Nationalgeographic.co.id—Kolaborasi kimia menghasilkan cara kreatif untuk memanfaatkan karbon dioksida dengan baik dan bahkan sehat, dengan cara menggabungkannya melalui elektrosintesis, ke dalam serangkaian molekul organik yang penting untuk pengembangan farmasi.
Dalam prosesnya, tim membuat penemuan inovatif. Dengan mengubah jenis reaktor elektrokimia, mereka dapat menghasilkan dua produk yang sama sekali berbeda, namun keduanya berguna dalam kimia medisinal.
Temuan ini telah dipublikasikan di jurnal Nature pada 5 Januari dengan menuliskan judul makalah “Electrochemical reactor dictates site selectivity in N-heteroarene carboxylations.” Rekan penulis makalah ini adalah peneliti postdoctoral Peng Yu dan Wen Zhang, serta Guo-Quan Sun dari Universitas Sichuan di China.
Tim Cornell, yang dipimpin oleh Song Lin, profesor kimia dan biologi kimia di Sekolah Tinggi Seni dan Sains, sebelumnya telah menggunakan proses elektrokimia untuk menyatukan molekul karbon sederhana dan membentuk senyawa kompleks. Menghilangkan kebutuhan akan logam mulia atau katalis lainnya untuk mempromosikan reaksi kimia.
Untuk proyek baru, mereka mengarahkan pandangan mereka pada target yang lebih spesifik: piridin, heterosiklus kedua yang paling umum dalam obat yang disetujui FDA. Heterosiklus adalah senyawa organik di mana atom molekul dihubungkan ke dalam struktur cincin, setidaknya salah satunya bukan karbon. Unit struktural ini dianggap sebagai "farmakofor" karena sering hadir dalam senyawa aktif lingkungam
obat. Mereka juga biasa ditemukan dalam bahan kimia pertanian.
Tujuan para peneliti adalah membuat piridin terkarboksilasi, yaitu piridin dengan karbon dioksida yang ditambahkan padanya. Keuntungan memperkenalkan karbon dioksida ke cincin piridin adalah dapat mengubah fungsi molekul dan berpotensi membantu mengikat target tertentu, seperti protein. Namun, kedua molekul tersebut bukanlah pasangan alami. Piridin adalah molekul reaktif, sedangkan karbon dioksida umumnya lembam.
“Ada sangat sedikit cara untuk memperkenalkan karbon dioksida secara langsung ke piridin,” kata Lin, salah satu penulis senior makalah tersebut, bersama dengan Da-Gang Yu dari Universitas Sichuan. "Metode saat ini memiliki keterbatasan yang sangat parah."
Laboratorium Lin menggabungkan keahliannya dalam elektrokimia dengan spesialisasi kelompok Yu, memanfaatkan karbon dioksida dalam sintesis organik, dan mereka berhasil membuat piridin terkarboksilasi.
"Elektrokimia memberi Anda daya ungkit untuk memutar potensi yang cukup untuk mengaktifkan bahkan beberapa molekul yang paling lembam sekalipun," kata Lin. "Begitulah cara kami mencapai reaksi ini."
Penemuan ini kebetulan tim muncul saat mereka melakukan elektrosintesis. Kimiawan biasanya menjalankan reaksi elektrokimia dalam salah satu dari dua cara: dalam sel elektrokimia yang tidak terbagi (di mana anoda dan katoda yang menyuplai arus listrik berada dalam larutan yang sama) atau dalam sel elektrokimia yang terbagi (di mana anoda dan katoda dipisahkan oleh pembagi berpori yang menghalangi molekul organik besar tetapi memungkinkan ion untuk melewatinya). Satu pendekatan mungkin lebih efisien daripada yang lain, tetapi keduanya menghasilkan produk yang sama.
Kelompok Lin menemukan bahwa dengan beralih dari sel yang terbagi ke sel yang tidak terbagi, mereka dapat secara selektif menempelkan molekul karbon dioksida pada posisi cincin piridin yang berbeda. Sehingga menciptakan dua produk yang berbeda: karboksilasi C4 di sel yang tidak terbagi dan karboksilasi C5 di sel yang dibagi.
"Ini adalah pertama kalinya kami menemukan bahwa hanya dengan mengubah sel, yang kami sebut reaktor elektrokimia, Anda benar-benar mengubah produknya," kata Lin. “Menurut saya pemahaman mekanistik tentang mengapa hal itu terjadi akan memungkinkan kita untuk terus menerapkan strategi yang sama pada molekul lain, bukan hanya piridin. Mungkin membuat molekul lain dengan cara yang selektif namun terkontrol ini. Saya pikir itu adalah prinsip umum yang dapat digeneralisasikan ke sistem lain."
Meskipun, sementara bentuk proyek pemanfaatan karbon dioksida ini tidak akan menyelesaikan tantangan global perubahan iklim, kata Lin, namun "ini adalah langkah kecil menuju penggunaan karbon dioksida yang berlebihan dengan cara yang bermanfaat."