Process Chemistry and Combinatorial Chemistry

Process Chemistry and Combinatorial Chemistry

A.   Process Chemistry

Kimia proses adalah cabang kimia farmasi yang berkaitan dengan pengembangan dan optimalisasi skema dan prosedur sintetis dalam memproduksi senyawa untuk fase pengembangan obat. 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.

B.   Combinatorial Chemistry

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.

Prinsip dasar dari kimia kombinatorial adalah membuat senyawa yang berbeda dalam jumlah besar dalam waktu bersamaan, dibandingkan mensintesis senyawa secara konvensioal satu persatu dan mengidentifikasi senyawa yang paling menjanjikan untuk pengembangan berikutnya.

Karakteristik dari sintesis kombinatorial yaitu dapat menghasikan senyawa yang berbeda secara simultan dibawah kondisi reaksi yang sama dengan cara sistematik, sehingga produk dari semua kombinasi yang mungkin dari starting material akan diperoleh sekaligus. Kumpulan dari senyawa akhir yang disintesis disebut sebagai combinatorial library. 

Hal 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.

Sintesis fasa padat secara tradisional merupakan teknik yang paling populer, tetapi teknik baru untuk sintesis fasa solution kini muncul. Dalam sintesis fase padat, senyawa awal melekat pada bead resin yang tidak larut. Ada berbagai jenis penghubung yang digunakan untuk ini. Bahan resin yang paling sering digunakan dalam kimia kombinatorial adalah polistirena yaitu 1-2% divinylbenzene. Reagen ditambahkan ke larutan, dan produk yang dihasilkan dapat diisolasi dengan penyaringan sederhana, yang menjebak bead sementara reagen berlebih dicuci. Kemudahan isolasi ini adalah salah satu keuntungan terbesar sintesis fase padat. Ini membuatnya sangat berguna untuk reaksi multi-step, karena intermediet yang dihasilkan dari setiap langkah dapat diisolasi dengan cepat menggunakan metode ini.

Agar dapat berlangsung, sintesis fasa 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

          Sedangkan metode pada fasa solution, tantangan terbesarnya adalah isolasi produk, dan cara mengoptimasi.  Namun demikian, metode sintesis fase larutan juga diterapkan dalam kimia kombinatorial. Namun  disini dibuat bagaimana memungkinkan untuk mengurangi kerugian dan sehingga membuat prosedur fase larutan kompetitif dan bisa diaplikasikan selain metode fase padat

Daftar pustaka

Jung, G. 2001. Combinatorial Chemistry : Synthesis, Analysis, Screening. German : Wiley-VCH.

McMurry, J.E. 2012. Organic Chemistry, Eighth Edition. USA : Cengage Learning.

https://id.wikipedia.org/wiki/Kimia_kombinatorial

Pertanyaan

1.   Apa yang menjadi karakteristik dari sintesis kombinatorial? Dan bagaimana produk yang dihasilkan?

2.   Apa yang menyebabkan sintesis fasa padat dapat berlangsung? Apakah yang mempengaruhinya?