手性催化剂就是含有手性C原子的催化剂，它在一些合成反应中具有举足轻重的作用。

手性是自然界的基本属性之一，与生命休戚相关。近年来，人们对单一手性化合物（如手性医药和农药等）及手性功能材料的需求推动了手性科学的蓬勃发展。手性物质的获得，除了来自天然以外，人工合成是主要的途径。外消旋体拆分、底物诱导的手性合成和手性催化合成是获得手性物质的三种方法，其中，手性催化是最有效的方法，因为他能够实现手性增殖。一个高效的手性催化剂分子可以诱导产生成千上万乃至上百万个手性产物分子，达到甚至超过了酶催化的水平。2001年，诺贝尔化学奖授予了三位从事手性催化研究的科学家Knowles、Noyori和Sharpless，以表彰他们在手性催化氢化和氧化方面做出的开拓性贡献，同时也彰显了这个领域的重要性以及对相关领域如药物、新材料等产生的深远影响。

大家都知道有机化合物是含碳的化合物，一个碳原子的最外层上有四个电子，若以单键成键时，可以形成四个共价单键，共价键指向四面体的顶点，当碳原子连接的四个基团各不相同时，与这个碳原子相连接的四个基团有两种空间连接方式，这两种方式如同左右手，互为“镜像”，也是不能完全叠合在一起的，因此，这样的分子叫做“手性分子”。 这种构成手性关系的分子之间，把一方叫做另一方的“对映异构体”。许多有机化合物分子都有“对映异构体”，即是具有“手性”。

催化剂（catalyst）会诱导化学反应发生改变，而使化学反应变快或减减慢或者在较低的温度环境下进行化学反应。催化剂自身的组成、化学性质和质量在反应前后不发生变化；它和反应体系的关系就像锁与钥匙的关系一样，具有高度的选择性（或专一性）。一种催化剂并非对所有的化学反应都有催化作用，例如二氧化锰在氯酸钾受热分解中起催化作用，加快化学反应速率，但对其他的化学反应就不一定有催化作用。

而手性催化剂就是含有手性C原子的催化剂，它在一些合成放应中具有举足轻重的作用。

手性配体和手性催化剂是手性催化合成领域的核心，事实上手性催化合成的每一次突破性进展总是与新型手性配体及其催化剂的出现密切相关。2003年，美国哈佛大学Jacobsen在美国《Science》杂志的视点栏目上发表论文，对2002年以前发展的为数众多的手性配体及催化剂进行了评述，共归纳出八种类型的“优势手性配体和催化剂（Privileged chiral ligands and catalysts）”。例如：2001年诺贝尔奖获得者Noyori发展的BINAP系列手性催化剂就是其中一例。BINAP与金属铑和钌形成的配合物已被证明是许多前手性烯烃和酮的高效催化剂，其中，BINAP的钌-双膦/双胺催化剂成功地解决了简单芳基酮的高效、高选择性氢化，催化剂的TOF高达60次/秒（即一个催化剂分子每秒可以催化转化60个底物分子），TON高达230万（即一个催化剂分子总共可以催化转化230万个底物分子），是目前最高效的手性催化剂体系。

迄今为止，已经实现的手性催化反应只占到全部发现的有机反应中的绝少一部分，即使对于比较成熟的手性催化氢化和氧化反应来说，仍然还存在许多有待解决的问题。而对于手性催化碳-碳键形成反应，缺乏高效的手性催化剂或催化剂的效率低是一个普遍性的问题。近年来，各国科学家通过新型配体的设计，发展了新的手性催化体系，在金属配合物手性催化反应中取得了一系列重要进展。例如：Yamamoto等人以金属配合物作为路易斯酸催化剂在手性催化反应中取得了很好的结果，并提出组合酸催化剂的概念。

生物催化是利用生物催化体系（如细胞或酶）催化的反应过程，他是迄今为止人们所知的最高效和最具有选择性的温和催化反应体系，也是一个环境友好的体系。这一方法不仅可以得到纯度高、量大的产物，而且可以获得很多常规方法难于合成的包括手性医药、农药及其中间体在内的手性化合物，从而克服化学合成中的困难和弥补化学合成的不足。近十几年来，各国科学家在生物催化的氧化还原、环氧化合物的开环、羰基化合物的氰醇化、以及腈的水解等反应方面取得了重要的进展，同时在工业应用上也获得了很大的成功。1997年，Reetz等发展了利用定向进化方法制备和筛选高效、高选择性生物催化剂的新方法。最近，Reetz和Ward等通过将具有催化活性的金属催化剂植入到宿主蛋白，发展了人造金属酶（artificialmetalloenzyme）催化体系。这种酶与金属催化剂体系的融合与组合综合了酶和金属催化的优点。

有机小分子手性催化作为继酶催化和金属催化之后的第三类手性催化反应，近年来得到了很大的发展，成为手性催化研究的一个新热点，有学者称现在是“手性有机小分子催化的黄金时代”。手性酮催化烯烃的环氧化反应是早期有机小分子催化反应的代表之一，杨丹和史一安等分别作出了出色的工作，特别是史一安发展的以天然糖为原料的手性酮催化剂，是目前最成功的具有广普底物适用性的有机小分子催化体系，被称“史环氧化反应（Shi Epoxidation）”。2000年，自List和Barbas等报道了脯氨酸催化的分子间不对称aldol反应、MacMillan等报道了手性咪唑啉酮催化的不对称Diels-Alder反应以后，有机小分子手性催化在国际上得到迅速的发展。目前，在设计合成新型有机小分子催化剂的基础上，已成功实现了包括adol、Diels-Alder、Friedel-Crafts、Baylis-Hillman、Mannich、Michael加成、硅氰化、卤化、胺化、胺氧化、环氧化、Biginelli反应、以及膦氢化等反应在内的多种类型的手性催化反应。

均相手性催化具有高效、高对映选择性和反应条件温和等特点，但在大多数情况下，催化剂的用量都在1%～10%（摩尔分数），因此要实现这些催化反应在工业上的应用，必须解决昂贵催化剂的回收与再利用问题。此外，对于医药等化工产品来说，绝少量的有害金属（催化剂）残留也是不允许的。因此，围绕解决手性催化剂的稳定性、催化效率以及实用性等问题，均相催化剂的负载化是一个有待解决的核心科学问题。针对传统负载催化剂的不足，以及随着组合化学、绿色化学、超分子化学等新兴学科的迅速发展，负载均相催化剂的研究得到了迅猛的发展。目前，已建立和发展了多种均相催化剂的负载与分离新方法、新概念，如纳米孔中的催化反应、有机-无机组装体催化体系、金属有机骨架（MOF）催化体系、负载液膜催化体系、自负载催化剂、树状大分子催化剂、以及温控相变催化体系等。最近，包括美国《化学综述》杂志在内的多种国际知名期刊均以专辑的形式介绍了该研究领域取得的最新成果。

随着对手性催化研究的逐步深入，化学家在不断地总结和发展一些新概念和新方法，一方面可以进一步提高手性催化的效率，另一方面，也为认识手性起源和手性催化的规律提供了新的线索和思路，为新型手性催化剂和新的手性催化反应的设计提供了理论指导。比如Kagan等提出的非线性效应、Noyori等提出的不对称放大、Yamamoto与Faller提出的“不对称毒化”、以及Mikami提出的“不对称活化”等概念曾为设计手性催化剂提供了全新的思路。此外，还包括Soai等提出的“不对称自催化”和Sharpless等提出的“配体加速的催化反应”等。这些概念和最近提出的“组合不对称催化”、“超分子手性催化”等成为了国内外手性催化研究的热点。

综上所述，手性催化研究在过去几十年中已经取得了巨大的成功，是目前化学学科最为活跃的研究领域之一。近年来，包括我国研究人员在内的科学家又在制备新型手性催化剂、发展新的高效的手性催化反应、以及相关新概念和新方法等研究方面取得了新的重要进展。但总体而言，实用和高效的手性催化合成方法依然处于发展的初期阶段，真正在手性工业合成中得到应用的技术还十分有限。2001年诺贝尔奖获得者Noyori教授指出：“未来的合成化学必须是经济的、安全的、环境友好的以及节省资源和能源的化学，化学家需要为实现‘完美的反应化学’而努力，即以100%的选择性和100%的收率只生成需要的产物而没有废物产生”。手性催化合成作为实现“完美合成化学”的重要途径之一，目前还有许多科学问题有待解决，比如：1）手性催化剂的立体选择性及催化效率问题；2）手性催化剂结构的创新性问题，也就是具有自主知识产权的、新型高效的手性催化剂的创制问题；3）受限环境中手性诱导的规律性问题；4）手性诱导过程中多因素控制的复杂性问题等。当然还包括关于生命起源中手性的起源和均一性等重大基本科学问题。其中，手性催化剂是手性催化研究中的最核心科学问题。目前对于手性催化剂的研究，还缺乏系统的理性指导以及规律性可循，手性催化剂及高效催化反应的开发大都凭借经验、运气和坚持不懈努力。因此，要实现手性催化反应的高选择性、高效率，需要从基础研究入手，通过理论、概念和方法的创新，解决这一挑战性问题。