Wasser als natürliches Reduktionsmittel

Dabei ist es gar nicht so schwer, das zu ändern. Die dafür nötigen wissenschaftlichen Erkenntnisse liefert schon heute die Bio­logie, die auf Wasser basiert. Die Vorteile liegen auf der Hand: Wir haben die Chance, die Verschmutzung der Umwelt zu minimieren und sicherzustellen, dass auch künftige Generationen die Ressourcen des Planeten nutzen können. Ökologisches Handeln ist in diesem Fall auf allen Ebenen und für jeden ein Gewinn.

Wie organische Chemie in Wasser funktioniert, ist kein Geheimnis. Die Erklärung ist eigentlich schon seit Milliarden von Jahren sichtbar und dennoch im Verborgenen geblieben. Die Natur selbst zeigt, wie es geht: Ohne die Synthese komplexer, wasserunlöslicher Biomoleküle wie Polypeptiden oder Vitaminen unter wässrigen Bedingungen könnte kein Leben existieren. Die Kraft der „Chemie im Wasser“ ist also etwas, das wir jeden Tag am eigenen Leib erfahren. Im großen Maßstab lässt sich „Chemie im Wasser“ auch beobachten, wenn Ölkonzerne Meeresverschmutzungen beseitigen. Es ist also offensichtlich: Das Know-how ist zumindest konzeptionell bereits vorhanden. Warum hat die organische Synthese dann so lange gebraucht, um sich anzupassen?

Die Herausforderung liegt darin, passende „Reaktionsgefäße“ für wasserunlösliche Biomoleküle zu finden. Die Natur setzt seit jeher auf eine Vielzahl von Membranen, Vesikeln und mizellaren Anordnungen in Wasser. Könnte die industrielle Lösung ebenso einfach sein? Ja und nein. Die gute Nachricht ist, dass organische Synthese in derartigen Reaktoren prinzipiell möglich sein sollte. Die Reaktanten wären darin untergebracht, ebenso wie die Katalysatoren, die diese Reaktionen beschleunigen. Ein weiterer Vorteil ist, dass diese Arten von Biomolekülen nicht „nachdenken“: Deshalb können sie alle möglichen Produkte herstellen. Anders als Enzymen ist ihnen egal, was zur Reaktion kommt und welche Stoffe gebildet werden.

Die schlechte Nachricht ist, dass ein Nanoreaktor gefunden werden muss, der für die organische Synthese geeignet ist: Er muss in der Lage sein, viele verschiedene Arten von Chemie zu beherbergen, wie sie von der Spezialchemieindustrie und insbesondere von Pharma- und Agrochemieunternehmen routinemäßig verwendet werden.

Das „Tal des Todes“, das sich für die Forschung jahrhundertelang auftat, ist die Lücke zwischen der Erkenntnis, dass wir eine Technologie für organische Chemie im Wasser benötigen, und der Lösung dieses Problems. Wir müssen verstehen, dass die Lösung in den Nanoreaktoren besteht, die sich „im Wasser“ befinden. Die ­eigentliche Chemie mit wasserunlöslichen Reaktanten und Katalysatoren findet im inneren Kern statt, der für verschiedene Reaktionen wie ein Lösungsmittel funktioniert.

Die für die Spezialchemie spannenden Moleküle sind in der Regel recht komplex. Daher müssen auch die Werkzeuge zu ihrer Herstellung vergleichsweise ausgeklügelt sein. Neue Tenside mit einem Anteil von nur wenigen Gewichtsprozent an einem wässrigen Medium sollten schon durch ihre Gestaltung umweltverträglich sein und zugleich die effiziente Durchführung vieler Reaktionen ermöglichen.