Kit Alat Molekuler Baru Memenangkan Nobel Kimia

Dua ahli kimia menemukan cara yang lebih cepat, lebih bersih, dan lebih tepat untuk membangun molekul obat dan bahan modern lainnya

“Ahli kimia itu seperti pesulap,” kata HN Cheng, presiden American Chemical Society. “Mereka melambaikan tongkat ajaib dan menciptakan sesuatu yang baru.” Sekarang cara baru membangun molekul telah memenangkan Hadiah Nobel Kimia 2021 oleh dua ahli kimia . Akademi Ilmu Pengetahuan Kerajaan Swedia mengumumkan pada hari Rabu di Stockholm bahwa hadiah tersebut telah diberikan kepada Benjamin List, seorang direktur di Institut Max Planck untuk Penelitian Batubara di Jerman, dan David WC MacMillan, seorang profesor di Universitas Princeton.

Bekerja secara independen pada tahun 2000, kedua peneliti datang dengan proses yang disebut “organocatalysis asimetris.” Ini adalah cara membangun molekul dengan bentuk presisi yang dapat digunakan dalam segala hal mulai dari obat baru hingga komponen sel surya. “Ini adalah tongkat ajaib baru, trik baru,” kata Cheng, dan ini sangat penting untuk pengembangan farmasi dan untuk kimia yang lebih hijau dan berkelanjutan. Kedua pemenang akan membagi penghargaan, yang bernilai sekitar $1,14 juta.

Katalis adalah zat yang digunakan ahli kimia untuk mempercepat reaksi antara molekul yang ada, untuk membuat yang baru. Di alam, reaksi seperti itu bisa memakan waktu yang sangat lama atau mungkin tidak terjadi sama sekali. Tetapi menambahkan perak ke sebotol hidrogen peroksida, misalnya, dengan cepat memicu zat yang terakhir terurai menjadi air dan oksigen. Logam adalah katalis yang sangat baik karena mereka dapat mengambil elektron untuk sementara dari molekul terdekat, melonggarkan ikatan antara komponennya dan memungkinkan molekul baru terbentuk. Enzim yang terbentuk secara alami juga merupakan katalis yang kuat, dengan kemampuan untuk menyatukan blok pembangun molekul baru.

Tetapi enzim seringkali berukuran besar dan kompleks, dan menggunakannya sebagai katalis melibatkan proses yang lambat dan membutuhkan banyak langkah. Dan menggunakan logam seperti tembaga atau nikel untuk mempercepat reaksi memerlukan pengaturan yang sangat khusus dan mahal bila digunakan pada skala manufaktur industri, dan prosesnya meninggalkan limbah beracun. “Tetapi pada tahun 2000 semuanya berubah,” kata Pernilla Wittung-Stafshede, anggota Komite Nobel Kimia dan profesor biologi kimia di Universitas Teknologi Chalmers di Swedia, saat mengumumkan penghargaan tersebut. List dan MacMillan merancang teknik yang menggunakan katalis yang lebih kecil, dan menghindari logam. Perbedaannya dapat mengurangi proses pembuatan molekul baru dari 12 langkah menjadi hanya lima, dalam satu contoh, atau meningkatkan efisiensi keseluruhan dengan faktor 7.000.

List bekerja dengan enzim besar yang mengkatalisis reaksi dalam tubuh manusia. Dia mulai bertanya-tanya apakah seluruh kompleks besar itu benar-benar diperlukan untuk proses itu. Enzim yang dia periksa memiliki satu komponen kecil—asam amino yang disebut prolin—yang tampaknya dapat membantu menciptakan molekul baru dengan sendirinya. Itu berisi atom nitrogen yang membantu molekul lain berbagi elektron untuk membentuk ikatan baru. Jadi dia mengisolasi prolin, dan berhasil. “Ketika saya melihatnya berhasil, saya merasa ini bisa menjadi sesuatu yang besar,” kenangnya ketika komite Nobel menghubunginya melalui telepon untuk memberi tahu dia tentang hadiahnya saat dia sedang berlibur di Amsterdam pada hari Rabu.

Sekitar waktu yang sama List bekerja dengan enzim, MacMillan juga mencoba menyederhanakan katalis. Dia ingin menghindari logam, jadi dia mulai merancang molekul organik sederhana. Ini adalah kerangka atom karbon yang menahan unsur-unsur lain seperti nitrogen. Ia menemukan kerangka dengan atom nitrogen mampu menyumbangkan atau mengambil elektron dari molekul lain, memutuskan ikatan atau membentuk yang baru.

Salah satu fitur yang sangat menarik dari karya MacMillan adalah kemampuannya untuk menciptakan bentuk molekul tertentu. Molekul bisa datang dalam dua jenis bayangan cermin, yang disebut ahli kimia sebagai tangan kanan atau tangan kiri. Tubuh manusia sangat sensitif terhadap perbedaan ini, seringkali hanya menggunakan satu bentuk untuk reaksi biologis yang penting. Katalis MacMillan dapat menciptakan reaksi yang menghasilkan sebagian besar bentuk dari satu jenis atau yang lain. Ini telah membuatnya sangat penting dalam pembuatan obat-obatan, yang dapat berfungsi dengan baik dalam satu bentuk tetapi gagal dalam pasangannya.

Membuat molekul obat adalah kunci penggunaan organokatalisis asimetris saat ini, kata Cheng. Ini membantu memproduksi obat antivirus seperti oseltamivir, yang dijual dengan merek Tamiflu untuk melawan infeksi flu. Proses katalitik juga memiliki kegunaan pertanian yang luas dalam membuat pestisida yang ditargetkan, tambah Cheng, yang berspesialisasi dalam kimia hijau di Departemen Pertanian AS. Tumbuhan, seperti manusia, hanya menggunakan satu bentuk bayangan cermin untuk reaksi tertentu.

Teknik katalitik ini tidak hanya membuat produksi bahan kimia menjadi lebih efisien, tetapi juga membuatnya lebih bersih. Lebih sedikit langkah dalam proses berarti lebih sedikit produk sampingan beracun. Selama pengumuman penghargaan, Johan qvist, ketua komite kimia Nobel, mengatakan penemuan pemenang tahun ini telah menjadi “pengubah permainan yang lengkap.”

Sumber: https://www.scientificamerican.com/article/new-molecular-tool-kit-wins-2021-nobel-prize-in-chemistry/

 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *