Process Chemistry and Combinatorial Chemistry

Proses kimia berbeda dengan kimia medis, dimana merupakan cabang kimia farmasi yang berperan dalam merancang dan mensintesis molekul pada fase penemuan obat awal. Efisiensi biaya adalah sangat penting dalam proses kimia dan, akibatnya, adalah fokus dalam pertimbangan rute sintetis pabrik percontohan. Substansi obat yang diproduksi, sebelum formulasi, biasanya disebut sebagai bahan farmasi aktif (API) dan akan disebut demikian di sini. Biaya produksi API dapat dibagi menjadi dua komponen: “biaya material” dan “biaya konversi.” [2] Dampak ekologi dan lingkungan dari proses sintetis juga harus dievaluasi dengan metrik yang tepat (misalnya EcoScale).

Proses kimia sering digambarkan sebagai peningkatan reaksi, menggunakan jumlah kecil yang dilakukan di laboratorium menjadi jumlah yang lebih besar yang diperlukan untuk pengujian lebih lanjut, dan untuk produksi komersial.

Proses kimia membutuhkan perpaduan antara pengetahuan teoretis dan praktis. Selain menciptakan produk yang diinginkan, ahli proses kimia harus selalu mengatur biaya  menjaga keselamatan. Sebagai contoh, mencoba untuk menghindari mutagen dan karsinogen (atau menggunakannya di awal sintesis sehingga dapat dibersihkan sebelum produk akhir) dan menggunakan reagen mahal hanya nanti dalam proses (ketika ada lebih sedikit limbah). Kimia yang berkelanjutan (atau green) semakin penting dan menambah tingkat kompleksitas lain pada sistem.

Kimia kombinatorial merupakan suatu pendekatan dalam ilmu kimia yang melibatkan sintesis berbagai jenis molekul yang berjumlah banyak tetapi erat terkait satu sama lain. Proses ini dibantu oleh simulasi dengan komputer dan peralatan robotik. Kimia kombinatorial melibatkan metode sintesis kimia yang memungkinkan untuk mempreparasi senyawa dalam jumlah yang besar (puluhan hingga ribuan atau bahkan jutaan) dalam suatu proses tunggal. Perpustakaan senyawa tersebut dapat dibuat sebagai campuran, serangkaian senyawa tunggal atau struktur senyawa kimia yang dihasilkan dari program komputer.Kimia kombinatorial dapat pula digunakan untuk mensintesis molekul kecil dan peptida.

    Strategi yang digunakan untuk mengidentifikasi komponen yang berguna dalam perpustakaan senyawa tersebut juga merupakan bagian dari kimia kombinatorial. Metode yang digunakan dalam kimia kombinatorial dapat pula diaplikasikan di luar bidang ilmu kimia. Yang membedakan proses sintesis kimia secara tradisional dengan proses secara kombinatorial adalah bahwa dalam proses dengan kimia kombinatorial, pereaksi (reaktan) direaksikan bersama-sama, dan membentuk banyak hasil reaksi dari reaksi kimia yang berbeda-beda Perbandingan antara proses sintesis kimia secara tradisional dan kombinatorial dapat diilustrasikan sebagai berikut

Pada sintesis secara tradisional, sesuai pada contoh di atas, dimisalkan senyawa A direaksikan dengan senyawa B membentuk senyawa AB. Reaksi dilakukan satu demi satu. Sementara itu, pada sintesis secara kombinatorial, dimungkinkan untuk membuat setiap kombinasi yang memungkinkan, mulai dari A1 hingga An, dengan B1 hingga Bn. Teknik sintesis kimia secara kombinatorial dapat dibuat dalam campuran (bersatu tetapi susunan kimianya masih terpisah secara kimiawi) atau sintesis fase padat.

Kimia kombinatorial terdiri dari metode sintesis yang memungkinkan menyiapkan sejumlah besar (puluhan hingga ribuan bahkan jutaan) senyawa dalam satu proses. Selain dalam jumlah bear kimia kombinatorial juga dapat digunakan untuk sintesis molekul kecil dan peptida. Metode yang digunakan kimia kombinatorial dapat diterapkan pada berbagai bidang selain bidang kimia. Kimia kombinatorial adalah terknik baru yang dikembangkan dalam indutri farmasi untuk mengurangi waktu dan biaya dalam produksi obat baru yang efektif dan kompetitif.

            Kimia kombinatorial dapat menghasilkan ribuan senyawa dengan cepat. Teknik kimia kombinatorial  dikendalikan komputer dalam melakukan tugas kimia secara berulang seperti menambahkan bahan kimia. Terdapat dua metode umum dalam kimia kombinatorial yaitu:  sintesis pararel dan reaski fasa padat (mix and split).

1. Sintesis Pararel

            Metode sintesis pararel dapat digunakan untuk berbagai reaksi dengan prinsip seperti alkena yang memiliki ikatan rangkap dua dapat bereaksi dengan halogen seperti gambar berikut:

  

Ikatan rangkap dua alkena terbuka sehingga atom klorin dapat bergabung atau teradisi ke atom karbon tersebut. Sintesis pararel dapat digunakan untuk rekasi misalnya tiga halogen yang berbeda dengan empat alkena yang berbeda.

  

2. Reaksi fasa padat (Mix and Split)

            Metode ini umumnya dikemabangkan pada sintesis polypeptide. Polipeptida adalah potongan pendek dari protein dibuat dengan menggabungkkan bersama-sama asam animo. Dimasa ini, mote ini digunakan untuk membuat jenis senyawa polimer yang berbeda.

            Kombinatorial kimia juga mengembangkan analisis sintesis sehingga membangun perpustakaan struktur organik yang baru. Dapat dibedean menjadi dua perpustakaan yaotu “ focused libraries” dan “prospecting libraries”. Focused libraries dapa digunakan untuk mengidentifikasi alternatif untuk struktur dan memperluas hubungan struktur-aktivitas. Dan untuk prospecting libraries digunakan untuk potensial prosperk dan siklus optimasi sehingga mewujudkan prinsip desain.

 

Pada sintesis produk terkait focused library dan prospecting library terdapat perbedaan. Focused library lebih pada prinsip-prinsip retrosintesis yang menekankan apa bahan dan urutan sintesis agar menghasil senyaw atarget tersebut, sedangkan sintesis dengan preopecting library lebih kepada pemilihan strting material dan apa produk yang akan disintesis, apa produk target yang meanrik dan baik yang disintesis dari starting material tersebut.

            Pemebentukan satu ikatan dalam satu waktu reaksi dengan menghubungkan dua molekul secara bersama oleh sepasang tunggal atom pada sintesis yang dilakukamn. Reaksi yang sangat terkenal diantarannya reaksi alklasi, dimana amina dan asam karboksilat teresedia dalam kelimpahan yang besar, contohnya pada gambar beikut:

  

Beragam jenis reaksi seperti reaksi kondensasi, substitusi, dan adisi yang telah dilakukan baik secara tunggal ataupun berurutan uantuk membangun perpustakaan molekul baru. Produk dari hasil reaksi-rekasi tersebut akan memperkara library senyawa

 Analisis

Proses sintesis molekul-molekul secara kombinatorial dapat menghasilkan banyak ragam molekul. Kimia kombinatorial berperan dalam penemuan beragam molekul senyawa baru yang susunannya berbeda, tetapi serupa. Melalui analisis kombinatorial, dapat diperoleh jumlah molekul yang terbentuk melalui suatu proses kimia kombinatorial. Perhitungannya menggunakan aturan perkalian. Misalnya, terdapat tiga kelompok molekul, yaitu R1, R2, dan R3[1]. Jika diasumsikan tiga kelompok molekul tersebut tidak bereaksi membentuk senyawa baru dengan sesama kelompoknya, yaitu molekul R1 tidak bereaksi dengan molekul R1 lainnya, demikian juga R2 dan R3, jumlah molekul baru yang dapat terbentuk adalah 

dengan N adalah jumlah molekul yang direaksikan dalam tiap-tiap kelompoknya.  

Aplikasi dan Perkembangan Kimia Kombinatorial 

Manfaat terbesar dari kimia kombinatorial adalah penemuan bahan-bahan baru, khususnya di bidang farmasi[2]. Proses pembuatan bahan obat-obatan dapat melibatkan proses pemisahan maya (virtual screening), yaitu menggunakan simulasi dengan bantuan komputer, juga pemisahan secara nyata (real), yang dilakukan secara eksperimen[6]. Metode komputasi pada virtual screening dalam pembuatan obat-obatan dapat dimanfaatkan sebagai alat bantu prediksi atau simulasi bagaimana suatu senyawa tertentu bereaksi dengan protein sasaran tertentu. Simulasi dengan komputer ini berguna, khususnya dalam membuat hipotesis atau merencanakan penyempurnaaan terhadap bahan obatobatan yang sudah ada.  

Penggunaan pemisahan secara maya memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan eksperimen secara langsung, antara lain 

1. biaya yang lebih rendah, karena tidak perlu membeli senyawa uji 

2. dimungkinkan untuk meneliti senyawa yang  belum pernah disintesis tanpa harus melakukan pengujian secara eksperimen langsung 

Meskipun pengujian dapat dilakukan secara maya, tetap dibutuhkan eksperimen secara nyata agar suatu senyawa hasil uji dapat dimanfaatkan secara nyata. Pengujian secara maya menggunakan simulasi komputer tetap tidak dapat menggantikan proses pengujian dengan eksperimen secara sepenuhnya [6]. Selain dalam bidang farmasi, produksi bahan obatobatan, kimia kombinatorial juga berperan dalam bidang material. Bahan-bahan baru, seperti misalnya bahan yang dapat menghasilkan cahaya tanpa panas (luminescent) dengan substrat silikon.

PERMASALAHAN

1. Dalam sintesis fasa larutan, mis : digunakan Dendrimer sebagai material pendukung. Mengapa dendrimer ini bisa digunakan sebagai material support ? Lalu, bagaimana cara memisahkannya dari produk nanti ? Bagaimana keuntungan atau kelebihan kombinatorial dengan larutan?

2. Dalam kombinatorial kimia, reaksi dapat berlangsung dengan pembentukan satu ikatan dalam satu kali reaksi, bagaimana jika digunakan beberapa reaktan dalam reaksi apakah dapat membentuk beberapa ikatan atau tetap hanya membentuk satu ikatan dal satu kali reaksi?

3. Dalam kimia kombinatorial, menghasilkan produk dalam jumlah banyak hingga ratusan ribu dalam prosesnya, dimana umumnya digunakan dalam bidang farmasi atau medis, selainmneghasilkan produk yang banyak, faktor apa yng perku diperhatikan selama proses reaksi kimia tersebut?