Aplikasi Kombinatorial dalam Sintesis KimiaChristian Hadiwinoto1)1)Program Studi Teknik Informatika, Institut Teknologi Bandung, Bandung 40132, email:if17081@students.if.itb.ac.idAbstract Makalah ini membahas salah satu aplikasikombinatorial pada bidang ilmu kimia. Kimiakombinatorial telah berkembang dan mempercepatproses sintesis bahan-bahan kimia. Dalam kimiakombinatorial, zat-zat kimia tidak direaksikan satuper satu sebagaimana dilakukan pada awalnya (caratradisional), tetapi direaksikan secara bersamaan danmenghasilkan molekul baru hasil sintesis dalamjumlah besar yang meningkat secara eksponesial.Penggunaan kaidah menghitung memungkinkananalisis terhadap kemungkinan jumlah yang dapatdihasilkan melalui suatu proses sintesis. Kimiakombinatorial paling besar manfaatnya di bidangfarmasi. Ilmu komputer juga berpengaruh terhadapkimia kombinatorial di bidang ini.Kata Kunci: fase padat, kimia, kombinatorial,larutan, screening, sintesis1.PENDAHULUANSintesis kimia amat bermanfaat dalam setiap aspekkehidupan manusia. Bahan pangan dan obat-obatanmasa kini banyak yang dibuat melalui proses kimiadalam industri. Selain itu, industri material jugabanyak yang memanfaatkan proses kimia untukmenghasilkan bahan yang kuat, elastis, tahan lama,atau rendah biaya sementara dapat diproduksi dalamjumlah besar (mass-produced)[11].Seiring berkembangnya industri kimia dan ilmu kimia,banyak bahan kimia baru yang ditemukan oleh parailmuwan dan insinyur. Penemuan senyawa baru inidapat berlangsung secara sengaja, yaitu melaluikegiatan ilmiah, yakni penelitian dan pengembangan(litbang)[12]. Namun, ada pula penemuan yang terjadisecara tidak sengaja, seperti yang terjadi padapenemuan polimer karet.Semua pembentukan senyawa kimia berlangsungmelalui suatu atau serangkaian reaksi kimia. Reaksikimia ini melibatkan satu atau lebih macam molekul(molekul unsur atau molekul senyawa) menjadi zatyang sifat fisisnya berbeda[13]. Proses ini dibuatdengan mereaksikan unsur atau senyawa pereaksidalam kondisi tertentu hingga terbentuk hasil reaksiyang diinginkan. Yang menjadi permasalahan adalahjika ada beberapa bahan pereaksi yang akandireaksikan dalam beberapa reaksi kimia yangberbeda. Secara konvensional, ini harus dilakukandengan mereaksikan satu per satu pereaksi-pereaksiyang diperlukan. Hal ini dapat membutuhkan waktuyang sangat lama, sehingga cara yang lebih cepatmenjadi diperlukan.2.KOMBINATORIALProses enumerasi, atau pencacahan semua pengaturanyang mungkin dari sekumpulan objek berjumlahtertentu secara satu per satu merupakan cara untukmendapatkan jumlah pengaturan yang mungkin dibuatdari sekumpulan objek tersebut[19]. Cara inimerupakan cara paling sederhana. Akan tetapi, dalamkasus jumlah objek yang banyak, enumerasi dapatmenjadi sangat lama dan mustahil untuk dapatdilakukan dengan tepat.Proses enumerasi yang kurang mangkus, terutamadalam menangani objek dalam jumlah besar, dapatdiatasi dengan pendekatan secara kombinatorial.Kombinatorial adalah cabang matematika untukmemperoleh jumlah cara pengaturan objek-objektertentu dalam himpunannya[19]. Denganmenghitung secara kombinatorial, dapat diperolehjumlah kemungkinan pengaturan dari sejumlah objekdalam suatu himpunan tanpa harus mengenumerasikemungkinan tersebut secara satu per satu. Meskipunkombinatorial tidak meniadakan keharusan melakukanenumerasi pada semua kasus, kombinatorial menjadisangat membantu dalam pemecahan masalah, sepertimenghitung jumlah kemungkinan sandi lewat(password) yang harus dicoba untuk menyusup kedalam sistem atau menghitung kombinasi yangmemungkinkan dari nomor seri yang unik.Kombinatorial juga berkaitan dengan ilmu peluangdan statistika[1] untuk menghitung peluangdiskrit[19].2.1Kaidah-KaidahMenghitung dalamKombinatorialDalam menghitung semua kemungkinan pengaturanobjek secara kombinatorial, ada dua kaidah dasarpenghitungan, yaitu[20]1.Kaidah perkalian (rule of product): Misalnya adadua buah percobaan yang dilakukan secarabersamaan, yaitu percobaan 1 dengan hasilsejumlah N1dan percobaan 2 dengan hasilsejumlah N2, jumlah seluruh kemungkinan adalah21NN(1)2.Kaidah penjumlahan (rule of sum): Sama seperti

4.4Proses Sintesis Kombinatorial pada Fase PadatSintesis fase padat dianggap sebagai awalperkembangan kimia kombinatorial. Hal ini telahberkontribusi dalam penemuan bahan-bahan baru dibidang obat-obatan, katalisator (pemercepat reaksi),atau penemuan bahan-bahan alam[3]. Sintesis inimerupakan sintesis organik dengan menggunakanbahan pendukung dalam wujud padat.Agar dapat berlangsung, sintesis fase padatmemerlukan beberapa komponen, yaitu1.Bahan polimer yang inert (tidak tergantung)terhadap kondisi sintesis2.Pengait substrat (zat-zat yang direaksikan)3.Strategi perlindungan untuk dapat melakukanproteksi atau deproteksi secara selektif terhadapgugus-gugus reaktifSintesis kimia secara kombinatorial pada fase padatmemanfaatkan suatu proses yang dinamakan sebagaisintesis campur dan pisahkan[21]. Proses inidilakukan dengan membagi bahan pendukung reaksiberupa resin ke dalam beberapa porsi. Setelah itu,tiap-tiap porsi dimasukkan ke dalam masing-masingpereaksi untuk mengaktifkan pereaksi. Setelah reaksipengaktifan selesai, dilakukan pencucian untukmembersihkan sisa-sisa pereaksi sisa berlebih.Kemudian, porsi-porsi tersebut dicampurkan secaramerata. Setelah proses pencampuran, hasil reaksinyakemudian boleh jadi dipisah-pisahkan lagi ke dalamsejumlah porsi. Reaksi dalam sintesis inimenghasilkan jumlah yang lengkap dari senyawa-senyawa dimer (senyawa yang strukturnya merupakangabungan dari dua buah komponen penyusun) yangmungkin terbentuk.Jika dimisalkan terdapat X buah komponen (senyawa)yang direaksikan melalui proses yang telah disebutkansebelumnya, jumlah dimer yang terbentuk adalahXX(11)Jumlah tersebut sesuai dengan aturan perkalian, yangtelah disebutkan sebelumnya. Jika proses diulangisebanyak n kali dengan mereaksikan hasil reaksisebelumnya dengan komponen satuannya (yangberjumlah X), hasil reaksi yang terbentuk meningkatsecara eksponensial, yaitunX(12)Rumus pada persamaan 12 tersebut sebenarnyamerupakan perluasan dari kaidah perkalian, yang jugatelah disebutkan sebelumnya. Hal ini menunjukkanbahwa hanya dengan beberapa langkah reaksi, dapatterbentuk banyak ragam molekul yang susunannyaberbeda tetapi mirip.4.5Proses Sintesis Kombinatorial denganLarutanSelain sintesis fase padat, ada pula sintesiskombinatorial yang dilakukan pada larutan. Hal inidilakukan untuk mengatasi keterbatasan pada sintesisfase padat. Keterbatasan/kekurangan sintesis fasepadat untuk sintesis secara kombinatorial, antara lainbahan kimia yang berwujud padat terbatas danterdapat kesulitan pada saat memantau sejauh manareaksi berlangsung ketika substrat (bagian yangmenjadi perhatian dari reaktan) dan hasil reaksi terkaitpada bahan berfase padat. Kelebihan lain dari sintesisdengan larutan adalah tidak diperlukannya bahan-bahan yang menjadi prasyarat untuk melakukansintesis pada fase padat.Proses sintesis secara tradisional melibatkan reaksisecara bertahap. Hasil reaksi dikarakterisasi dandimurnikan terlebih dahulu, kemudian melalui prosesscreening(pemisahan)[9]. Setelah pemisahan, tahapini dapat dilakukan lagi secara berulang untukmembangun senyawa analog (senyawa yang berbedajenis tetapi serupa) lainnya.Gambar 2: Sintesis dalam Larutan SecaraTradisional[9]Sementara itu, pada sintesis secara kombinatorial,yang berlangsung secara paralel, substrat bereaksidengan sejumlah reaktan lainnya membentuk hasilreaksi sejumlah tertentu. Kumpulan ini kemudianmelalui prosesscreening, pemisahan molekul-molekulnya, umumnya tanpa melalui prosespemurnian. Karakterisasi juga dilakukan, tetapi secaralebih minimum. Saringan yang digunakan untukscreeningini memiliki keluaran lebih besar daripadayang digunakan pada sintesis secara tradisional.Gambar 3: Sintesis dalam Larutan SecaraParalel[9]

Seperti pada sintesis kombinatorial pada fase padat,sintesis larutan secara kombinatorial jugamempercepat pembentukan senyawa-senyawa baru.Terlihat dari gambar, bahwa pada saat yangbersamaan, dapat dihasilkan tiga macam hasil reaksi.Setelah terbentuknya hasil reaksi, karena yangbereaksi pada tahapan selanjutnya adalah kumpulansubstrat, hasil reaksi pada tahap berikutnya jugameningkat jumlahnya secara eksponensial.4.6Aplikasi dan Perkembangan KimiaKombinatorialManfaat terbesar dari kimia kombinatorial adalahpenemuan bahan-bahan baru, khususnya di bidangfarmasi[2]. Proses pembuatan bahan obat-obatan dapatmelibatkan proses pemisahan maya (virtualscreening), yaitu menggunakan simulasi denganbantuan komputer, juga pemisahan secara nyata (real),yang dilakukan secara eksperimen[6].Metode komputasi padavirtual screeningdalampembuatan obat-obatan dapat dimanfaatkan sebagaialat bantu prediksi atau simulasi bagaimana suatusenyawa tertentu bereaksi dengan protein sasarantertentu. Simulasi dengan komputer ini berguna,khususnya dalam membuat hipotesis ataumerencanakan penyempurnaaan terhadap bahan obat-obatan yang sudah ada.Gambar 4: Contoh pemodelan komputer untukpengujian sintesis senyawa baru[1]Penggunaan pemisahan secara maya memilikibeberapa keunggulan dibandingkan denganeksperimen secara langsung, antara lain1.biaya yang lebih rendah, karena tidak perlumembeli senyawa uji2.dimungkinkan untuk meneliti senyawa yangbelum pernah disintesis tanpa harus melakukanpengujian secara eksperimen langsungMeskipun pengujian dapat dilakukan secara maya,tetap dibutuhkan eksperimen secara nyata agar suatusenyawa hasil uji dapat dimanfaatkan secara nyata.Pengujian secara maya menggunakan simulasikomputer tetap tidak dapat menggantikan prosespengujian dengan eksperimen secara sepenuhnya [6].Selain dalam bidang farmasi, produksi bahan obat-obatan, kimia kombinatorial juga berperan dalambidang material. Bahan-bahan baru, seperti misalnyabahan yang dapat menghasilkan cahaya tanpa panas(luminescent) dengan substrat silikon[2].5.KESIMPULANBidang ilmu kombinatorial dapat menyederhanakan,terutama dalam hal waktu, pemecahan masalah dalamberbagai bidang, salah satunya adalah sintesis kimia.Dengan kimia kombinatorial, proses sintesis kimiadapat menjadi lebih cepat dan mangkus untuk dapatmelakukan sintesis bahan-bahan baru dalam jumlahbesar. Analisis kombinatorial menjadi berguna dalammenentukan jumlah hasil dari suatu sintesis. Selain itu,perbandingan antara menghitung semua kemungkinanhasil secara enumerasi dengan secara kombinatorialjuga mirip dengan perbandingan antara sintesistradisional dengan sintesis kombinatorial.Perkembangan ilmu komputer juga menjadi faktoryang berpengaruh terhadap kimia kombinatorial,sehingga proses sintesis dapat dilakukan dengan lebihcepat, murah, dan mangkus.DAFTAR REFERENSI[1]B. Hochfelder, Speeding Up Drug Discoverywith Imaging,Advanced Imaging Magazine,URL:http://www.advancedimagingpro.com/print/Advanced-Imaging-Magazine/Speeding-Up-Drug-Discovery-with-Imaging/1$4503, 2008, Waktuakses: Sabtu 03-01-2008 pukul: 21.18 WIB.[2]Combinatorial Chemistry,Wikipedia the freeencyclopedia, URL:http://en.wikipedia.org/wiki/Combinatorial_chemistry, 2008,Waktu akses: Jumat, 26-12-2008pukul:21.23 WIB.[3]Combinatorial Synthesis in Solution,Combinatorial Chemistry Review, URL:http://www.combichemistry.com/solution_phase_synthesis.html, 2008,Waktu akses: Jumat, 02-01-2009pukul: 21.43 WIB.[4]Combinatorial Synthesis on Solid-Phase,Combinatorial Chemistry Review, URL:http://www.combichemistry.com/solid_phase_synthesis.html, 2008,Waktu akses: Jumat, 02-01-2009pukul: 21.43 WIB.

[5]D. K. Brandvold, Molecule,MicrosoftEncarta 2006[DVD], Redmond, WA:Microsoft Corporation, 2005.[6]Introduction to Drug Discovery,CombinatorialChemistry Review, URL:http://www.combichemistry.com/drug-discovery.html, 2008,Waktu akses: Sabtu, 03-01-2008pukul: 15.38 WIB.[7]Microsoft, Encarta Dictionary Tools, MicrosoftEncarta 2006, Redmond, WA: MicrosoftCorporation, 2005.[8]P. L. Gaus, Acids andBases,MicrosoftEncarta 2006[DVD], Redmond, WA:Microsoft Corporation, 2005.[9]Parallel Solution Phase Synthesis,Combinatorial Chemistry Review, URL:http://www.combichemistry.com/parallel_synthesis.html, 2008,Waktu akses: Sabtu, 03-01-2008pukul: 15.02 WIB.[10]Principle of Combinatorial Chemistry,Combinatorial Chemistry Review, URL:http://www.combichemistry.com/principle.html,2008,Waktu akses: Jumat, 26-12-2008pukul:21.34WIB.[11]R. Chang,Chemistry - Ninth Edition, New York:McGraw-Hill, 2007, pp. 4 7.[12]___________,Chemistry - Ninth Edition, NewYork: McGraw-Hill, 2007, pp. 8 9.[13]___________,Chemistry - Ninth Edition, NewYork: McGraw-Hill, 2007, p. 92.[14]___________,Chemistry - Ninth Edition, NewYork: McGraw-Hill, 2007, p. 130.[15]___________,Chemistry - Ninth Edition, NewYork: McGraw-Hill, 2007, pp. 131 132.[16]___________,Chemistry - Ninth Edition, NewYork: McGraw-Hill, 2007, pp. 137 138.[17]___________,Chemistry - Ninth Edition, NewYork: McGraw-Hill, 2007, p. 646.[18]___________,Chemistry - Ninth Edition, NewYork: McGraw-Hill, 2007, p. 1040 - 1045.[19]R. Munir,Diktat Kuliah IF2091 Struktur Diskrit,Bandung: Departemen Teknik Informatika InstitutTeknologi Bandung, 2008, hlm. VI-1.[20]___________,Diktat Kuliah IF2091 StrukturDiskrit, Bandung: Departemen TeknikInformatika Institut Teknologi Bandung, 2008,hlm. VI-2.[21]Synthesis of Combinatorial Library,Combinatorial Chemistry Review, URL:http://www.combichemistry.com/synthesis_combinatorial_library.html, 2008,Waktu akses: Sabtu,03-01-2008pukul: 12.03 WIB.