PROSES KIMIA DAN KIMIA KOMBINATORIAL

PROSES KIMIA DAN KIMIA KOMBINATORIAL

Kimia kombinatorial terdiri dari metode sintetis kimia yang memungkinkan untuk menyiapkan sejumlah besar (puluhan hingga ribuan atau bahkan jutaan) senyawa dalam satu proses. Senyawa  ini dapat dibuat sebagai campuran, suatu senyawa atau struktur kimia yang dihasilkan menggunakan  perangkat lunak komputer. Kimia kombinatorial dapat digunakan untuk sintesis molekul kecil dan untuk peptida.

Kimia  kombinatorial  mulai  digunakan  oleh  industri pada tahun 1990-an. Namun sebenarnya,perkembangannya  sudah  dimulai  pada  tahun  1960-an ada penelitian tentang sintesis fase padat dari peptide, komponen protein oleh Robert Bruce Merrifield dari Rockfeller   University.   Kemudian teknik sintesis ini dikembangkan lebih lanjut oleh  H.Maro Geysen pada tahun 1980-an.

Kimia kombinatorial telah berkembang dan mempercepat proses sintesis bahan-bahan kimia. Dalam kimia kombinatorial, zat-zat kimia tidak direaksikan satuper satu sebagaimana dilakukan pada awalnya (cara tradisional), tetapi direaksikan secara bersamaan dan menghasilkan molekul baru hasil sintesis dalam jumlah besar yang meningkat secara eksponesial.Penggunaan kaidah menghitung memungkink ananalisis terhadap kemungkinan jumlah yang dapat dihasilkan melalui suatu proses sintesis. Kimia kombinatorial paling besar manfaatnya di bidang farmasi. Ilmu komputer juga berpengaruh terhadap kimia kombinatorial di bidang ini

KIMIA PROSES

Kimia proses merupakan suatu bidang ilmu di mana sebagian besar mengupayakan untuk memasukkan atau menyisipkan kimia hijau (green chemistry) atau hasil yang ramah lingkungan pada teknologi saat ini. Yang dimaksudkan dengan process chemistry (kimia proses) bukanlah chemical process (proses kimia). Dimana maksud dan tujuan dari process chemistry merupakan mempelajari suatu bidang ilmu, sedangkan chemical process merupakan suatu metode dalam pengubahan senyawa kimia.

Kimia proses melibatkan pengembangan proses yang praktis, aman dan hemat biaya untuk sintesis senyawa pada skala yang lebih besar (kg hingga beberapa ton) yang telah dipilih untuk memajukan kimia medis. Oleh karena itu mereka umumnya bekerja pada molekul target tunggal dan menentukan rute terbaik ke target itu. Gambar di bawah ini merangkum tahap-tahap kunci dalam kimia proses untuk pengembangan bahan farmasi aktif (API). 

Proses Sintesis Kombinatorial pada Fase Padat

Sintesis fase padat dianggap sebagai awal perkembangan kimia kombinatorial. Hal ini telah berkontribusi dalam penemuan bahan-bahan baru di bidang obat-obatan, katalisator (pemercepat reaksi), atau penemuan bahan-bahan alam. Sintesis ini merupakan sintesis organik dengan menggunakan bahan pendukung dalam wujud padat. Agar dapat berlangsung, sintesis fase padat memerlukan beberapa komponen, yaitu

      1.    Bahan polimer yang inert (tidak tergantung) terhadap kondisi sintesis

      2.    Pengait substrat (zat-zat yang direaksikan)

     3.    Strategi perlindungan untuk dapat melakukan proteksi atau deproteksi secara selektif terhadap gugus-gugus reaktif

Sintesis kimia secara kombinatorial pada fase padat memanfaatkan suatu proses yang dinamakan sebagai sintesis “campur dan pisahkan”. Proses ini dilakukan dengan membagi bahan pendukung reaksi berupa resin ke dalam beberapa porsi. Setelah itu, tiap-tiap porsi dimasukkan ke dalam masing-masing pereaksi untuk mengaktifkan pereaksi. Setelah reaksi pengaktifan selesai, dilakukan pencucian untuk membersihkan sisa-sisa pereaksi sisa berlebih. Kemudian, porsi-porsi tersebut dicampurkan secara merata. Setelah proses pencampuran, hasil reaksinya kemudian boleh jadi dipisah-pisahkan lagi ke dalam sejumlah porsi. Reaksi dalam sintesis ini menghasilkan jumlah yang lengkap dari senyawa-senyawa dimer (senyawa yang strukturnya merupakan gabungan dari dua buah komponen penyusun) yang mungkin terbentuk. Jika dimisalkan terdapat X buah komponen (senyawa) yang direaksikan melalui proses yang telah disebutkan sebelumnya, jumlah dimer yang terbentuk adalah

X × X  (1)

Jumlah tersebut sesuai dengan aturan perkalian, yang telah disebutkan sebelumnya. Jika proses diulangi sebanyak n kali dengan mereaksikan hasil reaksi sebelumnya dengan komponen satuannya (yang berjumlah X), hasil reaksi yang terbentuk meningkat secara eksponensial, yaitu

Xⁿ  (2)

Rumus pada persamaan 2 tersebut sebenarnya merupakan perluasan dari kaidah perkalian, yang juga telah disebutkan sebelumnya. Hal ini menunjukkan bahwa hanya dengan beberapa langkah reaksi, dapat terbentuk banyak ragam molekul yang susunannya berbeda tetapi mirip.

Combinatorial Chemistry (Kimia Kombinatorial)

Secara tradisional, senyawa organik disintesis dalam jumlah satu per satu. Metode ini berfungsi dengan baik untuk menyiapkan sejumlah besar zat, namun tidak baik untuk menyiapkan sejumlah kecil zat. Sehingga, untuk mempercepat proses penemuan obat, kimia kombinatorial telah dikembangkan untuk mempersiapkan perpustakaan kombinatorial; dimana beberapa lusin hingga ratusan ribu zat dapat disiapkan secara bersamaan. Contoh keberhasilan awal kimia kombinatorial yaitu dalam pengembangan perpustakaan  benzodiazepine, kelas senyawa aromatik yang banyak digunakan sebagai agen anti-ansietas.

 

Kimia kombinatorial merupakan metode sintetis kimia yang memungkinkan untuk menyiapkan sejumlah besar (puluhan hingga ribuan atau bahkan jutaan) senyawa dalam satu kali proses. Kimia kombinatorial dapat digunakan dalam sintesis molekul kecil dan peptida. Strategi yang memungkinkan untuk identifikasi komponen bermanfaat dari perpustakaan kombinatorial juga merupakan bagian dari kimia kombinatorial.

Dua pendekatan utama dalam kimia kombinatorial yaitu penggunaan (1) sintesis paralel dan (2) sintesis perpecahan.

1.      Dalam sintesis paralel, setiap senyawa disiapkan secara independen (terpisah). Umumnya reaktan pertama berhubungan dengan polimer yang kemudian ditempatkan ke dalam sumur kecil pada pelat kaca 96. Robot instrumen dapat diprogram untuk menambahkan urutan building block yang berbeda ke sumur yang berbeda, sehingga menghasilkan 96 produk yang berbeda pula. Ketika rangkaian reaksi selesai, polimer dicuci dan produk dilepaskan (dihasilkan).

2.      Dalam sintesis perpecahan, reaktan awal berhubungan dengan polimer yang terbagi menjadi beberapa kelompok. Sebuah building block ditambahkan ke masing-masing kelompok polimer. Kelompok-kelompok yang berbeda digabungkan, kemudian campuran disusun kembali dan dibagi lagi untuk membentuk kelompok-kelompok baru. Building block lain ditambahkan ke masing-masing kelompok, kelompok-kelompok tersebut digabungkan kembali dan dibagi lagi, dan proses terus berlanjut. Misalnya polimer dibagi menjadi empat kelompok pada setiap langkah, jumlah senyawa meningkat dalam perkembangan 4 x 16 x 64 x 256. Setelah 10 langkah, lebih dari 1 juta senyawa telah disiapkan.

Berikut contoh polimer dasar :

Dengan begitu banyaknya produk akhir yang bercampur, masalahnya adalah bagaimana cara mengidentifikasi mereka. Beberapa pendekatan telah dikembangkan, yang semuanya melibatkan lampiran label pengkodean ke masing-masing bead polimer(polimer induk) untuk melacak tahapan kimia yang telah dialami masing-masing senyawa. Label pengkodean yang telah digunakan hingga sejauh ini telah memasukkan label protein, asam nukleat dan senyawa aromatik terhalogenasi.

Permasalahan:

1.       Bagaimana pengaruh kimia terhadap ilmu komputer?

2.       Bagaimana proses kimia yang terjadi terhadap sintesis campur dan pisahkan?