The Art and Science Of Total Synthesis

The Art and Science Of Total Synthesis

Perubahan terbesar dalam kimia terjadi pada bidang kimia organik. Salah satu contohnya adalah kasus kimiawan Amerika, Robert B Woodward. Woodward adalah kimiawan organik klasik terbesar, namun ia juga terdepan dalam mengeksploitasi instrumen baru, khususnya spektrometri inframerah, ultraviolet dan NMR. Keahliannya adalah melakukan sintesis total, penciptaan zat organik (biasanya alami) sepenuhnya di laboratorium, dimulai dari bahan yang sesederhana mungkin. Senyawa-senyawa yang berhasil ia sintesis bersama rekan-rekannya adalah alkaloid, seperti quinine dan srychnine, antibiotik seperti tetrasilin, dan molekul yang sangat rumit, klorofil.

Pencapaian terbesar Woodward dicapai enam tahun setelah ia menerima hadiah nobel kimia tahun 1965; sintesis vitamin B12, sebuah rekor kerumitan baru. Universitas Harvard berhasis mensintesis produk alami yang lebih rumit lagi kemudian, yaitu palytoksin, yang memiliki lebih dari 60 stereosenter.

Sintesis total ini memiliki manfaat praktis maupun ilmiah. Sebelum revolusi instrumental, sintesis sering dilakukan untuk membuktikan struktur molekul. Sekarang mereka adalah syarat untuk penemuan jenis obat baru. Mereka juga dapat dipakai untuk membuktikan teori. Bersama dengan teoritikus kimia Amerika kelahiran Polandia, Roald Hoffmann, Woodward mengikuti petunjuk dari sintesis B12 yang menghasilkan perumusan aturan simetri orbital. Aturan ini tampak berlaku pada semua reaksi organik termal atau fotokimia yang terjadi dalam satu langkah. Kesederhanaan dan ketelitian prediksinya dibuat oleh beberapa aturan baru, termasuk detail stereokimia yang sangat spesifik dari hasil reaksi, dan menjadi alat yang berharga untuk kimiawan organik sintetik.

Stereokimia, lahir pada akhir abad ke-19. Ia menerima perhatian yang tetap sepanjang abad ke-20. Detail struktur molekul tiga dimensi terbukti tidak hanya memiliki fungsi kritis, kimia dan biokimia saja namun juga sangat sulit untuk di analisa dan disintesis. Beberapa hadiah nobel kimia di paruh abad ke dua diberikan sebagian atau seluruhnya pada kemajuan di bidang stereokimia. Contohnya antara lain Derek Barton dari Inggris, John Cornforth dari Australia, Vladimir Prelog dari Uni Soviet dan lainnya. Peraih nobel kimia tahun 1990 dari Amerika, Elias J Corey, berhasil mengembangkan apa yang ia sebut analisis retrosintetis. Penemuan ini sangat dibantu oleh perangkat lunak komputer interaktif khusus. Pendekatan ini mengubahkimia organik sintetis. Inovasi penting lainnya adalah kimia kombinatorial, dimana sejumlah senyawa dibuat sekaligus – semua permutasi yang mungkin – dan kemudian di pindai untuk dicari apa yang diinginkan. 

Salah satu yang menarik dalam perkembangan kimia organik ialah sintesis vitamin B12. Vitamin B12, disebut juga kobalamin, yaitu sebuah vitamin larut air yang berperan penting dalam berfungsi normalnya otak sistem saraf, serta dalam pembentukan darah. Vitamin ini merupakan salah satu dari delapan vitamin B. Umumnya vitamin ini terlibat dakam metabolisme setiap sel dalam tubuh, terutama pengaruhnya pada sintesis dan regulasi DNA serta pada sintesis asam lemak dan produksi energi.

Vitamin B12 bisa dihasilkan melalui dua cara, sintesis kimia, dan fermentasi mikrobial. Walaupun Woodward dan Eschenmoser berhasil melakukan sintesis kimia vitamin B12, prosesnya membutuhkan 70 step reaksi yang amat sangat kompleks. Berikut skema ringkas sintesis vitamin B12:

 a) Strategic bond disconnections and retrosynthetic analysis of (ÿ)-vitamin B12 , b) key synthetic methodologies developed in the course of the total synthesis, c) and final synthetic steps in the Woodward-Eschenmoser total synthesis of vitamin B12 (Woodward ± Eschenmoser, 1973)

Sintesis total vitamin B12, dicapai pada tahun 1973 oleh kolaborasi antara kelompok Dari Woodward dan Eschenmoser, berdiri sebagai monumental Prestasi dalam sejarah kimia organik sintetis. Jarang sebelum proyek sintetis menghasilkan begitu banyak pengetahuan, termasuk : reaksi pembentukan ikatan baru dan strategi, solusi cerdik untuk masalah sintetis, pertimbangan biologis dan hipotesis. Dari prinsip konservasi simetri orbital yang dikenal sebagai Aturan Woodward dan Hoffmann. [98] Struktur dari Vitamin B12 terungkap pada tahun 1956 melalui rontgen yaitu karya kristalografi Dorothy Crowfoot-Hodgkin. Eskalasi kompleksitas molekul dari haemin menjadi klorofil Vitamin B12 menarik tidak hanya dari sudut pandang strukturalnya, tapi juga sintesis total masing-masing molekul mencerminkan perkembangan sains dari sintesis organik pada saat terjadi reaksi sintesis. Salah satu yang paling menonjol dari banyak sintesis, sintesis Woodward ± Eschenmoser dari vitamin B12 adalah penutupan cincin yang diteruskan dari corrin ring yang sudah terorganisir dengan sistem linear yang dibungkus dengan metal template. Hal ini merupakan pencapaian eksklusif kelompok Eschenmoser. Pendekatan konvergen mendefinisikan asam cobyric (2 pada skema) sebagai kunci utama, yang sebelumnya telah diubah menjadi vitamin B12 oleh Bernhauser Et al.  Sintesis vitamin B12 mendefinisikan batas penelitian sintesis bahan organik alami saat itu. 

Referensi : K. C. Nicolaou,* Dionisios Vourloumis, Nicolas Winssinger, and Phil S. Baran. The Art and Science of Total Synthesis at the Dawn of the Twenty-First Century**. Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 44 ± 122.

Terima Kasih, semoga bermanfaat :)