STEREOCHEMICAL CONSIDERING IN PLANNING SYNTHESIS

            Analisis retrosintetis adalah teknik pemecahan masalah dalam merencanakan sintesis organik. Ini dilakukan dengan melakukan transformasi molekul target menjadi struktur-struktur prekursornya yang lebih sederhana tanpa berasumsi tentang bahan awalnya. Masing-masing bahan prekursor diuji menggunakan metode yang sama. Prosedur ini diulang-ulang hingga diperoleh struktur paling sederhana atau yang tersedia di pasaran. E.J Corey. Kekuatan analisis retrosintesis menjadi bukti dalam rancangan sintesis. Sasaran analisis retrosintesis adalah penyederhanaan struktur kimia. Seringkali, suatu sintesis akan memiliki lebih dari satu jalur sintesis yang mungkin. Retrosintesis cocok untuk mengungkap berbagai kemungkinan jalur sintesis yang berbeda dan membandingkannya berdasarkan logika dan panjang jalur.

Contoh berikut akan memudahkan pemahaman konsep analisis retrosintesis.

            Dalam merencanakan sintesis asam fenilasetat, diidentifikasi dua sinton. Sebuah gugus nukleofil "^–COOH", dan gugus elektrofil "PhCH+2". Tentu saja, kedua sinton tersebut tidak tersedia begitu saja; ekivalen sintesisnya yang sesuai dengan sinton-sinton direaksikan untuk menghasilkan produk yang diinginkan. Dalam kasus ini, anion sianida adalah ekivalen sintesis untuk sinton ^–COOH; sementara benzil bromida adalah ekivalen sintesis untuk sinton benzil.

            Maka, sintesis asam fenilasetat yang ditentukan berdasarkan analisis retrosintesis menjadi sebagai berikut:PhCH 2 Br + NaCN ⟶ PhCH 2 CN + NaBr {\displaystyle {\text{PhCH}}_{2}{\text{Br}}+{\text{NaCN}}\longrightarrow {\text{PhCH}}_{2}{\text{CN}}+{\text{NaBr}}

PhCH 2 CN + 2 H 2 O ⟶ PhCH 2 COOH + NH 3 {\displaystyle {\text{PhCH}}_{2}{\text{CN}}+{\text{2 H}}_{2}{\text{O}}\longrightarrow {\text{PhCH}}_{2}{\text{COOH}}+{\text{NH}}_{3

Kenyataannya, asam fenilasetat telah disintesis dari benzil sianida yang disintesis berdasarkan reaksi antara benzil klorida dengan natrium sianida.

            Ada bermacam-macam strategi dalam retrosintesis yaitu strategi gugus fungsi, strategi stereoimia, strategi struktur tujuan, strategi berbasis transformasi dan strategi topologis. Dalam hal ini untuk strategi streokimia yaitu sejumlah pereaksi kimia memiliki kebutuhan stereokimia yang berbeda. Transformasi stereokimia (seperti penataan ulang Claisen dan reaksi Misunobu) dapat menghilangkan atau memindahkan kekhiralan yang diinginkan sehingga menyederhanakan target.

            Dalam pendekatan ini, sintesis direncanakan mundur mulai dari produk yang relatif kompleks menuju bahan yang tersedia sebagai molekul yang sederhana (bahan awal).  Pendekatan ini menghendaki pembangunan kerangka karbon dari molekul target, menempatkan gugus fungsional dan kontrol yang tepat dari aspek stereokimia.

Sebuah transformasi dalam kasus teknik retrosintesis dari reaksi Wittig ditampilkan berikut:

Dengan cara yang sama, analisis retrosynthetic dari reaksi Diels-Alder diwakili

berikut:

            Langkah retrosynthetic melibatkan pemecahan ikatan (s) untuk membentuk dua (atau lebih) sinthon disebut sebagai pemutusan (diskoneksi). Sinton adalah sebuah fragmen ideal, biasanya kation, anion atau radikal, hasil dari diskoneksi. Satu harus memilih pemutusan yang sesuai dengan reaksi yang menghasilkan produk paling banyak.

            FGI adalah proses transformasi dari gugus fungsi satu ke gugus fungsi yang lain untuk membantu perencanaan sintetis dan untuk memungkinkan pemutusan sesuai reaksi yang sesuai pula. Dalam merencanakan strategi sintetis, selain merancang cara membangun rangka karbon dengan fungsi yang diperlukan, ada faktor lain yang harus diatasi termasuk kontrol regiokimia dan stereokimia.

Pertanyaan:

1.    Apa saja 3 metodologi yang dideskripsian oleh Corey? Dan apa strategi lain  yang dapat diterapkan pada perencanaan suatu sintesis?

2.    Bagaimana kita menganalisis target agar dapat menentukan bahan awal yang terbaik?

3.    Bagaimana tahapan perancangan sintesis yang terdiri dari analisis dan sintesis?

PROCESS CHEMISTRY AND COMBINATORIAL CHEMISTRY

KIMIA KOMBINATORIAL

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  mulai  digunakan  oleh  industri pada tahun 1990-an. Namun sebenarnya,perkembangannya  sudah  dimulai  pada  tahun  1960-an pada   penelitian   tentang   sintesis   fase   padat   dari peptida, 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 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

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 yangberbeda-beda.Perbandingan   antara   proses   sintesis   kimia   secara tradisional   dan   kombinatorial   dapat   diilustrasikan sebagai berikut:

pada sintesis secara tradisional, sesuai pada contoh diatas 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.

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.

Pertanyaan:

1.    Apa prinsip dasar dari kimia kombinatorial? Dan apa yang melatarbelakangi munculya kimia kombinatorial ini?

2.    Proses sintesis kombinatorial ada yang melalui fase padat, Apa saja komponen agar dapat berlangsungnya sintesis fasa padat tersebut? Dan Apa kekurangan dari Proses Sintesis Kombinatorial pada Fase Padat?

3.    Apa yang membedakan proses sintesis tradisional dan proses sintesis kimia kombinatorial?

4.    Aplikasi apa yang telah diterapkan dengan kimia kombinatorial ini?