Les organocatalyseurs constitués de composés organiques sans éléments métalliques reçoivent beaucoup d'attention en tant que catalyseurs de prochaine génération dans l'espoir de réduire la charge environnementale et de faire face à l'épuisement/à la hausse des prix des métaux rares. Cependant, il est difficile pour un organocatalyseur de contrôler des réactions radicalaires impliquant un seul électron avec une réactivité élevée. Ainsi, les processus de réaction médiés par les organocatalyseurs sont plutôt limités. Cela entrave le développement et l'application de la synthèse organique par l'utilisation d'organocatalyseurs.

Le carbène N-hétérocyclique est connu comme un organocatalyseur exempt d'éléments métalliques et ses réactions catalytiques ont été activement étudiées. Les études sur le carbène N-hétérocyclique en tant qu'organocatalyseur ont commencé par l'étude d'une réaction biologique impliquant le coenzyme, thiamine (vitamine B1), un sel de thiazolium. L'intermédiaire énol de la réaction biologique est connu pour favoriser des réactions de transfert d'électrons uniques vers des accepteurs d'électrons tels que le lipoamide, flavine adénine dinucléotide (FAD) et Fe 4 S 4 , qui jouent un rôle important dans les réactions d'oxydation. Les scientifiques se sont inspirés de ce phénomène biologique et ont synthétisé des catalyseurs de carbène N-hétérocycliques capables de contrôler les réactions radicalaires. Ceux-ci ont été appliqués à la synthèse organique. Cependant, en raison des limites du nombre de substrats utilisables pour une telle réaction catalytique, seule une gamme étroite de composés organiques a pu être synthétisée. Cela a des applications très limitées, par exemple, dans la découverte de médicaments.

Le professeur Ohmiya et ses collaborateurs ont conçu un catalyseur de carbène N-hétérocyclique de manière rationnelle et précise dans le but d'élargir la gamme de substances chimiques cibles pour les réactions radicalaires. Le groupe a récemment découvert un catalyseur de carbène N-hétérocyclique de type thiazolium ayant un groupe N-néopentyle et a appliqué ce catalyseur de carbène à une réaction radicalaire pour synthétiser une dialkylcétone à partir d'un aldéhyde aliphatique et d'un dérivé d'acide carboxylique aliphatique. C'était auparavant une synthèse très difficile. Jusque là, une réaction radicalaire utilisant des catalyseurs de carbène N-hétérocycliques conventionnels n'a pu être appliquée qu'aux aldéhydes aromatiques comme substrats de réaction catalytique. Le catalyseur de carbène N-hétérocyclique nouvellement développé ici est un catalyseur polyvalent applicable aux aldéhydes aromatiques et aliphatiques, élargissant ainsi considérablement l'application des réactions radicalaires des organocatalyseurs.

La clé de ce succès était leur découverte que le groupe N-néopentyle du carbène N-hétérocyclique de type thiazolium était efficace dans la progression de la réaction, tandis que leur étude a été réalisée en utilisant pleinement la chimie organique et les techniques de mesure. L'encombrement du groupe N-néopentyle s'est avéré efficace non seulement pour favoriser une réaction de couplage de deux espèces radicalaires différentes générées dans le système réactionnel, mais également pour supprimer les réactions secondaires indésirables.

La présente réaction catalytique a les mérites suivants en synthèse chimique organique; 1) les molécules volumineuses peuvent être des substrats de réaction en raison de l'implication d'un radical hautement réactif, et 2) le procédé est excellent en termes d'une large gamme de groupes fonctionnels et de substrats, puisque la réaction catalytique peut être effectuée dans des conditions douces sans avoir besoin de catalyseurs métalliques ou de réactifs redox. Ainsi, il est désormais possible de synthétiser plus de 35 dialkylcétones volumineuses et complexes, ce qui était auparavant très difficile. Cela permet la synthèse de composés naturels et de produits pharmaceutiques ayant un squelette de dialkylcétone à partir d'un aldéhyde aliphatique et d'un dérivé d'acide carboxylique aliphatique.

Dans cette étude, le groupe de recherche a conçu un nouvel organocatalyseur qui contrôle les réactions radicalaires, ce qui élargit considérablement l'applicabilité à divers substrats. L'étude devrait accélérer la découverte de médicaments, car il permet la synthèse de composés organiques à haute valeur ajoutée jusqu'alors quasiment impossibles à atteindre. D'un point de vue académique, l'étude a établi des directives de conception d'organocatalyseurs qui peuvent contrôler les réactions radicalaires.