鑽石舞台

Kendall N. Houk，美國理論與計算機學家，加州大學洛杉磯分校化學與生物化學系Saul Winstein講座教授。1998年當選為世界理論與計算化學家協會高級會士，2002年當選美國科學與藝術學院院士，2003年當選為國際量子分子科學院院士，2010年當選美國國家科學院院士，2021年當選為中國科學院外籍院士。

他是把計算與實驗結合起來研究化學的先驅者之一，對認識化學反應的機理、立體化學和生物酶的設計等作出了重大貢獻。周環反應是最廣泛應用的有機反應之一，霍克教授是這一研究領域的權威，對認識反應機理做出了巨大貢獻。他發展了霍克規則預測反應活性，和霍克扭轉選擇性模型，預測開環反應的轉動形式。霍克是最早利用量子力學計算來研究化學反應過渡態的學者，被認為是計算化學的先驅之一和引領者。他研究領域廣泛，發展了一系列以他名字命名的規則和模型，被廣泛應用。霍克教授發展了一個形變-結合模型，即反應過渡態的能量可由分子扭曲能和分子作用能決定，從而可以定量揭示不同類型分子之間反應活性差異的控制因素，被認為是自Fukui前沿分子軌道理論後有機化學的重大飛躍。（來源：中科院）

近日，Kendall N. Houk教授團隊與相關研究人員合作，連續在Science和Nature報道重要研究成果，現簡要摘錄如下：

通過對雜芳烴C-H化學鍵進行選擇性的連續官能團化，能夠實現快速合成各種各樣的化學分子。這個目標對於醫藥化學領域具有非常重要的意義，但是這個目標的達成面臨非常大的挑戰。與雜環芳烴C-H化學鍵表現具有偏向的電子結構相比，對缺少本徵立體位阻/電子結構差異的雙環氮雜芳烴進行遠程苯並C-H化學鍵官能團化具有更高的難度與挑戰。

有鑑於此，Scripps研究所余金權(Jin-Quan Yu)、加州大學洛杉磯分校K. N. Houk等報道兩種區別的導向模板，通過對模板的距離、結構、以及未曾關注的手性進行控制，能夠對雙環氮雜芳烴分子相鄰的遠程位點（C6vs C7）、以及位置相似的位點（C3vs C7）進行區分和官能團化修飾。

這種方法學策略能夠對含有與C7位點類似的競爭性C3位點的喹啉分子，進行C6或者C7位點直接C-H間烯烴化、炔基化、烯丙基化。

這種位點選擇性、可以迭代、而且能夠對含有喹啉結構單元的藥效基團進行後期C-H化學鍵修飾，以及能夠以不同的反應順序，因此為合成化學提供豐富的機會。這項工作與之前相關報道的方法能夠相互補充，為雙環氮雜芳烴分子的後期「分子編輯」建立了一套普適性方法。

參考文獻：

Fan, Z., Chen, X., Tanaka, K. et al. Molecular Editing of Aza-arene C–H Bonds by Distance, Geometry and Chirality. Nature (2022)

DOI: 10.1038/s41586-022-05175-1

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05175-1

全氟化物/多氟化物PFAS（Per- and polyfluoroalkyl substances）分子是一種持久性存在、能夠在生物體內累積的水溶性污染物，人們發現水源中的全氟化物/多氟化物的濃度足以對人類健康產生危害。目前人們降解PFAS分子的方法主要是通過非選擇性的降解機理進行。

有鑑於此，西北大學William R. Dichtel、加州大學洛杉磯分校K. N. Houk等報道發現一種通過氫氧化鈉輔助脫氟的方法，這種方法在非質子的極性溶劑中將PFAS分子降解，分解過程通過反應活性多氟烷基自由基中間體，在24 h內能夠以78~100 %的轉化率將分子中的氟原子轉化為氟離子。

脫氟反應的機理與常見的單碳鏈縮短機制（one-carbon-chain shortening mechanisms）並不一致，作者通過計算化學鑑定了反應的路徑機理，並且通過實驗進行驗證。

除了直鏈分子，支狀全氟烷基醚羧酸以及其他類型PFAS分子可能同樣以類似的方式降解，而且可能拓展至活化其他種類的極性基團。

與其他降解PFAS的方法相比，本文的方法對氟烴底物分子實現了選擇性降解能力，表現較高的氟離子回收，反應生成的副產物較少，而且能夠在非常溫和的條件進行反應。

參考文獻：

Brittany Trang, Yuli Li, Xiao-Song Xue, Mohamed Ateia, K. N. Houk*, William R. Dichtel*, Low-temperature mineralization of perfluorocarboxylic acids, Science 2022, 377 (6608), 839-845

DOI: 10.1126/science.abm8868

www.science.org/doi/10.1126/science.abm8868

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