Alkylradicalen zijn koolstofradicalen van normale keten en vertakte keten alkanen, beschikbaar als reactietussenproducten, zelfs in de late stadia van de synthese. Onlangs, het is mogelijk geworden om onder milde omstandigheden alkylradicalen te genereren door gebruik te maken van een photoredox-katalysator met organische chemicaliën (radicalenprecursoren) onder bestraling met zichtbaar licht. Echter, aangezien veel fotoredox-katalysatoren duur zijn en aangezien het noodzakelijk is om het redoxproces van de katalysatoren zelf in overweging te nemen, chemische transformaties kunnen ingewikkeld worden. Dus, er werd een nieuwe methode gerapporteerd voor het genereren van alkylradicalen door directe excitatie met zichtbaar licht, rekening houdend met de fotofysische eigenschappen van de organische chemicaliën zelf.

Dit is een uitstekende methode waarbij het gebruik van fotoredox-katalysatoren niet nodig is. Niettemin, er zijn beperkingen in termen van de koolstofradicaalsoorten die kunnen worden gegenereerd. Bijvoorbeeld, het was moeilijk om omvangrijke tertiaire alkylradicalen en onstabiele methylradicalen te genereren, die nuttige koolstofbronnen zijn voor chemische reacties. In aanvulling, het is problematisch dat de vorming van koolstofradicalen gepaard gaat met de vorming van afvalchemicaliën met een grote moleculaire massa.

De onderzoeksgroep aan de Kanazawa University onder leiding van Prof. Ohmiya, inclusief afgestudeerde studenten, in samenwerking met wetenschappers van RIKEN/Tokyo Medical and Dental University, is erin geslaagd koolstofradicalen met een hoge chemische reactiviteit te genereren. Door gebruik te maken van de nieuwste meettechnieken, maakten ze een rationeel en nauwkeurig ontwerp van een organoboraatcomplex bereid uit "boraceen, " die een booratoom heeft in het tetraceenachtige skelet, door optimaal gebruik te maken van verschillende nieuwste meettechnologieën. Het aldus ontworpen en gesynthetiseerde organoboraatcomplex was in staat om zichtbaar licht te absorberen, die aanleiding geven tot alkylradicalen onder blauwe LED-bestraling in afwezigheid van fotoredox-katalysatoren.

De sleutel tot het succes van de huidige studie was dat het organoboraatcomplex bereid door de reactie van een alkylnucleofiel met "boraceen, " waarin drie koolstofatomen van een benzo[ fg ]tetraceenskelet werden vervangen door een booratoom en twee zuurstofatomen, gaf aanleiding tot homolytische splitsing van een koolstof-boorbinding bij het absorberen van zichtbaar licht. Het organoboraatcomplex geëxciteerd door zichtbaar licht draagt ​​een enkel elektron over aan de andere reactant of induceert direct homolytische splitsing om een ​​alkylradicaal te geven.

Dit proces is zeer efficiënt en maakt de vorming van omvangrijke tertiaire alkylradicaal en onstabiele methylradicalen mogelijk, maar de productie van deze radicalen was moeilijk te controleren. De door de onderhavige werkwijze gegenereerde alkylradicaal zou als koolstofbron voor chemische reacties kunnen worden gebruikt. Het werd toegepast op, bijvoorbeeld, decyanoalkylering, radicale toevoeging zoals Giese-toevoeging, en door nikkel gekatalyseerde kruiskoppeling voor de synthese van verbindingen met gecompliceerde structuren. In het bijzonder moet worden vermeld dat het bij de onderhavige werkwijze gebruikte organoboraatcomplex opnieuw kan worden gebruikt door een alkylnucleofiel te laten reageren met het na de chemische reactie gewonnen boraceen.

De huidige studie heeft directe excitatie met zichtbaar licht mogelijk gemaakt van organoboorverbindingen bereid uit "boraceen, " die met succes een verscheidenheid aan alkylradicalen heeft gegenereerd. De alkylradicalen die door de huidige methode worden gegenereerd, kunnen worden gebruikt als koolstofbronnen voor chemische reacties en worden gebruikt voor de synthese van gecompliceerde en/of omvangrijke organische verbindingen, die tot dusver moeilijk te realiseren waren.

Het huidige onderzoeksresultaat vertegenwoordigt een nieuw organisch syntheseprotocol dat mogelijk wordt gemaakt door de combinatie van organoboorverbindingen en lichtenergie en dat naar verwachting de synthese zal versnellen, bijvoorbeeld, in onderzoek naar geneesmiddelenontdekking. Vanuit academisch oogpunt, het reactieproces van homolytische splitsing van de koolstof-boorbinding veroorzaakt door bestraling met zichtbaar licht biedt een raamwerk voor nieuwe moleculaire transformatietechnologie.