Research Collection
Doctoral Thesis
Ueber Hydrierung aromatischer Verbindungen mit Platin und Wasserstoff
Author(s):
Jaquet, Daniel Publication Date:
1914
Permanent Link:
https://doi.org/10.3929/ethz-a-000099651
Rights / License:
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ETH Library
lieber Hydrierung aromatischer
Verbindungen
mit Platin und Wasserstoff
Von der
Eidgenössischen
Technischen Hochschule in Zürichzur
Erlangung
derWürde eines Doktors der technischen Wissenschaften genehmigte
Promotionsarbeit
vorgelegt von
Daniel
Jaquet, diplom.
Chemikeraus St. Imier (Bern).
Referent: Herr Prof. Dr. H. Staudinger.
Korreferent: Herr Prof. Dr. M. Cérésole.
Zürich 1913.
103
Basel. Schweighauserische Buchdruckerei. 1914.
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Laboratoriumder
Eidgenössischen
Technischen Hochschule in Zürich, teils im Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie in Berlin-Dahlemausgeführt.
Meinem hochverehrten Lehrer
Herrn Prof. Dr. R. Willstätter
möchte ich auch an dieser Stelle meinen
aufrichtigsten
Dank
aussprechen
für die regeUnterstützung,
die ermir stets bei der
Durchführung
dieserUntersuchungen
zu Teil werden ließ.
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Seite
I. HISTORISCHER UEBERBLICK 9
IL THEORETISCHER TEIL
Katalysatorgifte
18Aktivierung
des Platins mit Sauerstoff 19 III. EXPERIMENTELLER TEILMethode der Hydrierung 29
Hydrierung
von Dimethylanilin 31Hydrierung
von Chinolin 32Hydrierung
von Indol 34Hydrierung
von Phtalsäure 41Hydrierung
von Terephtalsäure 42Hydrierung
von Isophtalsäure 44Hydrierung
von p-ToluyIsäure 46Hydrierung
von Phtalimid 48Hydrierung
von Naphtalsäure 50Hydrierung
von Phtalsäureanhydrid > 53Hydrierung
von Phtalid 63Hydrierung
von Naphtalsäureanhydrid ... 66Leer
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Beobachtungen
auf dem Gebiete derKatalyse
lassensich bis in die zweite Hälfte des 18. Jahrhunderts zu¬
rückverfolgen.
J.Priestley ')
und M. vanMarums)
kon¬statierten schon die
Zersetzung
desWeingeistes
beimDurchleiten der
Dämpfe
überglühende
Metalle;Humphry Davy3)
brachte Platin und Palladium zum Glühen inKnallglas,
inKohlenoxydsauerstoffgemengen
und in ver¬schiedenen
organischen Dämpfen.
DieseBeobachtungen
wurden von J. W. Döbereiner verwertet: mit Hilfe von
Platin
oxydierte
er Branntwein zuEssigsäure4)
; mitdemselben
Katalysator
führte er aus Wasserstoff und Luftstickstoff dieSynthese
des Ammoniaks aus. DieEntzündung
von Wasserstoff beim Passieren einer Platin¬spirale
wurde von A.Erman6)
zuerst erwähnt; J. W.Döbereiner6) gründete
auf dieseBeobachtung
die Dar¬stellung
seinesFeuerzeuges.
Aehnliche, aber viel schwächereWirkungen
wurden für erhitzteMetalle,
namentlich Kobalt,
Nickel,
Gold und Silbergefunden,
H.Debus')
hatte schon im Jahre 1863 mit Hilfevon Platin Blausäure zu
Methylamin
reduziert.R.
Boettger8)
beobachtete, daß dieReaktionsfähigkeit
des Wasserstoffes sehr erhöht werden kann, wenn man ') „Experiments and Observations", Birmingham Vol. III, 425 (1790).
2) Grens. Journ. 3, 360 (1796).
3) Schweiggers Beiträge, 20, 175 (1818).
*) J. W. Döbereiner, Schweiggers Journ. (3) 63, 232 (1831).
5) Berliner Abhandl. 1818/19, 270.
6) Schweiggers Journ. für Physik 38, 328 (1823); 39, 159
(1823).
*) A. 128, 200 (1863).
8) B. 6, 1396 (1873).
- 10 -
ihn in Palladium okkludiert ; solches Gas verbindet sich schon im Dunklen mit Chlor.
Die Reduktion von
Aethylen
zu Aethan mit Wasser¬stoff in
Gegenwart
von Platin wurde schon von M. P.Wilde
x) ausgeführt.
H. Moissan und Ch.
Moureu2)
bekamen beim Leiten einesAcetylenstromes
über reduziertesEisen,
Nickel oder Kobalt unterFeuererscheinung
eineZersetzung
des Gases in Kohle und Wasserstoff; alsNebenprodukt
ent¬stand etwas Benzol.
Die
Schwierigkeiten
der pyrogenen Reduktion mit Metallen wurden von denerfolgreichen Untersuchungen
von P. Sabatier und J. B. Senderens überwunden; die
Anwendung
dieser Methode in den verschiedensten Ge¬bieten der Chemie wurden vom Jahre 1897 an in einer
großen
AnzahlAbhandlungen J)
veröffentlicht.P. Sabatier und J. B. Senderens versuchten zuerst ohne zu erwärmen
ungesättigte
Kohlenwasserstoffe mit Nickel in einem Wasserstoffstrome zu reduzieren: ausAcetylen
erhielten sieglatt
Aethan. Da Kobalt, Eisen undKupfer
aus ihrenOxyden
reduziert eine ähnliche,aber nur viel schwächere
Wirkung
hatten, wurde in denmeisten Versuchen Nickel als
Katalysator angewendet.
Die
Hydrierung
aromatischer Substanzen führte manfrüher
gewöhnlich
mit Jodwasserstoffsäure aus; mitdieser Methode fanden aber oftUmlagerungen
statt, die dieEntscheidung
einer Konstitutionunmöglich
machten; soführte
beispielsweise
die Reduktion von Benzol zuMethyl-
') B. 7, 353 (1874).
2) C. r. 122, 1240 (1896).
:!) P.Sabatier und J. B.Senderens, C.r.124,616, 1358 (1897); 128, 1173 (1899); 130, 250, 1559, 1628, 1761 (1900); 131, 40, 187, 267 (1900); 132, 210, 566, 1254 (1901); 133, 321 (1901);
134, 514, 689, 1185 (1902); 135, 87, 225 (1902); 136, 738, 921, 983 (1903); 137, 301, 1025 (1903); 138, 457, 1257 (1904); 140, 482 (1905). — Bl. (3) 33, 1. — A. ch. (8) 4, 319 (1905).
cyclopentanx)
und die des Toluols zuDimethylcyclo-
pentan
*).
Mit Hilfe von frisch reduziertem Nickel beietwa 200° wurden Benzol,
Toluol, Xylol, Cumol,
zu denhexahydrierten
Kohlenwasserstoffen leicht reduziert. BeimStyrol
wurden die Seitenkette und derBenzolkerngleich¬
zeitig
hydriert
und es entstandAethylcyclohexan.
DieHydrierung
von Limonengab
Menthan.P. Sabatier und J B. Senderens versuchten dann den
Naphtalinkern
zu reduzieren: ausNaphtalin
entstandTetrahydronaphtalin,
ausAcenaphten Tetrahydroace- naphten.
Mit Hilfe vonKupfer
alsKatalysator
wurdeNitrobenzol zu Anilin reduziert; bei
Mangel
an Wasser¬stoff entstand aber Azobenzol. Bei
300°,
über Nickelgeleitet, ging
Anilin inDiphenylamin
über. DieTempe¬
raturen wurden dann variiert und bei 160° bis 180°
konnte man den Benzolkern des Anilins und seiner Derivate
glatt hydrieren.
P. Sabatier und J. B. Sende¬rens nahmen die Reduktion des
Kohlenoxyds
und desKohlendioxyds
mitNickel vor und erhielten Methan. Die verschiedene Wirksamkeit derKatalysatore
konnte man bei diesen Versuchen sehr gut beobachten:Kupfer
re¬duzierte
Kohlendioxyd
nur bis zuKohlenoxyd
;Platin,
Palladium und Eisen bewirkten keine Reduktion. Phenol über Nickelgeleitet gab Cyclohexanol.
Diekatalytische Hydrierung
der Nitrile führte zu primären, sekundären und tertiären Aminen.Eine sehr
bequeme Darstellungsmethode
der primären und sekundären Alkohole ließ sich durch Reduktion derAldehyde
und der Ketone mit Nickel erreichen. MitHilfe von reduziertem
Kupfer gelangte
manmerkwürdiger¬
weise zur
umgekehrten
Reaktion, nämlich zurDarstellung
der
Aldehyde
und der Ketone aus denentsprechenden
Alkoholen.') N.Kijner, J. pr. (2) 56, 364 (1897).
2) W.Markownikoff, B. 30, 1217 (1897).
— 12 —
P. Sabatier und A. Mailhe
') konstatierten,
daß sich die aromatischenHalogenderivate
durch Wasserstoff inGegenwart
von Nickel reduzieren lassen, ohne daßgleich¬
zeitig eine
Anlagerung
von Wasserstofferfolgt.
Mono- chlorbenzol liefert Benzol und Chlorwasserstoffsäure; Chlornitrobenzol liefertAnilinchlorhydrat.
Derkataly-
tischen
Nickelhydrierung
unterworfengehen
Chinone bei 180—200° inHydrochinone
über.W.
Ipatiew8) beschäftigte
sich zuerstmit einerReihekatalytischer
Reaktionen vonorganischen
Substanzenunter Einfluß erhitzter Metalle. Dann reduzierte
ers) Aldehyde
und Ketone durchkomprimierten
Wasserstoff mit Hilfe von Eisen, Nickel und Aluminium bei höherenTemperaturen.
Acetonging
inIsopropylalkohol
über.In
Gegenwart
von reduziertem Nickel bei etwa 200°wurden Ketone
vollständig
zu sekundärenAlkoholen,
aromatische AlkoholeundAldehyde
zudenentsprechenden
Kohlenwasserstoffen oder
hydroaromatischen Verbindungen
reduziert. W.
Ipatiew*)
beobachtete auch eineDehydra-
tation unter dem
katalytischen
Einfluß von Tonerde.W*
Ipatiew
beobachtete, daß hoheTemperaturen
und Drucke besonders vorteilhaft sind und daß
kataly-
tische
Zersetzungen
manchmal durchMetalloxyde
leichterhervorgerufen
werden als durch die Metalle selbst; erversuchte dann
Hydrierungen
mitNickeloxyd
undNickel¬oxydul
zukatalysieren5).
MitNickeloxydul
konnte erunter 100—120
Atmosphären
Wasserstoffdruck Benzolzu
Hexahydrobenzol
leicht reduzieren. Aromatische ') C. r. 138, 245 (T904).2) W. Ipatiew B. 34, 596, 3579 (1901); 35, 1047, 1057 (1902); 36, 1990, 2003 (1903). — W. I. und W. Leontowitsch B.
36, 2016 (1903). - W. Ipatiew J. pr. (2) 67, 420. - C. 1904 II. 1020.
") W. Ipatiew C. 1906, II, 86.
4) C. 1906, II, 87.
s) W. Ipatiew B. 40, 1281 (1907).
Amine
*)
ließen sich inGegenwart
vonNickeloxyd
leichthydrieren.
Aus Chinolin entstandDecahydrochinolin
undaus
Benzaldehyd
ein Gemisch vonDibenzyl,
Wasser und Toluol.In einer Reihe weiterer Versuche reduzierte W.
Ipa¬
tiew
8)
mitNickeloxyd
oderKupferoxyd
Anthracen, Phe- nanthren,Fluoren, Acenaphten,
Reten, dann eine Anzahl aromatischer Säuren:Phtalsäure,
Zimtsäure,/?-Naphtoë-
säure und endlich noch Alkohole,
Aldehyde,
Ketone, Diketone,Terpene
undKohlenhydrate.
Die Reduktionsmethoden in der Hitze mit Metallen oder
Metalloxyden
alsKatalysator
sind nicht vonallge¬
meiner Anwendbarkeit. Die Methode von P. Sabatier und J. B. Senderens erfordert dasUeberleiten der
Dämpfe
der zu
hydrierenden
Substanz über den erhitztenKataly¬
sator; im Verfahren von W.
Ipatiew
treten oft Zersetz¬ungen
infolge
der hohenTemperatur
auf. Es war des¬wegen wünschenswert, eine Methode zu finden, um die nicht unzersetzt
flüchtigen
Substanzen zuhydrieren.
Diese
wichtige Frage
wurde durch dieUntersuchungen
von S. Fokin, R. Wiüstätter, C. Paal und A. Skita
gelöst.
5. Fokin
3) beschäftigte
sich zuerst mit Reduktionen aufelektrolytischem Wege
; er beobachtete dabei dengroßen
Einfluß derangewandten
Elektroden und diegroße
Wirksamkeit des okkludierten Wasserstoffes. Er bemerkte dann, daß mit Hilfe von Platinschwarz und Palladiumschwarz Oelsäure in aetherischerLösung
beigewöhnlicher Temperatur
durch Einleiten von Wasser¬stoff
hydriert
wird;cyklische Doppelbindungen
des Ben-') W. Ipatiew B. 41, 991, 993 (1908).
*) W.Ipatiew, W.Jakowlew und L, Rakitin B. 4t, 996 (1908).
- W. I. und O. Philipow B. 41, 1001 (1908). — W. Ipatiew B.
42, 2089, 2092, 2097, (1909); 43, 3383, 3546 (1910); 44, 2978 (1911); W. I. und N. Dowgelewitsch B. 44, 2987 (1911); W. Ipa¬
tiew B. 45, 3205, 3218 (1912). - W. Ipatiew C. 1909 II, 342;
1911 I, 220, 312.
") C. 1906 n, 758; 1907 I, 324; 1907 H, 1324.
— 14 —
zolringes
konnten aber auf diese Weise nicht reduziert werden.C. Paal und K.
Amberger*)
und J. Gerums)
hattenschon vorher mit Hilfe von
Hydrosolen
der Platinmetalle Nitrobenzol zu Anilin reduziert.R. Willstätter entwickelte aus dem Versuche von
5. Fokin eine Reduktionsmethode von
praktischer
Be¬deutung,
die auch für nichtflüchtige
Substanzen ange¬wendetwerden kann;erbenützteals
Katalysator
Loew'schesPlatinschwarz. Die Nützlichkeit dieses Verfahrens hat sich bei der
Hydrierung
solcher Substanzen gezeigt, die sich durch die üblichen Reduktionsmethoden nicht redu¬zieren lassen
(Cholesterin)
oder dadurch zersetzt oderisomerisiert werden
(Cycloocten).
R. Willstätter und E. W.
Mayer*)
wollten dasPhy-
tol reduzieren. Das
Phytol
ist untergewöhnlichem
Drucke nicht unzersetztflüchtig,
schon beimäßigem
Erhitzen erleidet esZersetzung
; weder die Nickelmethode vonP. Sabatier und J. B. Senderens, noch das Verfahren
von W.
Ipatiew
konnten in diesem Falleangewendet
werden. IndirekteReduktionsmethoden andererseits führten
nur zum
ungesättigten Phyten.
Mit Hilfe von Platin¬schwarz konnten R. Willstätter und B. W.
Mayer Phytol
zu
Dihydrophytol
reduzieren. Siehydrierten
dann unge¬sättigte
Alkohole(Oleinalkohol, Geraniol)
und Benzoe¬säure. Aus Benzoesäure erhielten sie
allerdings
in ge¬ringer Ausbeute
Hexahydrobenzoesäure
; dies war die erste Reduktion des Benzolkernes mit einer solchen Me¬thode. Die Reduktion desCholesterins war noch nie aus¬
geführt
worden, selbstenergische
Reduktionsmittel blieben darauf ohneEinwirkung
; durch Einleiten von Wasser¬stoff in seine ätherische
Lösung
beiGegenwart
von Platinschwarz entstandquantitativ Dihydrocholesterin.
Die') B. 38, 1406 (1905).
2) B. 40, 2209 (1907).
*) B. 41, 1475, 2199 (1908).
Methode war auch fürungesättigte Alkaloide anwendbar;
Tropidin
lieferteTropan,
die Reduktion vonDimethyl- granatanin])
führte zuDimethylaminocyclooctan. Cyclo-
octan war von R. Willstätter und H.
Veraguth*)
durchHydrierung
vonCyclooctadien
nach P. Sabatier und J. B. Senderens erhalten worden, aber nicht in homo¬genemZustand. R. Willstätterund T. Kametaka
3)
suchten dieHydrierung
zu verbessern durchEinhaltung
einermöglichst
tiefenTemperatur
; derKohlenwasserstoffwurdelangsamer
reduziert und noch stärker isomerisiert.Mit Hilfe von Platinschwarz und Wasserstoff wurde
Cycloocten
zu reinemCyclooctan
quantitativhydriert.4)
R. Willstätter und B.Waserb) verfolgten
quantitativ dieHydrierung
desCyclooctatetraens,
konnten die An¬zahl der
gelösten Doppelbindungen
ermitteln und so dieVerbindung
identifizieren.Mit den
Untersuchungen
von R. Willstätter und D.Hatt6)
wurde das Problem derHydrierung
aroma¬tischer
Verbindungen
.gelöst
; sie zeigten, daß die bis¬herigen Mißerfolge
aufSpuren
vonVerunreinigung
derangewandten
Materialien zurückzuführen sind. Benzol,Toluol, Xylol, Naphtalin,
Anilin, Benzoesäure wurden mit Platinschwarzglatt
und quantitativhydriert.
Phenolgab
ein Gemisch von
Cyclohexan
undCyclohexanol.
R. Willstätter und M.
Heidelberger•')
wiederholten die Reduktion desCyclooctatetraens
und ergänzten dieAngaben
von R. Willstätter und B. Waser.Styrol
wurde von R. Willstätter und V. L.King*)
zu
Aethyl-Cyclohexan
reduziert; sie untersuchten auch ') Ä. Willstätter und B. Waser B. 43, 1176 (1910).*) B. 40, 957 (1907).
3) B. 41, 1480 (1908).
4) R Willstätter und B. Waser B. 43, 1176 (1910).
5) B. 44, 3423 (1911).
•) B. 45, 1471 (1912).
t) B. 46, 517 (1913).
8) B. 46, 527 (1913).
— 16 —
die
Geschwindigkeiten
bei derHydrierung
desNaphtalins
und des
Dihydronaphtalins.
vS. Fokin
*)
hat mit Hilfe von Platinmohr und vonkolloidalem Platin seine
Untersuchungen fortgesetzt;
seine
Hydrierungen
haben sich auf Crotonsäure, Malein¬säure, Aconitsäure, Sorbinsäure, Itaconsäure, Nitrobenzol, Tetrachlorkohlenstoff und eine
große
Anzahl Fettsäuren erstreckt. Palladiummohr zeigte imallgemeinen
eineschwächere
Wirkung
als Platinmohr.C. Paal führte Reduktionen aus, mit Hilfe kolloidaler
Lösungen
derKatalysatoren.
Er fandzuerst einbequemes
Schutzkolloid in den Protalbin- undLysalbinsäuren
undstellte kolloidale
Lösungen
vonSilber, Gold, Silberoxyd
und
Quecksilberoxyd
dar.2)
C. Paal und K.Amberger3)
erhielten kolloidaleLösungen
von Palladium, Platin und Iridium. Mit J.Gerund)
und K.Roth1*)
untersuchte C.Paal für Nitrobenzol dieUebertragungsfähigkeit
für Wasser¬stoff bei kolloidalem Platin, Palladium und Iridium; er
beobachtete die
größte Geschwindigkeit
beim Palladium.Fumarsäure, Maleinsäure und Zimtsäure, verschie¬
dene Fette und Oele
(Sesamöl, Cotonöl)
ließen sich mit kolloidalem Palladium leichthydrieren.
C. Paal und W. Hartmann
6)
führten die Reduktiondes
Aethylens
zu Aethan und diepartielle Hydrierung
der
Phenylpropiolsäure
aus. C.Paal1)
studierte auchdie stufenweise
katalytische Hydrierung
beiVerbindungen
mit benachbarten
Kohlenstoffdoppelbindungen
und solcher ') C. 1906 II, 758; 1907 I, 152, 324; 1907 II, 1324; 1908 II, 1995; 1910 II, 1743; 1912 II, 21.2) C. PaalB. 35, 2195, 2206, 2219, 2224, 2236 (1902).
3) B.37,124 (1904);38,1388,1394,1398,1406,2414 (1905).
4) C Paal und J. Gerum B. 40, 2209 (1907); 41, 805, 818, 2273 (1908); 42, 1553 (1909).
ä) C. Paal und K. Roth B. 41, 2282 (1908); 42, 1541 (1909).
6) B. 42, 2239, 3930 (1909).
') B. 45, 2221 (1912).
mit durch ein Kohlenstoffatom getrennter Kohlenstoff¬
doppelbindungen.
Um die
Verbesserung
undWeiterentwicklung
dieserkatalytischen
Reduktionsmethoden hat sich besonders A.Skita*)
Verdienste erworben. Er vereinfachte sehr dieDarstellung
kolloidalerLösungen,
indem er als Schutz¬kolloid Gummi arabicum benützte. Er reduzierte Alde¬
hyde
und Ketone; aus Chinon erhielt erHydrochinon,
aus Acrolein
Propionaldehyd
neben wenigAllylalkohol.
Mit H. H.
Frank1)
führte A. Skita die Reduktion mehrerer Alkaloiden wie Chinin,Morphin, Codein, Piperin
aus. A. Skita zieht vor unter einem kleinen Wasser¬
stoffüberdruck zu
hydrieren.
') B. 41, 2938 (1908); 42, 1627 (1909); 45, 3312 (1912). — A. Skita und H. Hitter B. 43 3393 (1910).
*) A. Skita und H. H. Frank B. 44, 2862 (1911)
2
II
THEORETISCHER TEIL.
Von den
katalytischen Hydrierungsmethoden
sinddie in der Kälte mit
gefällten
Platinmetallen oder kolloi¬dalen
Lösungen
derselben nach W. Fokin, R. Willstätter und C. Paal amhäufigsten angewendet.
C.Paal
bevorzugt
dieAnwendung
kolloidalerLösungen
des
Katalysators
; diese erlauben Reduktionen mit ganz minimalenMetallmengen,
anderseits aber erfordern sieklar
gelöste Substanzen,
was für schwerlöslicheKörper
nur mit
großen Mengen
vonLösungsmitteln
zu erreichenist. Die schwerlösliche
Isophtalsäure
konnte ich mit kolloidalem Platin nichthydrieren
; doch war der ange¬wandte
Katalysator
wirksam, denn leichter lösliche Sub¬stanzen ließen sich damit
glatt
reduzieren.Nach der Methode von R. Willstätterist man manch¬
mal gezwungen, viel Platinschwarz anzuwenden
(bis
50
%
des Gewichtes derSubstanz),
um die Reaktionzu
beschleunigen
;Suspensionen
von kaum löslichenSubstanzen lassen sich aber
glatt
und quantitativhy¬
drieren. Die Reduktion von
Isophtalsäure
zuHexahy- droisophtalsäure
mit Platinschwarz inEisessigsuspension
bot keine
Schwierigkeit.
O. Stark*)
konnte die Reduk¬tion nicht ausführen,
angeblich
wegen der Schwerlös¬lichkeit der Säure; man sollte dies eher durch einen schlechten
Katalysator
oder durcheineVergiftung
erklären.KATALYSATORGIFTE: Die
Eigenschaft einiger Substanzen,
die Wirksamkeit derKatalysatoren
zu ver-') B. 45, 2371 (T912).
nichten, ist eine altbekannte Tatsache. M.
Faraday1)
be¬obachtete schon die
Lähmung
des Platins in Anwesenheit ganz geringerSpuren
von Schwefelwasserstoff.Die
Wirkung
derKatalysatorgifte
ist bisjetzt
in be¬friedigender
Weise nicht erklärt worden; sie ist mit dem Mechanismus selbst derKatalyse
engverknüpft
und verhindert eine rascheEntwicklung
derkatalytischen
Methoden. In einer Reihe schöner Arbeiten versuchte G.Bredigs)
etwas Klarheit in dieses Gebiet von Er¬scheinungen
zubringen
; erzeigte
auch diegroße
Ana¬logie
derFermentwirkungen
mit denKontaktwirkungen,
die beide durch dieselben Gifte beeinflußt werden.
Zu denstärksten Giften
gehören Schwefelwasserstoff3), Schwefelkohlenstoff, Kohlenoxyd,
Arsen und Blausäure;G.
Bredig
und M.Fortner*)
zeigten, daßKohlenoxyd merkwürdigerweise
zuerst einen lähmenden, dann einen aktivierenden Einfluß hat.Bei der Reduktion mit Platin und Wasserstoff sind die
Giftwirkungen
sehrheftig.
R. Willstätter und D.Hatt*)
konnten nurthiophenfreies
Benzol und schwefel¬freies
Naphtalin hydrieren.
Ich beobachtete immer, einegroße Empfindlichkeit
des Platins gegen Schwefelwasser¬stoff; sogar das Durchleiten des
Hydrierungswasserstoffes
durch schlecht vulkanisierte Gummischläuche verursachte sofort eine
Vergiftung.
AKTIVIERUNG DES PLATINS MIT SAUERSTOFF:
Abgesehen
von deneigentlichen Katalysatorgiften gibt
esgewisse Bedingungen,
die eine Reduktionskata¬lyse
verhindern; eine ganze Reihe vonKörpern
entziehen') Pogg. Ann. 33. — Ostwalds Klassiker 87, 30.
*) G.Bredigund R. Müller v.Berneck, Ph.Ch.31, 258 (1899).
G. Bredigund K. Ikeda, Ph. Ch. 37, 1 (1901).
3) C. ErnstPh. Ch. 37, 448 (1901).
4) B. 37, 798 (1904).
5) B. 45, 1471 (1912).
— 20 —
sich der
Hydrierung,
weil sie dabei solcheBedingungen
hervorrufen.Ich konnte ohne
Schwierigkeit
eine Reiheorganischer
Säuren: Maleinsäure, Phtalsäure,
Naphtalsäure
mit Pla¬tinschwarz und Wasserstoff
hydrieren
; es zeigte sich aber, daß die betreffendenAnhydride
nach derselben Methode nicht reduzierbar sind.In wiederholten Versuchen beobachtete ich immer,
am
Anfang
des Schütteins eineheftige Absorption
; sie nahm rasch ab und nach etwa1/a—1
Stunde war ein Stillstand erreicht; das Volumen des absorbierten Wasser¬stoffes war der
Menge
desangewandten Katalysators proportional.
Nachdem ich dieUeberzeugung
gewonnenhatte, daß diese
Hemmung
auf keineVergiftung
zurück¬zuführen ist, versuchte ich die
Bedingungen
derHy¬
drierung
zu wechseln. Es ist mirgelungen,
ein zum Stillstandgebrachtes Hydrierungsgemisch
durch Schüttelnin einer
Sauerstoffatmosphäre
oder einfacher an der Luftwieder zu beleben. Ich
verfolgte
dann dieseAktivierung quantitativ
und beobachtete, daß beijeder
Sauerstoff¬oder
Luftschüttelung
eine dem Platinproportionale Menge
Sauerstoff absorbiert wurde. Nach derAktivierung
konnte dieHydrierung fortgesetzt
werden; Wasserstoff wurde wie amAnfang
absorbiert, aber auch nurwährend einer halben bis einer Stunde: Durch wiederholte Akti¬vierungen ließen sich alle
Anhydride
ziemlich rasch reduzieren.Zur
Erklärung
dieserPlatinaktivierung
konnten ver¬schiedene Theorien in Betracht kommen.
a)
DieAnhydride
sind nur bis zu einem gewissen Punktehydrierbar
; beim Schütteln mit Platin an der Luftgeschieht
eine teilweiseDehydrierung
vom schonhydrierten
Produkt. In diesem Falle hätte man mit alter¬nierenden
Oxydationen
und Reduktionen zu tun und den Prozeß könnte man ins Unendliche fortsetzen; dies ge¬schieht aber nicht, denn nach
einiger
Zeit beobachtetman einen Stillstand der
Hydrierung.
Dieser Stillstand ist erreicht, wenn beim Schütteln in Wasserstoff nur dieMenge
Gas absorbiert wird, die zurWasserbildung
desbei der
Aktivierung
absorbierten Sauerstoffesnötig
ist.Die dem
Katalysator
immerproportionalen
Wasserstoff- undSauerstoffmengen sprechen
auch gegen die An¬nahme einer
partiellen Hydrierung.
DieseHypothese
istalso zu verwerfen.
Die
dehydrierende Wirkung
der Platinmetalle istvonN.
Zelinsky *)
bei höherenTemperaturen
beobachtetworden. H. Wieland
*)
benützte dieDehydrierungswirkung
des Palladiumschwarzes schon bei
gewöhnlicher Tempe¬
ratur.
N.
Zelinsky*)
fand bei der Reduktion des Tetra-hydroterephtalsäuresters
mit Palladiumschwarz eine pa¬rallele
Oxydations-
undReduktionskatalyse.
b)
Eine andere Annahme ist, daß dieAnhydride
nichthydrierbar
sind. Platinschwarz enthält aber immer einegewisse Menge Sauerstoff,
die sich mit Wasserstoffzu Wasser verbindet. Dieses Wasser
spaltet
etwasAnhydrid
zu Säure auf, und diese wird dannhydriert.
Durch zweiVersuche wurde diese
Erklärungsmöglich¬
keit
widerlegt
:Versuch Nr. 1.
lg
Platin wurdeinEisessigsuspension
an der Luft
geschüttelt
bis zurvollständigen Sättigung
mit
Sauerstoff;
dann wurde der Schüttelkolben eva¬kuiert, mit Wasserstoff
gefüllt
undgeschüttelt.
DieWasserstoffabsorption betrug
bis zum Stillstandeungefähr
20 cm,entsprechend
also einer ganz mini¬malen
Wassermenge,
die nicht in Betracht kommenkann.
') B. 44, 3121 (1911); 45, 3678 (1912). — N. Zelinsky und
N. Uklonskaja B. 45, 3677 (1912).
2) B. 45, 484 (1912).
") B. 44, 2305 (1911).
— 22 —
Versuch Nr. 2.
30g Phtalsäureanhydrid
wurde mit8 g Platinschwarz bis zum Stillstande
hydriert
; beider
Aktivierung
bestimmte man genau die absorbierteMenge
Sauerstoff. Bei dernächstfolgenden
Wasser-stoffschüttelung
nahm dasHydrierungsgemisch
drei¬mal mehr Wasserstoff auf als die
Menge,
die zurHydrierung
der eventuell durch Wassergebildeten
Phtalsäure nötig gewesen wäre.c)
Diefolgende Erklärung
ist wahrscheinlich dierichtige
: Platinschwarz muß, um eineHydrierung kataly¬
sieren zu können, eine gewisse
Menge
Sauerstoff wahr¬scheinlich in der Form von Wasser enthalten. Am An¬
fang
verläuft die Reduktion derAnhydride
in normaler Weise; nacheiniger
Zeit ist die amAnfang
vorhandeneMenge
Wasser vomHydrierungsgemisch
verbraucht worden,und derStillstand tritt ein. Bei derSauerstoff-oderLuftschüttelung
wird aber frischer Sauerstoff absorbiert, dieser verbindet sich mit Wasserstoff zu Wasser und die Wirksamkeit desKatalysators
wird dadurch regeneriert:Die Säuren werden
glatt hydriert,
dieAnhydride
nicht; andererseits entstehen bei der
Hydrierung
derAnhydride
mitAktivierung
alsNebenprodukt
beträcht¬liche
Mengen hydrierter
Säuren. Daraus kann man mit Sicherheit schließen, daß derWassergehalt
vom Platin zurAufspaltung
eines Teiles desAnhydrides
verbraucht wird.Die Anwesenheit von Sauerstoff im Platinschwarz und seine
Beteiligung
an derKatalyse
ist eine schon bekannteErscheinung
; seine genaue Rolle wie der Mechanismus derkatalytischen
Reduktionen sind aber noch nichtaufgeklärt.
Zahlreiche
]) Hypothesen
sind für dieFähigkeit
des Platins,Wasserstoffperoxyd
zu zersetzen undKnallgas
') Literaturangaben bei G. Bredig und R. Müller v. Berneck
Ph. Ch. 31, 258 (1899). — R. Vondracek Z. a. Ch. 39, 24 (T904).
— J.MilbauerPh.Ch. 77, 380 (1911). — G.Woker „Die Katalyse"
Stuttgart (1910).
zu
katalysieren, aufgestellt
worden; sie behandeln dasgegenseitige
Verhalten von Platinschwarz, Sauerstoff und Wasserstoff, also ähnliche Fälle wie bei der kata-lytischen Hydrierung. Deswegen
mag es von Interesse sein,einige
dieserHypothesen
hier kurz anzuführen.Die
Hypothese,
daß Platin durch seine Porosität ein Medium vongrößerer Reaktionsfähigkeit
bildet, daß derKatalysator
diebeteiligten
Stoffe auf seiner Oberfläche kondensiert und so eine schnellere Reaktionermöglicht,
ist schon von
Rouppe
und Norden*) angewendet
worden;sie ist aber
heutzutage
ganz verlassen.Die moderne Annahme ist: Platin
beteiligt
sich selbst bei der Reaktion und wird alternierendoxydiert
und re¬duziert. Die
Frage,
ob der Sauerstoff im Platin chemischgebunden
ist, oder ob es sich nur um eine festeLösung
handelt, ist aber nichtgelöst.
Schon A. de la Rive
s)
bemerkt, daß das zur Knall¬gasvereinigung angewandte
Platin mit einerOxydschicht überzogen
sein muß. J.Liebig3)
drückte zuerst den Gedanken einerSauerstoffübertragung
aus.Speziell
beider
Essigbildung spricht
er von derEntstehung
einerden
Oxyden analogen Verbindung
im Platin. DieHypo¬
these, daß Platinmetalle imstande sind, feste
Lösungen
von Wasserstoff und Sauerstoff zu bilden und die Mole¬
küle in ihre Atome aufzulösen, ist von L. Sohnke
*),
J. H. Gladstone und Tribe
%
W.Cooke6),
W.Ramsay'),
E.Berliner*),
GBodländer*)
erwähnt worden. Nach') Rouppe und Norden A. eh. (I) 34 (1800).
2) C. r. 7, I06Î (1883).
3) A. 30, 129, 144 (1839).
*) cit. Ph. Ch. 3, 100 (1889).
5) Soc. 35, 8 (1879).
6) Chem. N. 58, 103 (1888).
*) Phil. Mag. 38, 206 (1894).
8) Ann. d. Ph. (3) 35, 791 (1888).
9) „Ueber langsame Verbrennung-", Stuttgart (1898).
— 24 —
F. Haber
geschieht
diePlatinkatalyse
beim Wasserstoff¬peroxyd
infolgender
Weise:„Die Katalyse
des Wasser¬stoffperoxydes
durch Platinerfolgt
in zwei Stufen: Bil¬dung
einer Platinsauerstoffstufe und Reduktion derselben durch das ReduktionsmittelWasserstoffperoxyd
unterEntwicklung
vonSauerstoffgas".
F. Haber ist der An¬sicht, daß Platin und Sauerstoff eine feste
Lösung
bilden.M.
Traubel)
erklärte dieVerbrennung
von Wasserstoff durch Platin durch abwechselndeOxydation
und Re¬duktion und nahm die
Bildung
vonPlatinoxyd
PtOä alsZwischenprodukt
an. DiesesOxyd
ist aber viel zu be¬ständig,
um alsZwischenprodukt
entstehen zu können.L. Mond, W.
Ramsay
und J. Schieids*)
konstatierten diegroße
Aehnlichkeit desPlatinoxyduls
Pt(OH)s
mitdem Platinschwarz. L.
Wöhler3)
schließt aus seinenUntersuchungen,
daßdasPlatinbei derKatalyse
Zwischen¬oxyde
bildet undglaubt
an die intermediäreBildung
eines
Platinoxydulhydrats.
R.
Vondracelc*)
kam zum Resultat, daß beim Platin¬schwarz zwei Formen unterschieden werden müssen:
Sauerstoffhaltendes Platinschwarz und sauerstoffreies Pla¬
tinschwarz. Während die erste Form entschieden oxy¬
dierend wirkt, kann die andere reduzierende
Wirkungen
haben. Er sagt noch:„Man
muß annehmen, daß dieWirkung
des Platinschwarzesprimär oxydierend
ist undin den Fällen, wo eine
reduktionsfähige
Substanz an¬wesend ist, kann sekundär Reduktion derselben durch sauerstoffreies Platin eintreten". Bei der
Hydrolyse
des Rohrzuckerss)
mit Platinschwarz beobachtete Vondracek, daß derKatalysator
nach einiger Zeit inaktiv wird, daß') B. 15, 672 (1882).
2) Ph. Ch. 25, 657 (1898).
') Z. a. Ch. 29, 1 (1902). — B. 36, 3475 (1903).
4) Z. a. Ch. 39, 24 (1904).
•) Ph. Ch. 50, 560 (1905).
aber beim Trocknen an der Luft das Platinschwarz wieder aktiv wird.
A. von
Hemptinne ')
untersuchte das Verhalten vonWasserstoff zu Platin bei niederen
Temparaturen (—78°)
und fand unter diesenBedingungen
einegeringere
Gas¬absorption
; er sagt:„die
Annahme einer einfachen Kon¬densation muß verworfen werden, indessen ist auch die Annahme einer Art
Auflösung
des Wasserstoffs im Platin nicht minderunzulässig
; es müßte nämlich nach dem Gesetze desbeweglichen Gleichgewichtes
dieMenge
des
aufgelösten
Wasserstoffes beiniedriger Temperatur größer
sein, weil Wasserstoff inBerührung
mit Platin Wärme entwickelt".Noch zu erwähnen sind die Arbeiten von Gernez
2),
der gezeigt hat, daß wirksame Metalle, die von absor¬
bierten Gasen befreit sind, nicht mehr
katalytisch
aufWasserstoffperoxyd
wirken. Er zieht denSchluß,
daßder
Gasgehalt
die Ursache derkatalytischen Wirkung
ist.
Bredig
und Müller von Berneckwidersprachen
den Ansichten von Gernez; sie versuchten, eine aktivePlatinflüssigkeit
zu entgasen und beobachteten dabei keinen Einfluß auf diekatalytische
Wirksamkeit. Beim Durchleiten eines Luftstroms erzielten sie eineVerzöger¬
ung der
Katalyse.
Im Jahre 1883 veröffentlichte M.
Berthelot3)
Unter¬suchungen
über dieFähigkeit
des Platins, Gase zu absor¬bieren. Er
behauptete,
das Platin bilde mit Wasserstoff verschiedeneHydrüre
mit verschiedenen Dissociations-graden.
Ebenso bildet Platin mit Sauerstoff leicht dis- socierendeOxyde.
G.
Bredig
und M.Fortner*)
habenAktivierung
desPalladiums und des Platins mit Wasserstoff erreicht.
') Ph. Ch. 27, 429 (1898.)
2) „liebergasfreieKatalysatore",Annalesscientifiquesde l'Ecole normale supérieure (2) 4, 336.
3) A. ch. (5) 30, 519 (1883).
4) B. 37, 798 (1904).
— 26 —
A.
Purgotti
und L.Zaniche/Ii1)
beobachteten in einer Arbeit über diekatalytische Zersetzung
desHydrazinsul-
fates mit Platin eine Unwirksamkeit des
Katalysators
nach
einiger
Zeit. Beim Waschen und Trocknen an der Luft wurde aber die Wirksamkeit wiederhergestellt.
Ineiner Wasserstoff
atmosphere
oder unter Ausschluß derLuft konnte das Platin
gehandhabt
werden, ohne seine Aktivitätzurückzugewinnen. Aktives, suspendiertes
Platinwar in fein verteiltem
Zustande,
inaktivesdagegen
balltesich zusammen. A.
Purgotti
und L. Zanichelli über¬zeugten sich auch, daß die Wirksamkeit von der feinen
Verteilung
desKatalysators abhängig
ist und daß die Aktivität des Platins auf den okkludierten Sauerstoff zu¬rückzuführen ist. Das auf
Phenylhydrazinsulfat
inaktive Platin war aber nochfähig, Wasserstoffsuperoxyd
zuzersetzen ; daraus wurde der Schluß gezogen, daß in beiden Fällen der
Katalysenmechanismus
verschieden sein müsse.Ganz nach den Ansichten von Gernez fand ich daß die
Entgasung
desKatalysators
eine wirklicheVergiftung
desselben verursacht. In zahlreichen Versuchen ließen sich weder Phtalsäure noch Benzol inGegenwart
kleinerMengen Phtalsäureanhydrid hydrieren.
Bei einer
Benzolhydrierung
inEisessiglösung
mitPlatinschwarz
fügte
ichVs0
vomBenzolgewicht
an Phtal¬säureanhydrid
zu; nach einer halben Stunde hatte dieam
Anfang
sehr lebhafteWasserstoffabsorption
fast voll¬ständig aufgehört.
Die bekanntesten
Platingifte Schwefelwasserstoff, Kohlenoxyd,
Blausäure sind alleSubstanzen,
die ausdem Platin den Sauerstoff sehr leicht entziehenkönnten, und es ist nicht
unmöglich,
daß die Quelle der Ver¬giftungen
in derSauerstoffbindung
zu suchen ist. Fürdiese Ansicht
sprechen
die von G.Bredig,
K. Ikeda und') G. 34, 57 (1904).
M. Fortner beobachteten
Erholungen
dervergifteten Katalysatoren
und die von Schönbein beschriebene Er¬holung
derEnzyme.
Ein
thiophenhaltiges
Benzol konnte ich trotz Akti¬vierung
nichthydrieren.
Durch Schütteln von Platinschwarz in
Etsessigsus-
pension in Abwesenheit einer reduzierbaren Substanz kann man in einer
Wasserstoffatmosphäre
keine voll¬ständige Entgasung
desKatalysators
erreichen; die Wirk¬samkeit wird dabei doch viel
geringer.
Es wurden 3 Versuche
gemacht,
um zu entscheiden, ob dieAktivierung
beigewöhnlichen Hydrierungen
Vor¬teile bietet und um zu beurteilen, ob der
Wassergehalt
des
Lösungsmittels
einen Einfluß haben kann.Versuch Nr. 1:
4.0g
Benzol wurden ohne Aktivier¬ung mit 0.2 g Platin in 10 ccm
Eisessig hydriert.
Die
Absorption
kam nach 9'A Stunde zum Still¬stand; sie
betrug
3700 ccm Wasserstoff statt der für 3 Mol berechneten 3749 ccm bei 760 mmund 24°.
Versuch Nr. 2:
4.0g
Benzol wurden mit 0.2 akti¬viertem Platin
(d.
h. Platin, das inEisessigsuspension
eine halbe Stunde an der Luft
geschüttelt
wordenwar)
in 10 ccmEisessig hydriert.
DieAbsorption
war nach
91/i
Stunde beendet; siebetrug
3740ccm Wasserstoff statt der für 3 Mol berechneten 3749 ccm bei 760 mm und 24°.
Versuch Nr. 3 : 4.0g Benzol wurden mit 0.2 g Platin in 10 ccm 60
%-iger Essigsäure
ohneAktivierung hydriert.
DieAbsorption
war nach91/*
Stunde be¬endet. Sie
betrug
3660 ccm Wasserstoff statt der für 3 Mol berechneten 3696 ccm bei 760 mmund 20°.
Aus den Versuchen 1 und 2 ersieht man, daß die