为应对稀有金属的枯竭/价格上涨，不含金属元素的有机催化剂作为下一代催化剂受到了广泛关注。然而，有机催化剂难以控制具有高反应性的涉及单个电子的自由基反应。因此，由有机催化剂介导的反应过程相当有限。这阻碍了通过有机催化剂进行有机合成的开发和应用。

N-杂环卡宾作为有机催化剂的研究始于对涉及辅酶硫胺素（维生素B1）和噻唑鎓盐的生物反应的研究，其中烯醇中间体可促进单电子转移至电子受体，如脂酰胺，黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）和Fe4S4，它们在氧化反应中起重要作用。科学家从这一生物学现象中得到启发，并合成了可以控制自由基反应的N-杂环卡宾催化剂。然而，由于可用于这种催化反应的底物数量的限制，只能合成窄范围的有机化合物。这严重地限制了其应用，例如在药物开发中。

美国化学会旗下ACS Catalysis杂志报道了日本金泽大学Ohmiya教授及其同事的一项研究，他们设计了一种具有N-新戊基的噻唑鎓型N-杂环卡宾催化剂，该催化剂可主动控制自由基反应，并能够通过自由基中继机理从脂族醛和脂族羧酸衍生物合成35种以上的大体积二烷基酮。该催化剂有望为加速药物发现研究开辟道路。

迄今为止，使用常规的N-杂环卡宾催化剂进行的自由基反应仅可应用于芳族醛作为催化反应底物。此处新开发的N杂环卡宾催化剂是一种适用于芳族和脂族醛的通用催化剂，成功的关键在于他们发现，噻唑型N-杂环卡宾的N-新戊基对反应进程有效，而他们的研究则充分利用了有机化学和测量技术。发现N-新戊基的庞大体不仅有效地促进了反应体系中产生的两种不同自由基的偶联反应，而且还抑制了不良的副反应。

本催化反应在有机化学合成中具有以下优点:

1）由于高反应性自由基的参与，大分子可以成为反应的底物。

2）该方法在广泛的官能团和底物方面非常出色，因为催化反应可以在温和的条件下进行而无需用于金属催化剂或氧化还原试剂。

因此，现在有可能合成超过35种庞大而复杂的二烷基酮，这在以前是非常困难的。这使得能够由脂族醛和脂族羧酸衍生物合成具有二烷基酮主链的天然化合物和药物。

在这项研究中，研究小组设计了一种可控制自由基反应的新型有机催化剂，从而大大拓宽了对各种底物的适用性。这项研究有望加速药物研发，因为它能够合成过去几乎不可能实现的具有高附加值的有机化合物。从学术角度来看，该研究已经建立了可控制自由基反应的有机催化剂的设计指南。