Sintesis senyawa obat yang memiliki pusat kiral

Sintesis senyawa obat yang memiliki pusat kiral

A. Senyawa Kiral

Senyawa Kiral adalah ketika empat ligan yang berbeda terikat kepada karbon tetravalent, menghasilkan molekul asimetris yang mana atom karbon sebagai pusat asimetrisnya. Gambar berikut menunjukkan dua isomer optik yang membuktikan adanya ligan yang berbeda disekitar pusat kiral (Fanali S).

Enantiomer adalah dua stereoisomer yang mana memperlihatkan tidak dapat dihimpitkan terhadap bayangan cerminnya. Diastereomers pada umumnya memiliki paling tidak dua pusat asimetris (satu diantaranya mempunyai konfigurasi yang sama) dan bukan merupakan bayangan cerminnya. Sebagian besar umumnya pusat kiral adalah diwakili oleh karbon tetrahedral, meskipun atom lain, seperti nitrogen, sulfur, dan phosphate, bisa ditemukan dalam stereoisomer. Senyawa yang memiliki sedikitnya dua enantiomer adalah senyawa kiral (Fanali S).

Sifat utama dari stereoisomer adalah diwakili oleh perputaran cahaya terpolarisasi kearah yang berbeda, berlawanan arah jarum jam (levo) dan searah jarum jam (dektro) atau L(-)- isomer dan D(-)- isomer. Menurut ketentuan Fischer, secara luas senyawa gula dan asam amino menggunakan symbol D dan L, dan hal ini berdasarkan pada perbandingan dengan senyawa +(-)-gliseraldehide dan saat ini digunakan juga ketentuan Cahn-Ingold-Prelog menggunakan R da S.

Prelog menggunakan R da S.

Rotasi optik untuk dua enantiomer dalam campuran rasemik adalah  sama (tidak memutar arah cahaya polarisasi). Sementara untuk diastereomer  tidak sama dengan enantiomer, diastereomers mungkin memiliki  perbedaan titik didih, titik beku dan atau kelarutan (Fanali S).

Pemisahan enantiomer dari rasemat, dengan kata lain pemisahan rasemat, adalah masalah biasa dalam penelitian stereokimia seperti halnya pada preparasi senyawa aktif biologi dalam obat. Masalahnya adalah berbeda dengan diastereomer dan tipe jenis isomer lainnya, enantiomer menunjukkan sifat fisika kimia yang sama (Davankov V.A.).

B. Penentuan Konfigurasi Enantiomer (Cairns D, 2004)

1. Ketentuan Fischer

Dengan mengunakan Proyeksi Fischer, sistem penggambaran konfigurasi gugus disekitar pusat kiral yang berbeda (susunan ruang atom atau gugus yang menempel pada karbon kiral), yaitu konvensi D dan L. Metode  ini banyak digunakan dalam biokimia dan kimia organik terutama untuk karbohidrat dan asam amino. Gliseraldehida ditetapkan sebagai senyawa standar untuk menentukan konfigurasi semua karbohidrat. Proyeksi Fischer terhadap gliseraldehida dengan rantai karbon digambarkan secara vertical, dengan karbon yang paling teroksidasi (aldehid) berada pada bagian paling atas. Gugus OH pada pusat kiral digambarkan pada sisi sebelah kanan untuk isomer D dan sisi sebelah kiri untuk isomer L. Ini berarti setiap gula yang memiliki stereokimia yang sama dengan D-gliseraldehida termasuk gula seri D (misalnya D-glukosa), sedangkan gula yang memiliki stereokimia yang sama dengan L-gliseraldehida termasuk gula seri L.

Situasi ini analog  untuk asam amino, jika proyeksi Fischer digambarkan (rantai karbon vertikal dengan atom karbon yang paling teroksidasi berada paling atas), maka semua asam amino “alami” yang ditemukan dalam protein manusia, diketahui memiliki gugus NH₃⁺pada posisi sebelah kiri proyeksi Fischer, yang sama dengan L-gliseraldehida, sehingga asam-asam amino ini dikenal sebagai asam amino seri L.  Hal ini sangat menguntungkan dan bermanfaat dibidang kesehatan, khususnya bidang Farmasi dalam hal rancangan obat dengan uji toksisitas selektif, di mana diketahui asam amino pada mikroorganisme memiliki konfigurasi yang berlawanan yaitu seri D, sebagai contoh Penisillin yang menghambat enzim transpeptidase dalam sintesis dinding sel mikroba, hal ini berhubungan dengan dipeptida D-alanin-D-alanin dari dinding sel mikroba yang mirip dengan  struktur penisillin. Sehingga penisilin tidak toksik terhadap manusia yang memiliki L-alanin dalam protein tubuh.

2. Ketentuan Cahn-Ingold-Prelog

Sistem yang paling sukses untuk menunjukkan konfigurasi senyawa-senyawa umum adalah konvensi Cahn-Ingold-Prelog. System ini menggunakan huruf R atau S untuk setiap pusat kiral dalam molekul dan merupakan pilihan untuk menentukan konfigurasi pusat kiral molekul obat. Penentuan setiap gugus yang melekat pada pusat kiral berdasarkan nomor atom yang bersangkutan. Nomor atom yang lebih berat memiliki prioritas yang lebih utama, sehingga atom hidrogen (H) pada urutan paling akhir. Jika keseluruhan prioritas disekitar kiral pusat telah ditentukan, kemudian dilihat susunan gugus mulai dari yang memiliki priotitas rendah (biasanya H). jika urutan prioritas gugus tersusun menurut arah jarum jam disekitar pusat kiral, karbon kiral menerima konfigurasi R (Rectus) dan jika sebaliknya sebagai konfigurasi S (Sinister).

C. Analisis Senyawa Kiral

Pemisahan enantiomer adalah penelitian yang banyak dilakukan dalam analisis kimia, terutama dalam bidang biologi dan farmasi, karena obat kiral diberikan sebagai sebagai salah satu enantiomer  atau sebagai campuran rasemat. Sering kali dua enantiomer dari obat rasemat yang sama memiliki efek farmakologi yang berbeda. Sebagai contoh S(+)-Propanolol sangat lebih aktif dari pada enantiomernya. Anastetik ketamin diberikan sebagai campuran rasemat, dan S(+)-ketamin lebih potensi dari pada R(-)-ketamin, disamping itu bentuk R(-)- menyebabkan efek setelah operasi. Karena efek samping yang mungkin disebabkan oleh hadirnya component campuran dalam rasemat obat, sehingga saat ini kecendrungan industry farmasi dalam mempersiapkan obat dalam satu enantiomer saja. Bagaimanapun hasilnya dari beberapa obat melalui reaksi stereoselektif atau proses penyiapan pemisahan enantiomer bisa memberikan bahan yang tidak murni. Jadi diperlukan metode analisis yang sensitif karena daya pemisahan yang tinggi, diperlukan untuk mengontrol proses sintesis senyawa kiral untuk sediaan farmasi.

Satu pendekatan dalam pemisahan enantiomer, kadang-kadang ditunjukkan sebagai pemisahan enantiomer secara tidak langsung, melibatkan penggabungan enantiomer dengan reagen kiral tambahan untuk mengubah molekul tersebut menjadi diastereomer. Senyawa diastrereomer tersebut bisa kemudian dipisahkan dengan beberapa tehnik pemisahan akiral (Davankov V.A.).

Pada saat ini, metode pemisahan secara langsung  biasanya dangan cara yang mana enantiomer ditempatkan dalam lingkungan kiral. Sebagai suatu prinsip penggunaan kiral selektor atau kiral irradiasi (misalnya : sinar cahaya terpolarisasi yang mana terdiri dari dua komponen kiral sirkular yang terpolarisasi) bisa membedakan dengan jelas antara dua enantiomer. Kiral selektor bisa merupakan suatu molekul atau permukaan kiral yang cocok. Dalam kaitannya dengan enantioselektif dari interaksi kedua enantimer, kiral selektor mengubah salah satu dari kedua enantiomer dengan kecepatan berbeda menjadi suatu senyawa kimia baru (kinetik enantioselektif) atau membentuk molekul labil pada stabilitas yang berbeda dengan enantiomer tersebut (termodinamika enantioselektif), atau perubahan bentuk L atau D dengan sistem selektif enzimatis (Davankov V.A.), Cara lain yang sering ditempuh para ahli kimia adalah rute biokimia dengan memakai enzim atau mikroorganisme untuk memproduksi enantiomer murni. Sebagai contoh (R)-Nikotina dapat diperoleh dengan cara menginkubasi campuran rasemik (R)-Nikotina dan (S)-Nikotina dalam wadah berisi bakteri Pseudomonas putida. Bakteri tersebut hanya akan mengoksidasi (S)-Nikotina, sedangkan (R)-Nikotina akan tersisa dalam wadah tersebut (Fendy, 2006).

Metode analisis yang mana telah digunakan untuk proses pemisahan komponen senyawa kiral termasuk High Performance Liquid Chromatografi (HPLC), Gas Chromatografi (GC), Thin Layer Chromatografi (TLC) dan saat ini Capilary Electroforesis (CE) yang terutama digunakan untuk analisis dari golongan komponen yang berbeda, termasuk ion organik dan anorganik, peptide, protein, sakarida, obat, isomer optic dan lainnya. Dalam analisis CE proses pemisahan akan tercapai jika analit, di bawah pengaruh pemberian medan listrik, bergerak kearah detektor dengan kecepatan yang berbeda (Fanali S).

Selain metode CE merupakan analisis dengan daya pemisahan dan efisiensi yang tinggi dan dapat dibandingkan dengan metode lainnya, juga memiliki kelebihan lainnya yaitu : (Fanali S)

1. Volume sampel dan buffer yang diperlukan relatif dalam jumlah kecil
2. Kolom kiral yang mahal dapat dihindari karena kiral selektor dapat ditambahkan dengan mudah ke BGE (Background Elektrolyte)
3. Pemisahannya sangat reproduksibel karena buffer dengan kiral selektor dapat diisi ulang saat proses

Beberapa obat yang beredar dalam bentuk campuran rasemik Contohnya adalah: (Tanujaya H dan Melisa,2009)

1. Obat Thalidomide

Obat ini dipasarkan di Eropa sekira tahun 1959-1962 sebagai obat penenang. Obat ini memiliki dua enantiomer, di mana enantiomer yang berguna sebagai obat penenang adalah (R)-Thalidomide. Tetapi ibu hamil yang mengonsumsi enantiomernya yaitu (S)-Thalidomide justru mengalami masalah dengan pertumbuhan anggota tubuh janinnya. Sedikitnya terjadi 2000 kasus kelahiran bayi cacat pada tahun 1960-an. Hal ini merupakan tragedi besar yang tidak dapat dilupakan dalam sejarah obat-obat kiral.

2. Nikotin

(-)Nikotin dilaporkan lebih beracun dan berbahaya dibandingkan dengan (+)Nikotin. Tanda “+” menyatakan arah rotasi polarimeter sesuai arah jarum jam, sedangkan tanda “-” menyatakan arah rotasi polarimeter berlawanan arah jarum jam.

3. Tiroksin

Tiroksin adalah hormon yang dihasilkan kelenjar tiroid. (-) Tiroksin meregulasi metabolisme tubuh, sedangkan (+) Tiroksin tidak menghasilkan efek regulasi apa pun.

4. Epinefrin

Epinefrin rasemik merupakan campuran 1:1 d-isomer dan l-isomer epinefrin. Mekanisme aksi epinefrin adalah pada reseptor a adrenergik; terbukti menyebabkan vasokonstriksi dan mengurangi udem. Pengurangan udem mukosa larings akan meningkatkan diameter jalan nafas sehingga stridor inspirasi dan retraksi akan berkurang. L-Epinephrine itu sedikitnya sama efektif seperti epinephrine racemic dalam perawatan laryngotracheitis dan tidak membawa resiko / efek samping tambahan. L-Epinephrine juga lebih tersedia di seluruh dunia, lebih murah, dan dapat direkomendasikan untuk mengobati laryngotracheitis.
Aktivitas biologi dari dextro(+) enansiomer adrenergic agonists (epinefrin) diperkirakan lebih rendah dibandingkan dengan levo(—) enantiomernya.
Epinefrin rasemik baik untuk mengobati croup derajat sedang dan berat. Penderita yang telah diterapi dengan epinefrin rasemik aman untuk dipulangkan jika dalam 3 jam, tidak terdapat stridor saat istirahat, udara yang masuk normal, kesadaran baik atau jika skor croup <2.

5. Tramadol

Tramadol HCl adalah analgesik kuat yang bekerja pada reseptor opiat. Tramadol mengikat secara stereospesifik pada reseptor di sistem saraf pusat sehingga menghentikan sensasi nyeri dan respon terhadap nyeri.

Tramadol merupakan campuran rasemik 1:1 dari 2 enantiomer, Enantiomer (+) tramadol and Enantiomer (-) nya memiliki potensi berbeda terhadap reseptor opioid dan sisi monoamine uptake (Raffa et al., 1993). Enantiomer ( ) tramadol secara cepat termetabolit menjadi mono-O-desmethyltramadol (M1 metabolite ) yang juga berikatan dengan reseptor opioid (Raffa et al., 1995; Gibson, 1996).

Aksi ini nampak untuk menghasilkan satu efek analgesik sinergis, dengan enantiomer (+) dari tramadol yang memperlihatkan aktivitas analgesik 10 fold lebih tinggi dibanding enantiomer (-)nya. Enantiomer (-) menghambat reuptake norepinephrine dengan menstimulasi reseptor alpha(2)-adrenergic (Goeringer et al., 1997). Enantiomer (-) tramadol ternyata kira-kira 5-kali lebih kuat untuk menghambat noradrenaline daripada asupan serotonin (IC50 1,6 µmol/L vs 8,6 µmol/L) dan sebaliknya lah yang terjadi untuk Enantiomer (+)nya. Kedua enantiomer diberikan pada aksi analgesik tramadol.

Senyawa kiral adalah ketika empat ligan yang berbeda terikat kepada karbon tetravalent, menghasilkan molekul asimetris yang mana atom karbon sebagai pusat asimetrisnya. Senyawa kiral mempunyai jumlah yang cukup besar dari ribuan bahan kimia yang telah digunakan. Sebagian masyarakat mungkin kurang memperhatikan sifat optis suatu senyawa organik, padahal reaksi kimia dalam sistem biologis makhluk hidup sangat stereospesifik. Artinya suatu stereoisomer akan menjalani reaksi yang berbeda dengan stereoisomer pasangannya dalam sistem biologis makhluk hidup. Bahkan terkadang suatu stereoisomer akan menghasilkan produk yang berbeda dengan stereoisomer pasangannya dalam sistem biologis makhluk hidup (Fendy, 2007). 
Penelitian mengenai senyawa eugenol banyak dilakukan karena sering dimanfaatkan dalam berbagai industri sehingga diharapkan dalam penelitian ini agar didapatkan manfaat metil eugenol yang lebih optimal sehingga dapat diubah menjadi bahan dasar untuk pembuatan senyawa-senyawa yang lebih berdaya guna salah satunya senyawa 1-(3,4 Dimetoksi Fenil)-2-Propanon yang merupakan bahan dasar dalam pembuatan α-metil DOPA. Didalam dunia kedokteran senyawa α-metil DOPA digunakan sebagai obat anti Parkinson (Widowati, 2011).
Senyawa yang analog dengan 1-(3,4-dimetoksifenil)-2-propanon yaitu 1-(3,4-metilendioksifenil)-2-propanon telah dapat buat dari safrol melalui adisi dengan asam format diikuti dengan hidrolisis dan oksidasi dengan piridinium klorokromat, PCC. Metode adisi asam format ini sangat sederhana untuk dikerjakan dan telah dicoba untuk metileugenol dalam pembuatan senyawa dasar 1-(3,4-dimetoksifenil)-2-propanon yang dari bahan dasar ini dapat dibuat senyawa analog L-alfa- metil DOPA (Sohilait dkk, 2005).
Penelitian lain tentang sintesis metileugenol format yang disintesis dengan cara formilasi asam format Andriyani (2008) dan sintesis senyawa 3-(3,4-dimetoksifenil)-1-propanol yang disintesis melalui reaksi hidroborasi metileugenol menggunakan H3B: dietileter pada suhu 0oC dan kondisi inert untuk menghasilkan trialkilborana Fatoni (2005), serta sintesis senyawa 3-(3,4-dimetoksi fenil)-propanol yang disintesis dengan reaksi oksidasi menggunakan oksidator piridinium klorokromat (Ngadiwiyana, dkk, 2007). 
Dari sekian banyak turunannya ini membuktikan bahwa metileugenol dapat dimanfaatkan untuk meningkatkan nilai ekonomis dari cengkeh, terutama turunannya yang bersifat senyawa yang kiral dari metileugenol salah satunya yaitu senyawa (S)-(3,4-dimetoksifenil)-2-propanol.
Epotilon adalah suatu makrosiklik lakton kelas baru yang menarik oleh karena daya aktivitasnya sebagai zat anti kanker. Senyawa makrolida ini diisolasi pertama kali oleh kelompok Höfle dari Myxobacterium Sorangium cellulosum strain 90 yang diambil dari Sungai Zambezi Afrika Selatan. Berbagai uji biokimia mengunkapkan bahwa epotilon lebih potensial dibandingkan taksol dengan efek samping lebih kecil. Setelah konfigurasi absolut epotilon A (I) dan B (2) dipublikasikan oleh Höfle, dan kawan-kawan, total sintesis epotilon dan turunanya secara intensif telah dilakukan. Publikasi pertama sintetis epotilon total oleh Danishefsky dan kawan-kawan, diikuti oleh Nicolou dan kawan-kawan, dan Shinzer dan kawan-kawan. Meskipun masing-masing kelompok mempunyai strategi tersendiri, ketiga kelompok tersebut menggunakan reaksi-reaksi olefin-metatesis,makrolaktonisasi, dan aldol sebagai reaksi-reaksi penyambung.
Penelitian berkesinambungan terhadap senyawa bahan alam yang diikuti dengan penentuan struktur menghasilkan bermacam-macam struktur dan memiliki arti yang fundamental karena potensi farmakologinya, dan digunakan untuk pengembangan obat-obat baru. Senyawa-senyawa bahan alam yang hampir tak terbatas jumlahnya merupakan suatu tantangan bagi para ahli kimia yang bekerja baik dalam bidang analitik maupun bidang sintesis. Sintesis 
senyawa bahan alam memiliki keuntungan, yakni umumnya dengan biaya murah dan memberikan hasil yang dapat direproduksi dengan baik. Selain itu, sintesis kimia menonjol karena derivatnya dapat diperoleh dengan baik. Salah satu pengembangan baru dan paling penting pada sintesis senyawa bahan alam dalam beberapa tahun terakhir ini adalah sintesis senyawa bahan alam anti-tumor, misalnya Taksol, yang diperoleh melalui semi sintesis, Tamoksifen dan Karboplatinsebagaimana juga epotilon yang baru-baru ini ditemukan. Epotilon merupakan tema yang baru, menghebohkan, dan menjanjikan dalam bidang kimia, biologi, dan kedokteran. 
Nama epotilon tersusun dari unit-unit yang terdapat didalamnya, yaitu: epoksida, tiazol, dan keton. Epotilon pertama kali ditemukan oleh ilmuan kelompok penelitian bioteknologi (GBF) Braunschweig yang dipimpin oleh ahli mikrobiologi Hans Reichenbach dan ahli kimia Gerhard Höfle. Epotilon diisolasi dari ekstrak jaringan jenis Mycobakterium Sorangium Sellulosum So ce 90 yang pertama kali ditemukan pada tahun 1985 di tepi dasar sungai Sambesi, Afrika Selatan. Ekstrak jaringan dari Mycobakterium ini memperlihatkan aktivitas biologi dalam tes skrining yang sesuai. Struktur-struktur molekul epotilon telah ditetapkan dengan metode spektroskopi dan analisis kristalografi sinar-X
Salah satu fenomena yang menarik adalah ternyata bahwa walaupun epotilon dan taksol mempunyai struktur yang berbeda, namun epotilon mengikat mikrotubulin pada tempat yang sama, dan bahkan dapat menggantikan taksol pada daerah ikatannya. Pada Tubulin assay’s menunjukkan bahwa epotilon A (1) aktifitasnya sama dengan paklitaksel, tetapi epotilon B (2) ternyata lebih aktif 2000-5000 kali [4,6]. Sejak penemuan mekanisme aktivitas taksol, hampir 20 tahun yang lalu, epotilon merupakan bahan pertama yang memperlihatkan efek stabilisasi mikrotubulin yang sama, walaupun telah dilakukan penelitian secara intensif. Perusahaan Merck telah menyelidiki aktifitas epotilon dan taksol pada tubulin dan mikrotubulin dan memperlihatkan bahwa terjadinya polimerisasi menurun dari urutan berikut ini: epotilon B (2) > epotilon A (1) > taksol. Suatu penelitian dari Altmann,dkk. (2000) terhadap aktivitas epotilon sebagai anti-proliferatif memperlihatkan bahwa epotilon merupakan zat penghambat yang kuat untuk pertumbuhan sel pada berbagai macam sel kanker manusia. Epotilon B (2) bekerja lebih kuat daripada paklitaksel (6-25 lipat) dan epotilon A (1) yang juga mempunyai aktifitas yang luar biasa. Epotilon kemampuannya lebih unggul mencegah pembiakan sel kanker manusia daripada paklitaksel. Umumnya, epotilon dapat digunakan sebagai obat kanker biasa sekalipun sel-sel kanker itu telah resisten. Aktifitasnya terhadap sel-sel kanker dan tumor sebagai obat yang konstan menunjukkan bahwa epotilon memberi arti sebagai klinik yang potensial dimasa mendatang.

HUBUNGAN STRUKTUR DAN AKTIFITAS EPOTILON
Pada awal penelitian mengenai epotilon, tidak diketahui bagian mana di  dalam molekul yang relefan dan bagian  mana yang tidak relefan dengan aktivitas  biologisnya. Setelah ratusan turunan  epotilon disintesis dengan waktu yang  relatif tidak lama, berikut aktifitasnya, dapat dijelaskan hubungan antara  struktur epotilon dan aktifitas  biologisnya. Di dalam struktur epotilon dapat ditemukan empat daerah yang sangat berguna sehubungan dengan aktifitas biologisnya.

PERMASALAHAN

1. Bagaimana sistem ini dapat bekerja pada penyusunan obat? dan bagaimana cara sistem ini dapat menunjukan konfigurasi dari suatu senyawa?
2. Mengapa S(+)-Propanolol sangat lebih aktif dari pada enantiomernya? dan bagaimana cara agar enantiomer tersebut dapat lebih aktif dari S(+)-Propanolol?