditosylate , et l'on peut ensuite faire réagir ce ditosylate 30, ou bien l'autre intermédiaire, le sulfonate oléfinique 13 provenant de la réaction B 6, avec l'anion sulfite comme le montre la qéaction G 2, ce qui donne le composé pyrazinique 31. Les réactions G 3 et G 4 montrent la préparation du composé pyrazinique dihydroxy-sulfonique 33 On commence par faire réagir le tosylate 16 (R' étant l'hydrogène) pro- venant de la réaction C 3 avec l'anion sulfite de la manière décrite pour la réaction A 5, ce qui donne l'acide sulfoni- que oléfinique 32 qui est ensuite oxydé avec un oxydant d'oléfines de la manière décrite pour la réaction C 4, ce qui donne le composé pyrazinique 33. Finalement, comme le montre la réaction G 5, on prépare le composé pyrazinique alkyl-sulfonique 34 par réaction de l'aldéhyde 4 avec un réactif de Grignard al- kylique (R), suivie de la réaction A 5 de transformation tosylate-sulfonate de l'alcool formé - Le schéma H représente la synthèse de composés pyraziniques polyfonctionnels dans lesquels X est un radi- cal sulfonoxyalkyle en C 1-C 3 Les réactions H 1 à H 3 mon- trant la préparation des bis(sulfonoxy)alkyl-pyrazines 36 -23- et 37 On traite l'ester 7, provenant de la réaction A 6, avec deux équivalents du réactif de Grignard III, R 7 étant un groupe R 3 Si (conditions de la réaction B 1), puis on soumet l'alcool formé à une tosylation (conditions de la réaction A 5) et on réduit avec un borohydrure le to- sylate obtenu (conditions de la réaction B 7), ce qui don- ne te produit intermédiaire 35 On élimine les groupes protecteurs du silyl-alcool de cet intermédiaire (con- ditions de la réaction A 2) et on effectue la transfor- mation tosylate-sulfonate du diol formé (conditions de la réaction A 5), ce qui donne le composé bis(sulfonoxy) alkyl-pyrazinique 36 Le composé pyrazinique 37 est obtenu à partir du sulfonate oléfinique 13 (RD étant l'hydrogène) par condensation avec le carbanion du méthylsulfonate de méthyle (conditions de la réaction B 4), suivie d'une pro- tonation et d'une hydrolyse du groupe ester Le composé 37 peut être également obtenu par condensations succes- sives de l'aldéhyde 4 avec deux équivalents du carbanion du méthylsulfonate de méthyle, c'est à dire qu'après l'ad- dition du premier équivalent, le composé hydroxylique formé est déshydraté in situ par traitement avec un acide, ce qui donne le composé 13, in situ, qui est ensuite con- densé avec le second équivalent. Les réactions H 4 à H 9 montrent la préparation des dihydroxy(sulfonoxy) alkyl-pyrazines 41 et 43 La cétone oléfinique 15 provenant de la réaction C 2 est transformée en tosylate 38 (réaction H 4) suivant le schéma B des réactions B 1, B 2 et B 3, la cétone 15 étant l'aldéhyde/ cétone II de la réaction B 1 Le tosylate 38 est réduit avec un borohydrure de métal alcalin (réaction H 5, con- ditions de la réaction B 7), ce qui donne la silyl-oléfine 39, laquelle est transformée en sulfonate oléfinique 40 (réaction F 6) par élimination du groupe silyle (condi- tions de la réaction A 2) et transformation tosylate- sulfonate (conditions de la réaction A 5) Le sulfonate 40 -24- est ensuite oxydé (réaction H 7), ce qui donne la dihydroxy (sulfonoxy)-alkylpyrazine correspondante, par traitement avec un oxydant d'oléfines (conditions de la réaction C 4). L'acétale-cétone 17 est la matière dont on part dans les réactions H 8 et H 9 pour préparer la dihydroxy (sulfonoxy)-alkyl-pyrazine 43 La cétone 17 est employée comme aldéhyde/cétone II dans la réaction B 6 du schéma B pour obtenir le sulfonate oléfinique 42, sulfonate dont la réduction catalytique sous une faible pression d'hydro- gène, avec comme catalyseur du chlorure de rhodium, du chlorure de platine, de ruthénium ou de palladium, dans un solvant non polaire tel que le benzène ou l'hexane, suivie d'une hydrolyse en milieu acide du groupe acétal, donne le composé pyrazinique 43. Les réactions H 10 à H 14 illustrent la synthèse de l'alkyl(sulfonoxy)-alkyl-pyrazine 46 On transforme l'al- déhyde 4 en cétone 44 (réaction H 10) par une réaction de Grignard avec un réactif alkylique (R) et oxydation de l'alcool formé (conditions des réactions E 4 et A 3), puis la cétone 43 est transformée en tosylate 45 a ou en sulfona- te oléfinique 45 b suivant le schéma B, la cétone 44 étant employée à l'état d'aldéhyde/cétone II dans les réactions Bl et B 6 Le tosylate 45 a est ensuite transformé en compo- sé pyrazinique correspondant 46 (réaction H 13) par réduc- tion avec un borohydrure de métal alcalin du tosylate, puis élimination du groupe protecteur silylique et transforma- tion tosylate-sulfonate dans les conditions décrites pour les réactions B 7, A 2 et A 5 Le tosylate 45 b est également transformé en composé pyrazinique correspondant 46 (réac- tion H 14) par hydrogénation catalytique et hydrolyse, de la manière décrite pour la réaction H 9. Le schéma I représente la préparation de com- posés pyraziniques polyfonctionnels dans lesquels X est un groupe dihydroxyalkyle en C 2 ou C 3 Les réactions Il et I 2 illustrent la production de la bis(dihydroxyalkyl)- -25- pyrazine 48 La cétone oléfinique 15 provenant de la réac- tion C 2 est transformée en tosylate oléfinique 47 suivant le schéma C (réactions Cl et C 3), la cétone 15 étant em- ployée sous la forme de l'aldéhyde/cétone II dans la réac- tion C 1 La réduction du tosylate 47 avec un borohydrure de métal alcalin (conditions de la réaction B 7) et l'oxy- dation du groupe oléfinique en groupes dihydroxy (condi- tions de la réaction C 4) donnent le composé pyrazinique 48 (réaction I 2). Les réactions 13 à I 9 illustrent la préparation des composés sulfonoxy)alkyl et dihydroxyalkyl pyrazini- ques 51 et 53 La cétone oléfinique 15 est transformée en tosylate 49 (réaction I 3) suivant le schéma B (réactions Bl et B 2), la cétone 15 étant employée sous la forme de l'aldéhyde/cétone II, puis le tosylate 49 est transformé en sulfonate oléfinique 50 (réaction I 4) par réduction avec un borohydrure de métal alcalin (conditions de la réaction B 7;) qui est suivie de l'élimination du groupe silyle (con- * ditions de la réaction A 2) et de la transformation tosylate- sulfonate (conditions de la réaction A 5) Le sulfonate 50 est ensuite oxydé avec un oxydant d'oléfines (réaction I 5, conditions de la réaction C 4), ce qui donne le composé py- razinique 51 L'acétal-cétone 17 peut être transformé en composé pyrazinique 53 en l'employant à l'état d'aldéhyde/ cétone II dans le schéma B (conditions de la réaction B 6) pour former le sulfonate oléfinique 52, qui est ensuite hydrogéné par voie catalytique et hydrolysé (réaction I 8, conditions de la réaction H 9). La réaction I 9 illustre la préparation du composé alkyl, dihydroxyalkyl pyrazinique 54 Une réaction de Grignard avec un alkyle R, avec la cétone oléfinique 15, suivie de la formation du tosylate, de la réduction de celui-ci avec un borohydrure et de l'oxydation du groupe oléfinique (conditions des réactions A 5,B 7 et C 4) donne le composé pyrazinique 54. -26- Le schéma J représente la préparation de com- posés pyraziniques dans lesquels X est un groupe carboxy- alkyle en C 2 à C 4, les réactions J 1 à J 5 illustrant la préparation des composés sulfonoxy)alkyl et carboxyalkyl pyraziniques 58 et 60 Dans les réactions J 1 et J 2, la carboxy-cétone protégée 20 est employée sour la forme de l'aldéhyde/cétone II suivant le schéma B (réaction BI), ce qui donne l'alcool 56 qui est transformé en ester mé- thylique et employé comme alcool 8 dans le schéma B (réduc- tion du tosylate, réactions B 3 et B 7), ce qui donne l'es- ter méthylique 57, lequel est ensuite transformé en com- posé pyrazinique 58 par élimination du groupe silyle (con- ditions de la réaction A 2) et transformation tosylate- sulfonate (conditions de la réaction A 5) Les groupes sul- fonate et carboxylate peuvent être transformés en sels par hydrolyse en milieu basique. D'une manière semblable (réactions J 4 et J 5), on transforme la cétone 20 en pyrazine 60 en l'employant à l'état d'aldéhyde/cétone II dans le schéma B (réaction B 6) pour obtenir l'acide sulfonique oléfinique 59, qui est ensuite hydrolysé-et hydrogéné catalytiquement (condi- tions,lde la réaction H 9) pour obtenir le composé 60 Le groupe ester peut être transformé en sel par hydrolyse en milieu basique. Les réactions J 6 et J 7 illustrent la préparation du composé dihydroxyalkyl, carboxyalkyl pyrazinique 62. La carboxy-cétone protégée 20 est employée à l'état de cétone II dans le schéma C (réaction C 1) pour obtenir l'al- cool oléfinique 61, qui est ensuite déprotégé par hydro- lyse en milieu acide, puis tosylé, réduit avec un boro- hydrure de métal alcalin (conditions des réactions C 3 et C 5) et oxydé avec un oxydant d'oléfines (conditions de la réaction C 4), ce qui donne le composé pyrazinique 62. La réaction J 8 illustre la préparation du composé alkyl carboxyalkyl pyrazinique 63 On fait réagir la -27- carboxy-cétone 20 protégée avec un réactif de Grignard à alkyle R, on déprotège par hydrolyse en milieu acide, on tosyle et on réduit avec un borohydrure de métal alca- lin {conditions des réactions C 3 et C 5), ce qui donne le composé pyrazinique 63. Des synthèses particulières de composés pyrazi- niques, qui reposent sur le caractère de stabilisation anionique du cycle de pyrazine,sont représentées par-les schémas K à M dans lesquels, ainsi que dans la discussion ci-après, le cycle de pyrazine trisubstitué selon l'in- vention est désigné par l'abréviation "Pyr". Le schéma K représente la préparation de certains composé pyraziniques à substitutions par un groupe d'a- cide sulfonique, qui utilisent des réactions nucléophiles. La substitution d'une bromométhyl pyrazine par un anion mercaptide (thiolate) dans un solvant polaire, suivie d'une oxydation avec un agent oxydant tel que le trioxyde de chrome acide ou le permanganate, donne l'acide pyrazinyl- méthylsulfonique 64 (réaction K 1) La préparation directe de ce même type d'acide, l'acide 1-(pyrazine-2-yl)alkyl- sulfonique 65, se fait par substitution nucléophile d'une 2-( 1-bromo ou iodoalkyl)-pyrazine en C 1-C 7 dans le groupe alkyle avec l'anion sulfite dans un solvant polaire, suivie d'un traitement acide (réaction K 2). La stabilisation pyrazinique d'un carbanion for- mé in situ ést employée dans la réaction K 3 pour obtenir l'acide 2-(pyrazinyl)éthanesulfonique ou l'acide 2-(pyra- zinyl)-l-(alkyl)éthanesulfonique 66 par condensation de la 2-( 1-alcényl)pyrazine avec l'anion sulfite dans un sol- vant polaire,suivie d'un traitement acide. La condensation d'une sultone cyclique ayant de trois à six groupe méthylène avec le pyrazinylméthyl so- dium, qui est formé in situ à partir de méthylpyrazine et d'amidure de sodium dans de l'ammoniaque, donne l'acide omega-(pyrazinyl) alkylsulfonique 67 en C 3-C 6 dans le 2542 ? 39 -28- groupe alkyle (réaction K 4). Enfin, la substitution nucléophile du cycle de pyrazine d'une chloro ou bromo pyrazine avec l'anion sulfite dans de l'eau donne l'acide pyrazinesulfonique 68 après un traitement acide (réaction K 5). Le schéma L représente la préparation de composés hydroxyalkyl-pyraziniques Plusieurs méthodes sont appli- quées pour ces préparations Dans les conditions de la réaction C 4, l'oxydation du groupe oléfinique de la (but-1-ène-4-yl)pyrazine,formée par condensation d'un bro- mure d'alkyle et de pyrazinylméthyl sodium, donne la ( 3,4-dihydroxybutyl)pyrazine 69 (réaction L 1) La conden- sation de la méthyl pyrazine avec le paraformaldéhyde don- ne la 2-( 2-hydroxyéthyl)pyrazine 60 (réaction L 2), ou bien sa condensation avec un alkyl-aldéhyde dans une base donne une 2-( 2-alkyl 2-hydroxyéthyl)pyrazine (réaction L 3) De même, la condensation de l'anion de mé-hy pyra- zine avec un ester d'un acide alcane-carboxylique en C 1- C 6 dans le groupe alkyle donne la cétone intermédiaire 72, laquelle peut être réduite avec le borohydrure de sodium ou un hydrure semblable pour obtenir la pyrazine 71 (réaction L 4). La substitution:nucléophile d'une ( 1-bromoalkyl) pyrazine avec un hydroxy donne la ( 1-hydroxyalkyl)pyrazine 73 (réaction L 5) On peut préparer l'hydroxyméthylpyrazine 74 à partir de la méthyl pyrazine par oxydation avec le péroxyde d'hydrogène suivie d'un traitement avec un anhy- dride d'acide organique et hydrolyse avec une base (réac- tion L 6). Le schéma M représente une synthèse particulière d'un acide pyrazinylpropionique On condense l'anion de méthyl pyrazine avec le trichloroacétaldéhyde puis on traite avec un hydroxyde et ensuite on acidifie, ce qui donne l'acide 3-(pyrazinyl)acrylique 75, acide qui est ensuite hydrogéné par voie catalytique sur du charbon palladié, ce qui donne l'acide 3-( 2-pyrazinyl)propionique 76. -29- Le shéxma N illustre la seconde phase du plan de synthèse d'ensemble, la monoquaternisation D'une manière générale, si le groupe quaternisant est un alkyle, on fait réagir le bromure ou l'iodure d'alkyle correspondant avec le composé pyrazinique approprié pour quaterniserle cyble de pyrazine (réaction Ni) Si le composé pyrazinique est monosubstitué en R 3, ce procédé entraîne laquaternisation de l'atome d'azote à la position méta par rapport à R 3. Pour d'autres modèles de substitution, un contrôle stéri- que détermine l'atome d'azote de la pyrazine qui est qua- ternisé Ainsi, s'il y a plusieurs substituants, par exem- ple R, R, R et R, il peut se former des mélanges qui sont séparables par chromatôgraphie sur colonne, chroma- tographie haute pression ou par une technique semblable. Si le groupe monoquaternisant est également fonc- tionnalisé avec un groupe carboxy ou sulfonôxy, le composé de pyrazinium correspondant peut être obtenu comme le montrent les réactions N 2 à N 5 La condensation du composé pyrazinique approprié avec le méthylvinylsulfonate ou l'acide acrylique donne le composé de 1-( 2sulfonoxyéthyl) pyrazinium correspondant 78 ou le bromhydrate de 1-( 2- carboxyéthyl)pyrazinium 80 (réactions N 2 et N 4) De même, la condensation du composé pyrazinique approprié avec une sultone en C 3-C 6 donnera le composé de 1-(oméga-sulfonoxy- alkyl)pyrazinium correspondant 79 (réaction N 3) Enfin, la condensation de l'oméga-iodoalkylsulfonate ou carboxylate de méthyle en C 1-C 3 dans le groupe alkyle avec la pyrazine appropriée, donnera, après hydrolyse du groupe ester, le composé de 1 loméga-(sulfonoxy ou carboxy)alkyll pyrazi- nium 81 (réaction N 5). L'isolement, la purification et le traitement des intermédiaires des pyrazines, des composés pyraziniques et des composés de pyrazinium qui se trouvent dans les schémas A à N peuvent se faire par les méthodes générales connues qui comprennent une neutralisation avec des acides -30ou des bases appropriés, une extraction avec un solvant hydro-organique, une chromatographie sur colonne de par- tage ou d'imprégnation d'un gel, sur des matières comme le gel de silice, un polyamide, le polyacrylamc Ide, une résine d'échange dgions, un gel de dextrine réticulé et gonflé (Sephadex), de la célite ou autres, la chromato- graphie en phase liquide à haute pression avec un quelcon- que des supports fixes connus, la cristallisation, la distillation sous vide, la sublimation, etc Si cela est approprié, on opère en milieu anhydre et avec des solvants anhydres. 2542 i 39 -31- Schéma A Synthèse de synthon 4 et de pro-duits monofonctionnels. +Zmg(CH OR 6 24 + 1 i Hetc H OR 6 19 i 2 + HOAC/H 2 O (R 6 = THP) BU 4 NF (R = SIR 3) 3 + o -ydat 1 on 1 + oxydation 3 + I Ta Cl 2 Na 2 so 3 1 + R 90 H,, acide Notations: 1 R 5 Y-M'Y > 1 Hetc H OH > i > 6 > 7 Het CHO Het CO 2 H Het CH 25 03 E Hetc H Co R 9 à 2 A 3. A 4. A 5. l A 6. est Het, N étant un entier de 1 à 6 2 Z = CI il Br 3 R = THP, Si R 4 E = un cation de métal alcalin ou alcaliÉo-terreux R = alkyleen C à C 1 3 R 5 2 Ai) R 4 z A 2. R 4 ')Z>% (CH 2) 1- R 2 254 é 739- 32 - SCHEMA B Préparation de produits intermédiaires conduisant à un groupe d'acide sulfoniaue El Het COR' + Z Mg(CH) OIR 7 2 k > 8 Het CR'OH(CH)k OR 7 II III B 2. 8 (R' = H) + oxydation B 3 8 + +Ts Cl B 4 II + 1 CH 3 SQ 3 Me/Ma H 9 Het CO(CH 2)40 R 7 -> 10 Het CRIO Ts(CH 2)4 OR 7 >" i Het CR'(O Si R 3)CH 25 O 3 Me 2.R 35 i Ci B 5 i 11 (R' = H) + l Bu 4 NF 2 oxyd. B 6 II +Ph 3 PCHSO 3 Me IV B 7 10 4 Na BH - ->i 12 - 13 -:-> 10-B Het C 7 OCH 25 O 3 Me Het CR'=CHSO 3 Me Het CHR'(CH) OR 7 2 k Notations 1 RI est l'hydrogène ou un autre groupe fonc- tionnel selon l'invention. 2 k est le nombre 2 ou 3. 3 R = THP, Si R. -33 - SCHEMA C Préparation de produits intermédiaires conduisant à un groupe dihydroxyalkylique en C 2 ou C 3 Cl Il + LICH=CHR 8 ou ZMSCH 2 C"= CH 2 v C 2 14 (R' = H) + oxyd C 3 14 II Ts C 1 - C 4 S 15 + oxydant d'olé ? 15 C fines C + aceetone, acide -* 17 C 5 16 + Na BH 4 > 16 C Het CR' OH( CH) CH:CHR 8 Het CO( CH) CH-CHR 8 Het CR'O Ts(CH) CH=CHR 8 Het CO( CH) 1 CHOHCHOHR 8 Het CO( CH 2) 1 çH HR 8 Het CHR' 1 R 8 = H,Me. 2 1 = 0,1. 34 - Schéma D Préparation de produits intermédiaires conduisant à un groupe d'acide carboxylique en C 2 à C 4 Dl II * ZMS(CH 2)M Oaz VI > 18 D 2 18 +11 Me OH/H Cl, 2Ts C 11 j 3 Na BH 4 Het CR' OH(CH 2)M Oxaz Het CHR'(CH 2) Co 2 Me D 3 18 (R' = H) + oxyd e Het CO( CH 2) noxaz Notati Dn 2 m = 1-3. est Oxaz -35- Schéma E Synthèse de composés pyraziniques dans lesquels X est un hydroxyle El 8 (R 7 = THP) + 1 *R > 21 2 Sehénwa A( A 2, A 31 T E 2 21 et 1 (RI= H) + Bu 4 NF-> 22 E 3 ii 1 (R=) + Schéma C 23, E 41 4 l + 1 R 9 Mg Z, 2 acide > 241 Het CHO Si R 3 (CH 2)k 30 E Het CHOH( CH 2 M SO 3 E Het CHOH( CF 2)ICHOHCHR 8 OH Het CHOHR 9 2 5 4 é_ 73 -36- Schéma F Synthèse de composés pyraziniques dans lesquels X est un carboxyle Ret CH(CN)(CHA OUR 3 H)+ KCN Si R 3) > 25 a i Fl 10 (RI = (R 7 = > 25 b Het CH(CN)CH 25 Oee F 2 13 + KCN 250 Het CH(CN)(CH 2)k SO 3 E or 26 Het CH(CO 2 H)(c-H 2)M so 3 E 17 Het CH(CH 2)1 CH=CHR Co 2 Ne Het CH(CO 2 H)(CHA CH Olicli R 10 H F 3 L 5 a + Schéma A(A 29 A 5) F 4 25 b et 25 a + hydrolysé-. F 5 j 5 + 1 Ph 3 PC Br 2,2 Naome 3.Ke OH/H Cl vii F 6 27 + Schéma C(C 4) > 28 F 7 4 + l R 9 Mg Z 2 Ta Cl 3 Ke N 4 Acide > 29 Het CHR 9 CO 2 E -37Sbhéma G Synthèse de composés pyraziniques dans lesquels X est un groupe sulfonoxy Gl 8 (RI = H) + l acide > 2.Ts Cl G 2 30 et 13 + Schéma A(A 5) > G 3 16 (R'=H) + Sch A(A 5) > 32 G 4 32 + Schéma C(C 4) > L 3 4 + 1 O ftz > 1 2 schgma A(A 5) 301 ' Het CHO Ts(CH A O Ts 31 Het CH(SO 3 E) ( C 42)M SO 3 E Het CH(SO 3 E) CH 2)CH=CHR 8 Het CH(SO E)(CH 2)1 CHOHCHR 8 OH 34 Ret CHR 9 so E -38- S chémia H Synthèse de composés pyraziniques dans lesquels X est un groupe sulfonoxyalkyle en C 2 ou C 3 2.Sch Céma B(B 3,B 7) -H 2 35 + Schéma A(A 2,A 5) -> 36 H 3 13 (R' = H) + 1 CH 50 Me/Na H-> 37 2 hyâro yse - :H 4 15 + Schéma B(B 1) - 38 + Schéma B(B 7) H 16 39 +e Schéma A(A 2,A 5)-m H 7 140 + Schérna C(C 4 > - H 8 17 + Schéma B(B 6) H 19 142 +, 1 H 12/catalyaeur ? 2.aoide H 1 O 14 + 1 R 9 Mg Z 2 oxyd. fiet CHl (CH 2)OSIR 312 Het CHE (CI{ 2)k SO 3 El 2 Het CHE CH 25 O 3 E 12 38 Het CO Ts( CH 2)k O Si R 3 ______ I (CH 2)1 CH=CHR 8 39 Het CH( CH 2)k O Si R 3 Het CH(CH 2)k SO 3 E (CH 2)lun CHEC > 41 Het CH(CH 2 ko 3 -CH) CHOHCHR OH 142 Het C=CHSO 3 Me t 1 (CH 2), H HR 8 143 Het CHCH 25 Q 3 E 23 8 (CH 2)1 CHOHCHR OH 144 Het COR 9 2 5 42 139 -3 9- Het CR')OT 9 (Cli 2)k OUR 3 Hi 1 4 4 + 4 c Ichéma B (Bl, B 3) Het CR 9 =CHSO Me Hl 2 44 + Schéria B(B 6) > 45 b B 13 45 a + Schéma B(BT) A(A 2,A 5) H 14 45 b + 1 H /catalyseut 2: âcide > 46 r Hetc HR 9 (CH 2) mso 3 E -40Schéma I Synthèse de composés pyraziniques dans lesquels x est un groupe dihydroxyalkyle en C 2 ou C 3 Il 15 Ret CO Tsl(CH 2)1 CH=CHR 12 > 47 + Schéma C(C 1,C 3) 48 Het CHl(CH) CHOHCHR 8 OHl 1 2 1 2 I 2 47 + Schéma C(C 5,C 4) > I 3 L 5 + Schéma B(Bl B 3) > Het CO Ts(CHA OUR 3 1 8 (CHA CH=CHR Het CH(CHA 503 E 1 8 (CH 2)1 CH=CHR I 4 49 + Schéma B(B 7) Schéma A(A 2,A 5) > 50 > i 1 Het CH(CHA so 3 E 1 3 (CH 2)l CHOHCHR OH 50 + Schéma C(D 4) Het C=CHSD 3 Me 1 8 (CH 2)1 CHCHR -> 52 I 6 17 + Schéma B(B 6) 1 Het CHCH 25 03 E 1 8 %k H 2)ICHOHCHR OH 54 Het CHR 9 (CH 2)l CHOHCHR 8 OH 17 52 + Schéma H (H 9) > 9 %- I 8 15 + E MKZ 01- Schéma C(C 3, C 5, C 4) -41- Schéna J Synthëse de composés pyraziniques dans lesquels X est groupe carboxy-alkyle en C 2 à C 4 Jl 20 + Sc Mrna"B(Bl) 2.Schéma,'B(B 3,B' J 3 57 * Schéma A(A 2,A 5) J 14 20 + Schéma B(B 6) J 5 59 G Me OH/HC 1, Schémi J 6 20 +, Schéma C(C) J 7 61 + M 4 e OH/HC 1 Schéma C(C 39 C 5,( J 8 S 20 G l R 9 M&Z, 2 Me O Hj 3.Schéma B(B 3,Bi > 56 He ICO (H Si R 3 H(H)1 (CH 2)M Oxaz y) -> 57 Het CH 61 Het COH(CH) CH=CHR 8 ______ 2 t (CH 2)M Oxaz - 62 ' Het CH(CH) CHOHCHR OH 4) (CH 2)m CO 2 E IH Cl 63 Het CHR 9 (CH) Co E 9 2 m 2 -42- Schéwa K Synthèse particulière d'acides pyrazîne-sulfoniques > 64 Pyr CH 25 O 3 E KI Pyr CH 2 Br + l Na SH 2.K Hn O 4 K 2 Py CHR 10 Br + Ma SO /acide > 2 3 B alkyle en C 1-C 6 hydrogent Pyr CHRSO 3 E Pyr CH CHT 1105 O E 2 3 K 3 Pyr CH=CHR 10 + Na SO 2 3 > 66 Pyrc H 3 + (CH 2)n SO 3 i K 4. > 67 Pyr CH 2 (CHASO 3 E Pyrso 3 E > 68 K 5 Pyr-Z + Na 2303 Notationi R 2 est Pyr -43- S'chéma L Synthèse particulière-d'alcools pyraziniques L 11Pyr(CH)CH-CH oxydantr C) CHOHCH OH 22 2 "dl' oléfine-s> 22 2 L 2 Pyr CH '(CH 2 O) 7 L 3 P Yr CH /base + R 1 CHO 71 L 4 SPyr CH+ 10 CO Me/base 72 3 2 72 + Na BH> 4 - 71 L 5 Pyr CHR BrK 2 Co 3/H 2 O/Me OH> 73 L 6 Pyr CH 31 HO - > 7 > 4 32:Agog 3: Na&H Pyr( CH 2) 2 OH Pyr CH CHIR 10 OH Pyr CH COR 10 Pyr CH CHR 10 OH Pyr CHROH Pyr CH 2 OH -44- Schéma M Synthèse particulière d'acides pyrnzine-carboxyliques mi Pyr CH + 1 Cci CHO > 1-5 Pyr CH=CHCO 2 H Na C 2. L 5 + H /catalyseur 76 Pyr CH 2 CH 2 cc 2 H 2 - -45- schéma N Synthëse de-composés de pyrazinium monoquaternisés. Ri les R 2 l+ 2 Ni + Ri 1 N 1 R R R R 4 R 3 R-5 N R 2 R 5 N R 2 52. R 4 R 3 503 me R 4 Ni 3 R SO - 1 3 (CH 2) M 1 + R 5 N R 4 R 3 COàH RS N+ R 2 > 4 R 3 R Br w (C Hj 1 & M R 5 N + 2 Nx R 4 R 3 Me) 3 ïe) i N 3. r'-) (CH 2)M 503 l,D C 02 H si RS -r N R 2 N 5:1 + I (CH,2) m-W R 4 R 3 W 503 me C 02 Me M 1-3 (SO m 2-3 (CU R 19 R 2 4 1 + R R 3 H Br 2 R >N R IN 4 + i 1 R 4 N R 3 -46- Les composés de pyrazinium selon la présente in- vention sont intéressants comme vecteurs d'électrons dans des systèmes photolytiques 'ls peuvent transférer les électrons à "haute énergie" d'une source photoactivante à un catalyseur qui les utilise dans une réaction ré- ductrice avec l'eau ou l'azote, et ils sont donc intéres- sants pour la production d'ammoniac, d'hydrogène et d'o- xygène. Ces composés de pyrazinium sont intéressants aussi comme vecteurs pour stimuler la production d'ammoniac par des bactéries fixant l'azote qui sont associées à des * légumineuses Ils peuvent prendre part au processus mé- tabolique des bactéries et ils transfèrent efficacement l'énergie de l'hôte aux mitochondries, ce qui facilite leur fixation d'azote. D'une manière générale, on observe qu'un système photolytique in vitro de chloroplastes, d'un composé de pyrazinium, d'un solvant approprié tel que l'eau et d'un catalyseur comme la nitrogénase, dans un dispositif ap- proprié pour isoler les produits gazeux, pour empêcher un courtcircuitage réducteur et pour réduire au minimum l'interférence de l'atmosphère, peut agir comme système de production d'hydrogène ou d'ammoniac Les chloroplas- tes peuvent être isolés de sources végétales appropriées comme les feuilles d'épinard ou de chénopode et placées dans un récipient qui permet leur absorption des longueurs d'onde lumineuses appropriées Ce type de système est préférable, mais néanmoins il est également possible d'em- ployer une matière synthétique photosensible qui engendre des électrons photoexcités, de tels exemples comprenant des complexes de coordination de ruthénium, de molybdène ou de fer comme les complexes de bipyridyle et prophyrine, (voir Kirsh, et al, Helc Chim Acta, 62, 1345 ( 1979). Dans la méthode préférée, un système approprié peut être conçu autour de la nitrogénase comme catalyseur -47- et de chloroplastes suivant la littérature (voir par exem- ple M Calvin dans "Living Systems As Energy Converters", North Holland Publishing, Amsterdam, 1977, pages 231-259; Seibert, et al, Sol Energy Res Inst (Tech Rep) SERI/JP-33-410 ( 1979); Benemann, et al, Enzyme Microb. Technol, 2, 103 ( 1980); et L O Krampitz, NSF-RANN Report NO HA 2 N-73-014) Si l'on peut employer un système à uneseule phase, un système à deux phases est cependant préférable Dans un tel système, on peut placer les chlo- roplastes avec l'eau et les composés de pyrazinium dans un récipient en verre équipé d'une arrivée d'eau et d'un dispositif de refroidissement, et dans ce mélange aqueux on peut ensuite placer un récipient plus petit avec une ouverture à la partie supérieure et une autre ouverture au fond ou sur le côté, avec une membrane semi perméable, par exemple en cellulose ou en une autre matière pour dialyse, permettant le passage de petitesmolécules mais non de grosses molécules (à haute masse moléculaire). Ce récipient plus petit reutcontenir un mélange aqueux d'un catalyseur réducteur tel que la nitrogénase avec le composé de pyrazinium L'ouverture supérieure peut être munie de conduits d'introduction et de sortie de gaz em- pêchant l'interférence directe de l'atmosphère avec le mé- lange aqueux du catalyseur de réduction et permettant l'application de gaz réactifs appropriés Les conduits peuvent aussi transporter le produit gazeux au stockage. L'illumination amorce la réaction photolytique par les chloroplastes et produit le composé de pyrazinium réduit, et la diffusion du composé réduit à travers la membrane formant barrière peut induire la production catalytique du produit correspondant, l'hydrogène s'il n'y a ni azote ni dioxyde de carbone, ou autrement l'ammoniac. On pense qu'une grande vitesse de diffusion du vecteur d'électrons à travers la membrane est importante du fait qu'elle peut favoriser un couplage efficace avec -48- l'enzyme Il peut être-avantageux aussi d'ajouter de la ferrédoxine à la phase enzymatique, pouvant servir d'agent de couplage intermédiaire On pense que le couplage intime et rapide de la chlorophylle et de l'enzyme par le méca- nisme de transfert du vecteur-peut être un facteur d'ef- ficacité du système à deux phases. La faible masse moléculaire et la petite dimen- sion des composés de pyrazinium selon cette invention permet un emploi pratique du système à deux phases On peut utiliser des membranes semi perméables connues, alors qu'avec des protéines comme vecteurs d'électrons, par exemple la ferrédoxine, de telles membranes empêchent le passage du vecteur De plus, la possibilité de produire de grandes quantités des composés de pyrazinium permet un usage économique de systèmes importants. L'activité des composés de pyrazinium comme vec- teurs d'électrons dans un processus de photocouple illu- miné avec des chloroplastes isolés et de la nitrogénase comme catalyseur de réduction enzymatique a été déterminée par l'essai biologique de Benemann, et al, Proc Natl. Acad Sci USA, 64, 1079 ( 1969) Dans cette méthode, on mesure l'activité du vecteur en fonction de la réduction par la nitrogénase de l'acétylène en éthylène, la vitesse de production d'éthylène constituant la mesure directe. Pour cet essai biologique, on prépare l'échan- tillon de nitrogénase avec une culture d'Azotobacter vine - landii développée à une densité cellulaire d'environ I g/l Les cellules recueillies par centrifugation sont brisées dans une presse, les débrits cellulaires sont éli- minés à 10 000 g pendant une heure et le surnageant, qui contient 40 mg/ml de proteine est utilisé dans les essais. On utilise aussi des chloroplastes de feuilles d'épinard inactivés par la chaleur, tels que décrits par Benemann. Les vecteurs synthétiques sont essayés en solutiornsaqueuses à la concentration de 2 m M, alors que la ferrédoxine de -49- clostridium normal est employée en solution aqueuse 0,2 m M. Les concentrations des vecteurs dans les mélanges sont choisies pour assurer leur saturation Ainsi, les diffé- rences qui sont observées dans les vitesses de production d'éthylène à partir d'acétylène comme substrat sont attri- buées directement aux variations d'efficacité du transfert d'électrons des chloroplastes irradiés à la nitrogénase. Les résultats obtenus pour la réduction de l'acétylène (fixation d'azote) avec les composés du pyrazinium des exemples 1 à 42 sont groupés dans le tableau I ci-après o ils sont exprimés en N moles d'éthylène produit par mg de protéine et par minute Ces résultats montrent aussi les limites d'activité en fonction de la structure chimique du composé de pyrazinium. Il a été signalé que la nitrogénase est consti- tuée de deux composants protéiques se dissociant, dont ni l'un ni l'autre n'a une activité par lui-même, L E. Mortenson, et al, Ann Rev Biochem, 48, 387 ( 1979). Le premier est le composant dit protéine de fer, qui a une masse moléculaire de 57 000, quatre atomes de fer et quatre atomes de soufre labiles aux acides, disposés en un groupe fer-soufre Le second composant, la protéine mo- lybdène-fer,est beaucoup plus complexe que la protéine de fer Il a une masse moléculaire d'environ 140 000 et com- prend deux atomes de molybdène, 28 à 32 de fer et environ 28 atomes de soufre labiles aux acides Les électrons sont donnés par les formes réduites de vecteurs d'électrons ap- propriés (telles que ferrédoxines et flavodoxines dans des systèmes in vivo) à la protéine de fer, dans un processus de réduction imnoélectronique qui consomme deux moles d'adé- nosine triphosphate par F ( 1 faraday = une mole d'électrons = 96 493 coulombs) transféré Les électrons sont ensuite transférés intramoléculairement de la moléculeë de fer à la protéine molybdène-fer, qui agit comme piège de stockage d'électrons et les fait passer aux substrats en multiples -50- de deux. Les vecteurs d'électrons naturels pour la nitro- génase ont des potentiels centraux allant de -495 m V pour la flavodoxine d'Azotobacter vinelandii, à -570 m V pour la ferrédoxine de Clostridium pasteurianum, mais on ne connaît guère autre chose sur les potentiels rédox réels qui sont nécessaires pour une action optimale de la nitrogénase Un titrage rédox de nitrogénase d'Azotobacter vinelandii avec le couple SO 2 -03 a montré que la protéine de fer subit une réduction à un électron à un potentiel central de -413 m V à p H 7,0, A Bracksma, et al, Eur J Biochem, 121, 483 ( 1982). Des préparations de nitrogénase très purifiées ont présenté des activités spécifiques de 3 000 nmols de C 2 H 4 formé par mg de protéine et par minute, A Braaksma et al, Eur J Biochem, 121, 483 ( 1982), avec du dithio- nite de sodium comme réducteur Les préparations de nitro- génas brutes qui ont été employées dans la présente étude donnent, dans des conditions semblables, 67 nmoles de C 2 H 4 par mg de protéine et par minute, ce qui correspond à une teneur en nitrogénase de 2,2 %,en protéine. Depuis quelque temps a été reconnue la relation qui existe entre le métabolisme de l'hydrogène et la fi- xation d'azote On a observé que des biosystèmes à fixation d'azote active dégagent de l'hydrogène et que l'hydrogène inhibe la fixation d'azote Si la nitrogénase a été très purifiée, comme ci-dessus, il devient apparent qu'en plus de l'azote, la nitrogénase catalyse aussi la réduction de protons Le dégagement d'hydrogène est particulièrement actif en l'absence des substrats normaux pour la nitrogé- nase (azote, acétylène, cyanure, azoture, etc), et il dé- pend d'un fort réducteur et de l'hydrolyse de l'adénosine triphosphate Comme le dégagement d'hydrogène n'est pas inhibé par le CO, mais que la réduction de l'azote et autres substrats l'est, la réduction de protons se fait -51- probablement en un site autre que celui de la réduction d'a- d'azote, H C Winter, et ai, Ann Rev Biochem, 45, 409 ( 1976) Ainsi, avec le même système d'essai biologique et à l'exclusion de l'azote et de l'acéthylène, l'activité des composés de pyrazinium comme vecteurs pour la pro- duction d'hydrogène a été déterminée. Les résultats de cette étude, qui sont groupés dans le tableau II ci-après, montrent que les sels de py- razinium qui interviennent dans la réduction de l'acéty- lène par les électrons des chloroplastes photoexcités interviennent aussi dans la réduction des protons par la nitrogénase. Les activités des sels de pyrazinium par rapport à l'activité de la ferrédoxine sont comparées dans le tableau III, qui donne leur classement Les résultats suggèrent que la nitrogénase présente une sélectivité de structure plus rigoureuse pour les vecteurs en présence du substrat ( acétylène) qu'en l'absence de ce substrat, mais on peut voir cependant qq'il existe une équivalence nota- ble dans la relation,structure/activité pour les deux processus Par exemple sur les dix pyrazines les plus actives dans la réduction de l'acétylène, sept d'entre elles se rangent aussi dans les dix plus actives pour le dégagement d'hydrogène. Au sens thermodynamique, un vecteur fonctionnel pour le système considéré doit agir entre une limite su- périeure de potentiel rédox fixée par le potentiel né- gatif des chloroplastes irradiés -610 m VY, et un niveau d'énergie inférieur correspondant au potentiel rédox de la protéine de fer activée par l'adénosine triphosphate, trouvé à -473 m V C'est le cas pour la ferrédoxine de Chlostridium, qui agit avec un potentiel de demi-onde de -570 m V à p H 7,52, Chien, J Pharm Sci, 65, 1471 ( 1976). Il est donc intéressant de mesurer par une méthode pola- rographique les potentiels de demi-onde des sels de py- -52- razinium considérés, pour déterminer l'effet possible de leur structure sur leurs potentiels rédox Des études polarographiques antérieures (L Roullier, et al, Elec- trochimica Acta, 25, 795 ( 1980)), ont montré que les pyrazines monoquaternaires sont réduites en deux vagues de 1 F La première vague correspond à une réduction mono- électronique et donne un radical relativement stable, qui est réduit dans la seconde vague en dihydropyrazine (pro- duit de la réduction biélectronique) La plupart des sels de pyrazinium étudiés présentent un profil à deux vagues, bien que certains d'entre eux ne montrent qu'une seule vague. Le tableau IV indique les potentiels de demi-va- gue (E 1/2 par rapport à une électrode au calomel satu- rée (ECS) pour la réduction de première vague, mesurée par polarographie dans un tampon au phosphate 0,1 M à p H 7,55 à la température de 25 C, pour les sels de pyra- zinium classés suivant leur activité dans l'essai biolo- gique de réduction d'acétylène D'après ces résultats, on peut dire qu'il n'y a pas de corrélation apparente entre les potentiels rédox et l'activité du co-facteur de la nitrogénase Il est probable que les différences d'activités biologiques parmi les sels de pyrazinium exa- mines correspondent aux variations de la structure chimi- que influençant l'interaction co-facteur/enzyme et la liaison. a, M è- Cj Nr Ln Cu Q) (n rd e %Q t 3 i 0. p 4 j -H e tu r-1 p :c P 4 m t 0) H H O z 1 CU r(j m Q) Ln r-i (A 1 p â::s E-4 9) 4 j e 9) O f) m %O Pl 4.) 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Exemple 1 2-( 1-Hydroxyéthyl) pyrazine ( 100). On dissout 21,6 g de 2-éthylpyrazine ( 101) dans 300 ml de tétrachlorure de carbonne et on ajoute 35,6 g de N-bromosuccinimide; J Org Chem, 37, 511 ( 1972) On porte le mélange à 75 C et on y ajoute en une fois 1,5 g de peroxyde de dibenzoyle, on poursuit le chauffage pendant quatre heures puis on refroidit le mélange et on le filtre -dans 500 ml d'une solution à 10 % de carbonate de potassium. On agite rapidement ce mélange jusqu'à ce qu'il ne reste plus de 2-( 1bromoéthyl)pyrazine (chromatographie en couche mince (TLC) sur gel de silice/l:l acétate d'é- thyle/hexane) On acidifie la solution aqueuse à p H 6, on la concentre à 200 ml et on extrait en continu pendant deux jours avec de l'acétate d'éthyle On élimine ensuite l'acétate d'éthyle sous pression réduite et en distillant la matière restante on obtient 18,6 g du produit ( 100). P E 112-3 ( 13 mm) UV H 20 max: 264 ( 3,85), 268 ( 3,82). 13 C RMN: 159,75, S(C 2); 144,52, D, 143,99, D, 142,51, D (C 3, C 5, C 6); 69,20, D (CHOH); 23,11, Q (CH 3). Exemple 2 Iodure de 1-méthyl-3-( 1-hydroxyéthyl)pyrazinium ( 200) -58- On dissout 2,0 g de 2-(-l-hydroxyéthyl)pyrazi- ne ( 100) dans 10 ml d'éther et on ajoute 5 ml d'iodure de méthyle, on ferme le ballon et le garde à l'obscurité. Au bout de cinq jours on sépare par filtration la matière solide, on la lave avec de l'acétate d'éthyle et on la sèche sous vide, ce qui donne 7, 8 g du produit ( 200) qui, après une recristallisation dans un mélange d'acétate d'éthyle et d'éthanol fond à 129-30 (avec dé- composition) UV H 20 max: 225 ( 4,11), 279 ( 3,85) 13 C RMN: 167,58, S(C 3); 150,57, D(C 5); 137,14, D, 136,31, D(C 2,C 6); 69,03, D(CHOH); 50,14, Q(NCH 3); 22,88, Q(CH 3) 1 H RMN:9,36, D,T(H 6); 9,10, S(H 2); 8,89, D(H 5); 5,27, Q(CHOH); 4,52 T(NCH 3); 1,61 D(CCH 3). Exemple 3 Iodure de 1-méthyl-3-( 2-hydroxyéthyl)pyrazinium ( 300) On dissout dans 5 ml de méthanol 2,0 g de 2-( 2-hydroxyéthyl)pyrazine ( 301) qui a été préparée par une méthode connue par condensation du formaldéhyde avec la 2-méthylpyrazine, on ajoute 5 ml d'iodure de méthyle et on chauffe la solution à reflux pendant trois jours puis on la concentre et on purifie la matière restante par chromatographia d'imprégnation sur gel Une lyophili- sation donne 3,2 g d'un produit solide jaune ( 300) qui, après recristallisation dans un mélange d'acétate d'éthyle et d'éthanol,fond à 94-5 UV H 20 max: 226 ( 4,13), 281 ( 3,85) 13 C RMN: 163,25, S(C 3); 150,71, D(C 5); 138,69, D, 136,25, D(C 2,C 6); 60,38, T(CH 2 OH); 49,88, Q(NCH 3); 38,75 T(-CH 2-) H RMN: 9,35, D, T(H 6); 8,97, S(H 2); 8,85, D (H 5); 4,49, S(NCH 3); 4,08, T; 3,35, T(Ar CH 2, CH 2 OH). Exemple 4 Iodure de 1-méthyl-3-hydroxyméthyl-5-méthylpyrazinium ( 400). On dissout dans 5 ml d'éther 2,0 g de 2-hydroxy- méthyl-6-méthylpyrazine ( 401) qui a été préparée par la -59- méthode connue de Klein, et al, J Org Chem, 26, 126 ( 1961), on ajoute 5 ml d'iodure de méthyle, on ferme le récipient et on le garde à l'obscurité pendant deux se- maines On sépare ensuite l'éther par décantation et on recristallise la matière semi-solide restante dans un iélange d'éthanol et d'acétate d'éthyle, ce qui donne 1,8 g du produit solide jaune ( 400) fondant à 1534 UV H 20 max: 226 ( 4,13), 287 ( 3,89) 13 C RMN 163,33, S, 161,73, S(C 3, C 5); 136,85, D, 133,10, D (C 2, C 6); 62,79, T(CH 2 OH); 49,74, Q (NCH 3); 22,19, Q (Ar CH 3) 1 HRMN: 8,80, S, 8,76, S (H 2, H 6); 4,97, S (CH 2 OH); 4,44, S (NCH 3); 2,79, S (Ar CH 3). Exemple 5 Iodure de 1-méthyl-3 ( 2)-hydroxyméthyl-6 ( 5)-méthylpyrazinium. ( 500). On dissout dans 10 ml d'éther 5,0 g de 2-hydroxy- méthyl-5-méthylpyrazine ( 501), composé connu préparé d'une manière semblable que pour la pyrazine ( 401), on ajoute 10 ml d'iodure de méthyle, on ferme le récipient et on le garde à l'obscurité pendant quatre semaines On sépare ensuite la matière solide par filtration et on la lave avec de léther, ce qui donne 6,9 g d'un produit solide cristallisé jaune ( 500) fondant à 135-7 UV H 20 max: 227 ( 4,12), 288 ( 3,89) La 13 C RMN montre que ce produit est un mélange des deux isomères possibles. Exemple 6 1-( 3-sulfonylpropyl)-3-méthylpyrazine ( 600). On dissout 16,0 g de 1,3-propane-sultone dans ml d'un mélange 1:1 d'éther et d'acétate d'éthyle et on ajoute 15,1 g du 2-méthylpyrazine, on garde le mélange et on laisse le solvant s'évaporer. On reprend la matière solide restante dans 500 ml d'eau, on lave avec de l'acétate d'éthyle et on -60- chromatographie (Biogel P-2 et eau) Une lyophilisation donne 20,5 g du produit ( 600) qui, après recristallisation dans un mélange d'éthanol et d'eau, fond à 218-221 avec décomposition UV H 20 max: 282 ( 3,84) 13 C PMN: 163,15, S (C 3); 150,69, D(C 5); 137,80, D, 134,81, D(C 2, C 6), Q(CH 3). 1 H RMN: 9,30, D, T(H 6); 9,01, S (H 2); 8,88, D(H 5); 4,87, T(NCH 2); 3,03, T(CH 2 SO 3-); 2,84, S(CH 3); 2,50, M= 5 (-CH 2) Exemple 7 1-( 3-sulfonylpropyl)-2,5-diméthylpyrazine ( 700). On dissout 6,0 g de 2,5-diméthylpyrazine ( 701) et 7,0 g lde 1,3-propane-sultone dans 10 ml d'acétate d'é- thyleet on chauffe la solution à 40 pendant deux jours. On sépare ensuite la matière solide formée par filtration et on la lave avec de l'acétate d'éthyle, ce qui donne 7,0 g du produit { 700) qui, après recristallisation dans un mélange de propanol et d'eau fond à 258-9 UV H 20 max: 204 ( 3,94), 290 ( 3,85), 13 C RMN: 159,25, S (C 5); 152,47 D (C 3); 146,91, S (C 2); 136,88, D (C 6); 57,84, T (NCH 2) 47,94, T (CH 2 SO 3); 25,42, T (CH 2); 21,49, Q, 17,16, Q (Ar CH 3) H RMN: 9,15, S (H 3); 8,83, S (H 6); 4,77, T (NCH 2); 3,09, T (CH 2 SO-); 2,90, S, 2,75, S (Ar CH 3); 2,40, M= 5 (-CH 2-). Exemple 8 Bromure de 1-( 2-carboxyéthyl)pyrazinium ( 800). On prépare ce p-oduit ( 800) par la méthode pub Liée de A Le Berre, et al, Bull, Soc Chim France, 2404 ( 1973), P F 189-92 avec décomposition, lit P F 210 9.13 e R avec décomposition UV H 20 max: 276 ( 3,79) 13 C RMN: 173,65, D (C-CO 2 H); 151,76, D (C 3, C 5): 138,47, D (C 2, C 6); 59,04, T (NCH 2); 34,90, T (-CH 2 i. -61- *Exemple 9 Sel sodique de la 2-( 2-sulfonylbutyl)pyrazine ( 900). On ajoute 2,72 g de 2-butylpyrazine et 3,56 g de N-bromosuccinimide à 100 ml de tétrachlorure de car- bone, on porte le mélange à 70-5 C, puis on lui ajoute 0,3 g de peroxyde de benzoyle On chauffe alors le mélan- ge au reflux pendant trois heures puis on le refroidit, on filtre et on concentre le filtrat sous vide On re- prend la matière huileuse restante dans 100 ml de to- luène, on ajoute 4,0 g de 1,8-diazabicyclo l 5 4 0 l undécène-7 et on chauffe la solution au reflux pendant une nuit puis on la refroidit, on sépare le toluène par décantation et on concentre sous vide Au composé olé- finique ainsi obtenu, qui est la 2-( 1-butényl)pyrazine ( 901), on ajoute une solution de 6,0 g de sulfite de so- dium dans 100 ml d'eau et on chauffe le mélange au reflux pendant trois jours On lave ensuite la solution aqueuse avec du chloroforme, on lyophilise et on reprend dans 10 Oml de méthanol, on filtre la solution et on concentre le fil- trat puis on le purifie par chromatographie (Biogel P-2/ eau) Une lyophilisation donne 3,32 g de produit ( 900) sous la forme d'une matière solide amorphe UV H 20 max: 268 ( 3,86), 272 ( 3,85). Exemple 10 1-méthyl-3-( 2-sulfonylbutyl)pyrazine ( 1000). On ajoute 3,2 g de 2-( 2-sulfonylbutyl)pyrazine ( 900) à une solution de 10 ml d'iodure de méthyle dans ml de méthanol, on chauffe le mélange au reflux pendant quatre jours puis on le concentre et on purifie par chro- matographie d'imprégnation sur gel (Biogel P-2/ eau) Une lyophilisation donne 2,9 g d'une matière solide amorphe ( 1000) qui, après cristallisation dans un mélange d'acétate d'éthyle et de propanol, fond à 224-5 avec décomposition. UV H 20 max: 283 ( 3,88). -62- Exemple 11 Sel sodique de 2-( 1-sulfonylbutyl)pyrazine ( 1100). On ajoute 2,72 g de 2-butylpyrazine et 3,56 g de N-bromosuccinimide à 100 ml-de tétrachlorure de carbone, on chauffe le mélange à 70-5 C puis on lui ajoute 0,3 g de peroxyde de dibenzoyle, on chauffe alors au reflux pendant trois heures puis on refroidit, on filtre et on concentre le filtrat sous vide A la matière huileuse restante, la 2-( 1-bromobutyl) pyrazine ( 1101), on ajoute une solution de 5 g de sulfite de sodium dans 100 ml d'eau et on chauffe le mélange au reflux pendant deux jours Ensuite on le refroidit et on extrait au chloro- forme, on lyophilise la solution aqueuse, on reprend dans ml déemêthanol et on filtre On concentre le filtrat et on le purifie par chromatographie d'imprégnation sur gel (Biogel P-2/eau) Une lyophilisation donne 3,84 g du produit ( 1100) qui, après recristallisation dans un mélange de propanol et d'eau, fond à 278-9 UV H 20 max: 204 ( 3,84), 268 ( 3,86), 272 ( 3,84). Exemple 12 1-Méthyl-3-( 1-sulfonylbutyl)pyrazine ( 1200). On ajoute 3,6 g de 2-( 1-sulfonylbutyl)pyrazine ( 1100) à une solution de 10 ml d'iodure de méthyle dans 25 ml de méthanol, on chauffe le mélange au reflux pen- dant quatre jours puis on le concentre et on purifie par chromatographie d'imprégnation sur gel (Biogel P-2/eau). Une lyophilisation donne 3,2 g du produit ( 1200) qui, après recristallisation dans un mélange de propanol et d'eau, fond à 293-5 C avec décompositions UV H 20 max: 206 ( 3,87), 283 ( 3,90) 1 H RMN: 9,41, D, T(H 6); 9,11, S (H 2); 8,94, D (H 5); 4,63-4,58, M (CHSO 3); 4,52, S (NCH 3); 2,31, M (CH 2 CHSO 3); 0,89, T (CH 3). -63- Exemple 13 4-( 2-Pyraz inyl)-l-butène ( 1300). A un mélange de 15,6 g d'amidure de sodium dans 400 ml d'ammoniaque on ajoute goutte à goutte 37,6 g de 2-méthylpyrazine, on agite le mélange pendant deux heures puis on lui ajoute lentement 24,2 g de bromure d'allyle dans 50 ml d'éther On agite pendant deux heures, on ajou- te ensuite 25 g de chlorure d'ammonium et on remplace l'am- moniaque par 500 ml d'éther On ajoute 250 ml d'eau, on sépare la couche organique et on extrait la couche aqueuse deux fois à l'éther, on réunit les couches organiques et on concentre sous pression réduite. En fractionnant la matière restante par distil- lation on obtient 20,5 g du produit ( 1300), point d'ébul- lition 96-7 sous 25 mm UV 2 % Et OH max: 268 ( 3,82), 273 ( 3,82 >. Cette distillation donne aussi 5,4 g d'un second produit caractérisé comme étant le composé bisalkylé, à savoir le 4-( 2-pyraziny-1,6-heptadiène ( 1301), P E,. 122-3 sous 24 mm UV 10 % Et OH max: 269 ( 3,83), 273 ( 3,83). Exemple 14 2-( 3,4-Dihydroxybutyl)pyrazine ( 1400). On dissout 4,15 g de 4 +( 2-pyrazinyl Y-1-butène ( 1300) dans 100 ml d'un mélange 1:1 d'eau et d'acétone et on refroidit à 50 C puis on ajoute lentement une solution de 3,60 g de permanganate de potassium dans 300 ml d'eau, on maintient le mélange à 50 C pendant 18 heures puis on agite pendant quatre heures à la température ordinaire, on ajuste ensuite à p H 7 avec de l'acide sulfurique à 5 %, on filtre sur célite et on concentre Une extraction con- tinue au chloroforme pendant deux jours, suivie d'une éva- poration du sol Vant, donne 4,27 g du produit ( 1400) que l'on distille sous vide, P E 174-50 sous 0,2 mm UV H 20 max: 268 ( 3,76), 272 ( 3,76). -64- Exemple 15 Iodure de 1-méthyl-3-( 3,4-dihydroxybutyl)pyrazinium ( 1500). On dissout 2,0 g de 2-( 3,4-dihydroxybutyl)-pyrazi- ne ( 1400) dans 100 ml de méthanol, on ajoute 5 ml d'iodure de méthyle et on chauffe au reflux pendant 3 jours puis on concentre En purifiant par chromatographie d'imprégnation sur gel (Biogel P-2/eau) et en lyophilisant on obtient 3,1 g d'un produit solide amorphe ( 1500) UV H 20 max: 226 ( 4,13), 282 ( 3,85) 13 C PIN: 165,42, S(C 3); 150,57 X (C 5); 138,36, D, 135,90, D (C 2, C 6); 71,69, D (CHOH) 66,08, T (CH 2 OH); 49,87, Q (NCH 3); 32,40, T (-CH 2-); 31,99, T (-CH 2-) H RMN: 9,31, D, T (H 6); 8,97, S (H 2); 8,81, D (H 5); 4,47, S (NCH 3); 3,80, M (CHOH); 3,67- 3,51, M, 3,29-3,15, M, 2,05; 1,98-1,88, M(Ar CH 2). Exemple 16 4-( 2-Pyrazinyl)-1,2,6,7-tétrahydroxyheptane ( 1600). On ajoute 5,40 g de 4-( 2-pyrazinyl)-1,6-heptadiène ( 1301) à 100 ml d'eau et on ajoute suffisament d'acétone pour obtenir la dissolution On refroidit à 5 C et on ajoute goutte à goutte une solution de 6,6 g de permanga- nate de potassium dans 300 ml d'eau, puis on laisse re- venir le mélange à la température ordinaire et on l'agite pendant une nuit. On ajuste le p H à 7, on filtre la solution sur célite et on élimine l'acétone sous vide, puis on extrait la solution aqueuse avec 200 ml d'éther et on lyophilise. On reprend cette matière dans 75 ml d'éthanol, on filtre et on concentre le filtrat, puis on purifie le produit par chromatographie d'imprégnation sur gel (Biogel P-2/eau), ce qui donne 6,12 g d'un produit huileux jaune pale ( 1600) après élimination de l'eau UV H 2 O max: 268 ( 3,70), 273 ( 3,69). -65- Exemple 17 Iodure de 1-méthyl-3 l 4-( 1,2,6,7-tétrahydroxyheptyl) pyrazinium ( 1700). On dissout 2,0 g de 4-( 2-pyrazinyl)-1,2,6,7-tétra- hydroxyheptane dans 10 ml de méthanol, on ajoute 5 ml d'iodure de méthyle et on chauffe au reflux pendant quatre jours puis on refroidit et on concentre On reprend la matière restante dans 100 ml d'eau, on lave avec du chlo- roforme et on lyophilise En purifiant le produit par chromatographie d'imprégnation sur gel (Biogel P-2/eau) et en lyophilisant on obtient 2,4 g du produit ( 1700) sous la forme d'une matière solide amorphe UV H 20 max: 226 ( 4,14), 285 ( 3,83) L'analyse par 13 C R Mn montre qu'il s'agit d'un mélange de trois stéréo-isomêres: 169,17, 168,18, 167,21, S (C 3); 151,31, 150,95, 150,62, D (C 5); 138,2, M, 136,64, 136,25, 135,86, D (C 2, C 6); 71,07, 70,83, D (CHOH); 69,79, 69,62, D (CHOH); 66,45, 66,36, 66,28, T (CH 2 OH); 49,86, Q (NCH 3); 41,53, 39,93, 38,83, D (-CH-); 38,91, 38,55, 38,43, 37,72, T (t CH 2-). Exemple 18 4-:( 1-Méthyl-3-pyrazinyl)heptane-1,7-disulfonate de sodium ( 1800) et 1-Méthyl-3-( 4-sulfonylbutyl)pyrazine ( 1801). A une suspension d'amidure de sodium ( 2,3 g de sodium)dans 150 ml d'ammoniac on ajoute goutte à goutte 9,4 g de méthylpyrazine, on agite la solution rouge sang pendant deux heures puis on lui ajoute lentement une so- lution de 6,1 g de propane-sultone dans 20 ml d'éther, on agite pendant deux heures puis on ajoute 5 g de chlo- rure d'ammonium et on remplace l'ammoniac par de l'éther. On ajoute ensuite 500 ml d'eau, on ajuste à p H 7 et on extrait la solution aqueuse à deux reprises avec de l'é- ther puis on la lyophilise, ce qui donne un mélange brut de deux produits pouvant être séparés par chromatographie, -66- (Biogel P-2/eau) On élimile les sels par passage surune colonne de Biogel P-2, on lyophilise et on reprend dans le minimum de méthanol en ajoutant un peu d'eau pour fa- cilier la dissolution On ajoute ensuite 50 ml d'iodure de méthyle et on chauffe la solution au reflux jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de matière de départ (perte d'UV H 20 O max 267) On élimine le solvant puis on sépare le mélange des produits par chromatographie (C 18 R P /eau) suivie d'une lyophilisation, ce qui donne les deux pro- o 10 duits ( 1800) et ( 1801), à savoir: a) 3,8 g de 4-( 1-mréthyl-3-pyrazinyl)heptane-1,7- disulfonate de sodium ( 1800) sous la forme d'une matière solide amorphe UV H 20 max: 282 ( 3,83) 13 C PM: 165,43, S (C 3); 150,56, D (C 5); 138,42, D, 135,96, D (C 2, C 6), 60,05, D (-CH-); 51,64, 35,74, 29,24, 29,06, 26,13, 22,16, T (-CH 2); 49,72, Q (NCH 3); et b) 4,2 g de 1-méthyl-3-( 4sulfonybutyl)pyrazine ( 1801) sous la forme d'une matière solide amorphe UV H 20 max: 282 ( 3,84) 13 C RMN: 165,39, S (C 3); 150,55 D (C 5); 138,29, D, 135,96, D (C 2, C 6): 51,31, T (CH 25 O 3); 49,49, Q (NCH 3); 35,41, T (Ar CH 2); 27,59, T, 24,24, T (-CH 2) H RMN: 9,29, D, T (H 6); 8,94, S (H 2): 8,79, D (H 5); 4,46, S (NCH 3); 3,16, T (CH 2 SO 3); 2,99-2,94 M (Ar CH 2); 1,96, M (CH 2 CH 2 SO 3); 1,81, M (Ar CH 2 CH 2). Exemple 19 Pyrazine-2-sulfonate de sodium ( 1900). On ajoute 4,5 g de chloropyrazine à une solution de 8 g de sulfite de sodium dans 5 ml d'eau, on chauffe le mélange au reflux pendant trois jours puis on le re- froidit et on lave au chloroforme, on lyophilise la so- lution aqueuse et on reprend dans 200 ml de méthanol puis on filtre On concentre le filtrat et on purifie par chromatographie d'imprégnation sur gel (Biogel P-2/eau). et une lyophilisation donne 6,2 g du produit ( 1900) fondant -67- à 299302 C avec décomposition UV H 20 rax: 203 ( 3,79), 267 ( 3,79) - Exemple 20 1-Méthyl-3-sulfonylpyrazine ( 2000). On ajoute 4,0 g de pyrazine-2-sulfonate de so- dium ( 1900) à une solution de 20 ml d'iodure de méthyle dans 40 ml de méthanol, on chauffe le mélange au reflux pendant sept jours puis on évapore le solvant et on chro- matographie la matière restante (Biogel P-2/eau), ce qui donne 3,5 g du:produit ( 2000) qui, après recristallisation dans un mélange d'éthanol et d'eau, fond à 270-2 avec décomposition UV H 20 max: 282 ( 3,86). Exemple 21 2-( 1,2-Dihydroxyéthyl+pyrazine ( 2100). On dissout dans 100 ml d'eau 10,6 g de 2-vinyl- pyrazine préparée par le procédé de M R Kamal, et al, J Org Chem, 27, 1363 ( 1962), on refroidit la solution entre 2 et 4 C sous une atmosphère d'azote puis on lui ajoute lentement 15,8 g de permanganate de potassium dans 500 ml d'eau, en quatre heures, en agitant efficacement et tout en refroidissant en permanence Cette addition ter- minée, on refroidit le mélange à 5 et on le garde pen- dant une nuit, on ajuste le mélange refroidi à p H 7 avec de l'acide sulfurique à 5 %, on sépare par filtration le précipité formé et on le lave avec 100 ml d'eau Une lyophilisation de la solution aqueuse laisse 20,3 g d'une matière solide spongieuse que l'on met en agitation pen- dant quatre heures avec 500 ml d' éthanol absolu' On élimi- ne ensuite les sels par filtration et on les lave avec ml d'éthanol L'évaporation de l'éthanol laisse 13,6 g dont une analyse chromatographique HPLC indique une pu- reté de 93 %, la partie restante étant l'acide pyrazine-2- carboxylique On purifie le produit par chromatographie -68- avec Waters Prep LC 500, avec deux colonnes à phases in- versées C 18 et comme éluant du méthanol aqueux à 3 % L'é- limination du solvant laisse 10,6 g du produit ( 2100) sous la forme d'une matière huileuse visqueuse d'un jaune clair UV H 20 max: 265 ( 3,86) , 270 ( 3,82), 298 ( 2,87). Exemple 22 Iodure de l-méthyl-3-( 1,2-dihydroxyéthyl)pyrazinium ( 2200). On dissout 2,8 g de 2-( 1,2-dihydroxyéthyl) pyra- zine ( 2100) dans 20 ml de méthanol, on ajoute 10 ml d'io- dure de méthyle et on chauffe la solution au reflux pen- dant trois jours puis on élimine le solvant, on reprend la matière restante dans 100 ml d'eau et on lave, avec du chloroforme On concentre la solution aqueuse et on puri- fie par chromatographie d'imprégnation sur gel (Biogel P-2/eau) Une lyophilisation donne 3,7 g du produit ( 2300) qui, après recristallisation dans un mélange d'acétate d'éhtyle et d'éthanol fond à 105-6 UV H 20 max: 227 ( 4,13), 281 ( 3,83). -Exemple 23 Sel sodique de la 2-( 1-sulfonyléthyl)pyrazine ( 2300). On dissout 5,4 g de 2-éthylpyrazine dans 100 ml de tétrachlorure de carbone, on ajoute 8,9 g de N-bromo- succinimide et on chauffe le mélange à 70-5 C, on lui ajoute 0,5 g de peroxyde de dibenzoyle et on chauffe au reflux pendant trois heures Ensuite on refroidit, on filtre et on concentre le fitrat sous vide, à la matière huileuse restante on ajoute 10 g de sulfite de sodium dans 100 ml d'eau et on chauffe le mélange au reflux pen- dant trois heures Ensuite on le refroidit, on lave avec du chloroforme et on lyophilise On reprend la matière solide ainsi obtenue dans 200 ml de méthanol, on filtre et on concentre le filtrat, puis on purifie par chroma- tographie d'imprégnation sur gel (Biogel P-2/eau) et on -69- lyophilise, ce qui donne 9,2 g du produit ( 2300) qui, après recristallisation dans du méthanol fond à 258-62 . UV H 20 max: 203 ( 3,90, 267 ( 3,87), 272 ( 3,85), 13 C RMN: 153,54, S (C 2); 145,76, D, 144,97, D, 144,14, D (C 3, C 5, C 6); 61,14, D (-CH-); 15,18, Q (CH 3). Exemple 24 1-Méthyl-3-( 1-sulfonyléthyl)pyrazine ( 2400). On dissout 3 y 50 g du sel sodique de la 2-( 1-sul- fonyléthyl)pyrazine ( 2300) dans 75 ml de méthanol, on a- joute 10 ml d'iodure de méthyle, on bouche le récipient et on le conserve à l'obscurité à la température ordinaire. Au bout d'une semaine on élimine le solvant sous pression réduite, on reprend la matière restante dans de l'eau et on lave deux fois avec de l'acétate d'éthyle On concentre la solution aqueuse et on chromatographie (Bio- gel P-2/eau) Une ly Ophilisation donne 3,37 g du produit ( 2400) qui, après recristallisation dans un mélange d'é- thanol et d'eau, fond à 270-2 avec décomposition UV H 20 282 ( 3,85), 203 ( 3,84) 13 C RMN: 160,27, S (C 3); 150,66, D (C 5); 139,29, D, 137,22, D (C 2, C 6); 61,25, D(-CH-); 49,94, Q(N-CH 3 ; 14,58, Q(-CH 3) 1 H PN: 9,37, D, T (H 6); 9,11, S (H 2); 8,91, D (H 5); 4,72, Q (-CH-); 4,51, T (NCH 3); 1,80, D (CH 3). Exemple 25 Sel sodique de la 2-( 2-sulfonyléthyl)pyrazine ( 2500). On prépare la vinylpyrazine par le procédé connu de M R Kamal, et al,J Org Chem 27, 1363 ( 1962) On dissout 7,0 g de vinylpyrazine dans 300 ml d'éther et tout en agitant rapidement on ajoute une solution de 8,3 g de sulfite de sodium dans 100 ml d'eau Après plusieurs jours à la température ordinaire on chauffe le mélange réactionnel à 50 C et on lui ajoute encore 10 g de sulfite -70- de sodium On effectue une chromatographie en couche mince (TLC) sur silica gel-acetate d'éthyle puis on refroidit le\mélange, on le lave à l'éther et on le concentre On reprend la matière restante dans 600 ml de méthanol, on filtre et on concentre le filtrat, puis on purifie le produit par chromatographie (Biogel P-2/eau), ce qui donne 13,0 g du produit en poudre blanche ( 2500) après lyophilisation Après une recristallisation dans du mé- thanol, ce produit fond à 350 UV H 20 max: 267, ( 3,81), 272 ( 3,81), 300 ( 2,90) 13 C RMN: 155,73, S (C 2); 145,21, D, 144,86, D, 143,13, D (C 3, C 5, C 6); 50,55, T (CH 25 O 3); ,68, T (Ar CH 2). Exemple 26 1-Méthyl-3-( 2-sulfonylétthyl)pyrazine ( 2600). On ajoute 5,0 g du sel sodique de la 2-( 2-sul- fonyléthyl)pyrazine ( 2500) à une solution de 10 ml d'io- dure de méthyle dans 50 ml de méthanol, on chauffe le mélange au reflux pendant quatre jours puis on le con- centre et on purifie par chromatographie d'imprégnation sur gel (Biogel P2/eau) Une lyophilisation donne ensuite 4,5 g du produit ( 2600) qui, après recristallisation dans un mélange d'éthanol et d'eau fond à 255-60 avec décom- position UV H 20 max: 281 ( 3,87) 13 C Pl: 162,99, S(C 3); 150,63, D (C 5); 138,51, D, 136,24, D (C 2, C 6); 49,66, Q (NCH 3); 49,56, T (CH 2 SO 3); 31,44, T (Ar CH 2) H RMN: 9,33, D, T (H 6); 8,99, S (H 2); 8,82, D (H 5); 4,48, S ( NCH 3); 3,58-3,43, M (-CH 2-). Exemple 27 Sel sodique de 2-sulfonylméthylpyrazine ( 2700). On porte à 70-5 C un mélange de 4,7 g de 2-méthyl- pyrazine, 200 ml de tétrachlorure de carbone et 8,9 g de N-bromosuccinimide et on lui ajoute 6,1 g de peroxyde de di- benzoyle, puis on chauffe au reflux pendant cinq heures, r- -71- on refroidit et on filtre On concentre le filtrat, on ajoute au concentré une solution de 10 g de sulfite de sodium dans 100 ml d'eau et on chauffe le mélange au reflux pendant trois jours, puis on extrait en continu pendant une nuit avec du chloroforme, on lyophilise et on reprend la matière solide obtenue dans 250 ml de méthanol On filtre, on concentre le filtrat et on chro- matographie (Biogel P-2/eau), ce qui donne 3,9 g du pro- duit ( 27001 qui, après recristallisation dans un mélange d'éthanol et d'eau, fond à 294-9 UV H 20 max: 203 ( 3,84), 267 ( 3,84), 272 ( 3,83) 13 C R Mf: 149,23, S (C 2); 146,44, D, 145,23, D, 144,22, D (C 3, C 5, C 6); 57,03, T (CH 25 O 3). E Xemple 28 1-Méthyl-3-sulfonylméthylpyrazine ( 2800). On ajoute 3,0 g de 2-sulfonylméthylpyrazine ( 2700) à une solution de 10 ml d'iodure de méthyle dans ml de méthanol, on chauffe au reflux pendant trois jours, puis on refroidit le mélange et on concentre le filtrat On chromatographie la matière solide (Biogel P-2 et eau) et une lyophilisation donne 2,5 g du produit ( 2800) qui, après recristallisation dans un mélange de propanol et d'eau, fond au-dessus de 240 en se décompo- sant UV H 2 O max: 282 ( 3,89) 13 C RMN: 156,04, S (C 3); 150,99, D (C 5); 139,63, D, 137,42, D (C 2, C 6); 57,10, T (CH 2 SO 3); 50,01, Q (NCH 3) H RMN: 9,40, D, T(H 6); 9,12, S (H 2); 8,96, D (H 5); 4,67, S(CH 2 SO 3); 4,54, S,(NCH 3). Exemple 29 Sel sodique de la 2-sulfonylméthyl-6-méthylpyrazine ( 2900). On porte à 75 un mélange de 5,4 g de 2,6-dimé- thylpyrazine et de 8,9 g de N-bromosuccinimide dans 200 ml de tétrachlorure de carbone puis on ajoute 6,1 g de pe- roxyde de dibenzoyle et on chauffe au reflux pendant six heures, on refroidit,on filtre et on concentre le filtrat. -72- On ajoute au concentré 10 g de sulfite de sodium dans 100 ml d'eau et on chauffe le mélange au reflux pendant quatre jours puis on extrait la solution aqueuse en conti- nu pendant une nuit avec du chloroforme, on lyophilise et on reprend la matière solide obtenue dans 250 ml de méthanol On filtre, on concentre le filtrat et on chro- matographie (Biogel P-2/eau), ce qui donne 4,8 g du pro- duit ( 2900) qui, après recristallisation dans un mélange * d'éthanol et d'eau, fond à 282-5 en se décomposant. UV H 20 max: 208 ( 3,80), 276 ( 3,88). Exemple 30 1-Méthyl-3-sulfonylméthyl-5-méthylpyrazine ( 3000). On ajoute 4,0 g de 2-sulfonylméthyl-6-méthyl- pyrazine sodique ( 2900) à une solution de 15 ml d'iodure de méthyle dans 30 ml de méthanol, on chauffe le mélange au reflux pendant quatre jours puis on refroidit et on filtre Apres avoir chromatographie la matière solide (Biogel P-2/eau), une lyophilisation donne 3,4 g du pro- duit ( 3000), qui, après recristallisation dans un mélange de propanol et d'eau, fond au-dessus de 280 avec dé- composision UV H 20 max: 288 ( 3,92). Exemple 31 Sel sodique-de la 2-aiilfonylméthyl-5-méthylpyrazine ( 3100). On porte à 75 un mélange de 3,3 g de 2,5-dimé- thylpyrazine et de 5,4 g de N-bromosuccinimide dans 150 ml de tétrachlorure de carbone, on ajoute 3,7 g de peroxyde de dibenzoyle et on chauffe la solution au reflux pendant six heures, puis on refroidit et on filtre On concentre le filtrat et on ajoute une solution de 10 g de sulfite de sodium dans I 00 ml d'eau On chauffe ce mélange au reflux pendant trois jours puis on extrait en continu pendant une nuit avec du chloroforme On lyophilise la couche aqueuse, on reprend la matière restante dans 150 ml -73- de méthanol et on filtre On concentre le filtrat et on chromatographie (Biogel P-2/eau), ce qui donne 3,1 g d'une matière solide amorphe qui, après recristallisation dans un mélange de propanol et d'eau, donne le produit ( 3100) fondant au-dessus de 200 avec décomposition UV H 20 max: 209 ( 3,89), 278 ( 3,85). Exemple 32 1-Méthyl-3-sulfonylméthyl-6-méthylpyrazine ( 3200). On ajoute 2,0 g du sel sodique de la 2-sulfonyl- méthyl-5-méthylpyrazine ( 3100) a une solution de 15 ml de d'iodure de méthyle dans 25 ml de méthanol et on chauffe au reflux pendant cinq jours, on refroidit ensuite le mé- lange et on filtre On purifie la matière solide par chro- matographie d'imprégnation sur gel (Biogel P-2/eau) et une lyophilisation donne 1,6 g du produit ( 3200) qui, après recristallisation dans un mélange d'éthanol et d'eau, fond au-dessus de 3500 en se décomposant UV H 20 max: 213 ( 3,91), 293 ( 3,87). Exemple 33 2-( 2-Hydroxybutyl)pyrazine ( 3300). A une suspension d'amidure de sodium ( 11,5 g de sodium) dans 1 litre d'ammoniaque, on ajoute 47 g de 2-méthylpyrazine, on agite ce mélange pendant une heure puis on lui ajoute goutte à goutte une solution de 15 g de priopionaldéhyde dans 25 ml d'éther, on agite pendant deux heures,on ajoute ensuite lentement 50 g de chlorure d'ammonium et on remplace l'ammoniaque par de l'éther On ajoute 250 ml d'eau et on extrait le produit avec de l'a- cétated'éthyle, on sèche sur sulfate de sodium et on con- centre En distillant la matière restante on obtient 2,7 g du produit ( 3300) Ebullition 141-3 sous 16 mm UV H 20 max: 267 ( 3,80), 272 ( 3,79) 13 C RMN: 155,90, S (C 2), 145,89, D, 144,68, D, 142,88, D (C 3, C 5, C 6); 73,37, D (CHOH), -74- 42,28, T (Ar CH 2); 29,98, T (-CH 2-); 9,97, Q (CH 3). Exemple 34 Iodure de 1-méthyl-3-( 2-hydroxybutyl) pyrazinium ( 3400). On dissout 3,1 g de 2-( 2-hydroxybutyl)pyrazine ( 3300) dans 30 ml de méthanol, on ajoute 10 ml d'iodure de méthyle et on chauffe la solution au reflux pendant trois jours, puis on concentre, on reprend dans de l'eau et on extrait au chloroforme On concentre la solution aqueuse et on chromatographie (Biogel P-2/eau), et une lyophilisation donne 4,6 g du produit ( 3400) sous la for- me d'une matière solide jaune qui, après recristallisation dans un mélange d'acétate d'éthyle et d'éthanol fond à 108-9 UV H 20 max: 227 ( 4,11), 282 ( 3,85) 13 C RMN: 163,30, S(C 3); 150,63, D (C 5); 138,77, D, 136,12, D (C 2, C 6); 72,66, D (CHOH) 49,33, Q (NCH 3); 43,02, T, 30,11, (-CH 2-); 9,97, Q (CH 3) 1 H RMN: 9,35, D, T(H 6); 8,95, D (H 5); 4,49, S (NCH 3); 4,11, M (CHOH); 3,39-3,14, M (Ar CH 2); 1,75-1,52, M (-CH 2-); 0,99, T (CH 3). Exemple 35 Iodure de 1-méthyl-3-( 2-oxybutyl)pyrazinium ( 3500). On dissout dans 10 ml d'acétate d'éthyle 4,0 g de 2-( 2-oxybutyl)pyrazine préparée par une oxydation de Jones de la 2-( 2-hydroxybutyl)pyrazine ( 3300), ou bien par laméthode de J D Behun, et al, J Am Chem Soc, 81, 5157 ( 1959), on ajoute 10 ml d'iodure de méthyle, on bouche le récipient et on le conserve à l'obscurité On reprend la matière semi-solide obtenue dans de l'eau, on lave avec de l'acétate d'éthyle et en lyophilisant on ob- tient 4,6 g d'un produit pulvérulent hygroscopique ( 3500) qui fond à 67-9 UV H 20 max: 226 ( 4,18), 280 ( 3,84). -75- Exemple 36 2-( 1-Nitro-isopropyl)pyrazine ( 3600). On dissout 10,8 g de 2-éthylpyrazine dans 200 ml de tétrachlorure de carbone, on ajoute 17,8 g de N-bromo- succinimide et on chauffe le mélange à 75 , puis on lui ajoute 1 g de peroxyde de dibenzoyle et on chauffe au reflux pendant quatre heures, ensuite on refroidit, on filtre et on élimine le solvant sous pression réduite On ajoute au concentré une solution de 0,1 mole de nitrométhylate de sodium dans 250 ml de méthanol et on chauffe le mélange au reflux pendant deux jours puis on refroidit, on filtre et concentre le filtrat En chromatographiant la matière restante (C 18/eau) et en lyophilisant on obtient 4,9 g d'un produit huileux-jaune pale ( 3600) UV H 20 max: 266 ( 3,89), 270 ( 3,86). Exemple 37 Iodure de 1-méthyl-3-( 1-nitro-isopropyl)pyrazinium ( 3700). On dissout 3,0 g de 2-( 1-nitro-isopropyl)pyrazine ( 3600) dans 10 ml de méthanol, on ajoute 5 ml d'iodure de méthyle et on chauffe la solution au reflux pendant quatre jours puis on élimine le solvant, on reprend la matière restante dans de l'eau et on lave avec du chloroforme. Apres chromatographie (Biogel P-2/eau) et lyophilisation on obtient 3,2 g du produit ( 3700) qui, après recristallisa- tion dans un mélange d'acétate d'éthyle et d'éthanol, fond à 135-6 UV H 20 max: 227 ( 4,18), 281 ( 3,89). Exemple 38 Iodure de 1-méthyl-3-( 2-acétamidoéthyl)pyrazinium ( 3800). On dissout dans 10 ml d'éther 3,0 g de 2-( 2- acétamidoéthyl)pyrazine préparée par la méthode de G M. Singerman, et al, J Org Chem, 30, 4379 ( 1965), on ajoute 10 ml d'iodure de méthyle, on ferme le ballon et on le conserve à l'obscurité pendant deux semaines On 76- sépare ensuite par filtration la matière solide formée,on la Iave à l'éther et on la sèche sous vide, ce qui donne 3,4 g d'un produit solide jaune ( 3800) qui, après recris- tallisation dans un mélange d'acétate d'éthyle et d'étha- nol fond à 138-9 UV H 20 max: 226 ( 4,17), 281 ( 3,85). Exemple 39 Iodure de 1-méthyl-34 ( 2-carboxyéthyl)pyrazinium ( 3900). On dissout dans 15 ml de méthanol -2,0 g de 2-( 2-carboxyéthyl)pyrazine préparée par la méthode de Jones, et al, J Am Chem Soc, 72, 3539 ( 1950), on ajoute 1,2 ml d'iodure de méthyle et on chauffe la so- lution au reflux pendant trois jours puis on refroidit et on concentre En cristallisant dans du propanol la matière solide amorphe ainsi obtenue on a 3,5 g d'iodure de 1-méthyl-3-( 2-carbomethoxyéthyl)pyrazinium ( 3901) fondant à 108-9 UV H 20 max: 226 ( 4,14), 281 ( 3,86). On dissout 1,0 g de cet iodure de pyrazinium dans 30 ml d'H C 12 N et on chauffe au reflux pendant une nuit puis on concentre, on reprend dans 100 ml d'eau et on lave avec du chlorure de méthylène La concentration de la solution aqueuse donne 0,55 g d'iodure de 1-méthyl- 3-( 2-carboxyéthyl)pyrazinium ( 3900) sous la forme d'une matière solide amorphe UV H 20 max: 226 ( 4,12), 282 ( 3,85). Exemple 40 Iodure de 1-méthyl-3-( 2-carboxamidoéthyl)pyrazinium ( 4000). On dissout dans 8 ml de méthanol 0,75 g de 2-( 2-carboxamidoéthyl) pyrazine préparée par la méthode de Jones indiquée dans l'exemple 39, et on ajoute 1,0 g d'io- dure de méthyle, on chauffe au reflux pendant une nuit, période au cours de laquelle il apparaît un précipité jau- ne, on refroidit le mélange, on sépare la matière solide par filtration et on la lave avec de l'acétate d'éthyle, ce qui donne 0,09 g d'iodure de 1-méthyl-3-( 2-carboxami- doéthyl)pyrazinium ( 4000) qui, après recristallisation dans -77- un mélange d'acétate d'éthyle et d'éthanol, fond à 172-3 . UV H 20 max: 226 ( 4,13), 281 ( 3,86). Exemple 41 1-Méthyl-3-( 2-sulfonoxy-3,4-dihydroxybutyl)pyrazine ( 4100). a) On dissout 9,2 g de 2-( 3,4-dihydroxybutyl)py- razine ( 1400) dans 450 ml d'un mélange 1:1 de pyridine et d'anhydride acétique et on agite pendant deux jours à 25 , on concentre ensuite la solution sous vide, on lui ajoute 250 ml d'eau glacée et on extrait deux fois avec chaque fois 250 ml d'acétate d'éthyle On réunit les couches or- ganiques et on les sèche sur du sulfate de sodium anhydre puis on concentre et en distillant la matière restante on obtient 11,5 g de 2-( 3, 4-diacétoxybutyl)pyrazine ( 4101), ébullition 141-2 sous 0,4 mm. b) On dissout 6,0 g de ce composé 4101 dans ml de tétrachlorure de carbone et on ajoute 4,24 g de N-bromosuccinimide, on porte le mélange à 75 et on lui ajoute 2,90 g de peroxyde de dibenzoyle puis on chauffe le mélange de réaction au reflux pendant trois heures Après refroidissement on filtre, on concentre le filtrat sous vide et on chromatographie la matière restante sur du silicagel (éluants hexane puis mélange d'hexane et d'acé- tated'éthyle), ce qui donne 7,0 g d'un mélange de deux bromures diastéréoIsomères ( 4102 et 4103) que l'Pn utilise directement dans l'opération suivante sans les séparer. c) On dissout 7,0 g des 2-( 1-bromo-3,4-diacétoxy- butyl)pyrazines ( 4101 et 4103) dans 100 ml de toluène, on ajoute sous une atmosphère d'argon 3,3 g de 1,8-diaza- bicyclo U 5 4 undécène-7 et on chauffe la solution rendant une nuit à 6570 , puis on la refroidit, on sépare la solution toluénique par décantation et on la concentre sous vide En chromatographiant la matière restante sur du si- licagel (en éluant avec un mélange d'hexane et d'acétate d'éthyle), on obtient 3,5 g de 2-( 3,4-diacétoxy-1-butényl) -78- pyrazine ( 4104) sous la forme d'une matière huileuse jaune pâle UV Et OH max: 240 ( 4,14), 292 ( 3,85), 298 ( 3,86). d) On ajoute 2,60 g de ce composé 4104 à une solution de 78 mg de sodium dans 50 ml de méthanol, on agite à 25 pendant une nuit puis on concentre sous vide. En purifiant le produit par chromatographie d'imprégna- tion sur gel (Biogel P-2/eau), on obtient 1,71 g de 2-( 3,4-dihydroxy-lbutenyl)pyrazine ( 4105) sous la forme d'une matière huileuse jaune pale UV H 20 max: 234 ( 4,08), 292 ( 3,86). e) On ajoute 1,7 g de ce composé 4105 à 25 ml d'une solution à 10 % de sulfite de sodium et on chauffe au reflux jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de matière oléfi- nique On refroidit ensuite la solution, on la concentre et en purifiant par chromatographie d'imprégnation sur gel (Biogel P-2/eau) on obtient 2, 4 g du sel sodique de la 2-( 2-sulfonyl-3,4-dihydroxybutyl)pyrazine sous la forme d'un mélange de diastéréo-isomères ( 4106 et 4107). UV H 20 max: 267 ( 3,86), 272 ( 3,85). f) On ajoute 1,2 g de ce mélange d'isomères 4106 et 4107 à une solution de 10 ml d'iodure de méthyle dans 25 ml de méthanol, puis on ajoute 2 ml d'eau et on chauffe le mélange au reflux pendant cinq jours, ensuite on le concentre, on reprend dans 100 ml d'eau et on lave avec du chlorure de méthylène On concentre la couche a- queuse et en chromatographiant la matière restante (Biogel P-2/eau) on obtient 1,1 g de 1-'méthyl-3-( 2-sulfonyl-3,4- dihydroxybutyl)pyrazine ( 4100) sous la forme d'un mélange de diastéréoisomères, UV H 20 max: 283 ( 3,88), que l'on sépare surune colonne de Biorad AG-50 W x 4 (Ca ++) à la température de 65 , en éluant avec de l'eau 13 C RM: 163,89, S (C 3); 150,36, D (C 5); 138/88, D, 135)81, D (C 2, C 6); 71,05, D (CHOH); 64,41, T (CH OH); 61,64, D (CH 503); 49,65, Q (NCH 3); 32,61, T (-CH 2-) 13 C RMN de l'épimère: 163,49, S (C 3); 150/44, D (C 5); 138,77, D, 135)92, D (C 2, C 6); 71,82, D (CHOH); 63,37, T (CH 20 H); 63,25, D (CHSO 3); 49; 65, Q (NCH 3); 33,26, T (-CH 2-). i -79- E Xemples 42 à 52 Composés de 1-méthyl-pyrazinium. On a préparé d'autres composés de pyrazinium d'après les procédés connus de la littérature, semblables à ceux qui sont décrits dans les exemples précédents, com- posés qui sont groupés ci-après: Nom Iodure de 1,2,5,-6-tétraméthyl-3-hydroxy- méthylpyrazinium 4200 Iodure de 1,3-diméthylpyrazinium 4300 Iodure de 1-méthyl-3-méthoxycarbonyl- pyrazinium 4400 Iodure de 1-méthyl-3 méthoxycarbonyl- pyrazinium 4500 Iodure de 1-méthyl-3-carbamido- pyrazinium 4600 Iodure de 1-méthyl-3-(méthylsulfonyl- méthyl)-pyrazinium 4700 Iodure de 1-méthyl-3-(méthoxythiaacétyl)- pyrazinium 4800 Iodure de 1-méthyl-3-éthylpyrazinium 4900 Iodure de 1méthyl-3-butylpyrazinium 5000 Iodure de 1-méthyl-3-vinylpyrazinium 5100 Méthyl-sulfonate de ( 1-méthyl)benzopyra- sinium 5200 Exemple REVENDICATIONS 1. Les composés de pyrazinium monoquater- nisés de formule R 5 I+R 2 R 1 R 3 Rt 4 R 3 dans laquelle R 1 désigne un alkyle en C 1 à C 3, un sulfonoxy- alkyle en C 1 à C 3 ou un carboxy-alkyle en C 2 à C 4; R, R et R désignent chacun, indépendamment les uns des autres, l'hydrogène ou un alkyle en C 1 à C 3; et R 3 est lin groupe sulfonoxy ou un qroupe -(CH 2)n CHXY, X étant l'hydrogène ou un groupe hydroxy, carboxy, carboxamido, sulfonoxy, sulfonoxy-alkyle en C 1 à C 3, carboxy-alkyle en C 2 à C 4 ou dihydrc Kyal- kyle en C 2 ou C 3; Y étant l'hydrogène ou un groupe sulfonoxy-alkyle en C 1 à C 3, dihydroxyalkyle en C 2 ou C 3 ou alkyle en C) à C 3; et N un entier de O à 3, ou bien n est un entier de O à 6 si X ou Y est un groupe sulfonoxy ou sulfonoxy-alkyle ou encore si X et Y forment'ensemble un groupe polaire multiple; avec les conditions que si R 1 est un alkyle, R 3 ne soit pas un alkyle, et si R et R ne comprennent pas ensemble un substituant carboxy ou sulfonoxy, il y ait aussi un ion complémentaire (ion opposé). 2. Composé selon la revendication 1 dans lequel R est un alkyle. 3. Composé selon la revendication 1 à l'état isolé purifié. 4. Composé selon la revendication 1 pro- duit synthétiquement. 5. Composé selon la revendication 1 dans lequel R 3 est un groupe de formule -(CH 2)n CHXY. 6 Composé selon la revendication 1 dans lequel R est un groupe sulfonoxy ou -(CH 2)n CHXY et X un groupe hydroxy, carboxy, carboxamido, sulfonoxy, (sulfonoxy) alkyle,(carboxy)alkyle ou dihydroxyalkyle. 7. Composé selon la revendication 6 dans lequel R est un groupe -H 2)n CHXY. 8. Composé selon la revendication 6 dans lequel R 1 est un alkyle. 9. Composé selon la revendication 7 dans lequel X est un groupe hydroxy, sulfonoxy, (sulfonoxy)alkyle ou dihydroxyalkyle. 10. Composé selon la revendication 7 dans lequel R 1 est un alkyle. 11. Composé selon la revendication 9 dans lequel R 1 est un alkyle. 12 Composé selon la revendication 8 dans lequel R 2 est l'hydrogène. 13. Composé selon la revendication 1 dans lequel R 2 est l'hydrogène. 14. Composé selon la revendication 1 dans lequel R est un groupe sulfonoxy ou -(CH 2)n CHXY, X étant un groupe hydroxy, sulfonoxy ou tulfonoxy)alkyle. 15. Composé selon la revendication 14 dans lequel R 3 est un groupe -(CH 2)n CHXY. 16. Composé selon la revendication 15 dans lequel Y est l'hydrogène ou un groupe (sulfonoxy)alkyle ou dihydroxyalkyle. 17. Composé selon la revendication 14 dans lequel R 2 est l'hydrogène. 18. L'iodure de 1-méthyl-3-( 1-hydroxy- éthyl)pyrazinium, selon la revendication 1. 19. L'iodure de 1-méthyl-3-( 2-hydroxy- éthyl)pyrazinium, selon la revendication 1. 20. L'iodure de 1,5-diméthyl-3-hydroxyméthyl- pyrazinium, selon la revendication 1. 21. L'iodure de 1,6 ( 5) diméthyl-3 ( 2)-hydroxy- méthylpyrazinium, selon la revendication 1 22 La 1-( 3-sulfonoxypropyl)-3méthyl- pyrazine, selon la revendication 1. 23. La 1-( 3-sulfonoxypropyl)-2,5-diméthylpyra- zine. 24. La 1-méthyl-3-( 2-sulfonoxybutyl)pyrazine, selon la revendication 1. 25. La 1-méthyl-3-( 1-sulfonoxybutyl)pyrazine, selon la revendication 1. 26. L'iodure de 1-méthyl-3-( 3,4-dihydroxybutyl) pyrazinium, selon la revendication 1. 27 L'iodure de 1-méthyl-3-( 1,2,6,7-tétra- hydroxyhept-4-yl)pyrazinium, selon la revendication 1. 28. Le 4-( 1-méthyl-3-pyrazinyl)heptane-1,7 disulfonate de sodium, selon la revendication 1. 29. La 1-méthyl-3-( 4-sulfonoxybutyl)pyrazine, selon la revendication 1. 30. La 1-méthyl-3-sulfonoxypyrazine, selon la revendication 1. 31. L'iodure de 1-méthyl-3-( 1,2-dihydroxy- éthyl)pyrazinium, selon la revendication 1. 32 La 1-méthyl-3-( 1-sulfonoxyéthyl)pyra- zine, selon la revendication 1. 33. La 1-méthyl-3-( 2-sulfonoxyéthyl)pyra- zine, selon la revendication 1. 34. La 1-méthyl-3-sulfonoxyméthylpyrazine, selon la revendication 1. 35. La 1,5-diméthyl-3-sulfonoxyméthyl- pyrazine, selon la revendication 1. 36. La 1,6-diméthyl-3-sulfonoxyméthyl- pyrazine, selon la revenditiop 1. 37 L'iodure de 1-méthyl-3-( 2-hydroxy- butyl)pyrazinium, selon la revendication 1. 38. Méthode de transfert d'électrons à haute énergie d'une source photo-activante d'électrons, dans laquel- le on associe la source avec un composé de pyrazinium mono- quaternisé de formule définie à la revendication 1. 39 Méthode selon la revendication 38 dans laquelle on associe la source avec un composé de pyrazinium dans lequel R est un groupe sulfonoxy ou (CH 2)n CHXY, X étant un groupe hydroxy, sulfonoxy, (sulfonoxy)alkyle ou dihydroxyalkyle. 40 Méthode selon la revendication 39 dans laquelle, dans le composé pyrazinium, R 1 est un alkyle. 41. Méthode selon la revendication 38 dans laquelle on associe la source avec le composé de pyrazinium et un agent réducteur. 42 Méthode selon la revendication 41 dans laquelle l'agent comprend un catalyseur enzymatique. 43. Méthode selon la revendication 42-dans lequel le catalyseur est la nitrogénase. 44. Méthode selon la revendication 41 pour la production d'hydrogène à partir d'eau, dans laquelle on associe l'eau avec des chloroplastes, de la nitrogénase et un composé de pyrazinium selon la revendication 1 pour for- mer un système photolytique, que l'on expose à la lumière visible en l'absence d'azote. 45 Méthode selon la revendication 44 dans laquelle on associe l'eau avec des chloroplastes d'épinards, une nitrogénase d'origine microbienne et le composé de pyra- zinium. 46. Méthode selon la revendication 38 pour accroître la fixation d'azote par des rhizobiums, dans la- quelle on met le composé de pyrazinium en contact avec des zhizobiumsliés à leur hôte naturel de symbiose. 47. Méthode selon la revendication 46 dans laquelle on applique périodiquement une solution ou une suspension aqueuse du composé de pyrazinium a une planta- tion d'un hôte de rhizobiums inoculé avec des rhizobiums. 48. Méthode selon la revendication 47 dans laquelle l'hôte est une légumineuse. 49. Méthode selon la revendication 41 pour la production d'ammoniac, dans laquelle on associe de l'eau avec des chloroplastes, de la nitrogénase et le composé de pyrazinium pour former un système photoactif que l'on expose à la lumière visible en présence d'azote. 50. Méthode selon la revendication 49 dans laquelle on associe l'eau avec des chloroplastes d'épinards, une nitrogénase d'origine microbienne, le composé de pyrazi- nium et de l'azote. 51. Méthose selon la revendication 44 dans laquelle on prépare un système photolytique à deux phases comprenant, dans l'une des phases de l'eau, des chloroplastes et le composé de pyrazinium, et dans l'autre de l'eau, la nitrogénase et le composé de pyrazinium, et on relie les deux phases par une membrane semi-perméable qui laisse passer le composé de pyrazinium mais pas les chloroplastes ni la nitro- génase. 52 Méthode selon la revendication 44 dans laquelle on recueille l'hydrogène au-dessus de la phase de la nitrogénase et l'oxygène au-dessus de la phase des chloro- plastes. 53. Méthode selon la revendication 49 dans laquelle on prépare un système photolytique à deux phases contenant de l'eau, des chloroplastes et le composé de pyra- zinium dans l'une des phases, et dans l'autre de l'eau, de l'azote, la nitrogénase et le composé de pyrazinium, et on relie les deux phases par une membrane semi-perméable qui laisse passer le composé de pyrazinium mais pas les chloro- plastes ni la nitrogénase.