Process Chemistry and Combinatorial Chemistry

Process Chemistry and Combinatorial Chemistry

Kimia proses merupkan salah satu cabang dari kimia farmasetikal dengan pengembangan dan optimisasi dari suatu skema sintetik dan pilot plan prosedur untu membangun senyawa sebagai obat misalnya

Kimia kombinatorial merupakan suatu pendekatan dalam ilmu kimia yang melibatkan sintesis berbagai jenis molekulyang 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.

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.

Kebanyakan metode sintetis kombinatorial didasarkan pada pendekatan fase padat tetapi ada versi yang dapat direalisasikan dalam larutan juga.

The solid phase synthesis

Sintesis fase padat sangat penting dalam kimia kombinatorial karena sebagian besar prosedur sintetik kombinatorial didasarkan pada metode ini. Sintesis fase padat dikembangkan oleh Merrifield1 dan ditunjukkan dalam sintesis peptida. Peptida dan proþtein dibangun dari asam α-amino

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

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.

Dalam reaksi fase padat, digunakan solid support. Beberapa jenis dari solid support itu telah dikembangkan. Solid support harus memiliki sifat tidak larut dengan pelarut yang digunakan dalam sintesis dan juga tidak berekasi dengan reagennya.

The solution phase synthesis

Sebelum diperkenalkan oleh Merreifield20 dari sintesis fase padat, senyawa organik umumnya disiapkan dalam larutan. Penggunaan sintesis fase solusi dalam kimia kombinatorial memiliki beberapa keuntungan dan juga kerugian yang serius. Keuntungan utama adalah bahwa sebagian besar prosedur sintetik yang dicatat dalam literatur diwujudkan dalam fase solusi. Kerugiannya, di sisi lain, adalah bahwa dalam reaksi multi-langkah produk perlu diisolasi dan dimurnikan di setiap langkah yang sering membosankan dan memakan waktu. Namun demikian, metode sintesa fase solusi juga diterapkan dalam kimia kombinatorial. Ada pendekatan, bagaimanapun, yang memungkinkan untuk mengurangi kerugian dan sehingga membuat prosedur fase solusi kompetitif dan berlaku selain metode fase padat.

Dendrimer merupakan salah satu material yang bisa digunakan sebagai pendukung. dendrimer merupkan suatu oligomer, bersifat mudah larut memiliki ukuran molekul yang besar melebihi reagen dalam sintesis kombinatorial. karena pada ujung cabangnya bisa dilekatkan building block sehingga bisa digunakan sebagai soluble support untuk sintesis ini.

Sumber :

Furka, A. 2007. Combinatorial Chemistry : principles and Techniques .Budapest: Arpad Furka.http://members.iif.hu/furka.arpad/BookPDF.pdf
Hadiwinoto, C. 2008. Aplikasi Kombinatorial dalam Sintesis Kimia. Bandung : Program Studi Teknik Informatika, Institut Teknologi Bandung.http://informatika.stei.itb.ac.id/~rinaldi.munir/Matdis/2008-2009/Makalah2008/Makalah0809-086.pdf

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

Pertanyaan :

1.  mengapa sintesis secara kombionational lebih baik dibandingkan sintesis secara konvensional?

2.  Bagaimana karakteristik dari solid support dalam solid phase synthesis?

PERICYCLIC REACTION : THE DIELS-ALDER REACTION

PERICYCLIC REACTION : THE DIELS-ALDER REACTION

                 

Reaksi perisiklik merupakan suatu jenis reaksi organik di mana keadaan transisi molekul memiliki suatu geometri siklik, dan reaksi berjalan secara serentak. Reaksi perisiklik biasanya merupakan suatu reaksi penataan ulang. Reaksi perisiklik terjadi pada diena ataupun poliena terkonjugasi yang berlangsung dengan mekanisme serempak seperti reaksi S_N2 artinya ikatan- ikatan lama terputus ketika ikatan baru terbentuk dan semuanya terjadi dalam satu tahapan. Reaksi perisiklik dikarakteristikan oleh suatu keadaan transisi siklik yang melibatkan ikatan ikatan pi.

Terdapat 3 tipe reaksi perisiklik yaitu reaksi sikloadisi, reaksi elektrosiklik dan penataan ulang sigmatropik.  Reaksi sikloadisi adalah reaksi di mana dua molekul bergabung membentuk sebuah cincin. Dalam reaksi ini dua ikatan pi diubah menjadi ikatan sigma. Contoh reaksi sikloadisi ialah reaksi Diels-Alder.

Diels-Alder

               Reksi adalah metode yang sangat berharga untuk sintesis 6-cincin. Hal ini tidak berada dalam lingkup kursus ini untuk membahas secara rinci tentang reaksi ini

Sikloadisi sangat kuat terjadi ketika penyerangan ke formasi terkontrol dari beberapa pusat stereogenik.

                

Reaksi diatas adalah reaksi Diels-Alder. Reaksi Diels-Alder merupakan cara terbaik untuk memperkenalkan beberapa pusat kiral baru dalam sekaligus. Contoh diatas produknya adalah asam rasemat 3. Wajah dienofil 2 adalah enansiotopik; jika serangan diena dari satu sisi 4a, maka didapat satu enansiomer (R)-3 dan jika diserang dari sisi 4b maka didapat (S)-3. 

 Seperti yang disebutkan pada pembentukan cincin Robinson, reaksi Diels-Alder merupakan salah satu cara membuat cincin pada sintesis organik. Reaksi Diels-Alder berlangsung antara diena terkonjugasi (1) dengan suatu dienofil (2). Selain alkena, alkuna (3) juga dapat bertindak sebagai dienofil.

refrence :

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

                      Wyat, P dan S. Warren. 2007. OrganicSynthesis: StrategyandControl.England: John Wiley& Sons,   Ltd.

PERTANYAN:

    1.   Bagaimana hubungan reaksi antara gugus penarik elektron dari dienofildengan produk yang         dihasilkan dalam reaksi adisi diel salder ?

    2.   Bagaimana pengaruh pemberian asam lewis pada reaksi diels alder?

STEREOCONTROL AND RING-FORMATION

A.    Kontrol Stereo pada Sistem Asiklis.

Reaksi molekul asiklik dapat menghasilkan stereoisomer, dan ketika seorang ahli kimia mengacu pada "mengendalikan stereokimia" dalam reaksi seperti itu ada upaya untuk menghasilkan satu stereoisomer dalam preferensi ke yang lain sebagai produk utama dari suatu reaksi. Situasi khas di mana kontrol stereokimia penting adalah sebagai berikut:

Selektivitas Markonikov/Anti Markonikov

Reaksi khas yang menggambarkan adisi markonikov adalah reaksi HBr dengan 2-metil 2-butena yang menghasilkan 2-bromo 2-metil butana. Reaksi adisi anti markonikov yang khas adalah adisi boran pada alkena, yang menghasilkan alkohol pimer, setelah oksidasi terhadap intermediet alkil boran. Jika reaksi menghasilkan karbokation, maka orientasi Markonikov pasti dihasilkan. Jika diinginkan adisi anti-Markonikov, maka pengubahan pada mekanisme reaksi harus terjadi.

Reaksi HBr dengan 2-metil-2-butena yang menghasilkan 2-bromo-2-metil-butana.

Retensi vs Inversi Konfigurasi

Transformasi kelompok fungsional sering dilanjutkan dengan retensi, rasemisasi atau inversi pusat stereokimia. Jelas, penting untuk memprediksi stereoisomer mana yang lebih disukai jika reaksi bersifat stereoselektif, dan juga penting untuk mengantisipasi stereokontrol yang buruk dalam suatu reaksi. Dalam reaksi SN2, kita tahu bahwa reaksi berlangsung dengan inversi stereokimia lengkap dan SN1 diprediksi untuk melanjutkan dengan rasemisasi lengkap atau parsial.. Contoh sederhana untuk menginversi pusat stereokimia adalah mengkonversi gugus fungsi menjadi gugus fungsi lainnya. Proses ini biasanya melibatkan alkohol atau substrat amina. Jika alkohol dikonversi menjadi turunan dengan ikatan C – O lemah serta adanya kecenderungan yang besar untuk terjadinya penggantian ,maka tipe S_N2 menjadi mungkin dengan inversi pusat stereogenik tersebut.

Contoh pengontrolan konfigurasi pusat khiral adalah konversi alkohol sekunder khiral menjadi klorida sekunder yang sesuai dengan tionil klorida

Selektivitas cis-trans

Kontrol pada geometri cis-trans telah ditunjukkan pada reduksi alkuna engan hidrogenasi katalitik atau dengan logam alkali. Katalis Lindlar memungkinkan terjadinya reduksi secara selektif terhadap alkuna menjadi cis-alkena. Keadaan yang berlawanan, alkun dengan logam alkali akan menghasilkan trans-alkena. Sekali lagi, pengertian utama terhadap perbedaan dua mekanisme reaksi tersebut memungkinkan pengontrolan geometri cis-trans produk akhir.

Katalis Lindlar memungkinkan terjadinya reduksi secara selektif terhadap alkuna menjadi cis-alkena.

Selektivitas syn-anti

Reaksi enolat merupakan contoh tentag kemampuan untuk mempengaruhi atau mengontrol distereoselektivitas, dengan mengubah basa atau kondisi reaksi lain. Produk-produk akhir dari serangkaian reaksi ini adalah syn diastereomer dan antidiastereomer.

Pada contoh ini, syn diol dibentuk melalui pelepasan nukleofil hidroksida dari sisi belakang ke karbon yang kurang terhalang. Hasil yang diperoleh adalah syn-diol. Dalam beberapa hal,mungkin mengontrol pembukaan cincin epoksida,terutama terhadap molekul siklis, seperti pada reaksi 1-fenilsikloheksena oksida dengan hidroksida.

Khelasi Heteroatom

     Salah satu faktor utama untuk mengontrol distereoselektivitas adalah pengaruh khelat gugus-gugus heteroatom tetangga (pengaruh gugus tetangga). Keadaan ini dapat ditunjukkan pada reaksi alkohol alilikkhiral dengan asam peroksi. Koordinasi dengan oksigen dan pelepasa oksigen elektrofilik dari sisi tersebut menghasilkan alkohol epoksi.

Epoksidasi asimetris Sharples memanfaatkan selektivitas yang timbul dari koordinasi dengan alkohol alilik oleh penambahan agen khiral untuk mengontrol selektivitas.pengikatan alkohol alilik pada logam adalah penting untuk pelepasan oksigen elektrofilik dan juga untuk pengontrolan orientasi alkena relatif terhadap agen epoksidsi.

Kecenderungan terjadinya khelat heteroatom tegantug pada pereaksi yang digunakan. Zink borohidrida mengadakan koordinasi yang sangat kuat dengan heteroatom, tetapi litium aluminium hidrida menunjukan selektivitas yang kurang.hal ini disebabkan oleh koordinasi yang lemah dengan heteroatom.

Salah satu faktor utama untuk mengontrol diastereoselektivitas adalah pengaruh khelat gugus-gugus heteroatom tetangga.

B. Kontrol Stereo Pada Sistem Siklis

Selektivitas Markonikov/Anti-Markonikov

Masalah-masalah yang berkaitan dengan adisi secara regioselektif pada molekul-molekul siklis pada dasarnya sama seperti pada molekul-molekul asiklis. Sebagai contoh, reaksi HBr dengan metilsiklopentena merupakan regioselektivitas yang tinggi untuk produk Markonikov yang menghasilkan tersierbromida, 1-bromo-1-metilsiklopentana.

Aturan Bredt

Reaksi lain di mana regioselektivitas bersifat penting adalah pembentukan ikatan rangkap pada reaksi eliminasi. Regiokontrol pada eliminasi diperoleh dengan pengikatan basa pada molekul (basa internal untuk eliminasi syn) atau dengan pengikatan basa pada molekul seperti pada reaksi biomolekul (basa eksernal untuk eliminasi anti). Penambahan pada halida dengan kalium-t-butoksida dalam t-butanol menghasilkan antieliminasi, dan membentuk alkena yang lebih banyak tersubtitusi. Hal ini disebabkan sifat termodinamika reaksi dan persyaratan elektronik bahwa kedudukan gugus pergi antiterhadap hidrogen yang dilepaskan. Efek yang sama terjadi pada halida siklis seperti cis-2-1- metilsiklopentana, yang bila direaksikan dengan basa menghasilkan metilsiklopentana.

Retensi vs invarsi (kontrol diastereo)

     Reaksi molekuler siklis yang melibatkan pembentukan pusat-pusat khiral mirip seperti yang terjadi pada system asiklik. Reaksi asida (NaN₃) dengan cis - 4 –t-butil-1-bromo-sikloheksana. Menghasilkan azida, dengan inversi konvigurasi penuh Melalui  jalur reaksi  S_N2.contoh:

     Perbedaan utama antara system siklis dan systemansiklis adalah ketidakmampuan sistem siklis mengalami rotasi disekitar ikatan karbon-karbon yang menghasilkan perbedaan konfigurasi. 

Isomer-isomer cis-trans (diastereoselektivitas)

Pada system siklis, pengontrolan geometric cis-trans merupakan persoalan diastereoseletivitas. Konformasicicin, kemampuan kekonformasian pada keadaan transisi, dan stabilitas produk akhir, merupakan hal yang penting untuk mengkontrol dan memprediksi  stereokimia. Contoh: Reduksi 4-t-butilsilkoheksanon menunjukan kemantapan yang ditandai pelapisan hibrida melalui jalur a(perbandingan a : b = 91 : 9), selama reaksi dengan LiAlH₄ yang menghasilkan trans-alkohol)

Pengaruh Khelasi dan Gugus Tetangga

Pengaruh gugus sederhana yang di pengaruhi pelepasan  “oksigen” ke ikatan rangkap  dua alcohol telah dikemikakan oleh Henberst dan Sharless. Ini merupakan pengaruh untuk reaksi asiklis.

     Pengaruh gugus seperti ini disebabkan oleh pengaruh khelasisubtituen heteroatom dengan pereakai. Pengaruh gugus tetangga dapat menjadi jelas dan dapat digunakan untuk mengarahkan steroekimia  dari suatu reaksi.

B.    Ring Formation

Pengenalan dari aturan Baldwin untuk penutupan cicin, mempelajari nukleofil, homolitik, dan proses penutupan cicinkationik, dan mendapatkan pola reaktifitas yang dapat relativdiprediksi.Pendekatan ini didasarkan pada persyaratan-persyaratan steriokimia dan sudut pendekatan yang memungkinkan untuk membawa ersama-sama dua pusat rebktif  bila dihubungkan dengan atom-atom (tether). Baldwin mengklasifikasikan penutupan cicin menjadi dua kategori :  EXO (aliran electron dari reaksi adalah eksternal terhadap cicin yang akan dibentuk) dan ENDO (aliran elektro didalamcicin yang akan dibntuk).jika atom yang diikat dinyatakan tet  dan cicin yang akan dihasilkan adalah 6.118. Peningkatan atom pada sp²disebut TRIG (membentuk cicin) dan peningkatan hibridisasi pada atom sp disebut DIG( pembentukan cicin).

Bila kita bicarakan aturan Baldwin, maka yang paling perluh dibicarakan adalah pertama-tama adalah persyaratan sudut peningkatan untuk membawa dua ujung raktif molekul bersama-sama. Elliot dan Graham-Richard menyatakan suatu metode untuk memprediksikan  sudut pendekatan yang cocok, yang haya didasarkan pada substrat. Pengggantian pada karbon sp³ pada umumnya melaui peningkatan dari bagian belakang dan gugus yang akan datang (X) harus mendekati karbon yang mengandung Y [ada sudut yang dekat dengan 180°.disini sudut ikat sekitar 120°,tetapi selama reaksi,atom  sp³ adalah tetrahedral  ( dengan sudut ikatan sekitar 109°)

FormationofCyclicCompounds : via CyclicTransition States

Cycloadditions (Sikloadisi)

Sikloadisi sangat kuat terjadi ketika penyerangan ke formasi terkontrol dari beberapa pusat stereogenik.

                

Reaksi diatas adalah reaksi Diels-Alder. Reaksi Diels-Alder merupakan cara terbaik untuk memperkenalkan beberapa pusat kiral baru dalam sekaligus. Contoh diatas produknya adalah asam rasemat 3. Wajah dienofil 2 adalah enansiotopik; jika serangan diena dari satu sisi 4a, maka didapat satu enansiomer (R)-3 dan jika diserang dari sisi 4b maka didapat (S)-3. Namun, sama sekali tidak penting sisi mana dari diena 1 yang bereaksi karena wajahnya homotopik.

Pada reaksi antara E,E-diena 5 dan asam tak jenuh6 dapat diharapkan untuk memberikan tambahan produk 7. Produk ini rasemik (±)-7 karena tidak membentuk enansiomer tunggal. Selektivitas dalam reaksi diatas berasal dari dua sumber (1) aspek stereospesifik, dimana stereokimia dalam bahan awal muncul dalam produk. Artinya, hubungan trans antara R dan CO₂H dalam asam tak jenuh 6 muncul di produk 7sebagai hubungan trans. Diktat stereospesifik yang sama memastikan bahwa kedua gugus metil diena 5berakhir pada sisi yang sama dalam produk. Gugus metil saling mentransformasikan satu sama lain dalam produk hanya jika kita memulai dengan E,Z-diena. (2)aspek stereoselektif, dimana reaksi ini disebut sebagai endo-selektivitas. Pada selektivitas endo yang normal, kelompok yang menarik elektron dari dienofil akan lebih suka berada didekat dengan diena elektronik.

Ketika 5 bereaksi dengan 8, kita tahu bahwa kedua gugus metil harus berada di sisi yang sama dari molekul dan dua gugus CO₂Me harus berada di sisi yang sama juga dari molekul.

Sumber:

            Sastrohamidjojo, H. 2009. Sintesis Senyawa Organik. Jakarta: Erlangga.

          Wyat, P dan S. Warren. 2007. OrganicSynthesis: StrategyandControl.England: John Wiley& Sons,   Ltd.

Pertanyaan :

1.    Bagaimana mengkontroljalannya reaksi, agar dihasilkan produk yang tinggi dengan hasil samping yang relatif kecil?

Bagaimana hubungan reaksi antara gugus penarik elektron dari dienofildengan produk yang dihasilkan dalam reaksi adisi dielsalder ?