不对称催化在现代有机化学和当今医药、农用化学品和精细化学品的生产中发挥着不可或缺的作用——超过 50 % 的畅销药物是单一对映异构体，2010年新上市的药物占比甚至高达 70 %。2000 年，全球手性药物市场总额超过 1330 亿美元，相当于单年增长了 13 %。2005 年，全球单一对映异构体药物的销售额超过 2250 亿美元。因此，对映体纯化合物的合成在现代药物发现计划中极为重要，而开发新的不对称策略可以很容易地增加分子的结构复杂性，同时保持对新形成的立体中心的立体化学的控制是至关重要的。

另一方面，可见光光氧化还原催化已成为有机合成中的强大工具。在光催化反应中，催化剂吸收可见光并可以将电子从其最高占据分子轨道 (HOMO) 提升到其最低未占据分子轨道 (HOMO)，由此产生的单重激发态 (S1) 催化物质随后经历系统间交叉 (ISC) 以获得相对长寿命的三重激发态 (T1)。在这种分子构型中，被激发的物质可以参与多种去激发途径，包括单电子转移 (SET)、能量转移 (EnT)、原子或基团转移以及其他相关步骤。激发态催化剂的独特反应性为开发新的转化提供了强大的平台，并体现出了与传统基态催化相比具有以下吸引力和互补性的优势：(i)它提供了在温和反应条件下生成活性自由基物质的简单途径，实现能够快速生成分子复杂性和复杂分子后期功能化的独特转化；(ii)它允许分子的局部和选择性激发，最大限度地减少副反应，因为大多数有机化合物不吸收可见光；(iii)它提供了进入激发态反应表面的途径，提供了新的战略键形成，从而导致传统反应难以获得的分子结构；(iv)它为有机合成创造了一种可持续和更环保的方法，因为在这些激活模式中使用的可见光是可再生的、清洁的和安全的能源。

图1：手性有机催化实现不对称光氧化还原催化的里程碑记录。

可见光催化在有机合成中的应用于 1978 年首次被描述，但直到 2000 年后 Yoon、MacMillan和 Stephenson的开创性工作，这一有前景可观的概念才得到较为系统的研究。随着光催化的发展，对映选择性光氧化还原催化转化的发展仍然是有机合成中的一项重大挑战。光催化反应中精确对映控制的挑战来源于中间自由基和自由基离子的高固有反应性以及低能量与这些奇电子物种的反应等。通常，主要困难在于克服外消旋背景反应的高速率。然而，过去十年出现的几种精彩的策略实现了在光氧化还原催化反应条件下控制立体化学，并提供不对称的手性分在光催化反应中诱导手性转移的一个关键策略，即通过不对称有机催化，包括烯胺催化、亚胺离子催化、布朗斯台德酸/碱催化和 N-杂环卡宾催化。MacMillan 在 2008 年报道了第一个将光氧化还原催化和不对称有机催化结合的例子， 这为不对称光催化的发展奠定了基础。从那时起，通过不对称有机催化实现了广泛的对映选择性光催化转化(图 1)。

本期为大家介绍由美国纽约州立大学石溪分校的Ming-Yu Ngai等发表的关于手性有机催化剂实现的不对称光催化反应的概述——主要总结了2008 年至 2021 年 6 月涉及光催化转化的有机催化类型，并讨论了每种反应的底物范围、优点和局限性以及提出的机理。

图2：第一个例可见光下光氧化还原烯胺/亚胺离子催化醛的对映选择性α-烷基化反应及其催化机理。

综述详细讲解了涉及烯胺/亚胺离子催化的光化学反应(图2)、光氧化还原/手性布朗斯台德酸碱的协同催化(图3)、卡宾催化等等。总之，不同的例子表明，不对称光化学有机催化合成为化学家提供了前所未有的制备对映体富集分子的方法，这对于药物发现和开发至关重要。通过与不同的基态手性有机催化策略(如烯胺催化、亚胺离子催化、布朗斯台德酸催化等)的合作，实现了在光激发条件下产生的开壳底物或中间体的立体控制。带电子的有机催化中间体的激发态化学还探索了转移或能量转移机制，并显示了立体化学诱导反应的巨大潜力。随着合成化学界对这一概念的定义和迅速采用，作者表示，不对称有机/光催化将在未来几十年继续成为热门研究领域，更多突破性的反应将被报道以扩大其在不对称合成中的应用。

图3：PCET 条件下的不对称合成吡咯并二氢吲哚及其反应机理。

最后作者提及该领域的进一步研究可能会集中在以下几个方面：首先，光催化和有机催化中新型活化策略的快速发展将有利于不对称有机/光催化的创新，以发现新的反应性和选择性；它还将有助于解决具有挑战性的对映选择性成键问题。其次，通过采用其他催化策略（如过渡金属催化）来设计和开发兼容的多催化途径可能是发现新活化模式的另一个有希望的领域。第三，有机催化剂或相关中间体的光物理性质尚不完全清楚，有待进一步探索，这将促进独特的具有新机制的无外光催化剂反应的发展。最后也是最重要的一点是，作者希望看到在复杂分子合成的背景下采用不对称光化学有机催化合成，并使用流动化学提高放大能力，以将该策略应用于工业生产。