Apakah ahli kimia organik menemukan lebih sedikit reaksi daripada beberapa dekade yang lalu?  |  Riset
Long Reads

Apakah ahli kimia organik menemukan lebih sedikit reaksi daripada beberapa dekade yang lalu? | Riset

Meskipun jumlah reaksi yang dilaporkan ahli kimia telah tumbuh secara eksponensial selama beberapa tahun terakhir, semakin sedikit jenis reaksi baru yang ditemukan, kata para ilmuwan. Menggunakan cheminformatics, peneliti telah menganalisis jutaan transformasi organik disimpan dalam database dan repositori paten, menyimpulkan bahwa sebagian besar kimia sintetik bergantung pada penggunaan kembali metode terkenal.

‘Beberapa juta reaksi dilaporkan setiap tahun, tetapi jujur ​​​​saja, banyak di antaranya adalah penerapan metodologi yang diketahui sama,’ kata pemimpin studi Bartosz Grzybowski dari Akademi Ilmu Pengetahuan Polandia dan Institut Sains dan Teknologi Nasional Ulsan, Korea Selatan . ‘Kami sebenarnya telah menemukan reaksi – paling banyak – pada tingkat linier, mungkin beberapa ribu setahun.’

Untuk mengklasifikasikan jenis reaksi, para peneliti menetapkan aturan, mempertimbangkan atom yang relevan secara mekanis yang terletak di dekat pusat reaksi, dan menuliskannya ke dalam suatu algoritma. ‘Kami kemudian melalui jutaan reaksi dan mengkategorikannya,’ jelas Grzybowski. ‘Kami melakukan ini pada titik waktu yang berbeda [starting with data from 1900] untuk melihat bagaimana jumlah reaksi baru berubah.’

Tim juga menemukan bahwa sementara penemuan jenis reaksi telah melambat, proses menjadi lebih kompleks, dengan lebih sedikit langkah yang diperlukan untuk menghasilkan perancah yang menantang. ‘Jika Anda mempertimbangkan transformasi kaskade atau reaksi multikomponen, ini sebenarnya mendapatkan popularitas,’ kata Grzybowski.

‘Ini memberitahu kita bahwa semua reaksi organik dan organologam sederhana antara dua reagen telah ditemukan,’ komentar ahli kimia organik fisik Guillaume Berionni dari Universitas Namur, Belgia. ‘Ahli kimia sintetis organik sekarang harus menggabungkan upaya penelitian mereka,’ tambahnya. ‘Kita harus bekerja sama dengan ahli kimia komputasi dan spektroskopi, dan menggunakan pendekatan baru seperti kimia otomatis dan sintesis organik yang didorong oleh kecerdasan buatan.’

‘Ada titik persimpangan sekitar dua dekade lalu, di mana reaksi kompleks mengambil alih yang sederhana,’ Grzybowski menunjukkan. Transformasi sederhana seperti Sn2 reaksi sama baiknya dengan kelelahan. ‘Dalam lebih dari seratus tahun, saya pikir orang telah cukup banyak mencoba setiap kombinasi yang mungkin,’ katanya.

Foto hitam-putih dari lab awal abad ke-20 yang sibuk.  Di sepanjang bangku kayu, pria - mengenakan jas - melakukan eksperimen, memegang gelas atau reagen pemipetan

Tapi ini tidak berarti medan mencapai kejenuhan (lihat Berita terpanas dalam sintesis), komentar Jean-Louis Reymond, yang mengembangkan metode komputasi untuk sintesis organik di Universitas Bern, Swiss. ‘Reaksinya mungkin tetap sama, tetapi saat ini banyak upaya dilakukan untuk membuat reagen dan kondisi reaksi lebih berkelanjutan,’ katanya. ‘Mari kita pertimbangkan hadiah Nobel baru-baru ini untuk organokatalisis – ini bukan hanya tentang reaksi baru tetapi juga tentang cara yang lebih sederhana dan lebih baik untuk melaksanakannya.’

Ahli kimia sintetis Maria Fernández-Herrera dari Cinvestav Mérida di Meksiko setuju bahwa sintesis organik bergerak ke arah di mana penemuan bahan baru atau proses yang lebih ramah lingkungan untuk aplikasi di berbagai bidang semakin penting. ‘Contoh yang sangat jelas adalah sintesis kerangka logam-organik dan struktur terkait lainnya,’ katanya. ‘Kontribusi kimia organik dalam hal reaksi baru adalah nol – karena bahan ini dibuat menggunakan prosedur yang dikenal luas – tetapi tujuan akhirnya adalah untuk membangun struktur yang berguna.’

Beberapa yang terkenal

Selain menghasilkan molekul yang berguna, reaksi populer cenderung kuat, menggunakan bahan-bahan murah dan bekerja dengan berbagai macam substrat. Melihat jenis mana yang menjadi populer, tim Grzybowski menemukan bahwa hanya beberapa ratus hingga seribu dari mereka yang pernah melakukannya. ‘Ini berarti bahwa Anda hanya dapat membuat model pembelajaran mesin prediktif untuk sebagian kecil kimia,’ katanya – terlalu sedikit data yang tersedia untuk sebagian besar kelas reaksi untuk melatih algoritme. Tim juga menemukan kesalahan dalam repositori. ‘Kami semacam mengidentifikasi reaksi mana yang harus dikeluarkan dari database ini karena kemungkinan hanya kesalahan,’ Grzybowski menjelaskan.

Ahli kimia organik David Nagib di Ohio State University, AS, menunjukkan bahwa meskipun penyederhanaan sangat bagus untuk tujuan pengajaran atau untuk melatih algoritma, para ilmuwan tidak dapat mengabaikan seluk-beluk reaksi. ‘Misalnya, Diels–Alder [reaction] dapat memasangkan diena yang kaya elektron dengan alkena yang kekurangan atau pasangan yang berlawanan – dan dapat terjadi dengan mekanisme terpadu, bertahap, polar atau radikal – dikatalisis oleh panas, cahaya, asam, enzim, logam, dan bahkan organokatalis. Menggabungkan semua ini bersama-sama sebagai satu jenis reaksi berisiko mengabaikan nilai dan kegunaan masing-masing bahan kimia ini.’

Berita terpanas dalam sintesis

Meskipun tim Grzybowski menemukan bahwa para peneliti telah menemukan semakin sedikit jenis reaksi, itu tidak semua malapetaka dan kesuraman di laboratorium kimia organik. Inilah yang menurut empat ahli adalah beberapa transformasi paling menarik yang dikembangkan dalam beberapa dekade terakhir.

Aktivasi molekul kecil

Mengaktifkan hidrogen molekuler dengan pasangan asam dan basa organik Lewis yang frustrasi, ‘menunjukkan bahwa memasangkan dua entitas kimia dari reaktivitas antagonis dapat membuka kemungkinan baru’. – Guillaume Berionni

Metatesis penutupan cincin

Reaksi ini telah ‘mengubah cara cincin dan, khususnya, siklus makro dibuat. Macrocycles sekarang muncul di mana-mana dalam obat-obatan.’ – Jean-Louis Reymond

Reaksi enantioselektif

‘Strategi seperti kolam kiral atau yang baru-baru ini [Nobel prize] organokatalisis pemenang adalah metode dengan dampak besar dalam industri farmasi dan agrokimia.’ – Maria Fernández-Herrera.

Foto- dan elektrokimia

Mereka adalah ‘alat yang menghasilkan radikal lebih mudah dan mereka memungkinkan kebangkitan penemuan kimia baru’. – David Nagib

Nagib menambahkan bahwa banyak kelas reaksi telah membuat lompatan besar sejak pertama kali ditemukan. Fungsionalisasi ikatan karbon-hidrogen telah berkembang dari keanehan mekanistik menjadi merevolusi penemuan obat, dan reaksi klik sekarang dapat dilakukan pada hewan hidup, katanya. ‘Untuk bukti bahwa aminasi Buchwald–Hartwig bukan hanya reaksi Ullmann, lihat saja dampak transformasionalnya pada penemuan obat selama beberapa dekade terakhir!’

Dan reaksi baru bisa datang dari tempat yang tidak terduga. Sebuah tim yang dipimpin oleh Suzanne Blum dari University of California, Irvine, AS, baru-baru ini menemukan cara menggunakan kembali siklisasi elektrofilik – versi sintesis indol Larock yang berusia puluhan tahun – untuk membuat alkena tersubstitusi. Hasilnya adalah jenis reaksi transfer gugus fungsi yang benar-benar baru.

Ketika bidang sintesis organik terus berkembang, begitu pula reaksi yang tetap menjadi daftar keinginan para ahli kimia. ‘Saya, secara pribadi, sangat percaya pada penataan ulang kompleks multikomponen,’ kata Grzybowski. ‘Satu langkah dan Anda dapat membangun kompleksitas seperti orang gila. Itu favoritku!’

Posted By : tgl hk