Los organocatalizadores que consisten en compuestos orgánicos sin elementos metálicos están recibiendo mucha atención como catalizadores de próxima generación con la esperanza de reducir la carga ambiental y hacer frente al agotamiento / aumento de los precios de los metales raros. Sin embargo, Es difícil para un organocatalizador controlar las reacciones de radicales que involucran un solo electrón con alta reactividad. Por lo tanto, Los procesos de reacción mediados por organocatalizadores son bastante limitados. Esto dificulta el desarrollo y la aplicación de síntesis orgánica mediante el uso de organocatalizadores.

El carbeno N-heterocíclico se conoce como organocatalizador libre de elementos metálicos y sus reacciones catalíticas se han investigado activamente. Los estudios sobre el carbeno N-heterocíclico como organocatalizador comenzaron con la investigación de una reacción biológica que involucra a la coenzima, tiamina (vitamina B1), una sal de tiazolio. Se sabe que el enol intermedio de la reacción biológica promueve reacciones de transferencia de un solo electrón a aceptores de electrones como la lipoamida, dinucleótido de flavina adenina (FAD) y Fe ₄ S ₄ , que juegan un papel importante en las reacciones de oxidación. Los científicos se inspiraron en este fenómeno biológico y han sintetizado catalizadores de carbeno N-heterocíclico que podrían controlar las reacciones de los radicales. Estos se han aplicado a la síntesis orgánica. Sin embargo, debido a los límites en el número de sustratos que se pueden usar para tal reacción catalítica, sólo se pudo sintetizar una pequeña gama de compuestos orgánicos. Esto tiene aplicaciones muy limitadas, por ejemplo, en el descubrimiento de fármacos.

El profesor Ohmiya y sus colaboradores diseñaron un catalizador de carbeno N-heterocíclico de una manera racional y precisa con el fin de ampliar la gama de sustancias químicas objetivo para las reacciones radicales. El grupo encontró recientemente un catalizador de carbeno N-heterocíclico de tipo tiazolio que tiene un grupo N-neopentilo y aplicó este catalizador de carbeno a una reacción radical para sintetizar una dialquilcetona a partir de un aldehído alifático y un derivado de ácido carboxílico alifático. Anteriormente, esta era una síntesis muy difícil. Hasta aquí, una reacción de radicales usando catalizadores de carbeno N-heterocíclicos convencionales podría aplicarse solo a aldehídos aromáticos como sustratos de reacción catalítica. El catalizador de carbeno N-heterocíclico recientemente desarrollado aquí es un catalizador versátil aplicable a aldehídos aromáticos y alifáticos, ampliando así significativamente la aplicación de reacciones radicales de organocatalizadores.

La clave de este éxito fue su descubrimiento de que el grupo N-neopentilo del carbeno N-heterocíclico de tipo tiazolio era eficaz en el progreso de la reacción. mientras que su estudio se llevó a cabo haciendo pleno uso de la química orgánica y las técnicas de medición. Se descubrió que el volumen del grupo N-neopentilo es eficaz no solo para promover una reacción de acoplamiento de dos especies de radicales diferentes generadas en el sistema de reacción, sino también para suprimir reacciones secundarias indeseables.

La presente reacción catalítica tiene los siguientes méritos en la síntesis química orgánica; 1) las moléculas voluminosas pueden ser sustratos de reacción debido a la participación de un radical altamente reactivo, y 2) el método es excelente en términos de una amplia gama de grupos funcionales y sustratos, ya que la reacción catalítica se puede llevar a cabo en condiciones suaves sin necesidad de catalizadores metálicos o reactivos redox. Por lo tanto, ahora es posible sintetizar más de 35 dialquil cetonas voluminosas y complejas, que anteriormente era muy difícil. Esto permite la síntesis de compuestos naturales y productos farmacéuticos que tienen un esqueleto de dialquil cetona a partir de un aldehído alifático y un derivado de ácido carboxílico alifático.

En este estudio, el grupo de investigación ha diseñado un nuevo organocatalizador que controla las reacciones radicales, lo que amplía significativamente la aplicabilidad a varios sustratos. Se espera que el estudio acelere el descubrimiento de fármacos, ya que permite la síntesis de compuestos orgánicos con un alto valor añadido que antes era casi imposible de conseguir. Desde un punto de vista académico, el estudio ha establecido pautas de diseño de organocatalizadores que pueden controlar reacciones radicales.