手性醇广泛存在于药物、天然产物以及生物活性分子中，是一类十分重要的结构单元。不对称羰基加成反应是合成手性醇的重要策略，同时也是制药公司使用最多的一类碳-碳成键反应之一^[32]。发展高效的不对称羰基加成反应用于手性醇及其衍生物的合成^[33]，已成为现代有机化学的重要研究方向。本文将围绕酮、醛和亚胺三类羰基底物，系统介绍近年来金属卡宾催化不对称羰基加成反应的研究进展。

1.1 金属卡宾催化酮的不对称加成反应合成手性叔醇

2021年，本课题组报道了镍/NHC催化芳基硼酸酯对酮的不对称加成反应(图2)^[34]。在镍/NHC的催化下，芳基硼酸酯可以快速(<10 min)和酮羰基发生加成反应，经由后处理水解后得到手性叔醇产物。该方法具有温和的反应条件、广泛的底物适用性、优异的官能团兼容性以及优秀的对映选择性(高达99%收率和97%e.e.)。酮底物涵盖芳基-烷基酮、烷基-烷基酮、环酮及含杂环酮等；硼酸酯部分也可适用于多种芳基及杂芳基底物。该反应还可以应用于多种药物分子的后期修饰和改造。

1.2 金属卡宾催化醛的不对称加成反应合成手性仲醇

2001年，Fürstner等^[44]首次报道了铑催化的非手性NHC配体参与的芳基硼酸对醛的加成反应。2005年，Bolm等^[45]报道了该反应的手性版本，使用大位阻的单齿手性NHC配体，手性仲醇产物最高仅有38%的e.e.。基于镍卡宾催化剂和羰基的η2配位活化模式，本课题组2021年报道了氮杂环卡宾镍催化醛的不对称芳基化和烯基化反应(图9)^[46]。该反应条件温和，具有普适的底物范围和优秀的官能团兼容性，并且能够实现优秀的化学选择性和对映选择性控制。

1.3 金属卡宾催化亚胺的不对称加成反应合成手性胺

手性胺广泛存在于药物和生物活性分子结构之中，同时也是十分重要的小分子砌块，手性胺的高效不对称合成是有机化学的重要研究领域。亚胺的不对称加成是合成手性胺最为直接的策略之一，近年来受到化学家们的广泛研究。2009年，Shi等^[55]利用其发展的带有2个NHC的双齿手性氮杂环卡宾配体与钯结合，实现了亚胺与芳基硼酸的不对称加成反应，手性二级胺产物最高可达90%e.e.。2019年，Ye等^[56]报道了醛亚胺和炔烃的不对称还原偶联反应(图15)，使用大位阻的手性氮杂环卡宾作配体，异丙醇作还原剂，以良好至优秀的对映选择性(51%~91% e.e.)合成手性烯丙基胺。氘代标记实验结果表明产物中的氢完全来自于异丙醇。在此实验基础上，作者提出了可能的反应机理：镍卡宾催化亚胺和炔烃发生氧化环合生成五元环镍中间体，在异丙醇作用下质子解开环，最后发生β-氢消除和还原消除得到产物并且再生催化剂。