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Ueber Hydrierung aromatischer Verbindungen mit Platin und Wasserstoff

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Research Collection

Doctoral Thesis

Ueber Hydrierung aromatischer Verbindungen mit Platin und Wasserstoff

Author(s):

Jaquet, Daniel Publication Date:

1914

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https://doi.org/10.3929/ethz-a-000099651

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ETH Library

(2)

lieber Hydrierung aromatischer

Verbindungen

mit Platin und Wasserstoff

Von der

Eidgenössischen

Technischen Hochschule in Zürich

zur

Erlangung

der

Würde eines Doktors der technischen Wissenschaften genehmigte

Promotionsarbeit

vorgelegt von

Daniel

Jaquet, diplom.

Chemiker

aus 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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(6)

Laboratoriumder

Eidgenössischen

Technischen Hochschule in Zürich, teils im Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie in Berlin-Dahlem

ausgeführt.

Meinem hochverehrten Lehrer

Herrn Prof. Dr. R. Willstätter

möchte ich auch an dieser Stelle meinen

aufrichtigsten

Dank

aussprechen

für die rege

Unterstützung,

die er

mir stets bei der

Durchführung

dieser

Untersuchungen

zu Teil werden ließ.

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(8)

Seite

I. HISTORISCHER UEBERBLICK 9

IL THEORETISCHER TEIL

Katalysatorgifte

18

Aktivierung

des Platins mit Sauerstoff 19 III. EXPERIMENTELLER TEIL

Methode der Hydrierung 29

Hydrierung

von Dimethylanilin 31

Hydrierung

von Chinolin 32

Hydrierung

von Indol 34

Hydrierung

von Phtalsäure 41

Hydrierung

von Terephtalsäure 42

Hydrierung

von Isophtalsäure 44

Hydrierung

von p-ToluyIsäure 46

Hydrierung

von Phtalimid 48

Hydrierung

von Naphtalsäure 50

Hydrierung

von Phtalsäureanhydrid > 53

Hydrierung

von Phtalid 63

Hydrierung

von Naphtalsäureanhydrid ... 66

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(10)

Beobachtungen

auf dem Gebiete der

Katalyse

lassen

sich bis in die zweite Hälfte des 18. Jahrhunderts zu¬

rückverfolgen.

J.

Priestley ')

und M. van

Marums)

kon¬

statierten schon die

Zersetzung

des

Weingeistes

beim

Durchleiten der

Dämpfe

über

glühende

Metalle;

Humphry Davy3)

brachte Platin und Palladium zum Glühen in

Knallglas,

in

Kohlenoxydsauerstoffgemengen

und in ver¬

schiedenen

organischen Dämpfen.

Diese

Beobachtungen

wurden von J. W. Döbereiner verwertet: mit Hilfe von

Platin

oxydierte

er Branntwein zu

Essigsäure4)

; mit

demselben

Katalysator

führte er aus Wasserstoff und Luftstickstoff die

Synthese

des Ammoniaks aus. Die

Entzündung

von Wasserstoff beim Passieren einer Platin¬

spirale

wurde von A.

Erman6)

zuerst erwähnt; J. W.

Döbereiner6) gründete

auf diese

Beobachtung

die Dar¬

stellung

seines

Feuerzeuges.

Aehnliche, aber viel schwächere

Wirkungen

wurden für erhitzte

Metalle,

namentlich Kobalt,

Nickel,

Gold und Silber

gefunden,

H.

Debus')

hatte schon im Jahre 1863 mit Hilfe

von Platin Blausäure zu

Methylamin

reduziert.

R.

Boettger8)

beobachtete, daß die

Reaktionsfähigkeit

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).

(11)

- 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 eines

Acetylenstromes

über reduziertes

Eisen,

Nickel oder Kobalt unter

Feuererscheinung

eine

Zersetzung

des Gases in Kohle und Wasserstoff; als

Nebenprodukt

ent¬

stand etwas Benzol.

Die

Schwierigkeiten

der pyrogenen Reduktion mit Metallen wurden von den

erfolgreichen 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

Anzahl

Abhandlungen J)

veröffentlicht.

P. Sabatier und J. B. Senderens versuchten zuerst ohne zu erwärmen

ungesättigte

Kohlenwasserstoffe mit Nickel in einem Wasserstoffstrome zu reduzieren: aus

Acetylen

erhielten sie

glatt

Aethan. Da Kobalt, Eisen und

Kupfer

aus ihren

Oxyden

reduziert eine ähnliche,

aber nur viel schwächere

Wirkung

hatten, wurde in den

meisten Versuchen Nickel als

Katalysator angewendet.

Die

Hydrierung

aromatischer Substanzen führte man

früher

gewöhnlich

mit Jodwasserstoffsäure aus; mitdieser Methode fanden aber oft

Umlagerungen

statt, die die

Entscheidung

einer Konstitution

unmöglich

machten; so

führte

beispielsweise

die Reduktion von Benzol zu

Methyl-

') 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).

(12)

cyclopentanx)

und die des Toluols zu

Dimethylcyclo-

pentan

*).

Mit Hilfe von frisch reduziertem Nickel bei

etwa 200° wurden Benzol,

Toluol, Xylol, Cumol,

zu den

hexahydrierten

Kohlenwasserstoffen leicht reduziert. Beim

Styrol

wurden die Seitenkette und derBenzolkern

gleich¬

zeitig

hydriert

und es entstand

Aethylcyclohexan.

Die

Hydrierung

von Limonen

gab

Menthan.

P. Sabatier und J B. Senderens versuchten dann den

Naphtalinkern

zu reduzieren: aus

Naphtalin

entstand

Tetrahydronaphtalin,

aus

Acenaphten Tetrahydroace- naphten.

Mit Hilfe von

Kupfer

als

Katalysator

wurde

Nitrobenzol zu Anilin reduziert; bei

Mangel

an Wasser¬

stoff entstand aber Azobenzol. Bei

300°,

über Nickel

geleitet, ging

Anilin in

Diphenylamin

über. Die

Tempe¬

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 des

Kohlendioxyds

mitNickel vor und erhielten Methan. Die verschiedene Wirksamkeit der

Katalysatore

konnte man bei diesen Versuchen sehr gut beobachten:

Kupfer

re¬

duzierte

Kohlendioxyd

nur bis zu

Kohlenoxyd

;

Platin,

Palladium und Eisen bewirkten keine Reduktion. Phenol über Nickel

geleitet gab Cyclohexanol.

Die

katalytische Hydrierung

der Nitrile führte zu primären, sekundären und tertiären Aminen.

Eine sehr

bequeme Darstellungsmethode

der primären und sekundären Alkohole ließ sich durch Reduktion der

Aldehyde

und der Ketone mit Nickel erreichen. Mit

Hilfe von reduziertem

Kupfer gelangte

man

merkwürdiger¬

weise zur

umgekehrten

Reaktion, nämlich zur

Darstellung

der

Aldehyde

und der Ketone aus den

entsprechenden

Alkoholen.

') N.Kijner, J. pr. (2) 56, 364 (1897).

2) W.Markownikoff, B. 30, 1217 (1897).

(13)

12

P. Sabatier und A. Mailhe

') konstatierten,

daß sich die aromatischen

Halogenderivate

durch Wasserstoff in

Gegenwart

von Nickel reduzieren lassen, ohne daß

gleich¬

zeitig eine

Anlagerung

von Wasserstoff

erfolgt.

Mono- chlorbenzol liefert Benzol und Chlorwasserstoffsäure; Chlornitrobenzol liefert

Anilinchlorhydrat.

Der

kataly-

tischen

Nickelhydrierung

unterworfen

gehen

Chinone bei 180—200° in

Hydrochinone

über.

W.

Ipatiew8) beschäftigte

sich zuerstmit einerReihe

katalytischer

Reaktionen von

organischen

Substanzen

unter Einfluß erhitzter Metalle. Dann reduzierte

ers) Aldehyde

und Ketone durch

komprimierten

Wasserstoff mit Hilfe von Eisen, Nickel und Aluminium bei höheren

Temperaturen.

Aceton

ging

in

Isopropylalkohol

über.

In

Gegenwart

von reduziertem Nickel bei etwa 200°

wurden Ketone

vollständig

zu sekundären

Alkoholen,

aromatische Alkoholeund

Aldehyde

zuden

entsprechenden

Kohlenwasserstoffen oder

hydroaromatischen Verbindungen

reduziert. W.

Ipatiew*)

beobachtete auch eine

Dehydra-

tation unter dem

katalytischen

Einfluß von Tonerde.

W*

Ipatiew

beobachtete, daß hohe

Temperaturen

und Drucke besonders vorteilhaft sind und daß

kataly-

tische

Zersetzungen

manchmal durch

Metalloxyde

leichter

hervorgerufen

werden als durch die Metalle selbst; er

versuchte dann

Hydrierungen

mit

Nickeloxyd

undNickel¬

oxydul

zu

katalysieren5).

Mit

Nickeloxydul

konnte er

unter 100—120

Atmosphären

Wasserstoffdruck Benzol

zu

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).

(14)

Amine

*)

ließen sich in

Gegenwart

von

Nickeloxyd

leicht

hydrieren.

Aus Chinolin entstand

Decahydrochinolin

und

aus

Benzaldehyd

ein Gemisch von

Dibenzyl,

Wasser und Toluol.

In einer Reihe weiterer Versuche reduzierte W.

Ipa¬

tiew

8)

mit

Nickeloxyd

oder

Kupferoxyd

Anthracen, Phe- nanthren,

Fluoren, Acenaphten,

Reten, dann eine Anzahl aromatischer Säuren:

Phtalsäure,

Zimtsäure,

/?-Naphtoë-

säure und endlich noch Alkohole,

Aldehyde,

Ketone, Diketone,

Terpene

und

Kohlenhydrate.

Die Reduktionsmethoden in der Hitze mit Metallen oder

Metalloxyden

als

Katalysator

sind nicht von

allge¬

meiner Anwendbarkeit. Die Methode von P. Sabatier und J. B. Senderens erfordert dasUeberleiten der

Dämpfe

der zu

hydrierenden

Substanz über den erhitzten

Kataly¬

sator; im Verfahren von W.

Ipatiew

treten oft Zersetz¬

ungen

infolge

der hohen

Temperatur

auf. Es war des¬

wegen wünschenswert, eine Methode zu finden, um die nicht unzersetzt

flüchtigen

Substanzen zu

hydrieren.

Diese

wichtige Frage

wurde durch die

Untersuchungen

von S. Fokin, R. Wiüstätter, C. Paal und A. Skita

gelöst.

5. Fokin

3) beschäftigte

sich zuerst mit Reduktionen auf

elektrolytischem Wege

; er beobachtete dabei den

großen

Einfluß der

angewandten

Elektroden und die

große

Wirksamkeit des okkludierten Wasserstoffes. Er bemerkte dann, daß mit Hilfe von Platinschwarz und Palladiumschwarz Oelsäure in aetherischer

Lösung

bei

gewöhnlicher 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.

(15)

14

zolringes

konnten aber auf diese Weise nicht reduziert werden.

C. Paal und K.

Amberger*)

und J. Gerum

s)

hatten

schon 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 nicht

flüchtige

Substanzen ange¬

wendetwerden kann;erbenützteals

Katalysator

Loew'sches

Platinschwarz. 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 oder

isomerisiert werden

(Cycloocten).

R. Willstätter und E. W.

Mayer*)

wollten das

Phy-

tol reduzieren. Das

Phytol

ist unter

gewöhnlichem

Drucke nicht unzersetzt

flüchtig,

schon bei

mäßigem

Erhitzen erleidet es

Zersetzung

; weder die Nickelmethode von

P. Sabatier und J. B. Senderens, noch das Verfahren

von W.

Ipatiew

konnten in diesem Falle

angewendet

werden. IndirekteReduktionsmethoden andererseits führten

nur zum

ungesättigten Phyten.

Mit Hilfe von Platin¬

schwarz konnten R. Willstätter und B. W.

Mayer Phytol

zu

Dihydrophytol

reduzieren. Sie

hydrierten

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, selbst

energische

Reduktionsmittel blieben darauf ohne

Einwirkung

; durch Einleiten von Wasser¬

stoff in seine ätherische

Lösung

bei

Gegenwart

von Platinschwarz entstand

quantitativ Dihydrocholesterin.

Die

') B. 38, 1406 (1905).

2) B. 40, 2209 (1907).

*) B. 41, 1475, 2199 (1908).

(16)

Methode war auch fürungesättigte Alkaloide anwendbar;

Tropidin

lieferte

Tropan,

die Reduktion von

Dimethyl- granatanin])

führte zu

Dimethylaminocyclooctan. Cyclo-

octan war von R. Willstätter und H.

Veraguth*)

durch

Hydrierung

von

Cyclooctadien

nach P. Sabatier und J. B. Senderens erhalten worden, aber nicht in homo¬

genemZustand. R. Willstätterund T. Kametaka

3)

suchten die

Hydrierung

zu verbessern durch

Einhaltung

einer

möglichst

tiefen

Temperatur

; derKohlenwasserstoffwurde

langsamer

reduziert und noch stärker isomerisiert.

Mit Hilfe von Platinschwarz und Wasserstoff wurde

Cycloocten

zu reinem

Cyclooctan

quantitativ

hydriert.4)

R. Willstätter und B.

Waserb) verfolgten

quantitativ die

Hydrierung

des

Cyclooctatetraens,

konnten die An¬

zahl der

gelösten Doppelbindungen

ermitteln und so die

Verbindung

identifizieren.

Mit den

Untersuchungen

von R. Willstätter und D.

Hatt6)

wurde das Problem der

Hydrierung

aroma¬

tischer

Verbindungen

.

gelöst

; sie zeigten, daß die bis¬

herigen Mißerfolge

auf

Spuren

von

Verunreinigung

der

angewandten

Materialien zurückzuführen sind. Benzol,

Toluol, Xylol, Naphtalin,

Anilin, Benzoesäure wurden mit Platinschwarz

glatt

und quantitativ

hydriert.

Phenol

gab

ein Gemisch von

Cyclohexan

und

Cyclohexanol.

R. Willstätter und M.

Heidelberger•')

wiederholten die Reduktion des

Cyclooctatetraens

und ergänzten die

Angaben

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).

(17)

16

die

Geschwindigkeiten

bei der

Hydrierung

des

Naphtalins

und des

Dihydronaphtalins.

vS. Fokin

*)

hat mit Hilfe von Platinmohr und von

kolloidalem 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 im

allgemeinen

eine

schwächere

Wirkung

als Platinmohr.

C. Paal führte Reduktionen aus, mit Hilfe kolloidaler

Lösungen

der

Katalysatoren.

Er fandzuerst ein

bequemes

Schutzkolloid in den Protalbin- und

Lysalbinsäuren

und

stellte kolloidale

Lösungen

von

Silber, Gold, Silberoxyd

und

Quecksilberoxyd

dar.

2)

C. Paal und K.

Amberger3)

erhielten kolloidale

Lösungen

von Palladium, Platin und Iridium. Mit J.

Gerund)

und K.

Roth1*)

untersuchte C.Paal für Nitrobenzol die

Uebertragungsfähigkeit

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 leicht

hydrieren.

C. Paal und W. Hartmann

6)

führten die Reduktion

des

Aethylens

zu Aethan und die

partielle Hydrierung

der

Phenylpropiolsäure

aus. C.

Paal1)

studierte auch

die stufenweise

katalytische Hydrierung

bei

Verbindungen

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).

(18)

mit durch ein Kohlenstoffatom getrennter Kohlenstoff¬

doppelbindungen.

Um die

Verbesserung

und

Weiterentwicklung

dieser

katalytischen

Reduktionsmethoden hat sich besonders A.

Skita*)

Verdienste erworben. Er vereinfachte sehr die

Darstellung

kolloidaler

Lösungen,

indem er als Schutz¬

kolloid Gummi arabicum benützte. Er reduzierte Alde¬

hyde

und Ketone; aus Chinon erhielt er

Hydrochinon,

aus Acrolein

Propionaldehyd

neben wenig

Allylalkohol.

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

(19)

II

THEORETISCHER TEIL.

Von den

katalytischen Hydrierungsmethoden

sind

die in der Kälte mit

gefällten

Platinmetallen oder kolloi¬

dalen

Lösungen

derselben nach W. Fokin, R. Willstätter und C. Paal am

häufigsten angewendet.

C.Paal

bevorzugt

die

Anwendung

kolloidaler

Lösungen

des

Katalysators

; diese erlauben Reduktionen mit ganz minimalen

Metallmengen,

anderseits aber erfordern sie

klar

gelöste Substanzen,

was für schwerlösliche

Körper

nur mit

großen Mengen

von

Lösungsmitteln

zu erreichen

ist. Die schwerlösliche

Isophtalsäure

konnte ich mit kolloidalem Platin nicht

hydrieren

; 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 der

Substanz),

um die Reaktion

zu

beschleunigen

;

Suspensionen

von kaum löslichen

Substanzen lassen sich aber

glatt

und quantitativ

hy¬

drieren. Die Reduktion von

Isophtalsäure

zu

Hexahy- droisophtalsäure

mit Platinschwarz in

Eisessigsuspension

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 durcheine

Vergiftung

erklären.

KATALYSATORGIFTE: Die

Eigenschaft einiger Substanzen,

die Wirksamkeit der

Katalysatoren

zu ver-

') B. 45, 2371 (T912).

(20)

nichten, ist eine altbekannte Tatsache. M.

Faraday1)

be¬

obachtete schon die

Lähmung

des Platins in Anwesenheit ganz geringer

Spuren

von Schwefelwasserstoff.

Die

Wirkung

der

Katalysatorgifte

ist bis

jetzt

in be¬

friedigender

Weise nicht erklärt worden; sie ist mit dem Mechanismus selbst der

Katalyse

eng

verknüpft

und verhindert eine rasche

Entwicklung

der

katalytischen

Methoden. In einer Reihe schöner Arbeiten versuchte G.

Bredigs)

etwas Klarheit in dieses Gebiet von Er¬

scheinungen

zu

bringen

; er

zeigte

auch die

große

Ana¬

logie

der

Fermentwirkungen

mit den

Kontaktwirkungen,

die beide durch dieselben Gifte beeinflußt werden.

Zu denstärksten Giften

gehören Schwefelwasserstoff3), Schwefelkohlenstoff, Kohlenoxyd,

Arsen und Blausäure;

G.

Bredig

und M.

Fortner*)

zeigten, daß

Kohlenoxyd merkwürdigerweise

zuerst einen lähmenden, dann einen aktivierenden Einfluß hat.

Bei der Reduktion mit Platin und Wasserstoff sind die

Giftwirkungen

sehr

heftig.

R. Willstätter und D.

Hatt*)

konnten nur

thiophenfreies

Benzol und schwefel¬

freies

Naphtalin hydrieren.

Ich beobachtete immer, eine

große 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 den

eigentlichen Katalysatorgiften gibt

es

gewisse Bedingungen,

die eine Reduktionskata¬

lyse

verhindern; eine ganze Reihe von

Körpern

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).

(21)

20

sich der

Hydrierung,

weil sie dabei solche

Bedingungen

hervorrufen.

Ich konnte ohne

Schwierigkeit

eine Reihe

organischer

Säuren: Maleinsäure, Phtalsäure,

Naphtalsäure

mit Pla¬

tinschwarz und Wasserstoff

hydrieren

; es zeigte sich aber, daß die betreffenden

Anhydride

nach derselben Methode nicht reduzierbar sind.

In wiederholten Versuchen beobachtete ich immer,

am

Anfang

des Schütteins eine

heftige Absorption

; sie nahm rasch ab und nach etwa

1/a—1

Stunde war ein Stillstand erreicht; das Volumen des absorbierten Wasser¬

stoffes war der

Menge

des

angewandten Katalysators proportional.

Nachdem ich die

Ueberzeugung

gewonnen

hatte, daß diese

Hemmung

auf keine

Vergiftung

zurück¬

zuführen ist, versuchte ich die

Bedingungen

der

Hy¬

drierung

zu wechseln. Es ist mir

gelungen,

ein zum Stillstand

gebrachtes Hydrierungsgemisch

durch Schütteln

in einer

Sauerstoffatmosphäre

oder einfacher an der Luft

wieder zu beleben. Ich

verfolgte

dann diese

Aktivierung quantitativ

und beobachtete, daß bei

jeder

Sauerstoff¬

oder

Luftschüttelung

eine dem Platin

proportionale Menge

Sauerstoff absorbiert wurde. Nach der

Aktivierung

konnte die

Hydrierung fortgesetzt

werden; Wasserstoff wurde wie am

Anfang

absorbiert, aber auch nurwährend einer halben bis einer Stunde: Durch wiederholte Akti¬

vierungen ließen sich alle

Anhydride

ziemlich rasch reduzieren.

Zur

Erklärung

dieser

Platinaktivierung

konnten ver¬

schiedene Theorien in Betracht kommen.

a)

Die

Anhydride

sind nur bis zu einem gewissen Punkte

hydrierbar

; beim Schütteln mit Platin an der Luft

geschieht

eine teilweise

Dehydrierung

vom schon

hydrierten

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 beobachtet

(22)

man einen Stillstand der

Hydrierung.

Dieser Stillstand ist erreicht, wenn beim Schütteln in Wasserstoff nur die

Menge

Gas absorbiert wird, die zur

Wasserbildung

des

bei der

Aktivierung

absorbierten Sauerstoffes

nötig

ist.

Die dem

Katalysator

immer

proportionalen

Wasserstoff- und

Sauerstoffmengen sprechen

auch gegen die An¬

nahme einer

partiellen Hydrierung.

Diese

Hypothese

ist

also zu verwerfen.

Die

dehydrierende Wirkung

der Platinmetalle istvon

N.

Zelinsky *)

bei höheren

Temperaturen

beobachtet

worden. H. Wieland

*)

benützte die

Dehydrierungswirkung

des Palladiumschwarzes schon bei

gewöhnlicher Tempe¬

ratur.

N.

Zelinsky*)

fand bei der Reduktion des Tetra-

hydroterephtalsäuresters

mit Palladiumschwarz eine pa¬

rallele

Oxydations-

und

Reduktionskatalyse.

b)

Eine andere Annahme ist, daß die

Anhydride

nicht

hydrierbar

sind. Platinschwarz enthält aber immer eine

gewisse Menge Sauerstoff,

die sich mit Wasserstoff

zu Wasser verbindet. Dieses Wasser

spaltet

etwas

Anhydrid

zu Säure auf, und diese wird dann

hydriert.

Durch zweiVersuche wurde diese

Erklärungsmöglich¬

keit

widerlegt

:

Versuch Nr. 1.

lg

Platin wurdein

Eisessigsuspension

an der Luft

geschüttelt

bis zur

vollständigen Sättigung

mit

Sauerstoff;

dann wurde der Schüttelkolben eva¬

kuiert, mit Wasserstoff

gefüllt

und

geschüttelt.

Die

Wasserstoffabsorption betrug

bis zum Stillstande

ungefähr

20 cm,

entsprechend

also einer ganz mini¬

malen

Wassermenge,

die nicht in Betracht kommen

kann.

') 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).

(23)

22

Versuch Nr. 2.

30g Phtalsäureanhydrid

wurde mit

8 g Platinschwarz bis zum Stillstande

hydriert

; bei

der

Aktivierung

bestimmte man genau die absorbierte

Menge

Sauerstoff. Bei der

nächstfolgenden

Wasser-

stoffschüttelung

nahm das

Hydrierungsgemisch

drei¬

mal mehr Wasserstoff auf als die

Menge,

die zur

Hydrierung

der eventuell durch Wasser

gebildeten

Phtalsäure nötig gewesen wäre.

c)

Die

folgende Erklärung

ist wahrscheinlich die

richtige

: Platinschwarz muß, um eine

Hydrierung kataly¬

sieren zu können, eine gewisse

Menge

Sauerstoff wahr¬

scheinlich in der Form von Wasser enthalten. Am An¬

fang

verläuft die Reduktion der

Anhydride

in normaler Weise; nach

einiger

Zeit ist die am

Anfang

vorhandene

Menge

Wasser vom

Hydrierungsgemisch

verbraucht worden,und derStillstand tritt ein. Bei derSauerstoff-oder

Luftschüttelung

wird aber frischer Sauerstoff absorbiert, dieser verbindet sich mit Wasserstoff zu Wasser und die Wirksamkeit des

Katalysators

wird dadurch regeneriert:

Die Säuren werden

glatt hydriert,

die

Anhydride

nicht; andererseits entstehen bei der

Hydrierung

der

Anhydride

mit

Aktivierung

als

Nebenprodukt

beträcht¬

liche

Mengen hydrierter

Säuren. Daraus kann man mit Sicherheit schließen, daß der

Wassergehalt

vom Platin zur

Aufspaltung

eines Teiles des

Anhydrides

verbraucht wird.

Die Anwesenheit von Sauerstoff im Platinschwarz und seine

Beteiligung

an der

Katalyse

ist eine schon bekannte

Erscheinung

; seine genaue Rolle wie der Mechanismus der

katalytischen

Reduktionen sind aber noch nicht

aufgeklärt.

Zahlreiche

]) Hypothesen

sind für die

Fähigkeit

des Platins,

Wasserstoffperoxyd

zu zersetzen und

Knallgas

') 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).

(24)

zu

katalysieren, aufgestellt

worden; sie behandeln das

gegenseitige

Verhalten von Platinschwarz, Sauerstoff und Wasserstoff, also ähnliche Fälle wie bei der kata-

lytischen Hydrierung. Deswegen

mag es von Interesse sein,

einige

dieser

Hypothesen

hier kurz anzuführen.

Die

Hypothese,

daß Platin durch seine Porosität ein Medium von

größerer Reaktionsfähigkeit

bildet, daß der

Katalysator

die

beteiligten

Stoffe auf seiner Oberfläche kondensiert und so eine schnellere Reaktion

ermöglicht,

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 alternierend

oxydiert

und re¬

duziert. Die

Frage,

ob der Sauerstoff im Platin chemisch

gebunden

ist, oder ob es sich nur um eine feste

Lösung

handelt, ist aber nicht

gelöst.

Schon A. de la Rive

s)

bemerkt, daß das zur Knall¬

gasvereinigung angewandte

Platin mit einer

Oxydschicht überzogen

sein muß. J.

Liebig3)

drückte zuerst den Gedanken einer

Sauerstoffübertragung

aus.

Speziell

bei

der

Essigbildung spricht

er von der

Entstehung

einer

den

Oxyden analogen Verbindung

im Platin. Die

Hypo¬

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*),

G

Bodländer*)

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).

(25)

24

F. Haber

geschieht

die

Platinkatalyse

beim Wasserstoff¬

peroxyd

in

folgender

Weise:

„Die Katalyse

des Wasser¬

stoffperoxydes

durch Platin

erfolgt

in zwei Stufen: Bil¬

dung

einer Platinsauerstoffstufe und Reduktion derselben durch das Reduktionsmittel

Wasserstoffperoxyd

unter

Entwicklung

von

Sauerstoffgas".

F. Haber ist der An¬

sicht, daß Platin und Sauerstoff eine feste

Lösung

bilden.

M.

Traubel)

erklärte die

Verbrennung

von Wasserstoff durch Platin durch abwechselnde

Oxydation

und Re¬

duktion und nahm die

Bildung

von

Platinoxyd

PtOä als

Zwischenprodukt

an. Dieses

Oxyd

ist aber viel zu be¬

ständig,

um als

Zwischenprodukt

entstehen zu können.

L. Mond, W.

Ramsay

und J. Schieids

*)

konstatierten die

große

Aehnlichkeit des

Platinoxyduls

Pt

(OH)s

mit

dem Platinschwarz. L.

Wöhler3)

schließt aus seinen

Untersuchungen,

daßdasPlatinbei der

Katalyse

Zwischen¬

oxyde

bildet und

glaubt

an die intermediäre

Bildung

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 die

Wirkung

des Platinschwarzes

primär oxydierend

ist und

in den Fällen, wo eine

reduktionsfähige

Substanz an¬

wesend ist, kann sekundär Reduktion derselben durch sauerstoffreies Platin eintreten". Bei der

Hydrolyse

des Rohrzuckers

s)

mit Platinschwarz beobachtete Vondracek, daß der

Katalysator

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).

(26)

aber beim Trocknen an der Luft das Platinschwarz wieder aktiv wird.

A. von

Hemptinne ')

untersuchte das Verhalten von

Wasserstoff zu Platin bei niederen

Temparaturen (—78°)

und fand unter diesen

Bedingungen

eine

geringere

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 minder

unzulässig

; es müßte nämlich nach dem Gesetze des

beweglichen Gleichgewichtes

die

Menge

des

aufgelösten

Wasserstoffes bei

niedriger Temperatur größer

sein, weil Wasserstoff in

Berührung

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

auf

Wasserstoffperoxyd

wirken. Er zieht den

Schluß,

daß

der

Gasgehalt

die Ursache der

katalytischen Wirkung

ist.

Bredig

und Müller von Berneck

widersprachen

den Ansichten von Gernez; sie versuchten, eine aktive

Platinflüssigkeit

zu entgasen und beobachteten dabei keinen Einfluß auf die

katalytische

Wirksamkeit. Beim Durchleiten eines Luftstroms erzielten sie eine

Verzöger¬

ung der

Katalyse.

Im Jahre 1883 veröffentlichte M.

Berthelot3)

Unter¬

suchungen

über die

Fähigkeit

des Platins, Gase zu absor¬

bieren. Er

behauptete,

das Platin bilde mit Wasserstoff verschiedene

Hydrüre

mit verschiedenen Dissociations-

graden.

Ebenso bildet Platin mit Sauerstoff leicht dis- socierende

Oxyde.

G.

Bredig

und M.

Fortner*)

haben

Aktivierung

des

Palladiums 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).

(27)

26

A.

Purgotti

und L.

Zaniche/Ii1)

beobachteten in einer Arbeit über die

katalytische Zersetzung

des

Hydrazinsul-

fates mit Platin eine Unwirksamkeit des

Katalysators

nach

einiger

Zeit. Beim Waschen und Trocknen an der Luft wurde aber die Wirksamkeit wieder

hergestellt.

In

einer Wasserstoff

atmosphere

oder unter Ausschluß der

Luft konnte das Platin

gehandhabt

werden, ohne seine Aktivität

zurückzugewinnen. Aktives, suspendiertes

Platin

war in fein verteiltem

Zustande,

inaktives

dagegen

ballte

sich zusammen. A.

Purgotti

und L. Zanichelli über¬

zeugten sich auch, daß die Wirksamkeit von der feinen

Verteilung

des

Katalysators abhängig

ist und daß die Aktivität des Platins auf den okkludierten Sauerstoff zu¬

rückzuführen ist. Das auf

Phenylhydrazinsulfat

inaktive Platin war aber noch

fähig, Wasserstoffsuperoxyd

zu

zersetzen ; 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

des

Katalysators

eine wirkliche

Vergiftung

desselben verursacht. In zahlreichen Versuchen ließen sich weder Phtalsäure noch Benzol in

Gegenwart

kleiner

Mengen Phtalsäureanhydrid hydrieren.

Bei einer

Benzolhydrierung

in

Eisessiglösung

mit

Platinschwarz

fügte

ich

Vs0

vom

Benzolgewicht

an Phtal¬

säureanhydrid

zu; nach einer halben Stunde hatte die

am

Anfang

sehr lebhafte

Wasserstoffabsorption

fast voll¬

ständig aufgehört.

Die bekanntesten

Platingifte Schwefelwasserstoff, Kohlenoxyd,

Blausäure sind alle

Substanzen,

die aus

dem Platin den Sauerstoff sehr leicht entziehenkönnten, und es ist nicht

unmöglich,

daß die Quelle der Ver¬

giftungen

in der

Sauerstoffbindung

zu suchen ist. Für

diese Ansicht

sprechen

die von G.

Bredig,

K. Ikeda und

') G. 34, 57 (1904).

(28)

M. Fortner beobachteten

Erholungen

der

vergifteten Katalysatoren

und die von Schönbein beschriebene Er¬

holung

der

Enzyme.

Ein

thiophenhaltiges

Benzol konnte ich trotz Akti¬

vierung

nicht

hydrieren.

Durch Schütteln von Platinschwarz in

Etsessigsus-

pension in Abwesenheit einer reduzierbaren Substanz kann man in einer

Wasserstoffatmosphäre

keine voll¬

ständige Entgasung

des

Katalysators

erreichen; die Wirk¬

samkeit wird dabei doch viel

geringer.

Es wurden 3 Versuche

gemacht,

um zu entscheiden, ob die

Aktivierung

bei

gewöhnlichen 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 mm

und 24°.

Versuch Nr. 2:

4.0g

Benzol wurden mit 0.2 akti¬

viertem Platin

(d.

h. Platin, das in

Eisessigsuspension

eine halbe Stunde an der Luft

geschüttelt

worden

war)

in 10 ccm

Eisessig hydriert.

Die

Absorption

war nach

91/i

Stunde beendet; sie

betrug

3740

ccm 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

ohne

Aktivierung hydriert.

Die

Absorption

war nach

91/*

Stunde be¬

endet. Sie

betrug

3660 ccm Wasserstoff statt der für 3 Mol berechneten 3696 ccm bei 760 mm

und 20°.

Aus den Versuchen 1 und 2 ersieht man, daß die

Aktivierung

bei

gewöhnlichen Hydrierungen

keine Be¬

schleunigung

hervorruft. Wahrscheinlich hat also das

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