- 671 --

Es ist also auch auf diesem Weg nicht gelungen, den gewunschten Farbstoff I zu gewinnen, so dass nur noch der Weg uber den 2,7-Di- sulfo-1-naphthaldehyd offen hleibt, der aber bis jetzt wegen der schweren Buganglichkeit dieses Aldehydes nicht begangen werden konnte. Jedenfalls w&re das der sicherste Weg, da nur noch eine einzige Kondensationsmoglichkeit besteht, die zwangsweise zur Formel I fiihren miisste. Dass uherhaupt Kondensation stattfindet, ist aus Analogien der Benzolreihe sehr wahrscheinlich (Erioglaucin, Xylenblau usw.).

Eine theoretische Erklarung fur die Bevorzugung der Formel V I lasst sich vielleicht geben, wenn man diese Kondensation als Spezial- fall der Substitution betrachtet, das heisst, wcnn man dieselben ,,dirigierenden" Einfliisse schon anwcsender Substituenten auf die Kondensation anwendet. Die Sulfogruppe, die ein Substituent zweiter Klasse ist, dirigiert in meta-Stellung, was auch der beob- nchteten Tatsache entspricht. Aus demselben Grund konnte auch die Forinel I fur das Naphthalingriin V yon vorneherein bezweifelt werden.

Zurich, Technisch-chemisehes Laboratorium der E. T. H.

Uber die Aminolyse des Alanins von Silvio Molinari.

(29. IV. 31.)

In seiner Arbeit uber die ,,Hydrolyse der Aminosauren an Kohle" kommt K . WunderZy l ) zu folgendem Schluss :

Wenn wiisserige Losungen von AminosLuren mit Knochenkohle am Riickfluss- kuhler ertiitzt werden, so werden sie langsam zu den Ammoniumsalzen der OxysLuren umgesetzt, z. B. fur Alanin nach der Formel

CH, . CH(XH,). COOH + H,O = CH, . CH(OH). COO' -1- KHi Diese Reaktion, die Aminolyse des Alanins, kommt nach einer bestimmten Zeitdauer, in der Siedehitze nach etwa zwei Tagen, zum Stillstand. Die Umsatzgrenze in Funktion der Konzentration zeigte sich dem Massenwirkungsgesetz unterworfen. Die Reaktion war indesscn nicht umkehrbar.

Diese Feststellungen erfolgten fiir Alanin urid Asparaginsaure in einem bescheidenen Umfange der Konzentrationsabhangigkeit. Bei der Redeutung der Schlussfolgerung schien es erforderlich, die- selben durch eine Untersuehung zu stiitzen, die sieh iiber ein grosseres Konzentrationsgebiet erstreckt und auch den Einfluss geanderter Kohlenmenge usw. ausfiihrlicher beriicksicht.igt. Diesem Zweck

l) Z. physikal. Ch. 112, 175 (1924).

- 6i2

sollte die folgende Arbeit gewidmet werden. Ich beschrankte mich aiif die Untersuchung der Hydrolyse des Alanins, was um so mehr geboten schien, als der ursprnngliche Plan nacli anderer Eichtung Erweit erungen erf uhr .

Die Annicht, class es sich bei dieser Reaktion urn eine Hydro- lyse handelt, ist angegriffen wordenl) mit der Begrundung, dass eine Oxydation nicht ausgeschlossen sei, indem die Aminosaure niit Sauerstoff, tier an der Kohle adsorhiert sein konnte, uber die Keto- saure zu Aldehyd uncl Kohlentlioxyd oxydiert wertle.

Dieser Umstand veranlasste vorerst Versuche anzustellen, um festzustcllen, ob hier wirklich eine ~ Osyclation miiglich sei.

5 I 115 10 I50

162 1 15 I

Vorversuche. Zuerst wurden einige Versuehe gemacht, um die Reproduzier-

barkeit der Befunde 1 7 0 n Wuncledy zu prufen. In eineni Rundkolben mit Ruekflusskithler wurde Knochenlzohle mit einer wasserigen Liisung von Alanin gekocht. Der Riickflusskuhler wurde mit einer Waschflasche wrbunden, einmal urn den Abschluss gegen die Luft herznstellen, dann aber auch, urn auf fluchtige Stoffe wie Kohlen- dioxyd oder andere Gase priifen zu konnen. Die bei diesen Ver- suehen erhaltenen Befunde waren denjenigen von TYunde?-ly ahn- lich. Zrstens u w d e festgestellt, dass nach einer gewissen Zeitdauer die Reaktion stillsteht und hei tagelangem Weiterkochen kein wei- terer Umsatz mehr eintritt. Die umgesetzten Xengen und die Zeit- spanne bis zum Stillstand der Reaktion waren zwar nicht die gleichen wie bei WunderZ?y. Dieser Umstand hangt jedoeh von der Art der Kohle ab, wie ieh weiter unten ausfuhrlicher zeigen werde. Urn ein Bild zu geben, seien vorlaufig (Tab. I) folgende Messungen wiedergepeben :

Tabelle I.

20,5 13,3

9,6

Die erste Spalte gibt die Menge Alanin an, die in 500 em3 Wasser mit 25 g Kohle gekocht wurde. Die zweite Rpalte die bei der Titration verbrauchte Menge 0,l-n. H,SO, auf das ganze Losungsvolumen gerechnet. Die dritte Spalte gibt die Menge des Am- moniak-Stickstoffes in Prozenten vom Gesamt-Stickstoff an.

l) CVselund und Bergel, A. 439, 196 (1924).

- 673 -

Einfluss der Luft. Um die, Abhangigkeit der Reaktion vom Sauerstoff der Luft

bzw. von dem an der Hohle moglicherweise adsorbierten Sauerstoff zu prufen, wurden f olgende vergleichende Prufungen vorgenommen. Man erhalt vollig gleiche Umsatze wie im Siedegefass mit Riick- flusskiihler, wenn man :

1. Das System Alanin und Kohle in Flaschen mit Bierflaschenverschluss in einem Heizschrank bei 1000 stehen lasst (Bierflaschen von 0,7 Liter Inhalt, beschickt mit 200 em3 Losung und 30g Knochenkohle).

2. Das System in evakuierten, zugeschmolzenen Kolben, im Olbad bei 1000 erhitzt. 3. Das System in evakuierten, zugeschmolzenen Kolben erhitzt mit Kohle, die im

Kohlcndioxyd-Strom ausgegluht und erkalten gelassen wurde.

Andert man die Versuehsanordnung dahin ab, dass man: 4. Die im Kohlendioxyd-Strome ausgegliihte und darin erkaltete Kohle in ein Bom-

benrohr einfullt, in dem sich die ausgekochte Alaninlosung unter Kohlendioxyd- Atmosphare befindet, wobei durch geeignete Verbindungen dafur gesorgt wird, dase die Kohle vor dem Zuschmelzen des Rohres mit Luft nicht in Beriihrung kommen kann, so findet man, nachdem das zugeschmolzene Bombenrohr im Schiessofen bei 110 bis 115O erhitzt worden war, einen sehr ahnlichen Umsatz wie in den vorher- gehenden Versuchen. Der kleine Unterschied (10,s yo gegen 9,5 yo Umsatz, vgl. Tab. 11),

der im Sinne grosseren Umsatzes liegt, ist vielleicht auf die hohere Temperatur zuruckzufuhren. Irgendwelche Luftspuren konnen hier nicht vorhanden gewesen sein. Bum Belege gebe ich folgende Be- stimmungen (Tab: 11) wieder :

Tabelle 11.

Einwage R!rol/Lt. Versuchsanordnung menge

pro Liter ~ ._ ~-

I 1 ~- -r- =- ' r L

1 0,2246 1 50 1 0,3366 Ruckflusskuhler

1 0,2246

I 50 1 0,3366 Evakuierte Kolben I

~ 50 ~ 0,2246 Evakuierte Kolben ausgepliihte Kohle

0,1122 0,1683 Ruckflusskuhler ' 150 i 0,1122 1 Bierflaschen

I ____ 1 Bombenrihr -1 75 I 0,3202

0,0300 0,0324

0,0240 0,0320

0,0280

-

0,0575 0,0605

0,0560 0,0635

0,0350

~ -~

~~

13,3 9,6

11,o 9,5

12,5

51,2 36,5

50,o

10,s

. ~-

Bei den Versuchen rnit Ruckflusskuhler wurde auch gepruft, ob es einen Unterschied maeht, wenn die Kohle unter Wasser fur

43

- 67.1 --

sich vorgangig langere Zeit ausgekocht, dann das Alanin zugesetzt wird, oder wenn das Auskochen unterlassen wird. Ich konnte keinen Un terschied f intlen.

Diese Versuche zeigen, dass bei den getroffenen Veranstaltungen Oxydation keine Rolle spielt, da im Falle einer solchen merkliche Schwankungen der Umsatzmengen hatten beobachtet werden mussen ; namentlich in den Versuchen mit den Bierflaschen war eine grossore Menge Luft zugegen, die indessen den Umsatz, gemessen am Am- moniumtiter, qusntitativ unbeeinflusst liess. Wurde Sauerstoff fur die Ablosung der Amino-Gruppe bestimmend sein, so hatte min-

4 rein neg-ativ verlaufen miissen.

Ahhungigkeit dcs Umsutxes con der Kohlerhmenge und der Art der Kohle.

Wenn die von WunderZy wie von mir beobachteten Umsatz- grenzen als Gleichgewichte gelten sollen, so miissen sie den folgen- den Bedingungen unterliegen :

Sin Gleichgewicht in homogener Losungsphase darf nach der Theorie nicht beeinflusst werden durch cinen Katalyten, besonders wenn derselbe ganz unloslich ist und nur als Oberflache wirkt, Tie tlas bei der Kohle ohne Zweifel der Fall ist. Daraus folgt, dass zwar die zur Einstelhmg des Gleichgewichtes notige Zeit durch Vermeh- rung des Katalyten abgekiirzt werden kann, aber die Grenze darf nicht versclioben werden. Das gleiche gilt fur den fibergang zu einer andern, sei es mehr oder weniger wirksamen Kohlensorte. Dasx es versehieden wirksame Kohlen gibt, geht schon aus den Persuchen von Wunderly hervor. Ob aber die Umsatzgrenze er- halten bleibt, ist von ihm nicht untersucht worden. Dieses habe ich nun gepruft.

Es wurden Versuche gemacht mit den Kohlen: 1. 02158 Knocherikohle gereinigt A’cthlbazcw, 2. 02155 Knochenliohle rein fur analjtische Zwecke liclhlbouir?, 3. gewohnliche Blutkohle.

Zwei verschiedene Sendungen der Kohle 02158 werden durch den Index I und I1 unterschioden.

Wir sehen aus der Tabelle 111, dass die Wirkung bei jcder Kohlensorte eine andere ist. Auch die gleiche Marke wirkt je nach Muster verschieclen (vgl. 021.58 I und 02158 11). Ferner zeigt die Tabelle 111, dass mit zunehmencler Kohlenmenge auch der Umsatz zunimmt. Ausgegluhte und im Kohlendioxydstrom erkaltete Kohle zeigte, wie schon gesagt, die gleiehe Wirkung wie die uiibehandelte.

Mehrere der in der Tabelle aufgefuhrten NH,-Wert)e sind zwei- und dreifach bestimmt worden, mit Ubereinstimmung innerhalb der Fehlergrenze der Titration (1 bis 2 yo des gemessenen Wertes).

- 673 -

Tabelle 111.

Menge der Einwaqe ~ Mol/Lt.

Alanin ~ ~ = l - - - ---_= -

I I

0,1122 0,1684 02158 I 150

0,1122 0,1684 02158 11 150 I I 0,3122 i 0,1684

I 02155 1 150 i

Gen. Blut- 150 1 0,1122 I Kohle 1 I ~ 150 /--0,11222 I 0,1122 I 02155 300 300 1 0,3366

450 1 0,3366 I

NH; l\lol/Lt.

~- .~ ~ ~~-

0,0527 0,0522

0,0175 0,0195

0,0575 0,0605

0.0450

0,0575 0,0857 0,1125 0,1525

Stickstoff- Umsatz in yo der Einwaye

47 31

~- ~~-

15,5 11,6

51,2 36,O

40,l

51,2 76,3 33,O 45.3

Zeitlicher Verlnuf der Renktion. Die vorausgegangenen Errnittelungen haben gezeigt, dass die

Umsatzgrenze zwar eine scharfe ist, dass sie aber kein Gleichgewicht darstellt. Weiter unten werden wir sehen, dass die Umsatzgrenze auch den andern Massenwirkungsbedingungen .nicht unterworfen ist,. Hieraus folgt, dass die Kohle durch die Reaktionsprodukte unwirksani wird. Die Untersuchungen uber die Wandreaktionen und iiber die heterogene Katalyse, desgleichen die Untersuchungen iiber die Fermentwirkungen, haben uns mit vielen Beispielen dieser Art bekannt gemachtl). Aufschluss iiber die Vorgange, die zur Hemmung fiihren, pflegt man BUS den1 zeitliclien Verlauf der Um- setzung abzuleiten. Auch Wunderly hat zu diesem Zweck die kine- tisehe Untersuchung schon herangezogen. Der Umstand, dass er den Verlauf durch eine Kurve der Reaktion erster Ordnung dar- stellen konnte, schien die Bchlussfolgerung zu unterstutzen, dass es sich um ein richtigcs Gleichgewicht handeln musse. Nachdem diese Folgerung dahingcfallen ist, war es geboten, den zeitlichen Verlauf der Hydrolyse des Rhnins nochmals zu untersuchen. Dazu dienen die folgenden Versuche :

Das System wurde in einem Zweihalskolben mit Riickflusskiihler im Sieden er- halten. Von Zeit zu Zeit wurden Proben herauspipettiert und der Ammoniumgehalt bestimmt. Nach Evreichung der Grenze wurde rioch bis drei Tage lang weitergekocht, um festzustellen, dass tatsiichlich kein langsames weiteres Steigen des Ammonium- titers eintritt. Uber die Ausfuhrung der Ammoniakbestimmung siehe weit'er unten unter ,,Analgtisches".

l) E. R. Rideal und €1. 8. TayTor, Catalysis, 2 . Aufl., Kap. IV, London 1926.

- 676 ~

Die Bestimmungen sind in Tabelle I V zusammtmgestellt. Tabelle IV.

0,1576 0,2478 0,4323

Gehalt der ~ Zeit in Losung an

Alanin 1 Stunden

0,0224 0,0226 0,0197

20.' 0,4559 0,9330 1,3010

30,

0,0191 0,0194 0,0181

13 29 53

120 144 160

T 11 22

r- ia

~ ~~

0,2331 0,4705

VH; Mol/Lt. =cm30,1-n.

H,SO, ~~ ~ ~~

~~~

38 .: 58 72

100 118 138 160 160 160

0,0194 0,0196

70 x 10-4

145 51 1 205 7 0 i 225 94 ' 235

21 195 x 10-4 48 265 72 285

140 300 110 ' 300

. _ _ _ ~

12 135 x 2 & 21.5

290

134 325 142 325

Stickstoff - Jmsatz in 9, ier ginwage ~

$ - 5

~. - ~

8,9 13,3 16,2 224 26,7 31,2 35,6 35,6 35,6

6.2 899

12,8 18,2 20.0 20,9 2 0 3 2 0 3

8,O I1,7 12,6 13,3 13,3

~

4 5,9 8,6 9,2 9,6 9,6 9,6

122 102 88 60 42 22 0

1 60 130 85 25 5

~-

10.5 35 15 0

~

190

1 35 15

I 110

I 0

ou 6.- - & I 0,43 k

0,11'77 1 0,2036 0,1955 1 0,0246 0,2596 I 0,0208 0,4259 0,014T 0,6020 0,0113 0,86117 0,0115

~~

~~ -~ ..

Die Messungen der Reaktionsgeschwindigkeit sind auf Fig. 1 dargestellt. Die Kurven sind ganz ahnlich denen von Wundedy, nur dass dieser eine wirksaniere Kohle, also rascheren Verlauf, hatte. Wie Tabelle IV lehrt, folgen die Kurven der Reaktion erster Ord- nung (fur ein Oleichgewicht). Nur in der halbproz. Losung erscheint der Fortschritt der Reaktion etwas zu stark gebremst.

Nachdem nun aber die Gleichgewichtsinterpretation nicht auf- recht erhalten werden kann, miissen wir nach einer andern Deutung der ersten Ordnung suchen. Gewiihnlich werden Hemmungen des Reaktionsproduktes durch Geschwindigkeitsgleichungen dargestellt,

-- 677 -

in denen jenes im Nenner auftrittl). Diese Ansatze konnen wir nicht brauchen, weil sie nicht zu einem Nullwerden der Geschwindig- keit fiihren, bevor der Ausgangsstoff erschopft ist. Dagegen kommt man leicht auf dem folgenden, mir von Prof. E. Bauv angegebenen Wege zum Ziel.

3% 2%

Fig. 1.

Wir stellen uns vor, die Kohle sei bestandig gesattigt an Alanin. I)a,nn wird die Zersetzung mit konstanter Geschwindigkeit vor sich gehen (wohlbekannt bei gewissen Permentationsprozessen). Nehmen wir weiter an, dass die katalytische Kraft abnehme im Verhaltnis der Menge des Reaktionsproduktes, so gelangen wir zu der Gleichung:

wobei x das verschwundene ,4lanin oder das gebildete NH; vor- stellt. Indem wir schreiben:

ax - = k ( B - 2 ) dt

untl fur die Umsatzgrenze 2 = E setzen, erhalten wir wegen A - k t = O

- k(6- 2) dx at

- _.

oder 1 E 0,43 k = - log ~

t E-x l) E. K. Rideal und H . S. Taylor, Catalysis, 2. Bufl., London 1926. Kap. IV.

Ebenso auch bei Fermentation. Vgl. daselbst Nap. XIII.

- 678 -

Das ist die in der Tabelle I V ausgerechnete Konshante. Sie er- weist sich, mit Ausnahme der halbproz. Losung, als hinreiehend konstant, scheint somit den gemessenen Vorgang richtig zu deuten.

Um zu untersuchen, ob die Umsatzgrenze einem Gleichgewicht entspricht, muss gepruft werden, ob die Konzentrationen der reagie- renden Stoffe in dem durch das Massenwirkungsgesetz, vorgeschrie- benen Verhaltnis stehen, ob namlich der Ausdruck

Einfluss der Alanin-Nenge auf die Umsatzqrtnxe.

(XH;) (L') ( A )

konstant ist. L bedeutet die Konzentration des Lactates, A die- jenige des Alanins in der Losung. Nimmt man an, dass keine Neben- reaktionen vorkommen, oder dass dieselben quantitatjv so zuruck- treton, dass sie vernaehlassigt werden konnen, so ist

Fiir ein kleines Konzentrationsgcbiet fand Wzcnderly den Ausdruck

( A ) ungefahr konstant, wobei er aher die Konzentration der Amino- saure mehr indirekt sehatzte, als wirklich bestimmte. Ich habe nun

1. das Konzentrationsgebiet bedcutend erweitert, und 2. das am Ende der Reaktion in der Losung befindliche Alanin

direkt bestimmt, indern die abfiltrierte Losung zur Trockne ver- dampft und nach Kjeldahl analysiert wurde. Die nahere Beschrei- bung findet sieh im Absehnitt ,,Analytisches". Indem vorlaufig die Aniiahme festgehalten wird, dass allfdlige Nebenreaktionen zu ver- nachlassigen seien, ergeben sich fur den Ausdruck

(NH,) = (L').

._ (NHJ2

c,yH;)z = A

die Werte der Tabelle V. Es zeigt sich, dass von einer Massenwir- kungskonstante keine Rede ist. Namentlich bei den hoheren Kon- zentrationen ist der Umsatz fast unabhimgig vom unverbrauchten Alanin.

Nun konnte noch eingewendet werden, dass das Lactat durch eintretende Nebenreaktionen zum kleineren oder grosseren Teil ver- schwindet. Es war daher notig, diesem Umstande besondere Auf- merksamkeit zuzuwenden. Hierbei wurden folgende Erfahrungen gemacht :

Nebenyeaktionen . Schon Wu?tderZ y hat bemerkt, dass bei der Alaninhydrolyse

Aeetaldehyd auftritt. Er nahm an, dass der Aldehyd ;bus folgender Umse tzung herruhre :

CH, . CH(OH). COO' + NH; = C!H,CHO + HCOO' + KH;

- 670 -

Es musste also gepruft werden, ob Formiat wirklich nachweisbar wiire. Dies war der Fall. Ausserdem zeigte sich, dass in der Losung Carbonat enthalten war. Dann musste auch ein reduzierter Stoff da sein, wahrscheinlich Athylalkohol. Auch dieser konnte nach- gewiesen und bestimmt werden. Die erschopfende Analyse des Reaktionsgutes gestaltet sich somit ziemlich umstandlich. Es ist notig, zunaichst die benutzten Methoden genau anzugeben.

Anal ytisches. 1. P r u f u n g d e r Ausgangss tof fe .

a) Es wurden hauptsachlich die beiden oben genannten Sorten von Knochenkohlc verwendet. Uber den Aschengehalt und die (geringe) Herauslosung von Calciumphos- phat vergleiche K. Wzrnderly. Beim Kochen der Kohle mit starker Natronlauge geht kein Ammoniak iiber.

b) Alanin: Praparat von Kahlbnuirz, cc-Alanin inaktiv. Analysiert nach l i j e ldnhl crgab das Praparat 98% des Soll-Gehaltes. Alanin mit Natronlauge destilliert (unter den gleichen Bedingungen wie bei der Ammoniakbestimmung, siehe weiter unten) gibt keine Ammoniakabspaltiing.

2. Q u a l i t a t i v e a n a l y t i s c h e P r u f u n g i m R,eakt ionsgut (im Filtrat von der Kohle).

a) Nachweis d e r Mi lcbsaure (nach Buchner und Meisenhe imer ) . Das eingeengte Filtrat wurde rnit Hleicarbonat aufgekocht, filtriert und mit

Schwefelwasserstoff das Bleisalz zersetzt. Dann wurde mit Zinkcarbonat in Siedehitze digeriert, filtriert und auf dem Wasserbade eingeengt. Durch vorsichtige Zugabe von Alkohol wird die Abscheidung befordert. Das Zinklactat bildet Biischel von langge- streckten schmalen Prismen, rnit der Endflache rechtwinklig zur Langsachse. Die Kry- stalle wurden unter dem Mykroskop untersucht und verglichen mit aus Kaliumlactat hergestelltem Zinklacta t. b) Aceta ldehyd.

chlorhydrat, umkrystallisiert und durch den Smp. 1280 identifiziert. c) il m c i s e n s a u r e .

Das Filtrat. wurde schwach alkalisch gemacht und eingeengt, wobei die fliichtigen Anteile, wie Aldehyd iind Alkohol weggehen. Dann wurde angesauert und destilliert, wobei die -4meisensaure ubegeht. Mit Quecksilber(I1)chlorid erwarmt, schied die Losung Q,uecksilber(I)chlorid aus. d ) Alkohol .

Das Filtrat wurde durch fraktionierte Destillation vom Aldehyd befreit und in konz. Kochsalzlosung destilliert. Zu 10 em3 des Filtrates wurde +” g p-h‘itro-benzoyl- chlorid und 3 cni3 alkoholfreier Ather unter Schutteln mit Natronlauge zugesetzt bis ziir bleibenden alknlischen Reaktion (Phenolphtalein). Der dther wurde nach Abtren- nung von der wasserigen Phase im Exsikkator verdunstet, wobei Krystalle von p-lriitro- benzoesaure-ester erhalten wurden. Smp. 570. Ferner wurde der Alkohol auch durch die Jodoformprobe identifiziert. Zu 10 cm3 des Filtrates wurden 3 cm3 konz. Kalium- trijodidlosung und 10 cm3 konz. Sodalosung gegeben und auf 600 erwarmt. Es scheiden sich sofort Jodoformkrystalle aus.

Q 11 a n t i t a t i ve Be ri t i m m u n g e n . a) Ammoniak .

20 cm3 %-om Filtrat werden abpipettiert und zu 200 em3 Wasser fliessen gelassen, rnit 15-proz. n’atronlauge alkalisch gemacht und etwa die Halfte iiberdestilliert. Das

Das Filtrat .wird destilliert und das Destillat gefallt mit p-Nitro-phenylhydrazin-

3.

Einwage Slanin Mol/Liter

0,1122 0,2244

~~ ~~~~ ~ ~

0,3366

I ~~~~

L

- Alanin an der I Alanin an der

Kohle Mol/Liter Kohle Mol/Litor bestimm t 1 berechnet

0,0390 0,0397 0,0562 0,0550

~ .. ~~~ ~ ~ ~~ ~~~~~

0,1000 0,0926

Ammoniak wurde in vorgelegter 0,l-n. H,SO, aufgefangen und mit 0,l-n. &OH zuriick- titriert. Indikator Methylorange.

b) S l a n i n . Das nicht umgesetzte, in der Losung befindliche Alaniu wurde bestimmt, indcm

in eincr Iiegelflasche 20 om3 des Filtrates im Trockensehranli, unter Zusittz yon etwas Schwefelsaure bis zur deutlichen saufen Reaktion, cingedampft wurden. Hierauf wird die Substtanz im gleichen Gefass mit Saurenlischung nach Kjeldahl verbrannt, mit Wasser verdiinnt und wie oben das Ammouiak bestimmt. \'on diesem Wen; ist derjenigc abzuziehen, der bei der ersten Ammoniaktitration gefuuden wurde.

In einigen Proben wurde auch das an der Kohle adsorbierte Alanin bestimmt, indem die Kohle in Oleum nach Kjeldahl behandelt und das Ammoniak, wie angegeben, titriert wurde. Die so an der Kohle gefundenen Alaninmengen stimm.teri iiberein mit denjenigen, die aus der Differenz v m der Einwage und des ubrigen L41anin in der Losung zu berechnen sind.

Belege.

Hicraus geht hervor, dass die aus der Differenz berechneten Adsorpt onswcrte zu- verlassig sind; desgleichen, dass die Stickstoffbilanz stimmt. c) Aldehyd (nach f l i pper ) .

20 cm3 des Filtrates wurden in einem kleinen Kolben zu 20 em3 e.ner Kalium- bisulfitlosung fliessen gelasscn, die 12 g KH80, im Liter enthllt. Dam lasst man vcr- korkt M Stunde stehen. Schliesslich wird die nicht gebundene schwcllige Saure mit 0,l-n. Jodlosung zurucktitriert,. Der uumittclbar vorher bestimmte Titer der Kalium- bisulfitlosung ergibt aus der Diffcrenz den ITerbrauch an Jocllosung, die tier Aldehyd- nienge entspricht. d ) S m e i s e n s a u r e .

Die dmeisensbure wurde mit Quecksilber(I1)chlorid auf dcm VC’asserbrde erwarmt, das ansgeschiedene Quecksilbcr(1)chlorid filtriert, gewnschcn und dann in ein Recher- glas gespult, mit 10 em3 0,1-n. Jodlosung verset,zt und mit 0,l-1-1. Thiosutf:itlisung zuriick- titriert. (Indikator Starkelosung.)

c) K o h l e n s a u r e . Zu 10 em3 des Filtrates werden 10 em3 0,l-n. Bariunilipdroxydlo,3ung fliessen

gelassen und mit 0,l -n. HC1 mit Phenolphtalein auf Farblosigkcit zurucktitriert. Bc- rechnung nach der Gleichung: OH’ + HCO,‘ = CO,” + H,O. f ) Alkohol .

Dic quantitative Bestimmung niedrigcr Alkoholkonzcntrationen berei tete Schwie- rigkeiten. Die Literatur enthalt dariiber ungenugende Angaben. Durch tlas Entegcn- kommen von Herrn Privat-Doz. Dr. Eugeic Herzfeld (Vorstand des mi:d.-chem. Insti- tutes der med. Univorsitatsklinik Zurich) wurde ich mit folgendem VcrfaE ren vertraut gemacht, das von ihrn zu medizinischen Zwecken ausgearbeitet wurde, untl welches ich rnit seiner freundlichen Einwilligung, fur die ich Herrn Dr. IJerzfeld zu gi-ossem Dank verpflichtet bin, wie folgt beschreibe:

- 681 --

50 em3 des Filtrates werden nach Entfernung des Aldehydes1) in gesattigter Koch- salz-Losung destilliert. Von diesem Destillat werden eine Reihe von Verdiinnungen aufgestellt nach folgendem System:

10 em3 des Destillates werden in einem Reagenzglas mit 10 em3 Wasser versetzt, davon 10 em3 abpipettiert in ein zweites Reagenzglas, wieder mit 10 em3 Wasser ver- dunnt usw. n'un stellt man sich eine genau I-proz. Losunq von Alkohol her, entnimmt derselben 10 em3, fugt zu diesen in1 Reagenzglas 10 em3 Wasser zu und macht Verdiin- nungen wie oben. Ausserdem stellt man sich eine zweite Reihe von Verdunnungen her, indem man ausgeht von 10 em3 der 1-proz. Losung und zu dieser 20 em3 Wasser hinzu- fiigt, davon 10 cm3 nimmt und mit diesen nach gleichem Verfahren Verdunnungen her- stellt. Man erhalt in der Serie der Reagenzglaser Losungen mit dem abgerundeten Gehalt von: 50, 33, 25, 12, 8, 6, 4, 3, 2, 1,5, I, 0,75 mg.

Die Reagenzglaser mit der passenden Reihe von Verdunnungen des zu bestim- meiiden Destillates und der Vergleichsverdunnungen werden mit je 2 mi3 KaIiumtri- jodidlosung und 10 em3 Sodalosung versetzt und in einem Drahtgestell 1/; Stunde in ein Wasserbad von 65-70° eingehiingt. Hierauf lasst man einen Tag stehen und beob- achtet dann, bei welcher Verdunnung sich eben noch Jodoformkrystalle ausschciden. Die Schwelle lag bei meinen Bestimmungen zwischen 1,5 mg und 2.0 mg auf 10 em3 Losung. (Mit 2,5 mg ist der Jodoform-Kiederschlag schon ausgiebig.) Nun wird der Gehalt im letzten positiven Reagenzglas der Destillatreihe mit dem Gehalt im letzten Reagenzglas der Kontrollreihe gleichgesetzt. Hierauf wird auf den Ausgangsgehalt umgerec hne t'.

Bei diesen Bestimmungen ist von grosser Wichtigkeit, dass nur frisch zubereitete, an Jod und Kaliumjodid gesittigte Losungen verwendet werden. Die Sodalosung muss heiss gesattigt, dann abgekuhlt sein.

DET vollstilndige Umsatn-. Mit Hilfe der vorgeschilderten Bestimmungsmet8hoden wurden

die Daten der folgenden Tabelle V erhalten. die ein Bild uber die Stoff -Bilanz nach eingetretencm Reaktionsstillstand geben. Uber die Versuchsordnung, sowie uber die Kohlenmenge und -art gibt die erste Spalte Aufschluss. Die zweite Spalte gibt die Einwage an Alanin in Mol. pro Liter susgedruckt an. Die dritte Spalte: Alanin in der Losung nach Ablauf der Reaktion, durch Analyse nac'h KjeZdnhZ bestimmt. Die 4., 5., 6., 7. und 8. Spalte: Ammoniak, Aldehyd, Kohlendioxyd, Ameisensiiure und Alkohol, alle dureh direkte Bestimmung erhalten. Die 9. Spalte gibt die Nenge Alanin an, die an der Kohle absorbiert wurde (durch direkte Bestimmungen mehrfach kontrolliert, siehe ,,Analyt.isches"). Die 10. Spalte gibt die Werte des Lactates an, die aus der Differenz yon Ammoniak - (GO, + Amcisensaure) erhalten wird. Die 11. Spalte gibt den Wert i, gerechnet aus

( L ) (NH;) a

Die 12. Spalte schliesslich den Wert k gerechnet aus _____ (NH;Y

A 1, Vel. unter 2 d). Wird Aldehvd nicht entfernt. oder ist noch Aceton zugegen,

v ,~

so fallkn Zieselben in her Kalte Jo&form. Wird dieses nach einigen Stunden abfil- triert, so kann,im Filtrat Alkohol bestimmt werden, wie im Text angegeben.

Tab

elle

V.

0,11

221

0,01

55

I 0,0

575

5 0 g

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Ruc

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,010

0 0,

0100

1

Ruc

kflu

ss

10,2

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0,

1166

0,

0215

0,0

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0,0

160

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~ 0,

1684

1 0,

0800

,0

,019

5 0,

0150

0,0

140

0,01

90 0

,012

01

(0,0

05)

,0,1

6841

0,

0700

'0

,063

5 0,

2244

' 0,

1070

10

,062

5 0,

2805

1 0,

1405

0,

0650

02

' 55

0,33

66

0,17

70

0,06

70

0,39

27

0,18

67

0,00

75

0,44

881

0,23

50

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685

0,50

49

0,25

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0,06

90

0,56

10,

0,32

50

I 0,0

685

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le/L

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0021

10,0857

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0.33

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0160

0,0

130

0,00

50

0,01

79

0,01

10

0,00

55

0,01

60 0

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0,00

80

0,01

79 0

,015

9 0,

0070

0,

0160

0,0

140

0,00

60

0,02

09 0

,014

0 0,

0080

0,

0200

0,0

17O

1 0,

0050

0,02

2g1 0

,014

0 0,

0090

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89

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64

0,01

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, 0,

0392

'

0,05

83

0,05

64

0,03

97

0,00

54

I 0,

0349

0,

0549

0,

0054

0,

0750

0,

0926

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91 0

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0,13

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0,14

53

0,18

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0,16

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44

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__

0,18

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0,11

22

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0 0,

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0,

0045

1

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Koh

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I

I I

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0,04

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0,03

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30

0,04

00

0,04

51

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0,01

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0,04

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20' 0

,150

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0740

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0,02

06' 0

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,134

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0,05

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,045

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1 0,

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I

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26

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30

32

31

30

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1 21

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-I

--..

-

683 -

Man sieht zunachst, dass auch rnit den korrigierten Werten fur L eine Gleichgewichtskonstante nicht zu erzielen ist. Betrachtet man die Werte fur das Lactat (Spalte l o ) , so sieht man, dass bei gleicher Menge Kohle, mit Steigen des gelosten Alanins, der Lactat- gehalt nur wenig anwhchst. Namentlich bei den hoheren Alanin- Konzentrationen bleibt das Anwachsen des Alaningehaltes fast stationar. Nur bei den Losungen rnit y2 und 1% Alanin hat man einen starkeren Gang des zugehorigen Ammonium- oder Lactat- gehaltes. Bei den friiher gebrachten Messungen rnit der Kohle 02158 war der Gang stkrker ausgepragt als bei der Kohle 02155. Ebenso war er starker bei der von Wunder.Zy gebrauchten Kohle. Er war es, der den Anschein einer Massenwirkungskonstante hervorbrachte. Aber nun sehen wir, dass der Gang bei hoheren Gehalten fast auf- hort, jedenfalls vie1 zu klein u-ird. Jedoch wachst L mit steigender Kohlenmenpe, und zwar fast proportional mit ihr, so dass

gilt. Da die Alaninhydrolyse offenbar eine Wandreaktion ist, so wird

man anzunehmcn haben, dass fur die Hydrolyse unmittelbar die Oberflachenkonzentration des nn der Kohle adsorbierten Alanins bestimmend ist, also das Verhaltnis $, wo A das adsorbierte Alanin

und 171 die Kohlenmenge bedeutet. Die Werte von aTr (verhkltnis- massige Konzentration von Lactat und Kohle) und c'liejenigen von A 7+i (spezifische Adsorption des Alanins) sind in den Spalten 13 und

14 der Tahelle V verzeichnet. Man sieht unmittelbar, dass der Zu- wachs von Tnur wenig auf Icl einwirkt. Auf den Rat von Prof. Baur habe ich den Exponenten zu bestimmen gesucht durch Loga- rithmierung und graphisehe Ausgleichung. Man findet so, dass die Gleichune.

I, ~~ nl - konstant

L

I 1,

die Versuche einigermnssen darszustellen vermag, wie Fig. 2 zeigt , auf der diese Kurvc und die Daten der Spalte 13 und 14 rnit Ring- punkten eingetragen sind.

Nach Ansicht yon Prof. Baur hat man zu denken, dass Alanin rnit der Kohle eine Adsorptionsrerbindung bildet. Diese erleidet die Hydrolyse. Dss entstandene Lactat bildet wiederum eine Ad- sorptionsverbindung, die freies Lactat in die Losung schickt. Dieser Vorgang lasst sich etwa wie folgt ausdrucken:

A + M -+ A M --+ A L -+ I;

Um nun das Aufhoren der Reaktion, lange vor Erreichen des Gleichgewichtes, zu erklaren, muss man annehmen, dass die Kohle

- 684 -

BUS zwei versehiedenen Anteilen besteht ; einmal aus jenem Anteil, an dem das adsorbierte Alanin sitzt ; ferner aus ausgezeichneten Stellen, an denen das Lactat sitzt. Die Umwandlung findet nun statt an den Beruhrungsstellen der gewohnlichen Kohle-Oberflache mit den ausgezeichnetcn Orten. Sobald diese ausgezeichneten Orte vollig besetzt sind, hort die Reaktion auf. Der Kohle kommt nicht eine konstante aktive Masse zu, sondern sie hat sozusagen eine Konzentration. Steigerung der Kohlenmenge bedingt eine Steige- rung der Zahl der wirksaineii Stellen und somit eine Konzentra- tionserhohung von L 111. Dieser entspricht cine erhohte Dissozia- tions-Spannung, gemesseii diirch die Losungskonzentration L.

Dass man bei der heterogenen Kntalyse aktive und inaktive, dlgcmeiner gesagt, Stellen von verschicdener Wirksanikeit hat, ist rino Erkenntnis, die sich in nruerer Zeit allgemein durchgesetzt hat1). Die Unterscheidung von Orten ganzlich versehiedenen Cha- rakters an dcr reaktionsbestimmenden Wand scheint unumganglich, iim den eigentdmlichen Stillstand des Umsatzes verstehen zu konnen.

Vielleicht nocli wichtiger als diese quantitativen Verhaltnisse ist die Auffindiing der vier in der Tabelle V aufgefulirten Neben-

1) Vgl. E. K . Rideal und H . S. Taylor, Catalysis, 2. ilufl., London 1926, Kap. IV.

- 685 -

produkte. Unter diesen beansprucht der Athyla,lkohol das meiste Interesse. Dem schon von Wunderl y nachgewiesenen Acetaldehyd, der ja aus Milchsaure so leicht entsteht (schon bei der Destillation von Nilchsaure t,reten Spuren auf), entspricht die Ameisensaure (bzw. das Formist) j dem Athylalkohol die Kohlensaure (bzw. das Carbonat).

Das Auftreten dieser Nebenprodukte ksnn m m sieh Bus fol- genden Vorgangen erkla,ren :

1. Dss Almin erleidet an der Kohle eine Hydrolyse und liefert milchsaures Am-

2. Die Milchsiiure spaltet sich in Aldehyd und Ameisensaure. 3. Der Aldehyd und die Ameisensaure liefern durch gegenseitigc Umsctzung Athyl-

monium. (Diesen Vorgang nennen wir Amjnolyse).

alkohol und Kohlensaure.

I n Formeln: 1. CH, . CH(NH,). COOH + H,O = CH, . CH(0H). COO' + XHj 2. CH, . CH(0H). COO' + XH; = CH, . COH + HCO,' + NHj 3. CH, . COH + HCO,' + H,O = CH, . CH,(OH) + HCO,'

Fasst man diese drei Gleichungen zusammen, so erhalt man die Gleichung der a lkohol i sehen G a r u n g des Alan ins :

Diese Gleichung liefert ein Seitenstiick zu der bekannt,en, von Felix Bhrlich l) entdeckten, alkoholischen Garung der Aminosiiuren mit Hefe.

Um diesen Gleichungen zu genugen, miisste nach Gleichung 2 der ,Aldehyd und die Ameisensaure in ayuivalenten Mengen auf- treten. Ebenso der Alkohol und die Kohlensaure. Bei der Betrach- tung der Tabelle fallt sofort auf, dass die Versuche diese Aquivalenz nicht geben. Dagegen zeigt sich, dass eher eine Aquivalenz des Aldehydes mit der Kohlensiiure und ebenso cles Alkohols mit der Ameisensaure vorhanden ist. Nach Prof. Bnzw scheint die Bilanz auf folgenden Reaktionsweg hinzudeuten :

Wenn man Milchsiiure zur Halfte dehydriert und zur Halfte hydriert, so erhalt man einerseits Brenztraubensaure, andererseits Glycerin und als Zerfallsprodukte der Brenztraubensaure bekame man Aldehyd und Kohlendioxyd. Auf der andern Seitc ist Glyce,rin aquivalent mit Alkohol und Ameisensaure. Stellt man das in For- meln dar, so ergibt sich, mit den freien SBuren geschrieben, das folgende Bild.

CH, . CH(PZH,). COOH + 2 H,O = CH, . CH,(OH) + HCO,' + NH,

1. CH, . CH(OH). COOH = CH, . CO . COOH + H, := CH,CHO + CO, + H, 2. CH3 .CH(OH) 'COOH + H, = CH,(OH) .CH(OH), CH2(OH) = CH3CH,(OH) + H2C0,

Nun aber zeigen die Bestimmungen, dass von den Endpro- dukten von I) ungefahr doppelt soviel entsteht wie yon 2). Hieraus

l) Felix Ehrlich, Die chem. VorgSinge bei der Hefegarung. Bioch. Z. 2, 52 (1906).

- 686 -

ist zii schliessen, dass die andere Halfte in Form von Glycerin (oder andern Reduktionsprodukten gleicher Stufc) im Reaktionsgut 17011- handen sein muss, was in der Gleichung so zum Ausdruck zu bringen ist : 1. 2 CH,. CH(0H). COOH = 2 CH, 2. 2 CH, CH(0H) 'COOH + 2 H2 = CH2(OH) CH(0H) CH2(OH) + ( 'Hj CH,(OH)+H,CO,

CHO t 2 COl -1- 2 H,

Die Frage, oh tlas durch die Gleichung geforderte Glycerin vor- handen ist, muss ich offen lassen, da die betreffenden yuantitativen Beziehungen erst, naeh Ahbruch der Tersuche zum Vorschein kamen.

Es bedarf wohl kaum eines besonderen Hinweises, dass die bei der Arninolyse des Alanins sich ahspielenden Vorgange in nahe Beziehung treten zu denjenigcn, welche in die Hefegarung des Zuekers hineinspielen.

Regeneration der Kohle.

Es war zu prufen, oh die Kohle, nachdem sie durch den Umsatz selbst ihre Wirksamkeit eingehusst hut, dauernd verdorhen ist oder nicht. Ich habe zu diesem Zweek die pehrauchte Kohle abfiltriert und noehmala auf frisehe Alaninlosung einwirken lassen, einnial, naohdem die Kohle auf dem Filter gewaschen, ein zweites Mal, nachdem sie unausgewaschen linter einer Presse von anhaftender Losung miiglirhst hefreit worden war. Reide Kohlen wirkten gleieh wie frische Kohle.

Tabelle VI.

I Prische Kohle Gebrauchte ge-

waschene Kohle 10 Gebrauchte unge-

waschene Kohle

150 13,3

14.5 12,9

I

137,s

Zlcsiitze. Schon Wunderly hat die Frage gepruft, ob gleichionige Zusatze

die Umsatzgrenze zuriickdrangen, allenfalls in dem vom Massen- wirkungsgcsetz geforderten Ausmame. Er findet in der Tat Hem- mungen, aber schwacher fur Ammoniumion als fur Lactation, wah- rend das n/lasscnwirkurigsgesetz syrnmotrische Zuruckdrangung vor- schreiben wurde. Auch bei einer Beeintraehtigung der katalytischen Kraft der Kohle durch die Reaktionsprodukte ist eine Hemmung des Umsatzes durch gleichionige Zusatzc zu erwarten, doch braucht

687 __.

die W-irkung fur die beiden Ionen nicht gleieh x u sein. Ich habe drei Versuche gemacht : mit Zusatz von Ammoniumchlorid, von Natriumlactat und von Ammoniumlactat. Das erste erwies sich als unschadlich, die Lactate hemmen, doch nicht so stark, wie man nach der Pormel auf Seite 678 zu erwa,rten hatte. Nach viertagiger

_________

0,0545 0,0118 0,0525

Reakt,ionszeit bekaiii ieh folgende Ums&tze : Tabelle VII.

I I -L

Zusammemetzung des Ansatzes (150 g/Lt.) Rohle 02156 Slanin 0,1122 MoljLiter

ohne Zusatze ~~ -~ . .~ .- ~~ ~ ~_____-_. -

Enter Zusatz von: Ammoniumchlorid 0,940 Mol/Lt. Satriumlactat 0,446 Mol/Lt. . . Ammoniumlactat 0,065 MolILt. . I I

Eigentlich hatte durch den Lactat-Zusatx die Alaninhydrolyse vollig abgedrosselt werden mussen. Warum statt dessen nur eine massige Hemniung eintritt, bleibt n0c.h aufzuklaren.

Zusammen f ussung. Es wird festgestellt, da.ss beim Erhitzen von Losungen von Alanin

niit Kohle (Knochenkohle) folgende Reaktionen eintreten : 1. Hydrolyse des Alanins zu milehsaurem Ammonium. 2. Die Hydrolyse komint zum Stillstand, bevor alles Alanin um-

3 . Xeben dem milchsauren Ammonium bildet sich Ammonium- gesetzt ist.

carbonat', Aeetaldehyd, Ameisensaure und Athylalkohol. Die Arbeit wurde ausgefuhrt im Physikalisch-chemischen Institut der Eidg. Techn.

Hochschule Zurich. Meinem hocliverehrt,en Lehrer, Herrn Prof. Dr. E. Ba w, unter dessen Leitung ich

die ilrbrit ausfiihren durftr, moichte ich fur alle Muhe meinen herzliclisten Dank aus- sprechen.

Zurich, Eidg. Techn. Hoehschule.

Uber die Einwirkung von Ameisensaure auf Phenathyl-methyl- athinyl-carbinol (das Acetylen-earbinol aus Phenathyl-methyl-keton)

von H. Rupe und H. Hirsehmann. (7. 17. 31.)

Erwarmt man das Acetylen-carbinol, dargestellt aus Natrium- phenathyl-methyl-keton und Acetylengas, mit technischer, 86-proz. Ameisensaure, so findet eine lebhafte, spontane Reaktion statt,