强烈建议每个有机民工/工头收藏这个故事。今后以导师/师兄的身份给新入坑的学生/师弟安排看起来没有新意/仅仅是底物拓展的任务时，把这个链接发给对方，说：我这是给你发Science的机会啊Doge。
这个故事大概得从2年前开始讲起。2021年2月，日本的一个传统的有机方法学的课题组（课题组长是Mamoru Tobisu教授）在有机化学的传统刊物Organic Letters上发表了一篇中规中矩的方法学论文。在这篇论文里，他们报道了NHC可以催化未经活化的N-芳基丙烯酰胺的重排反应。NHC能参与这样的反应一点都不意外，特别是这里催化剂的用量达到0.3当量。甚至于这个过程的重排方式也可以套用经典的Trucce-Similes重排。
一切看起来都平平无奇，直到2023年2月，同一个课题组，2年前那篇Organic Letters的二作Miharu Kamitani如今作为第一作者发表了一篇Science。而这篇Science的故事，则是开始于他们在重复那篇OL时，把NHC催化剂的结构做了一点点调整（如图2所示，从NHC1换成NHC2）。结果，甚至在加入1当量的催化剂时，还是一点也没拿到预期产物，反而以中等收率拿到一个奇怪的产物3a，伴随着差不多等量的副产物4a。
图1. 2021年的Organic Letters，谁能想到背后竟然是一篇Science
经过进一步的筛选，他们发现NHC上N的取代基时烷基是反应收率较高，甚至高达93%。读者应该不难猜到4a就是NHC降解产物，问题是那剩下的那个C原子去哪儿了呢？是3a那个多出来的C（图2中黄色高亮的）吗？他们用13C标记做确认了，就是这样。
图2. 本以为只是拓展下NHC催化剂的范围，结果大跌眼镜
这可就太有意思了啊。要知道，这下就相当于他们往一个比较复杂的有机分子上非常纯粹的塞了一个碳原子，形成4个新的C-X键。纵观整个有机化学历史，这样的例子确实有，但是不多。一般来说，都是要想办法直接制造裸的碳原子，比如在用碳的蒸气和有机分子反应（图3B），或者一些能够分解形成裸的碳原子的前驱体（图3C）。这些例子往往产率低，反应条件苛刻，官能团兼容性差（图3D），也就很难在药物分子合成中发光发热。
图3. 往一个复杂有机分子上增加单一的碳原子是很困难的
相反的，Mamoru Tobisu教授他们发现的这种NHC催化的策略，能够兼容多种官能团，产率比较高，得到的内酰胺结构是抗生素等药物分子中常见的基团。
当然，这项工作距离一篇顶级的有机化学论文还差一个可信的反应机理。提出机理不难（图4A），比较难的是验证机理。为此，他们针对机理中的3个关键中间体设计了相应的模型分子，证实了它们可以在实验条件下得到预期的产物。比较有趣的是，研究人员通过氘代实验证实从中间体Ⅲ到最终产物确实涉及到了H原子的转移。
图4. 机理验证
顺带一提，这个课题组确实很传统啊，他们组甚至都是日本人。（没有华人就离谱）。
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参考文献：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.orglett.0c04281
https://www-chem.eng.osaka-u.ac.jp/~tobisu-lab/index.html
来源：高分子科学前沿
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