Kimia klik – sebuah cara mematuhi kaidah kimia hijau

Menurut 12 kaidah kimia hijau, disebutkan bahwa sebuah reaksi dikatakan hijau jika tidak menghasilkan produk sampingan atau hanya menghasilkan produk samping ramah lingkungan yang mudah dipisahkan, produktifitas dan selektifitas tinggi, (bila mungkin) tidak memerlukan pelarut ataupun jika menggunakan pelarut sebaiknya gunakan air. Yang terakhir adalah memiliki ekonomi atom yang tinggi. Adakah reaksi-reaksi kimia seperti itu yang bisa dimanfaatkan dalam proses industri kimia? 

Kriteria yang disebutkan diatas bisa dipenuhi oleh sebuah reaksi kimia yang dinamai “click chemistry” (kimia klik). Muasal istilah ini sebenarnya dikenal dari proses yang berkaitan dengan sintesa bahan alam, misalnya asam nukleat, protein, metabolit sekunder, maupun polisakarida yang merupakan polimer polikondensasi terbentuk dari penggabungan subunit-subunit kecil yang diikat oleh ikatan karbon-karbon (C-C) dan karbon-heteroatom-karbon (C-X-C dengan X = O, N, P, atau S). Proses alamiah tersebut sedemikian efisiennya sehingga nyaris tidak menghasilkan zat sampah dan terpenting adalah terjadi dalam medium air.

 Kimia klik (Click Chemistry)

Click chemistry adalah sebuah konsep, sebuah filsafat yang mula pertama dikenalkan oleh penerima Nobel Kimia, Professor K. Barry Sharpless dari The Scripps Research Institute pada tahun 2001. Kimia klik mempunyai makna sebagai sintesis kimia yang bisa menggabungkan dua atau lebih unit kecil molekul secara cepat dan produktif. Prof. Sharpless menyerap pengertian kimia klik dari pengamatan bahwa alam (misalnya tetumbuhan) mampu menggabungkan beberapa molekul sederhana demi membentuk senyawa yang lebih kompleks (jalur biosintesis). Tidak semua reaksi kimia berupa penggabungan unit-unit molekul dapat dikateogrikan sebagai kimia klik. Untuk itu, Prof. Sharpless memberikan kriteria tambahan yaitu reaksi tersebut harus:

1. modular (sederhana, mudah, dan luwes digunakan, serta pasang-susunkan)
2. memiliki cakupan yang luas
3. Yield yang tinggi
4. membentuk produk samping yang tidak beresiko
5. stereospesifik

Sementara itu, proses kimia klik harus:

1. Membutuhkan kondisi reaksi yang sederhana (tidak sensitif terhadap oksigen atau air sehingga mudah penangannya)
2. Reagen dan asupan material yang segera tersedia
3. memanfaatkan pelarut yang ramah serta mudah dipisahkan, atau bila memungkinkan tidak memerlukan pelarut sama sekali
4. Pemisahan produk secara sederhana tanpa teknik kromatografi

Penting juga untuk diingat bahwa untuk memenuhi semua kriteria kimia klik, sebuah reaksi klik umumnya memiliki “driving force” termodinamik yang cukup tinggi, tak kurang dari 20 kcal/mol. Reaksi seperti ini cenderung terjadi secara cepat dan memberikan selektifitas tinggi.

Walaupun Prof. Sharpless tidak pernah secara langsung mengaitkan kimia klik dengan kimia hijau, namun dari syarat-syarat yang dikemukakan di atas, tampak bahwa kimia klik memenuhi syarat konsep kimia hijau sehingga patut dikembangkan. Terutama, kimia klik diarahkan pada pengembangan kimia farmasi dan sintesa obat karena selama ini industri kimia farmasi merupakan salah satu industri yang paling banyak memproduksi limbah.

Contoh-contoh kimia klik yang umum

Prof. Sharpless menyebutkan secara khusus beberapa jenis reaksi yang menggabungkan beberapa unit molekul sederhana untuk kemudian membentuk molekul baru yang mengandung ikatan heteroatom C-X-C sebagai contoh reaksi kimia klik.

1. Sikloadisi senyawa tidak jenuh (unsaturated) yang memiliki ikatan ganda, teristimewa reaksi 1,3-dipolar sikloadisi, namun termasuk juga reaksi transformasi Diels-lder.
2. Substitusi kimia nukleofil, khususnya reaksi pembukaan cincin dari senyawa heterosiklik elektrofil yang memiliki ikatan tegang dan mudah dibuka, misalnya epoksida, aziridin, ion aziridinium, dan ion episulfonium.
3. Kimia karbonil dengan jenis “non-aldol”, misalnya pembentukan urea, tiourea, heterosiklik aromatik, oksim, eter, hidrazon, dan amida.
4. Reaksi adisi pada ikatan rangkap karbon-karbon, teristimewa reaksi oksidatif, misalnya epoksidasi, dihidroksilation, aziridinasi, dan adisi sulfenil halid, termasuk pula adisi Michael dari reaktan yang mengandung gugus Nu-H.

Pustaka

[1] H. C. Kolb, M. G. Finn,  K. Barry Sharpless, Click Chemistry: Diverse Chemical Function from a Few Good Reactions, Angewandte Chemie International Edition 40 (2001) 2004-2021.

[2] Organic Chemistry portal – Click Chemistry.

Salam hijau!