Bereits seit unseren Vorgängern, den Alchemisten, wissen wir, dass Pflanzen viele unterschiedliche Anwendungen haben können. Der Begriff Phytochemie bedeutet Chemie der Pflanzen und beschäftigt sich als Teilgebiet der Chemie/Botanik mit der feinstofflichen Zusammensetzung von Pflanzen und den in Pflanzen auftretenden chemischen Vorgängen und Inhaltsstoffen. Prinzipiell wird bei Pflanzen zwischen primären und sekundären Metaboliten unterschieden. Der Primärstoffwechsel einer Pflanze ist notwendig, um das Überleben und Wachstum zu sichern, der Sekundärstoffwechsel bringt Metabolite hervor, die nicht unmittelbar für das Überleben einer Pflanze benötigt werden und erst durch die Interaktion mit der Umwelt wichtig werden. Diese unterstützen die Pflanze in ihrer Fitness, als Reaktion auf das Ökosystem und helfen ihnen sich an die Umwelt zu adaptieren. Als Beispiele können sowohl Pflanzenabwehrstoffe gegen Insekten, Pilze, Bakterien oder Viren genannt werden, als auch Antioxidantien, die als Schutz gegen oxidativen Stress wirken. Auch Lockstoffe wie Farbpigmente in den Blüten, oder flüchtige Duftstoffe gehören dazu. Oft werden solche Stoffe in bestimmten Kompartimenten der Zelle oder eigens dafür entstandenen Organen gebildet, wie beispielsweise die Drüsenhaare der Primeln. Weiters können bestimmte Sekundärmetabolite nur auf gewisse Pflanzengruppen beschränkt sein und somit als chemotaxonomischer Marker dienen [1]. Die Sekundärmetabolite werden grob in drei Gruppen nach ihren Biosynthesewegen eingeteilt.
- Alkaloide
- Phenole
- Terpenoide
Interessant sind diese Stoffe vor allem für die Medizin bzw. Pharmazie, da viele davon positive Eigenschaften auf den menschlichen Organismus haben und somit auch zu Arzneimitteln verarbeitet werden können. Zur Erlangung der Stoffe werden unter anderem Trennverfahren wie die Destillation, die Flüssig-Flüssig Extraktion oder Chromatographien eingesetzt [2].
Ein Schwerpunkt des Instituts alchemia-nova liegt in der Anwendungsforschung der Phytochemie.
> Grüne Chemie
Grüne Chemie (engl. Green/Sustainable Chemistry) ist der Beitrag der Chemie Ressourcen zu schonen bzw. Umweltbelastung zu verhindern. So widmet sie sich der Erforschung und dem Einsatz von unbedenklichen Produktmaterialien und Verfahren, bezogen auf Gesundheit und Umwelt. Zudem ist es ihr Ziel, die Verwendung und Generierung von gefährlichen Inhaltsstoffen zu minimieren. Sie wird daher auch als Nachhaltige Chemie bezeichnet. Alchemia-nova forscht beispielsweise an den schonenden Extraktionen von Pflanzeninhaltsstoffen (u.a. Ultraschall kombiniert mit Enzymen). Die folgenden zwölf Grundprinzipien (Anastas und Warner, 1998) der Grünen Chemie kommen bei alchemia-nova standardmäßig zum Einsatz:
- Abfallvermeidung
Es ist besser Abfallstoffe zu vermeiden als diese zu reinigen/entsorgen
- Atomeffizienz
Synthesen und Reaktionen so gestalten und nutzen, dass keine/wenige Atome oder Moleküle der Ausgangsreagenzien übrig bleiben oder ungewünschte Stoffe entstehen.
- Weniger gefährliche Substanzen
Wo durchführbar, sollen Methoden der Synthese zur Anwendung kommen, die Substanzen mit keiner oder minimalen Toxizität für Mensch und Umwelt verwenden oder generieren.
- Sicherere Chemikalien
Chemische Produkte sollen so gestaltet sein, dass bei gewünschter Funktion die Toxizität minimiert wird.
- Sichere Lösungsmittel und Hilfsstoffe
Wo möglich, soll der Einsatz von Hilfsstoffen soll vermieden bzw. wo nötig auf unschädliches Adjuvans zurückgegriffen werden.
- Energieeffizienz
Energieaufwendungen für chemische Prozesse sollen auf ökonomische und ökologische Aspekte hin geprüft und minimiert werden. Wo möglich, sollen Synthesemethoden unter Umgebungstemperatur und –druck durchgeführt werden.
- Erneuerbare Rohstoffe
Wo technisch möglich und ökonomisch gangbar, sollen eingesetzte Rohstoffe und Ausgangsmaterialien erneuerbar sein.
- Vermeidung von Derivaten
Wo möglich, soll unnötige Derivatisierung (Zwischenprodukte/-stufen) vermieden oder minimiert werden, da sie zusätzliche Reagenzien benötigt und Abfall generiert.
- Katalyse
Katalysatoren sollen stöchiometrischen Reagenzien vorgezogen werden.
- Natürlicher Abbau
Chemische Produkte sollen so gestaltet sein, dass sie nach ihrer Funktionsperiode natürlich abgebaut werden können und nicht weiter in der Umwelt verbleiben.
- Echtzeitanalyse zur Abfallvermeidung
Analysemethoden müssen weiter entwickelt werden um Echtzeit- und Prozessmonitoring und Kontrolle vor der Entstehung schädlicher Substanzen zu ermöglichen.
- Unfallvermeidung
Die Art und Form von Substanzen, die in chemischen Prozessen verwendet wird, soll so ausgewählt werden, dass das Potential für chemische Unfälle (Freisetzungen, Explosionen und Feuer) minimiert ist.
[1] Pharmakognosie-Phytopharmazie; Hänsel, Sticher, Steinegger; Springer-Verlag, New York, 6.Auflage 1999
[2] Rosenthaler L. (1928) Kurzer Abriß der Geschichte der Pflanzenchemie. In: Grundzüge der chemischen Pflanzenuntersuchung. Springer, Berlin, Heidelberg
