PROCESS CHEMISTRY AND COMBINATORIAL CHEMISTRY

Semua pembentukan senyawa kimia berlangsung melalui suatu atau serangkaian reaksi kimia. Reaksi kimia ini melibatkan satu atau lebih macam molekul (molekul unsur atau molekul senyawa) menjadi zat yang sifat fisisnya berbeda. Proses ini dibuat dengan mereaksikan unsur atau senyawa pereaksi dalam kondisi tertentu hingga terbentuk hasil reaksi yang diinginkan. Yang menjadi permasalahan adalah jika ada beberapa bahan pereaksi yang akan direaksikan dalam beberapa reaksi kimia yang berbeda. Secara konvensional, ini harus dilakukan dengan mereaksikan satu per satu pereaksi-pereaksi yang diperlukan. Hal ini dapat membutuhkan waktu yang sangat lama, sehingga cara yang lebih cepat menjadi diperlukan

COMBINATORIAL CHEMISTRY

Kombinatorial adalah cabang matematika untuk memperoleh jumlah cara pengaturan objek-objek tertentu dalam himpunannya. Dengan menghitung secara kombinatorial, dapat diperoleh jumlah kemungkinan pengaturan dari sejumlah objek dalam suatu himpunan tanpa harus mengenumerasi (pencacahan) kemungkinan tersebut secara satu per satu.

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

Proses Tradisional dan Proses Kimia Kombinatorial

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 Metode Sintesis Kimia Secara Tradisional dan Kombinatorial

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.

Proses Sintesis Kombinatorial pada Fase 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 senyawasenyawa dimer (senyawa yang strukturnya merupakan gabungan dari dua buah komponen penyusun) yang mungkin terbentuk.

Jika dimisalkan terdapat X buah komponen (senyawa) yang direaksikan maka jumlah dimer yang terbentuk 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

X n

Hal ini menunjukkan bahwa hanya dengan beberapa langkah reaksi, dapat terbentuk banyak ragam molekul yang susunannya berbeda tetapi mirip.

Proses Sintesis Kombinatorial dengan Larutan

Hal ini dilakukan untuk mengatasi keterbatasan pada sintesis fase padat. Keterbatasan/kekurangan sintesis fase padat untuk sintesis secara kombinatorial, antara lain bahan kimia yang berwujud padat terbatas dan terdapat kesulitan pada saat memantau sejauh mana reaksi berlangsung ketika substrat (bagian yang menjadi perhatian dari reaktan) dan hasil reaksi terkait pada bahan berfase padat. Kelebihan lain dari sintesis dengan larutan adalah tidak diperlukannya bahan-bahan

yang menjadi prasyarat seperti untuk melakukan sintesis pada fase padat.

Proses sintesis secara tradisional melibatkan reaksi secara bertahap. Hasil reaksi dikarakterisasi dan dimurnikan terlebih dahulu, kemudian melalui proses screening (pemisahan). Setelah pemisahan, tahap ini dapat dilakukan lagi secara berulang untuk membangun senyawa analog (senyawa yang berbeda jenis tetapi serupa) lainnya.

Perbedaan proses kombinatorial dengan larutan

Pada sintesis secara kombinatorial, yang berlangsung secara paralel, substrat bereaksi dengan sejumlah reaktan lainnya membentuk hasil reaksi sejumlah tertentu. Kumpulan ini kemudian melalui proses screening, pemisahan molekul-molekulnya, umumnya tanpa melalui proses pemurnian. Karakterisasi juga dilakukan, tetapi secara lebih minimum. Saringan yang digunakan untuk screening ini memiliki keluaran lebih besar daripada yang digunakan pada sintesis secara tradisional.

Analisis Kombinatorial

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.

a.    Proses Sintesis Kombinatorial pada Fase Padat

            Sintesis     fase     padat     dianggap     sebagai     awal perkembangan   kimia   kombinatorial.   Hal   ini   telah berkontribusi  dalam  penemuan  bahan-bahan  baru  dibidang  obat-obatan,  katalisator  (pemercepat  reaksi),atau   penemuan   bahan-bahan   alam.   Sintesis   ini merupakan   sintesis   organik   dengan   menggunakan bahan pendukung dalam wujud padat.

             Sintesis  kimia  secara  kombinatorial  pada  fase  padat memanfaatkan  suatu  proses  yang  dinamakan  sebagai sintesis    “campur    dan    pisahkan”.

b.     Proses Sintesis Kombinatorial dengan Larutan

Selain    sintesis    fase    padat,    ada    pula    sintesis kombinatorial  yang  dilakukan  pada  larutan.  Hal  ini dilakukan  untuk  mengatasi  keterbatasan  pada  sintesis fase   padat.   Proses  sintesis  secara  tradisional  melibatkan  reaks isecara   bertahap.   Hasil   reaksi   dikarakterisasi   dan dimurnikan  terlebih  dahulu,  kemudian  melalui  proses screening(pemisahan).  Setelah  pemisahan,  tahap ini   dapat   dilakukan   lagi   secara   berulang   untuk membangun  senyawa  analog  (senyawa  yang  berbeda jenis tetapi serupa) lainnya.

Sementara   itu pada   sintesis   secara   kombinatorial yang   berlangsung   secara   paralel substrat   bereaksi dengan  sejumlah  reaktan  lainnya  membentuk  hasil reaksi   sejumlah   tertentu.   Kumpulan   ini   kemudian melalui    proses screening,    pemisahan    molekul-molekulnya,     umumnya     tanpa     melalui     proses pemurnian. Karakterisasi juga dilakukan tetapi secara lebih   minimum.   Saringan   yang   digunakan   untuk screening ini  memiliki  keluaran  lebih  besar  daripada yang digunakan pada sintesis secara tradisional.

Aplikasi dan Perkembangan KimiaKombinatorial

Manfaat   terbesar   dari   kimia   kombinatorial   adalah penemuan  bahan-bahan  baru,  khususnya  di  bidang farmasi.  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.

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.

Permasalahan:

1. Apa yang menyebabkan sintesis fasa padat dapat berlangsung? Sedangkan pada fasa solution sulit berlangsung. Apakah yang mempengaruhinya?

2. Pada proses sintesis kombinatorial diketahui dapat menghasilkan banyak ragam molekul, apakah kejadian ini dapat semakin mempersulit pengerjaan dalam pemisahannya?

3. Kimia kombinatorial memiliki aplikasi dalam penemuan  bahan-bahan  baru,  khususnya  di  bidang farmasi, meskipun  pengujian  dapat  dilakukan secara  maya,tetap  dibutuhkan  eksperimen secara nyata  agar  suatu senyawa  hasil  uji  dapat dimanfaatkan  secara  nyata. Penggunaan pemisahan secara maya memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan eksperimen secara langsung. Apa saja keunggulan tersebut?

4. 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?