Industrie + Technik

Materialien erforschen I Exomatter aus München bietet Materialforschung als Dienstleistung an. Das Unternehmen stellt Daten bereit und hilft Kunden, sie zu verstehen und zu nutzen. Geschäftsführer sind Josua Vieten und Friedemann Call. (Handelsregistereintrag vom 4.3.2022)Umweltauswirkungen berechnen I Das Bonner Start-up Allocnow bietet eine Carbon Management Suite für die chemische Industrie. Mit der Software lassen sich Umweltauswirkungen von Produkten berechnen, reduzieren und bekannt machen. Geschäftsführer ist Daniel Bochnitschek. (15.9.2021)Schneller entwickeln I Lubis-Eda aus Kaiserslautern bietet Software, die den Entwicklungsprozess von Mikrochips um bis zu 20 Prozent schneller macht. Sie findet etwa Fehler in Siliciumdesigns. Geschäftsführer sind Tobias Ludwig, Michael Schwarz und Max Birtel. (30.6.2021)Kohlenstoffdioxid bilanzieren I Messgeräte von Sigmaheat aus Hannover analysieren Zustand und Verbrauch von Heizungsanlagen in Wohngebäuden. Die Daten lassen sich über eine App und ein Web-Dashboard einsehen und verwalten. So sind Anlagenparameter ermittelbar, um die Anlagen über eine CO2-Bilanzierung zu optimieren. Geschäftsführer ist Maik Brinkmann. (8.6.2021)Holger Bengs, European Chemistry Partnering, schaut für die Nachrichten aus der Chemie ins Handelsregister.

Meldung

Start me up

Bioindustrie in China | Für eine Industrie auf Glucose- oder Fettsäurebasis schlägt ein chinesisches Team einen nanostrukturierten Kupferkatalysator vor. Damit lässt sich in einem Feststoffelektrolytreaktor aus CO2 Essigsäure und daraus mit genetisch veränderter Backhefe Glucose herstellen. Alternativ produzieren auf Fettsäuren optimierte Backhefen aus der Essigsäure bis zu 500 mg·L–1 Fettsäuren (ungefähr C8 bis C18).<ul class="references"><li>
1 Nat. Catal. 2022, doi: <ext-link ext-link-type="doi">10.1038/s41929–022–00775–6</ext-link></li></ul>
Forschen im Kraftwerk | Japan will bis zum Jahr 2050 kohlenstoffneutral werden. Dennoch verzichtet das Land nicht auf Kohlekraftwerke, darunter die Osaki Coolgen-Anlage bei Hiroshima, die CO2 auffängt, speichert und recycelt. Der Projektträger Nedo des japanischen Handels- und Wirtschaftsministeriums fördert dort mit 18 Mio. Euro in drei Jahren sechs Projekte: Wertstoffsynthese aus CO2 mit Diamantelektroden, Atmosphärendruckplasma bei der CO2-Verwertung, Algenbiomasse, Wertstoffe aus Mikroalgen, Siliciumkarbid aus CO2 sowie Kohlenstoffrecycling, um Flüssiggas (Liquefied Petroleum Gas, LPG) herzustellen.Gedruckte Steaks | Die Universität Osaka, der Gerätehersteller Shimadzu und das Beratungsunternehmen Sigmaxis arbeiten gemeinsam an automatisierter Kulturfleischproduktion. Aus Rindermuskeln isolierte Zellen werden im 3-D-Drucker in einer Gelatine-Kollagen-Matrix expandiert. Dabei entstehen Fleischteilchen mit einer Korngröße von zirka 5 mm. Dagegen kommen die University of Tokyo und Nissin Foods auf eine Größe von 2×7×7 cm. Das Team expandiert Rindermuskelzellen in einem Plasmagel in Serum unbekannter Zusammensetzung.Rolf Schmid, <a href="https://www.bio4business.eu" target="_blank">www.bio4business.eu</a>

Blick nach Asien

Mit einer Kombination aus dynamischer Lichtstreuung, Röntgenkleinwinkelstreuung und elektrophoretischer Lichtstreuung lässt sich eine wässrige Dispersion von nanopartikulärem Coenzym Q10 charakterisieren.
Das Beispiel wässriger Dispersionen mit nanopartikulärem Coenzym Q10 zeigt, wie sich mit dynamischer Lichtstreuung (DLS) und der Röntgenkleinwinkelstreuung (SAXS) Partikel charakterisieren lassen. Weitere Informationen liefert das Zetapotenzial, das über elektrophoretische Lichtstreuung (ELS) bestimmt wird.Gefragt war die mesoskopische Struktur nanodisperser fester und flüssiger Partikel, die durch Anti-Solvens-Präzipitation hergestellt wurden. Bei dieser werden hydrophobe Substanzen in einem organischen, mit Wasser mischbaren Lösemittel gelöst und anschließend durch schnelles Mischen mit einer wässrigen Phase wieder ausgefällt. Dieses Verfahren wird unter anderem bei der Herstellung mRNA-basierter Arzneiformulierungen genutzt, die Risikopatienten seit Kurzem präventiv gegen schwere Covid-19-Krankheitsverläufe erhalten.Es ist wichtig, die präzise Partikelgrößenverteilung und -form sowie den inneren Aufbau solcher Partikel zu kennen, um den Wirkmechanismus der Arzneiform zu verstehen.Die Analyse der Q10-Nanodispersion liefert Grundlagen für derartige Studien. Q10 ist Bestandteil kosmetischer Cremes und dient als Nahrungsergänzungsmittel, weil es an der oxidativen Phosphorylierung beteiligt ist, die 95 Prozent der gesamten Körperenergie erzeugt.1,2)<h2>Probenvorbereitung und Methoden</h2>Für den Fällungsprozess wurde eine Lösung von 1 mg Coenzym Q10 pro mL Aceton in eine 208 μM Lösung von Natriumdodecylsulfat (SDS) in D2O injiziert. Dabei entstand acetonhaltige wässrige Dispersion mit 0,1 mg·mL–1 Q10-SDS-stabilisierten Nanotröpfchen. Durch Einengen wurde die Q10-Konzentration der Dispersion verzehnfacht und gleichzeitig das Aceton entfernt.Ein Modular-Compact-Rheometer (MCR 92) mit Kegel-Platte-Geometrie (CP50–1 und P-PTD200/AIR; Scherratenrampe: 10 s–1 bis 500 s–1; 22 °C) zeichnete die Fließkurven der unverdünnten Dispersion und einer zehnprozentigen Verdünnung in Wasser auf.Mit der Viskosität aus den newtonschen Fließkurven wurde die Partikelgröße der zehnprozentigen Verdünnung über die dynamische Lichtstreuung bestimmt (mit dem Litesizer 500, Messwinkel: 90°; 22 °C; 2 min; Messküvette aus Polystyrol). Das Messprinzip der dynamischen Lichtstreuung beruht auf der Streulichtfluktuation an sich zufällig bewegenden Partikeln. Der mittlere hydrodynamische Durchmesser (dh) und der Polydispersitätsindex (PDI) werden über die Kumulantenanalyse (ISO 22412) bestimmt.Zur Zetapotenzialanalyse über die elektrophoretische Lichtstreuung diente die unverdünnte Dispersion (Messwinkel: 15 °; 22 °C; 2 min; Omegaküvette; Smoluchowski-Näherung).Die SAXS-Messungen wurden mit der Röntgenkleinwinkelstreuanlage SAXSpace durchgeführt (22 °C; 240 min; Standard-Quarzkapillare als Messküvette; Probe-Detektor-Abstand: 307 mm). Das Messsignal des reinen Dispersionsmediums wurde von dem der Probe subtrahiert.Die q-Skala wurde über eine zehnminütige Messung eines Silberbehenat-Standards kalibriert. Zur Kalibrierung der absoluten Intensitätsskala diente ein Glas-Kohlenstoff-Standard (Messzeit: 10 min). Die SAXS-Kurve wurde anhand eines Kugel-Schale-Modells und einer logarithmischen Partikelgrößenverteilung ausgewertet.3)<h2>Die Messwerte und ihre Interpretation</h2>Wie für eine newtonsche Flüssigkeit erwartet, ist die Scherspannung proportional zur Schergeschwindigkeit. Eine lineare Regression der Viskositätsdaten zeigt eine Viskosität der verdünnten Dispersion von η = 0,94 mPas. Die reine Probe hat eine Viskosität von η = 1,10 mPas.Der mittlere hydrodynamische Durchmesser beträgt der Kumulantenanalyse zufolge 33,8 nm mit einem Polydispersitätsindex von 25,5 Prozent. Für die Daten der SAXS-Messung wurde ein Modellfit auf Grundlage des Kugel-Schale-Modells erstellt (<xref rid="nadc20224127368-fig-0001" ref-type="fig">Abbildung</xref> Mitte), um die innere Struktur der Partikel aus einem Q10-Kern und einer stabilisierenden Schicht aus Q10 und SDS-Molekülen zu berücksichtigen.3)<figure><img src="https://media.graphassets.com/QMFbC65DR9KkXJdhclzt"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Links: die Korrelationsfunktion g2 (schwarze Kreise) aus DLS-Rohdaten mit berechneter Kumulantenanalyse (rote Linie). Mitte: experimentelle SAXS-Kurve (rote Kreise) und Fitfunktion (schwarze Linie) eines Kugel-Schale-Modells.3) Rechts: Anzahl- (rot) und volumengewichtete (blau) Partikelgrößenverteilungen aus der DLS- und SAXS-Analyse (gepunktete beziehungsweise durchgezogene Linie).</figcaption></figure>
DLS und SAXS ermitteln die Partikelgröße. Während DLS den mittleren hydrodynamischen Radius analysiert, bestimmt SAXS den Gyrationsradius. Bei kompakten kugelförmigen Partikeln ist der mittlere hydrodynamische Radius um den Faktor √(5/3) größer als der Gyrationsradius.DLS-Messungen liefern einen anzahlgewichteten mittleren Partikeldurchmesser von 16,9 nm, SAXS-Messungen ergeben 19,0 nm. Der volumengewichtete Partikeldurchmesser dvol beträgt nach DLS 20,8 nm und nach SAXS 2,9 nm für die SAXS-Messungen.Durch Messung der elektrophoretischen Mobilität über ELS und Auswertung mit Phasenanalyse (cmPALS) ergaben sich für das mittlere Zetapotenzial der unverdünnten Dispersion –67,5 mV. Dies deutet auf eine hohe elektrostatische Stabilisierung hin, wobei negative Ladungen dominieren. Dies passt zu den Ladungseigenschaften der SDS-Moleküle an der Grenzfläche.<h2>Zusammenfassung</h2>SAXS gewährt Einblicke in die Struktureigenschaften, zum Beispiel Dicke und Zusammensetzung der Stabilisatorschicht, der Tröpfchen. Mit DLS kombiniert mit ELS lassen sich schnell und einfach Partikelgröße und Stabilität überprüfen.Die untersuchten Dispersionen bieten den Vorteil, dass weder Transportmatrix noch hohe Stabilisatorkonzentrationen erforderlich sind. Dadurch entfällt der Umgang mit potenziell giftigen Substanzen. Zudem ist ein höherer Anteil des Zielmaterials, hier Q10, im Produkt möglich.Forschungsergebnisse3) zeigen den Einfluss unterschiedlicher Materialien und Stabilisatoren auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Nanodispersionen. Die SDS-stabilisierte Q10-Nanodispersion und auch Q10-Nanodispersionen ohne Stabilisator sind zudem mindestens 16 Monate stabil.Diesen Beitrag haben Isabel Schuldes, Vanessa Fronk und Tobias Unruh verfasst. Schuldes schließt gerade ihre Promotion bei Unruh ab. Fronk arbeitet als Produktmanagerin für Partikelanalyse bei Anton Paar in Ostfildern. Unruh ist Professor am Lehrstuhl für Kristallographie und Strukturphysik an der Universität Erlangen-Nürnberg.<h2>AUF EINEN BLICK</h2>Dynamische Lichtstreuung (DLS) und Röntgenkleinwinkelstreuung (SAXS) liefern die Partikelgröße, DLS den mittleren hydrodynamischen Radius, SAXS den Gyrationsradius.Als Maß für die Oberflächenladung dient das Zetapotenzial, das sich über elektrophoretische Lichtstreuung (ELS) bestimmen lässt.Die Ergebnisse lassen Aussagen zu Struktur, Ladung und Größe der dispergierten Partikel zu, welche die Wirkungseigenschaften beeinflussen.
<ul class="references"><li>
1 L. Ernster, G. Dallner, Biochim. Biophys. Acta. 1995, 1271, 195–204</li><li>
2 P. L. Dutton, T. Ohnishi, E. Darrouzet et al. in: V. E. Kagan, P. J. Quinn (Hrsg.), Coenzyme Q: Molecular mechanisms in health and disease. CRC Press 2000, . 65–82.</li><li>
3 I. Schuldes, D. M. Noll, T. Schindler et al., Langmuir 2019, 35, 13578−13587</li></ul>

Analysentechnik

Nanopartikelanalyse erweitert

Cellulose des Jahres | Kohlenstofffasern aus Holz sind die „Cellulose Fibre Innovation of the Year“, ausgezeichnet vom Hürther Nova-Institut und dem österreichischen Anlagenbauer GIG Karasek. Das Verfahren der Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf beginnt mit dem Nassspinnen von Cellulosefasern in ionischen Flüssigkeiten. Die Filamente wandelt ein Niederdruckstabilisierungsprozess in Kohlenstofffasern. Es entstehen keine Abgase oder giftige Nebenprodukte, und Lösungsmittel sowie Vorläuferfasern lassen sich vollständig rezyklieren.Den zweiten Platz belegten Fasern aus Stroh von Fibers365 aus Lenningen. Das Konzept liefert Nichtholz-Biomasseprodukte wie Cellulosefrischfasern für die Papier-, Verpackungs- und Textilindustrie, Prozessenergie sowie Biopolymer- und Düngemittelnebenströme. Dafür trennt eine Dampfaufschlusstechnik Stängel einjähriger Nahrungspflanzen wie Weizenstroh in Fasern, Zucker, Lignin, organische Säure und Mineralien.Auf dem dritten Platz landete die anwendungsorientierte Faserfunktionalisierung von Kelheim Fibres. Die veränderten Cellulosefasern aus Pflanzen dienen als wiederverwendbare Hygienetextilien.Seife, Proteine und Moleküle aus CO2 | Teilnehmer der „Conference on CO2-based Fuels &amp; Chemicals 2022“ wählten die „Beste CO2-Nutzung 2022“. Gewonnen haben die Unternehmen CleanO2, Avecom und Fraunhofer IGB: Das kanadische Unternehmen CleanO2 wandelt Abfall-CO2 in Kaliumkarbonat um, um daraus Seife herzustellen. Das belgische Unternehmen Avecom produziert mit einzelligen Mikroorganismen aus Wasserstoff, Sauerstoff und CO2 eine Biomasse, die reich an Proteinen und Vitamin B12 ist. Das getrocknete Pulver lässt sich als Lebensmittelzutat verwenden. Das deutsche Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik entwickelte ein Verfahren, das CO2 in Moleküle einbindet. Es soll mit Elektrolyseuren zur CO2-Reduktion petrochemische Prozesse durch den direkten Aufbau von Molekülen ablösen.Maren Bulmahn

Von Kohlenstofffasern, Hygienetextilien und Kohlenstoffdioxidseife

Die meisten Bilanzen des vergangenen Jahrs zeugen von einem Aufschwung nach der Pandemie. Viele Chemieunternehmen haben gegenüber dem Vorjahr mehr Umsatz und Gewinn gemacht. Aber da die Bilanzen in diesem Frühjahr veröffentlicht wurden, sind Ängste vor Kriegsfolgen stärker zu spüren als Hoffnung auf Besserung.
Die Produktion der chemisch-pharmazeutischen Industrie in Deutschland stieg im Jahr 2021 im Vergleich zum Vorjahr um 5,3 Prozent. Alle Sparten setzten mehr Menge ab – bis auf Körperpflege und Waschmittel (–1,7 %). Besonders stark legten Polymere zu (+16,3 %). Der Umsatz stieg insgesamt im Jahresverlauf um 17,9 Prozent auf 225 Mrd. Euro. 140 Mrd. Euro davon stammten aus dem Auslandsgeschäft (Tabelle).<table-wrap>

<label>Tab. 1</label><h2>Unternehmen, sortiert nach in Euro umgerechnetem Umsatz des Jahrs 2021. * US-Dollar, 1 USD ≈ 0,95 Euro; ** Schweizer Franken, 1 CHF ≈ 0,98 Euro; *** Saudi-Arabien Riyal, 1 SAR ≈ 0,25 Euro; –: nicht ausgewiesen. Ebit: Gewinn vor Zinsen und Steuern; Ebitda-Marge: (Gewinn vor Zinsen, Steuern und Abschreibungen)/Umsatz; F+E: Forschungs- und Entwicklungskosten; F+E-Quote: F+E/Umsatz. Zahlen in Klammern: Veränderung zum Vorjahr. Hochgestellt:1,2) Berichte in Nachr. Chem. 2022, 70(4) und (5).</h2><img src="https://media.graphassets.com/IsqNsvSRitM11kaooGzA">

</table-wrap>In Russland und die Ukraine exportierte die deutsche Chemie- und Pharmaindustrie Waren im Wert von etwa 6,8 Mrd. Euro; das sind ungefähr 3 Prozent der <xref rid="nadc20224126663-fig-0001" ref-type="fig">Exporte</xref> im vergangenen Jahr (Grafik). Zirka 2 Prozent der Investitionen im Ausland gingen an Tochterunternehmen in Russland und der Ukraine. Diese etwa 70 Betriebe beschäftigten vor Kriegsbeginn nach Schätzung des Verbands der chemischen Industrie (VCI) 20 000 Personen.<figure><img src="https://media.graphassets.com/Ha6ISiMpSOWRZqV22WWu"><figcaption><label>Abb. 1: </label>In diese Länder exportierte die deutsche chemisch-pharmazeutische Industrie die meisten Produkte in den Jahren 2021 (gelb) und 2020 (blau).</figcaption></figure>
Die Beschäftigtenzahl in Deutschland stieg im Jahr 2021 um 0,5 Prozent auf 466 500. Wolfgang Große Entrup, VCI-Hauptgeschäftsführer, rechnet „mit einer schweren und mehrjährigen Rezession mit massivem Verlust von Arbeitsplätzen“.Der VCI hatte die wirtschaftliche Lage zu Jahresbeginn positiv eingeschätzt. Im April gingen dann aber 54 Prozent der Mitgliedsunternehmen davon aus, dass Produktion und Umsatz zurückgehen. Die Hoffnung auf einen positiven Wirtschaftsverlauf habe mit dem Überfall Russlands auf die Ukraine jäh geendet. Daher hat der VCI seine Einschätzung zurückgezogen und keine neue abgegeben.Wegen der hohen Öl- und Erdgaspreise erwarten 70 Prozent der Unternehmen Geschäftsprobleme. Die chemisch-pharmazeutische Industrie nutzt 27 Prozent ihres jährlichen Erdgasverbrauchs als Rohstoff – etwa 2,8 Mio. Tonnen – und das übrige Gas, um Dampf oder Strom zu erzeugen (etwa 99,3 Terawattstunden). 85 Prozent der vom VCI Befragten meinen, steigende Produktions- und Beschaffungskosten gar nicht oder nur zum Teil weitergeben zu können. Das war vielen im Jahr 2021 noch gelungen: Die Erzeugerpreise stiegen um durchschnittlich 9,3 Prozent.<h2>Kunststoffkreislaufwirtschaft</h2>Die Erzeugung von Post-Consumer-Recycling-Kunststoffen stieg im Jahr 2020 um 12 Prozent verglichen mit dem Jahr 2018. Ihre Verwendung in neuen Produkten nahm um 15 Prozent zu und erreichte 4,6 Millionen Tonnen. Dies zeigt der europäische Verband der Kunststofferzeuger, Plastics Europe, in seinem neuen Report zur europäischen Kreislaufwirtschaft. Die Menge an Kunststoffabfällen, die Recyclingeinrichtungen zugeführt wurden, stieg demnach um bis zu 8 Prozent. Allerdings landeten europaweit immer noch 65 Prozent der Kunststoffabfälle auf Deponien oder in der Energiegewinnung. Die europäischen Kunststofferzeuger wollen bis zum Jahr 2030 mit etwa 7,2 Mrd. Euro chemisches Recycling fördern.Bei Kunststoffverpackungen liegt die Recyclingquote für Europa bei 46 Prozent, 42 Prozent waren es im Jahr 2018. Die Menge an recycelten Kunststoffen, die in Kunststoffverpackungen eingesetzt werden, stieg seit dem Jahr 2018 um 43 Prozent.Zwischen den Zahlen zum Kunststoffverbrauch und zur Abfallsammlung besteht eine Datenlücke. Sie erklärt sich unter anderem durch noch im Gebrauch befindliche, langlebige Kunststoffprodukte. Plastics Europe und seine Mitglieder wollen weitere Gründe untersuchen, um Abfallströme zielgenauer zu analysieren.Virginia Janssens, Managing Director von Plastics Europe, hilft der neue Report, „die Dynamik der Kunststoffströme in Europa besser zu verstehen“. Die Industrie erkenne an, dass ein schnellerer Systemwandel erforderlich ist, um mehr Kreislauffähigkeit zu erreichen. Plastics-Europe-Präsident Markus Steilemann sagt: „Um die Reise unserer Industrie hin zu einer umfassenden Kreislaufwirtschaft zu beschleunigen, brauchen wir ein ganzheitliches Instrumentarium.“ Sammeln und Sortieren gebrauchter Kunststoffe müssten verbessert werden, Kunststoffe müssten bestmöglich für das Recycling gestaltet sein und für ihre Herstellung seien kohlenstoffarme Rohstoffe nötig.<h2>Parteispenden im Jahr 2021</h2>Der VCI hat im letzten Jahr insgesamt 331 500 Euro an politische Parteien gespendet. Dies ist aufgrund von Bundestagswahl und fünf Landtagswahlen etwa viermal so viel wie im Vorjahr. Die einzelnen Parteien erhielten im Jahr 2021 folgende Beträge:<list list-type="simple"><list-item></list-item></list>CDU: 131 500 Euro (nach 25 000 Euro im Jahr 2020)<list-item>SPD: 76 000 Euro (22 500 Euro)</list-item><list-item>FDP: 62 000 Euro (13 000 Euro)</list-item><list-item>Grüne: 42 000 Euro (13 000 Euro)</list-item><list-item>CSU: 20 000 Euro (keine Spenden im Jahr 2020)</list-item>„Ausschlaggebend für unsere Spenden an politische Parteien sind vor allem ihre industriepolitischen Positionen“, sagt Große Entrup. Außerdem seien dem VCI die Unterstützung von parlamentarischer Demokratie, Rechtsstaatlichkeit, sozialer Marktwirtschaft und Nachhaltigkeit ein grundsätzliches Anliegen bei seinen Parteispenden.<h2>Zwischenlösung für Tarife</h2>Die ungefähr 580 000 Tarifbeschäftigten in der chemisch-pharmazeutischen Industrie erhielten der Industriegewerkschaft Bergbau, Chemie und Energie (IGBCE) zufolge spätestens im Mai diesen Jahres einmalig jeweils 1400 Euro als Brückenzahlung. Auszubildende erhielten 500 Euro. Auf diese Zwischenlösung für sieben Monate haben sich IGBCE und Arbeitgeber geeinigt. Im Oktober sollen Tarifverhandlungen klären, inwieweit die zunächst kurzfristige Entlastung wegen der Inflation in eine Entgelterhöhung gewandelt werden kann.Gleichzeitig senden die Sozialpartner ein Signal der Solidarität mit den Menschen aus der Ukraine an alle. Beide Seiten verabredeten eine Spende des Unterstützungsvereins der chemischen Industrie von einer Million Euro. Dies soll die Initiative von Bundesarbeitsminister Hubertus Heil unterstützen, Qualifikationen Geflüchteter aus der Ukraine schneller anzuerkennen und Sprachkurse anzubieten. MB

Chemie‐ und Pharmaindustrie

Von Pandemie‐ zu Kriegsfolgen

Das Stoffgruppenkonzept der europäischen Chemikalienagentur stuft Stoffe und Gemische ein, bei denen toxikologische Prüfdaten fehlen. Mit einem systematischen Datenabgleich lassen sich die Gefahren realistisch einschätzen.
Liegen für Stoffe oder Gemische keine Prüfdaten oder andere Informationen zur Gefährlichkeit vor, sind sie entsprechend der Gefahrstoffverordnung zu behandeln wie ein giftiger (H301, H311, H331), sensibilisierender (H317), chronisch schädigender (H373), krebserzeugender, erbgutverändernder und fruchtbarkeitsgefährdender (cancerogen mutagen reprotoxic, CMR, H341) Stoff.1) Dies führt zu Tätigkeitsbeschränkungen vor allem für Schwangere, Stillende, Jugendliche und Kinder, ist jedoch nur dann vorteilhaft, wenn die gefahrstoffrechtlichen Konsequenzen mit den Erfordernissen nach den tatsächlichen Stoffeigenschaften übereinstimmen.<h2>Das Beispiel duftender Ester</h2>1-Heptylpropionat ist natürlicher Bestandteil der Weißbauchtrüffel, Tuber borchii, und des Gold-Hopfens, Humulus lupulus aureus. Zudem hat 1-Heptylpropionat eine niedrigere Geruchsschwelle als alle vergleichbaren Ester.2–5) Er ist zurzeit wegen fehlender toxikologischer Daten mit H301, H311, H331, H317, H373 und H341 eingestuft.6) Es wäre vorteilhaft, die Datenlücken für die 1-Alkylalkanoate zu schließen. Damit kann eine Einstufung im global harmonisierten System (GHS) gemäß der tatsächlichen Stoffeigenschaften erfolgen.Analog zu 1-Heptylpropionat gibt es weitere Stoffe mit Einstufungen wegen mangelnder Daten, darunter solche<list list-type="simple"><list-item></list-item></list>mit dem gleichen Alkylrest (1-Heptylrest) oder<list-item>mit dem gleichen Carboxylrest (Propionylrest).</list-item>Hierdurch ist sichergestellt, dass es bei 1-Heptylpropionat keine molekulare Teilstruktur oder funktionelle Gruppe gibt, die Stoffeigenschaften hervorrufen können, die die GHS-Einstufung rechtfertigen.<h2>Bioverfügbarkeit prüfen</h2>Ob ein Stoff toxisch wirkt, bestimmen nicht nur seine funktionellen Gruppen, sondern auch seine orale Bioverfügbarkeit.7) Für die Vorhersage der Bioverfügbarkeit sind neben der Molekülmasse die molare Refraktion und der Verteilungskoeffizient für Octanol und Wasser (log POW) wichtig.8,9) Die hierzu notwendigen Daten stammen aus der Datenbank Comptox des US-amerikanischen Umweltschutzamts, die bei allen Stichproben mit denen des dänischen Modells zur quantitativen Struktur-Wirkungs-Beziehung (quantitative structure-activity relationship, QSAR) übereinstimmen.10,11)Nach der Fünfer-Regel von Lipinskis ist ein Stoff bioverfügbar, wenn er<list list-type="simple"><list-item></list-item></list>bis zu fünf Donoren von Wasserstoffbrückenbindungen wie OH- oder NH-Gruppen,<list-item>bis zu zehn Akzeptoren von Wasserstoffbrückenbindungen wie Sauerstoff- oder Stickstoffatome,</list-item><list-item>eine Molekülmasse von nicht mehr als 500 Dalton und</list-item><list-item>log POW von maximal fünf hat.8)</list-item>Wie Arbeiten von Ghose und Mitarbeitenden zeigen, ist ein Stoff oral bioverfügbar, wenn die Molekülmasse zwischen 160 und 480 Dalton, die molare Brechung zwischen 40 und 130 und log POW zwischen –0,4 und +5,6 liegen (Tabelle 1, S. 35).9)<table-wrap>

<label>Tab. 1</label><h2>Ester der Stoffgruppe II sind oral bioverfügbar, was sich aus der Molmasse, der molaren Brechung und dem Verteilungskoeffizienten für Octanol und Wasser (log POW) ergibt. Quelle: <a href="https://comptox.epa.gov/dashboard" target="_blank">comptox.epa.gov/dashboard</a></h2><img src="https://media.graphassets.com/vYkeiPvJTb25vrjWxgcT">

</table-wrap>Alle Alkylalkanoate einer Summenformel haben eine gleich große molare Brechung, und der log POW liegt in einem engen Bereich. Es ist zu erwarten, dass bei den Estern mit steigender Kettenlänge die Fettlöslichkeit zunimmt und die Wasserlöslichkeit sinkt.Ester mit einer Summenformel bis einschließlich C9H18O2 (Tabelle 1, Bereich I) und ab C14H28O2 (Bereich III) können im Gegensatz zu Estern mit den Summenformeln C10H20O2 bis C13H26O2 (Bereich II) durch eine orale Exposition nicht bioverfügbar sein. Dies legt nahe, dass die Ergebnisse von Fütterungsstudien zu toxischen Stoffeigenschaften von Estern aus Bereich II aufgrund deren oraler Bioverfügbarkeit aussagekräftiger sind als die der Ester aus den Bereichen I und III. Somit sind die Prüfergebnisse von Stoffen aus den Bereichen I oder III nicht auf Stoffe im Bereich II übertragbar.<h2>Zuordnung von Alkylalkanoaten</h2>Bei den 28 Estern des Bereichs I aus Tabelle 1 liegen die notwendigen Daten vor. Eine Einstufung wegen fehlender Daten gibt es hier nicht. Erst ab der Kettenlänge C10 fehlen in handelsüblichen Sicherheitsdatenblättern die toxikologischen Daten teilweise oder vollständig.Für elf Ester ist bei der Echa jeweils ein Stoffdossier mit den toxikologischen Daten abrufbar (Tabelle 2, grün). Weder bei diesen noch bei den anderen gibt es von Herstellern oder Einführern eine GHS-Einstufung mit den H-Sätzen H301, H311, H317, H331, H341 oder H373.<table-wrap>

<label>Tab. 2</label><h2>Primäre n-Alkylester der Bereiche II und III aus Tabelle 1 mit Cas-Nr. und Informationen zum Geruch (kursiv), sortiert nach Stoffgruppen. Rot: keine Daten zur Gefährlichkeit verfügbar. Grün: Stoffdossier der europäischen Chemikalienbehörde und der Behörde für Lebensmittelsicherheit liegt vor. Gelb: Stoffinformationen nur bei einer der Organisationen. Datenquelle zum Geruch: <a href="https://thegoodscentscompany.com/search2.html" target="_blank">thegoodscentscompany.com/search2.html</a></h2><img src="https://media.graphassets.com/l2INQPBuSDyQ4mxLmDKb">

</table-wrap>Weder die Echa noch die europäische Lebensmittelagentur bieten für 1-Heptylpropionat und weitere Ester geeignete Informationen (Tabelle 2, rot).<h2>Stoffgruppenkonzept ergänzen</h2>In Tabelle 2 sind die Ester, bei denen die toxikologischen Daten fehlen, jeweils in einer Stoffgruppe mit gleicher Molmasse, gleicher Summenformel, gleicher funktioneller Gruppe, gleicher Topologie und einer ähnlichen oralen Bioverfügbarkeit eingeordnet. Da bei den anderen Mitgliedern der Stoffgruppen anhand ihrer toxikologischen Daten eine chronisch-toxische Wirkung und eine CMR-Wirkung bereits ausgeschlossen wurde, entfällt damit nach dem Echa-Stoffgruppen- oder Analogiekonzept (Read Across) auch bei diesen Estern die GHS-Einstufung mit H317, H341 und H373.Für mehr als 600 000 Stoffe stellt das dänische QSAR-Modell Informationen zur Verfügung.12) Das Online-Programm ordnet einer Strukturformel über den Namen die Summenformel, die CAS-Nummer, physikalisch-chemische, human- und umwelttoxikologische Daten zu. Damit sich die Zuverlässigkeit dieser Daten für die unverzweigten gesättigten Alkylalkanoate prüfen lässt, wurden zunächst für jeweils einen Ester der Stoffgruppe in Bereich II und III (Tabelle 2) mit einem Echa-Dossier zum Vergleich die QSAR-Daten heruntergeladen. Bei einigen Stoffen weichen zwar einzelne Werte der QSAR-Daten von den Daten im Echa-Dossier ab, jedoch nicht in einem einstufungsrelevanten Umfang (Tabelle 3). Keiner dieser Ester ist also ein Gefahrstoff.<table-wrap>

<label>Tab. 3</label><h2>Aus Dossiers der europäischen Chemikalienagentur (Echa) und des Modells der quantitativen Struktur-Wirkungs-Beziehung (QSAR): keine Einstufung für akut toxisch, reizend, hautsensibilisierend, keimzellmutagen und spezifische Zielorgantoxizität bei wiederholter Exposition.</h2><img src="https://media.graphassets.com/6dqYqdmQUyGstWlGTWp3">

</table-wrap>Die Informationen in den Stoffdossiers, die mit dem dänischen QSAR-Modell erstellt werden, erscheinen demzufolge geeignet, ergänzend zum Stoffgruppenkonzept die GHS-einstufungsrelevanten Eigenschaften bei unverzweigten gesättigten Alkylalkanoaten zu beschreiben.<h2>Analogien bilden</h2>Bei acht Estern der Tabelle 2 lässt sich wegen fehlender Daten bisher eine Einstufung als ein giftiger Gefahrstoff (H301, H311 und H331) nicht abwenden. Für sieben davon wurde jeweils online ein QSAR-Dossier abgerufen. Der LD50-oral-Wert liegt bei allen oberhalb von 2000 mg pro Kilogramm Körpergewicht pro Tag. Damit ist die akute Toxizität bei diesen Estern geringer als bei einer kennzeichnungspflichtigen Gesundheitsschädlichkeit.Anhand des Stoffgruppenkonzepts und der Informationen aus dem QSAR-Modell sind die sieben Ester also keine Gefahrstoffe. Für alle unverzweigten gesättigten Ester bis zu einer C14-Kettenlänge zeigt sich, dass diese nicht als giftige, chronisch schädigende oder CMR-Stoffe einzustufen sind. Damit liegen auch für die 50 Ester in Tabelle 2 jetzt die Daten vor, die eine GHS-Einstufung als giftiger, chronisch schädigender CMR-Stoff ausschließen. Das Analogiekonzept lässt den Schluss zu, dass dies für alle Ester mit einer größeren Kettenlänge als C14 ebenfalls stimmt.<h2>Konsequenzen</h2>Das Stoffgruppen- oder Analogiekonzept kann immer dann helfen, wenn vorgefertigte Daten und Einstufungen fehlen.Wird das Stoffgruppenkonzept nicht genutzt und deshalb ein Stoff ohne gefährliche Eigenschaften wegen fehlender Daten dementsprechend eingestuft, besteht die Gefahr, dass er im Rahmen der Ersatzstoffprüfung gegen einen Gefahrstoff substituiert wird. Eine solche Substitution lässt sich nur ausschließen, wenn die GHS-Einstufung den tatsächlichen Stoffeigenschaften entspricht. Um dies sicherzustellen, kann sich das Stoffgruppenkonzept als eine kostengünstige und zugleich dem Tierwohl und dem Umweltschutz dienende Methode eignen.<h2>Der Autor</h2>Horst Klemeyer ist Lehrbeauftragter und Postdoc an der Universität Hamburg. Er ist Lehrer am Gymnasium Neu Wulmstorf und Fachkraft für Arbeitssicherheit an der niedersächsischen Landesschulbehörde. Nach der Promotion in Chemie an der TU Berlin und Postdoc an der Ohio State University hat er die Staatsexamen für das gymnasiale Lehramt in Chemie und Physik in Göttingen abgelegt. Sein Schwerpunkt liegt auf Forschung und Lehre zum sicheren Experimentalunterricht. Veröffentlichungen: <a href="https://t1p.de/z79d9" target="_blank">t1p.de/z79d9</a><div><img src="https://media.graphassets.com/j5VWuoWkQOG8bSojmwaI">

</div><h2>AUF EINEN BLICK</h2>Stoffe oder Gemische ohne Informationen zur Gefährlichkeit sind als Gefahrstoff einzustufen.Mit dem Stoffgruppenkonzept lassen sich Stoffe einordnen, sodass sie nicht mehr wegen fehlender Daten als Gefahrstoff behandelt werden müssen.So lässt sich kostengünstig sicherstellen, dass eine Einstufung den tatsächlichen Stoffeigenschaften entspricht.
<ul class="references"><li>
1 <a href="https://gesetze-im-internet.de/gefstoffv_2010/__6.html" target="_blank">gesetze-im-internet.de/gefstoffv_2010/__6.html</a></li><li>
2 doi: 10.1002/rcm.1314</li><li>
3 doi: 10.1002/jsfa.2740170311</li><li>
4 doi: 10.1080/15298668691389595</li><li>
5 doi: 10.1023/A:1020834226520</li><li>
6 <a href="https://degintu.dguv.de/chemicals/export/pdf" target="_blank">degintu.dguv.de/chemicals/export/pdf</a></li><li>
7 doi: 10.2823/949555</li><li>
8 C. A. Lipinski, F. Lombardo, B. W. Dominy, P. J. Feeney, Adv. Drug Del. Rev. 2001, 46, 3</li><li>
9 A. K. Ghose, V. N. Viswanadhan, J. J. Wendoloski, J. Combin. Chem. 1999, 1, 55</li><li>
10 <a href="https://comptox.epa.gov/dashboard/" target="_blank">comptox.epa.gov/dashboard/</a></li><li>
11 <a href="https://qsardb.food.dtu.dk/db/index.html" target="_blank">qsardb.food.dtu.dk/db/index.html</a></li><li>
12 doi: 10.2823/585124</li></ul>

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