Trotz unbestrittener Fortschritte zum Schutz von Gewässern und zur Reinhaltung des Wassers sind viele wichtige Aufgaben sowohl für hoch entwickelte Länder als auch für Entwicklungsländer noch ungelöst. Eines der nach wie vor gravierenden Probleme für Gewässer wie auch für Grund- und Trinkwasser ist ihre Belastung mit persistenten chemischen Stoffen. Hierbei sind es Dank des Erfolges im Umweltschutz in entwickelten Ländern weniger die Produktionsnebenprodukte, die in die Gewässer gelangen, sondern die eigentliche Quelle der Gewässerbelastung durch chemische Stoffe sind die Produkte selbst, deren Inhaltsstoffe oft nach bestimmungsgemäßer Anwendung in die Umwelt gelangen.
Chemikalien, die in der Umwelt schnell und leicht mineralisiert werden, stellen naturgemäß keinen Grund zur Besorgnis dar. Ein wichtiges Ziel einer nachhaltigen Chemie muss es daher sein, Chemikalien zu entwickeln, die neben verbesserten Anwendungseigenschaften auch einen verbesserten Abbau in der Umwelt aufweisen.
Das Konzept der (quantitativen) Struktureigenschaftsbeziehungen ((Q)SAR) bietet sich an, um hinsichtlich Funktion von Chemikalien und Umweltverträglichkeit wünschenswerte bzw. nicht wünschenswerte chemische Teilstrukturen neuer Moleküle schon im Vorhinein zu identifizieren und aufbauend auf dieser Kenntnis leichter abbaubare Chemikalien zu entwickeln, die zugleich bessere Anwendungseigenschaften haben. Letzteres ist unabdingbare Voraussetzung für eine Durchsetzung dieser Stoffe am Markt.
Im vorgeschlagenen Projekt sollen Struktureigenschaftsbeziehungen genutzt werden, um gezielt Prozesschemikalien zu optimieren. Ausgewählt wird aus dem Bereich der siliziumorganischen Verbindungen eine Chemikalie, die in Zubereitungen für die Textilveredlung verwendet wird. Sie soll hinsichtlich ihrer Funktion und der dafür erforderlichen Anwendungseigenschaften aber auch in ihren umweltrelevanten Eigenschaften verbessert werden. Ausgangspunkt sind hierbei bereits bekannte Leitstrukturen.
Daraus ergeben sich folgende Projektziele:
1. Auswahl einer Leitstruktur: Diese kommt aus dem Bereich der Textilhilfsmittel. Die Abwasserrelevanz ist dabei in der Produktion gegeben, vor allem aber beim Gebrauch der Textilien durch das Auswaschen dieser auf die Faser aufgebrachten Chemikalie bei jedem Waschgang. Trotz aller empirischen Bemühungen haben sich viele Hilfsmittel bisher als nicht biologisch abbaubar erwiesen und werden nach wie vor bei der Herstellung der Textilien (z.B. Färben, Ausrüsten) und bei ihrer Verwendung (Waschen) in die Umwelt eingetragen.
2. Prüfung bereits vorhandener, computerbasierter SAR-Modelle, ihre Nutzung und die Erstellung weiterer Modelle zur Vorhersage von Umwelteigenschaften von siliziumorganischen Stoffen. Der Schwerpunkt liegt auf Aussagen zur biologischen Abbaubarkeit und zur Berechnung ausgewählter Anwendungseigenschaften.
3. Erkennen von hinsichtlich der Funktion aber auch der Umweltverträglichkeit, insbesondere des (biologischen) Abbaus wünschenswerten bzw. nicht wünschenswerten Strukturelementen schon im Vorhinein.
4. Einbeziehung von Daten über das Verhalten der Stoffe im Abwasser (Verteilung, Abbau) in (Q)SAR-Modelle.
5. Synthese ausgewählter, neuer chemischer Stoffe ausgehend von den Leitstrukturen
6. Experimentelle Testung der synthetisierten Stoffe.
7. Evaluierung der Ergebnisse.
Mit diesem innovativen und zukunftsweisenden Ansatz kann die Chemie einen wesentlichen Beitrag zur nachhaltigen Produktion und dem nachhaltigen Gewässerschutz liefern. Neu ist dabei vor allem die Kombination von Ansätzen wie sie seit kurzem in der Pharmaindustrie bisher ausschließlich zur Optimierung der Wirksamkeit von Stoffen verwendet werden. In der neuen europäischen Chemikaliengesetzgebung sind solche Methoden zur Stoffbewertung schon vorhandener Stoffe vorgesehen. Eine Verwendung dieser Methoden zum gezielten Design neuer Chemikalien wurde bisher nicht berichtet.