Über die Synthese von Pyrazin wurde erstmals 1844 von Auguste Laurent berichtet, wobei 1897 von L. H. Snape und A. Brooke bestätigt wurde, dass es sich um 2,3,5,6-Tetraphenylpyrazin<ref>Vorlage:Substanzinfo</ref> handelt. Laurent nannte diese Verbindung „Amarone“.<ref name="DOI10.33736/bjrst.591.2017" /><ref name="Gordon Bruce Barlin">Vorlage:Literatur</ref>
Ab diesem Zeitpunkt wurden verschiedene Derivate von Pyrazin hergestellt. 1882 war Severin Segelcke Wleügel jedoch der erste, der vorschlug, dass Pyrazin aus einem sechsgliedrigen Ring analog zu Pyridin besteht. Im Jahre 1887 schlugen Arthur T. Mason und Ludwig Wolff getrennt voneinander vor, dass das Wort „Pyrazin“ für die oben erwähnte Verbindung verwendet werden kann. Sie stellten klar, dass eine sechsgliedrige Ringverbindung, die aus vier Kohlenstoff- und zwei Stickstoffatomen besteht, als Diazin klassifiziert wird.<ref name="DOI10.33736/bjrst.591.2017" /> Das Stammverbindung Pyrazin wurde 1888 von Ludwig Wolff in Spuren durch Erhitzen von Aminoacetaldehyddiethylacetal mit Oxalsäure hergestellt.<ref>Vorlage:Literatur</ref><ref name="Gordon Bruce Barlin" /> Während dieser Zeit debattierten die Chemiker über die mögliche Bindungsstruktur des Pyrazins. So war entweder eine Anordnung vom Kekulé-Typ oder vom Dewar-Typ in Diskussion. Der Kekulé-Typ bezieht sich auf die konjugierte Doppelbindung innerhalb des Pyrazinmoleküls, während der Dewar-Typ sich auf die lange Parabindung bezieht, die die beiden Stickstoffatome bindet. Nach der Analyse der Molekularrefraktion verschiedener Pyrazinderivate bestätigte Julius Wilhelm Brühl schließlich, dass das Pyrazin in Kekulé-Konfiguration existiert.<ref name="DOI10.33736/bjrst.591.2017" /><ref>J. W. Brühl, Zeitschrift für physikalische Chemie, Stöchiometrie und Verwandtschaftslehre, 22, 373 (1897) (Spektrochemisches Verhalten der Iminoäther)</ref>
Pyrazin kommt in gerösteten Erdnüssen und anderen erhitzten Lebensmitteln vor.<ref name="Hans-Dieter Belitz, Werner Grosch">Vorlage:Literatur</ref>
Gewinnung und Darstellung
Pyrazin lässt sich bequem aus der Oxidation von Dihydropyrazin herstellen, das als Kondensationsprodukt eines Glyoxal mit 1,2-Diaminoethan entsteht. Kupfer(II)-oxid und Manganoxid werden üblicherweise als Oxidationsmittel für Dihydropyrazin verwendet.<ref name="DOI10.33736/bjrst.591.2017">KOK TONG ONG, ZHI-QIANG LIU, MENG GUAN TAY: Review on the Synthesis of Pyrazine and Its Derivatives. In: Borneo Journal of Resource Science and Technology. 7, 2017, S. 60, Vorlage:DOI.</ref>
Yozo Ohtsuka et al. berichtete 1979 über eine alternativen Weg zur Synthese durch Cyclisierung von 2,3-Bis(arylidenamino)-3-cyanoarylamiden zur Bildung des Pyrazin-Vorläufers 1,2-Dihydropyrazin.<ref name="DOI10.33736/bjrst.591.2017" /><ref name="DOI10.1021/jo00394a027">Yozo Ohtsuka, Eiko Tohma u. a.: Chemistry of diaminomaleonitrile. 5. Dihydropyrazine synthesis. In: The Journal of Organic Chemistry. 44, 1979, S. 4871, Vorlage:DOI.</ref>
Ebenfalls möglich ist die Darstellung durch Reaktion von Diamin mit Diolen in Gegenwart eines Metallkatalysators (zum Beispiel durch Reaktion von Ethylendiamin mit Ethylenglycol bei 400 °C an Zinkoxid-Katalysatoren<ref name="roempp" />) oder der Reaktion von Diamin mit Dicarbonylen.<ref name="DOI10.33736/bjrst.591.2017" />
Auch die Synthese durch katalytische Dehydrogenierung von Monoethanolamin in Gegenwart von Kupfer, Kupfer- und Zinkoxid, Zinkoxid und Natriumcarbonat bei 250–300 °C oder durch Deaminocyclisierung von Ethylendiamin gefolgt von Dehydrierung über Kupferchromit oder durch Kondensation von Glyoxal und Ethylendiamin bei hohen Temperaturen mit einem Kupfer-Chromoxidkatalysator ist möglich.<ref name="Vishnu Ji Ram, Arun Sethi, Mahendra Nath, Ramendra Pratap" />
Eigenschaften
Pyrazin ist ein farbloser, leicht entzündlicher Feststoff, der löslich in Wasser, Ethanol und Diethylether ist.<ref name="roempp" /> Er besitzt eine orthorhombischeKristallstruktur mit der Vorlage:Raumgruppe und zwei Molekülen pro Elementarzelle.<ref name="DOI10.1107/S0365110X57000596" /> Das Molekül ist planar.<ref name="Gordon Bruce Barlin" /> Da Pyrazin eine aromatische Verbindung ist, kann es als ein Resonanzhybrid aus einer Reihe von kanonischen Strukturen dargestellt werden. Aufgrund der symmetrischen Natur des Moleküls ist das Dipolmoment von Pyrazin gleich Null.<ref name="Vishnu Ji Ram, Arun Sethi, Mahendra Nath, Ramendra Pratap">Vorlage:Literatur</ref>
1957 bestimmte Peter Jaffrey Wheatley die Struktur von Pyrazin mit Hilfe der Röntgenstrukturanalyse, wobei die Länge der C-C-, C-N- und C-H-Bindung mit 1,378 Å, 1,334 Å bzw. 1,050 Å bestimmt wurde.<ref name="DOI10.1107/S0365110X57000596">P. J. Wheatley: The crystal and molecular structure of pyrazine. In: Acta Crystallographica. 10, S. 182, Vorlage:DOI.</ref> 1977 ergaben Untersuchungen mit Gasphasen-Elektronenbeugung, dass die C-C-Bindung von Pyrazin etwas größer als die von Benzol, aber ähnlich wie die von Pyridin ist. Dagegen war die C-N-Bindung von Pyrazin und Pyridin innerhalb der Fehlergrenze gleich. Es ist bemerkenswert, dass die C-H-Bindung von Pyrazin im Vergleich zu Benzol und Pyridin länger ist. Bei diesen Untersuchungen wurden die Werte bestimmt zu: r(C-C) = 1,339 ± 0,002 Å. r(C-N) = 1,403 ± 0,004 Å, r(C-H) = 1,115 ± 0,004 Å. C-C-N = 115,6 ± 0,4°, und C-C-H = 123,9 ± 0,6°.<ref name="DOI10.1016/0022-2860(77)87035-X">B.J.M. Bormans, G. De With, F.C. Mijlhoff: The molecular structure of pyrazine as determined from gas-phase electron diffraction data. In: Journal of Molecular Structure. 42, 1977, S. 121, Vorlage:DOI.</ref>
Verwendung
Pyrazin kann als Zwischenprodukt zur Herstellung anderer chemischer Verbindungen verwendet werden. So führt die vollständige Hydrierung des Pyrazins zu Piperazin. Die N-Alkylierung von Pyrazin ergibt Pyrazinium-Salze, die als ionische Flüssigkeiten dienen können. Pyrazin eignet sich als Ligand für Metallkomplexe, zur Herstellung von Koordinationspolymeren (z. B. Metall-organische Gerüstverbindungen<ref>Vorlage:Literatur</ref>) sowie zum Aufbau supramolekularer Strukturen.<ref name="roempp" />
