Arylhalogenider med en bensenring direkt bunden till en halogenatom är lättillgängliga och kemiskt stabila, så de används som en källa för bensenringar i organisk syntes. Till exempel, en kemisk reaktion som genererar en mycket reaktiv arylradikal från en arylhalogenid med användning av en giftig tennförening har länge varit känd som en metod för att tillföra en bensenring. På senare år har kemiska reaktioner har utvecklats där en arylhalogenid reduceras med hjälp av en metallkatalysator eller en fotokatalysator följt av klyvning av bindningen mellan bensenringen och halogenatomen för att generera en arylradikal. Dock, eftersom de tidigare rapporterade metoderna kräver metallsalter och/eller överskottsmängder av ett oxidationsmedel eller ett reduktionsmedel, kemiska reaktioner med mindre miljöpåverkan är önskvärda.

Forskargruppen vid Kanazawa University under ledning av prof. Ohmiya har utvecklat nya kemiska reaktioner med hjälp av nyutvecklade metallfria organiska katalysatorer för att producera olika användbara kemikalier på ett mycket enklare sätt än med konventionella metoder. I föreliggande studie, gruppen lyckades generera arylradikaler från aryljodider, en typ av arylhalogenid, under milda förhållanden utan behov av lätta eller metallsalter, med användning av en N-heterocyklisk karbenkatalysator och de sålunda bildade arylradikalerna användes för organiska synteser.

En enkel elektronöverföring från en enolatmellanprodukt bestående av en N-heterocyklisk karbenkatalysator av tiazoliumtyp och en aldehyd till en aryljodid och den efterföljande klyvningen av bindningen mellan bensenringen och jodatomen genererar en arylradikal på ett katalytiskt sätt. Med tanke på oxidationspotentialen för enolatmellanprodukten (Eox =-0,97 V) och reduktionspotentialen för arylyodiden (Ered =-2,24 V), enkel elektronöverföring från enolatmellanprodukten till aryliodiden, dvs en elektronreduktion, är termodynamiskt ogynnsamt. Dock, det anses att reaktionen skedde på grund av kinetiska faktorer eftersom de två reaktionsstegen, dvs 1) enkelelektronöverföring från enolatmellanprodukten till aryliodiden och 2) klyvning av bindningen mellan bensenringen och jodatomen, fortsätt snabbt. Den genererade arylradikalen fungerar som en källa för bensenringen, difunktionaliseringen av alkenen fortsätter, och en bensenringsubstituerad keton erhålls. Dessutom, genom att använda arylradikalen som genereras för den intramolekylära väteabstraktionsreaktionen, den dehydrogenativa acyleringen av amiden fortsätter, och en a-aminoketonförening kan erhållas. Substrat med olika funktionella grupper kan användas i dessa molekylära omvandlingsreaktioner. Derivat av läkemedel kan också syntetiseras genom dehydrogenativ acylering av amider.

Resultaten av denna studie är utvecklingen av en kemisk reaktion som klyver bindningen mellan bensenringen av en arylhalogenid och halogenatomen genom att använda en organisk katalysator som har en låg påverkan på miljön, leder till generering av en arylradikal. Eftersom arylradikaler lätt kan genereras från arylhalider som används i stor utsträckning i organisk syntes, detta förväntas vara en kraftfull teknologi för att exakt syntetisera medicinska och jordbruksläkemedel samt kemiska material.