据发现，α-羟基羰基化合物是药物分子和具有生物活性的天然产物分子中的重要结构基团，例如羟基鱼藤素、kjellmanianone、hamigeran A或强力霉素等( 图1 ) [1] [2] 。此外，它还作为手性配体的核心构成，应用于不对称催化领域 [3] 。羰基化合物的α-羟基化是合成α-羟基羰基化合物最有效、最直接的方法之一。

羰基化合物的不对称α-羟基化反应是制备具有光学活性的α-羟基羰基化合物的便捷途径。用锰、钴或铈盐催化羰基化合物的不对称α-羟基化是首选的方法 [4] 。然而，这些方法大多局限于某些高活性底物，近年来，利用有机小分子催化剂催化的直接方法引起了合成有机化学家的广泛关注，并且实例不断增加。特别是近年来，手性氨基酸、手性路易斯碱和手性Brønsted酸等有机催化剂在羰基化合物的直接α-羟化中具有很大的潜力。其次是羰基化合物α-羟基化的氧源，例如；过氧化物(Rubottom Oxidation)、二甲基二环氧乙烷(Dimethyldioxirane)、Oxaziridines (Davis Reagent)或分子氧等 [5] ；考虑到生态和经济方面，分子氧丰富、廉价、易得、对环境友好，因此分子氧是十分理性的氧源 [6] 。在不久的将来，将出现许多采用分子氧或空气氧作为氧化剂的更环保的不对称有机催化合成。

2016年，肖文精课题组 [7] 通过在手性双恶唑啉配体上用三态光敏剂将其修饰，制备了一种新型的可见光响应的手性配体，该配体与Ni(acac)2络合形成的催化剂，用于β-酮酯的不对称羟化反应( 图2 )。该反应以氧气或空气为绿色氧化剂，并且开发了一个新型可见光响应的不对称光催化手性配体，这些配体与不同金属催化剂前体的原位络合形成手性双功能光催化剂。这些催化剂的应用完成了可见光诱导的β-酮酯和β-酮酰胺的金属–光催化不对称好氧羟化反应，获得了高产率和对映选择性高的α-羟基-β-二羰基产物。

2017年，孟庆伟课题组 [8] 采用手性(1S,2S)-环己二胺盐–锆(IV)配合物催化剂，以过氧化氢丙苯氢(CHP)为氧化剂，实现了β-酮酯的高对映选择性α-羟基化反应( 图3 )。得到了多种相应的手性α-羟基β-酮酯化合物，收率高达99%，对映选择性高达98%。所修饰的salen-Zr (IV)催化剂含有两个明显的苯环四齿配体和一个手性环己二胺，可以有效地控制α-羟基化的立体选择性，特别是对于酯基空间位阻较小的底物，这是以前难以实现的。

2018年，Pradeep Singh课题组 [9] 以4CzIPN为可见光催化剂，Pd (OAc)₂为金属催化剂，实现2-芳基吡啶和2-芳基苯并噻唑的直接羟基化反应( 图4 )。所开发的通过有机光氧化还原和金属催化的合并的方法，芳烃的羟基化反应可以在可见光条件下在室温下顺利进行。通过开发具有有趣的ESIPT性质的荧光团来解决这种羟基化反应的效用。

2020年，孙伟课题组 [10] 在2,2,2-三氟乙醇中，以锰配合物为催化剂、H₂O₂为氧化剂，制备了一种高对映选择性的苯基醇( 图5 )。苯基醇具有优异的非对映选择性(高达> 95:5)和对映选择性(高达95% ee)。在S-PEB-Mn (OTf)₂配合物的催化下，使之可以实现一种直接的、高非对映和对映选择性的含有羰基的茚骨架的C−H羟基化。

2023年，Albrecht Berkessel课题组 [11] 所开发的顺式-1,2-二氨基环己烷(cis-DACH)衍生的Berkessel-salalen配体与钛配合物是一种高效的对映选择性催化剂( 图6 )，这种含两个明显的苯环四齿配体和一个手性环己二胺催化剂对苯的不对称羟基化对映选择性高达98% ee。

2008年，Takashi Itoh课题组 [12] 报道了3-取代-2吲哚酮与分子氧在相转移催化下的有氧不对称α-羟基化反应( 图7 )，并且利用辛可宁丁衍生的手性相转移催化剂实现了优异的对映选择性。该反应操作简单，对环境无害，因为使用了天然来源的有机催化剂和分子氧。所得到的α-羟基-2-氧化吲哚被认为是合成具有生物活性的天然产物的有用中间体。目前正在研究本方法在天然和生物活性化合物合成中的应用。

2012年，孟庆伟课题组 [13] 在温和的条件下，建立了一种高对映选择性的相转移催化β-酮酯光羟化反应( 图8 )。这些相转移催化剂适用于一系列的β-酮酯，收率高，对映选择性好，获得高收率(高达93%)和良好的对映体过量(高达75%)。

2013年，繆春宝课题组 [14] 为了方便制备α-羟基-β-二羰基化合物，研究了在光照射下以空气为氧化剂催化β-二羰基羟基化反应( 图9 )。仅用1mol %的I₂就完成了转变。α-取代丙二酸酯的主要产物是羟基化二羰基产物，次要产物为a,a-二羟基丙二酸酯。该方法具有广泛的适用性和良好的官能团容忍度，并且无无金属条件，催化剂负荷低，使用大气氧作为氧化剂，符合绿色化学原理，使合成更加高效、经济、环保，但底物范围有限，只适用于合成羰基α位有取代基的叔醇。

2015年，新加坡国立大学赵宇课题组 [15] 利用分子氧对无环酮和环酮进行了有效的α-羟基化反应( 图10 )。这个简单的催化过程使用一种容易获得的相转移催化剂，并产生各种有价值的叔α-羟基酮，具有良好的对映纯度。此方法是一种操作简单、经济高效的方法，使用相转移催化进行酮类的不对称α-羟基化反应，催化剂负载相对较低。合成了具有价值的中等到较高的收率羟基化的无环α-羟基酮和环状α-羟基酮。

2017年，蒋高喜课题组 [16] 描述了一种实用、无过渡金属的吡唑-5-酮有氧羟化制备4-羟基吡唑(通过C-H羟基化)或双吡唑(通过脱氢均偶联)。反应在K₂CO₃/二氧六环溶剂体系下α-羟基化吡唑( 图11 )。相比之下，以CH₃CN为反应介质，不添加任何添加剂时，双吡唑的生成优势明显。在无过渡金属的条件下，通过改变溶剂和碱，实现了吡唑从羟基化到均偶联的一种实际可调的好氧羟化反应。在K₂CO₃/二氧六环溶剂体系中，好氧羟基化反应有利于生产各种4-羟基吡唑，收率高。此外，在无添加剂的乙腈溶剂中，可以实现好氧均偶联反应。得到了收率较高的双吡唑。

2019年，杨元勇课题组 [17] 在无过渡金属和无还原剂的条件下，建立了碱催化异喹啉-1,3(2H,4H)-二酮与空气的高效羟基化反应( 图12 )。这种方法本质上是温和的，与广泛的底物兼容，包括芳基、杂芳基和烷基，为合成羟基化异喹啉-1,3(2H,4H)-二酮提供了另一种途径。此外，该产物可以通过简单的还原过程方便地转化为羟基化的四氢异喹啉核心结构。

2020年，李浩然课题组 [18] 在没有金属催化剂或还原剂的情况下，研究了在1,5,7三氮杂环[4.4.0]十二-5-烯(TBD)催化下的酮类有氧α-羟基化反应中的关键作用( 图13 )。对其机理进行了实验和理论研究。TBD增强过氧化物中间体的氧化能力，使DMSO成为常用的磷化氢还原剂的有效替代品，促进了TBD作为氧化催化剂的应用。TBD通过双质子转移过程对无还原剂下酮羟基化反应具有双重催化作用。TBD的第一个作用是通过质子激活酮类，最重要的是，TBD的第二个也是最关键的作用是催化过氧化物中间体的还原，过氧化物中间体和TBD之间形成的双氢键导致过氧化物中间体活性增强，允许DMSO将其还原为羟基化产物。因此，TBD的双重催化作用为C−H键的有氧羟化提供了绿色策略，避免了金属催化剂或危险化学计量膦还原剂的使用。

2021年，Maruoka课题组 [19] 用相转移催化羟基化反应合成了α-芳基-α-羟基-δ-内酰胺，以2,2-二芳基乙烯基为非手性助剂，获得了高收率和高对映选择性( 图14 )。这种方法可以很容易地获得含有手性季碳中心的α-芳基-α-羟基-δ-内酰胺衍生物。所开发的手性相转移催化剂与分子氧进行α-芳基-δ-内酰胺不对称α-羟基化反应的方法，在目前的不对称羟基化反应中，使用非手性助剂2,2-二芳基乙烯基可以有效地获得高收率和对映选择性，该方法允许不对称合成多种有价的含手性季中心的δ-内酰胺。

2022年，Hilinski课题组 [20] 采用一种仲胺作为催化剂催化C−H羟基化的有机催化方法。并且证明了这种操作简单的催化策略在实现含氧化敏感官能团的化合物(如醇、醚、氨基甲酸酯和酰胺)的远端羟基化都具有高收率和高选择性( 图15 )。反应机制的初步研究表明，首先催化剂可以形成活性氧化剂氧杂氮丙啶鎓盐，然后在自由基协同下插入O原子与底物反应。胺类催化剂的结构会影响催化剂的选择性。所开发的催化方法特别适合于氧化敏感官能团化合物的远端羟基化，除了对伯醇和胺衍生物的羟基化观察到的高平均产率外，该工艺对仲醇的化学选择性远端羟基化(up to 99% ee)。

2023年，罗三中教授课题组 [21] 通过手性伯胺协同光催化在六氟异丙醇(HFIP)中建立了高度立体选择性的胺–单重态氧偶联反应( 图16 )。机理研究表明溶剂直接参与了关键的烯胺偶联步骤。所开发的催化方法不仅可以有效地合成α-羟基-β-酮酯和α-羟基-β-酮酰胺，而且适用于具有多个手性中心的复杂底物。