PROCESS CHEMISTRY AND COMBINATORIAL CHEMISTRY

A. Process Chemistry (Kimia Proses)

            Process chemistry (kimia proses) berbeda dengan chemical process (proses kimia). Dimana process chemistry merupakan suatu bidang ilmu, sedangkan chemical process merupakan suatu metode dalam pengubahan senyawa kimia.

            Kimia proses adalah cabang kimia farmasi yang berkaitan dengan pengembangan dan optimalisasi skema dan prosedur sintetis dalam memproduksi senyawa untuk fase pengembangan obat. Kimia proses berbeda dari kimia medis; dimana kimia farmasi bertugas merancang dan menyintesis molekul pada skala kecil pada fase penemuan awal obat.

Kimia medis sebagian besar berkaitan dengan sintesis sejumlah besar senyawa dalam waktu secepat mungkin dari building block kimia yang mudah ditemukan. Sebaliknya, kimia proses bertugas mengidentifikasi proses kimia yang aman, biaya dan tenaga yang efisien, green chemistry (ramah lingkungan) dan reproduksibel. Dalam mencari rute sintetik terpendek dan paling efisien, para ahli kimia proses harus merancang solusi sintetis yang kreatif dimana mampu mengeliminasi tahap manipulasi gugus fungsi dan langkah oksidasi/reduksi yang mahal.

Kimia proses membutuhkan perpaduan antara pengetahuan teoritis dan praktis. Tujuan dari seorang ahli kimia proses adalah untuk mengembangkan rute sintetis yang aman, hemat biaya, ramah lingkungan dan efisien (dalam waktu dan atom). Selain menciptakan produk yang diinginkan, ahli kimia proses harus selalu menjaga biaya dan keselamatan kerja. Contohnya dengan menghindari mutagen dan karsinogen. Tujuan kimia proses tersebut berhubungan dengan kimia berkelanjutan (green chemistry).

B. 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.

Proses dalam sintesis kimia dapat dilakukan secara tradisional akan tetapi dapat berkembang dengan adanya kimia kombinatorial ini. Yang membedakan proses sintesis kimia secara tradisional dengan proses secara kombinatorial adalah 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:

 

Sedangkan 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.

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.

            Kimia kombinatorial memiliki aplikasi dalam penemuan  bahan-bahan  baru,  khususnya  di  bidang farmasi.  Dengan menggunakan 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 obat-obatan 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. 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.

Pertanyaan :

1.    Apa yang membedakan proses sintesis kimia secara tradisional dengan proses secara kombinatorial?

2.    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?