H因子133! 理论与计算有机化学权威——K. N. Houk

名人介绍

Kendall N. Houk, 美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）教授，现任Saul Winstein有机化学杰出研究主席，美国艺术与科学院院士（2002年），国际量子分子科学院院士（2003年），美国国家科学院院士（2010年）。他于哈佛大学取得本科，硕士，博士学位，博士导师为1965年诺贝尔化学奖得主Robert Burns Woodward。
Houk教授是理论和计算有机化学领域的权威，他因对化学反应和选择性理论的重大贡献而闻名。他的团队主要通过计算化学以理解反应性，对复杂的有机反应进行计算建模，并通过实验验证理论预测。他与全世界的化学家进行了广泛而充分的合作。目前的主要研究方向是酶催化反应的理论研究和设计，合成中使用的不对称反应的定量建模，周环反应和竞争性双自由基过程的机理和动力学等。他在国际期刊上发表近1300篇文章，H因子133并且是全球100名被引用最多的化学家之一。

2020年至今，Kendall N. Houk教授团队及其合作者共发表20多篇文章。由于篇幅所限，本文仅选取其中5篇做精要解读。同时，文末也会列举教授经典高被引工作及其原文链接供感兴趣的老师和同学参考学习。由于小编水平有限，不科学之处敬请留言指正。

1.Science: 钙钛矿光电表面缺陷钝化的建构分子构型

原文链接：

10.1126/science.aay9698

表面陷阱介导的非辐射电荷复合是实现高效金属卤化物钙钛矿光伏的主要限制。钙钛矿晶格的离子特性使得分子缺陷钝化方法能够通过官能团和缺陷之间的相互作用来实现。然而，缺乏对分子构型如何影响钝化效果的深入理解是对合理分子设计的挑战。最近，美国加州大学洛杉矶分校Kendall N. Houk教授和Yang Yang教授等团队合作报道了用茶碱、咖啡因和可可碱系统地研究了被激活用于缺陷钝化的官能团的化学环境。当氮氢原子和碳氧原子在分子中处于最佳构型时，氮氢原子和碘原子之间的氢键形成有助于主要碳氧原子与抗蚀剂铅缺陷的结合，以最大化表面缺陷结合。经茶碱处理后，光伏器件的功率转换效率稳定在22.6%。（共同第一作者：Rui Wang, Jingjing Xue, Kai-Li Wang）

2.Nature Chem.：通过结构、机理和计算研究揭开不对称放大、自催化的Soai反应的神秘面纱

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41557-020-0421-8

在有机化学中，Soai反应是指嘧啶-5-异喹啉甲醛与二异丙基锌烷基化反应，这个反应是一种重要的自催化反应，因而会导致产品的相同对映体的数量迅速增加。为了寻找某些生物分子同源性起源的线索，人们对这个反应进行了研究。Soai 反应深刻地影响了化学家对自催化、手性对称破坏、绝对不对称合成及其在生物同手性起源中的作用的看法。最近，来自美国伊利诺伊大学厄巴纳分校的Scott E. Denmark教授和加州大学洛杉矶分校Kendall N. Houk教授团队合作报道了在使用二异丙基锌烷基化5-(三甲基甲硅烷基乙炔基)吡啶-3-甲醛中不对称放大自催化的前所未有的观察。使用替代底物的动力学研究和结合特定结构突变的一系列锌醇盐的光谱分析揭示了“吡啶辅助立方逃逸”。新的四聚体簇起催化剂的作用，它通过两点结合方式活化底物，并使配位的二异丙基锌部分平衡，用于烷基转移。通过密度泛函理论计算验证了导致同手性和异手性产物的过渡态模型。此外，杂手性络合物的实验和计算分析为该系统的非线性行为提供了明确的解释。他们对Soai反应系统的解构揭示了自动催化剂进化、功能和底物相容性的结构逻辑。（本文第一作者：Soumitra V. Athavale）

3.Nature Chem.：相邻位置的远距离C-H键的分化和功能化

原文链接：

https:/ / doi.org/10.1038/ s41557-020-0424-5

C-H键的位点选择性功能化最终将为化学家提供编辑和构建复杂分子结构的变革工具。为了实现这个目标，开发激活远离功能基团的C-H键的策略是至关重要的。在这种情况下，区分相邻碳原子上的远程碳氢键是一个巨大的挑战，因为这两个位置之间缺乏电子或空间偏见。最近，来自美国加州拉荷亚斯克里普斯研究所Jin-Quan Yu教授和加州大学洛杉矶分校Kendall N. Houk教授团队合作报道了一个催化系统的设计，该系统利用一个远程导向模板和一个瞬态降冰片烯介体来选择性地激活一个以前无法到达的远程C-H键，即一个更远的键。这种方法的普遍性已经在一系列杂环上得到证明，包括一种复杂的抗白血病剂和氢化肉桂酸底物。（本文第一作者：Hang Shi）

4.Angew. Chem. Int. Ed.：硅烷选择性酶氧化成硅烷醇

原文链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202002861

与生物界丰富的碳功能化化学相比，较重的同系硅的酶促转化是罕见的。最近，美国加州理工Frances H. Arnold教授和加州大学洛杉矶分校Kendall N. Houk教授团队合作报道了一种野生型细胞色素P450单加氧酶(来自巨大芽孢杆菌的P450BM3，CYP102A1)具有混杂的氧化氢化硅烷生成硅烷醇的活性。定向进化增强了这种非天然活性，并创造了一种在温和条件下用氧作为最终氧化剂进行选择性硅烷氧化的高效催化剂。这种进化出的酶使硅烷底物中存在的碳氢键保持不变，这种生物转化不会导致二硅氧烷的形成，这是硅烷醇合成中的一个常见问题。计算研究表明，催化过程是通过氢原子的提取，然后是自由基的反弹来进行的，正如在P450的天然碳氢羟基化机理中观察到的那样。酶促硅烷氧化现在扩展了大自然令人印象深刻的催化功能。（本文第一作者：Susanne Bähr）

5.PNAS: 非共价π堆叠鲁棒拓扑有机框架

原文链接：

https://www.pnas.org/content/117/34/20397

有机框架(OFs)提供了一种将有机半导体组装成便于运输的坚固网络的新策略，特别是共价有机框架(COFs)。然而，通过共价键的导电性差和CoF的不溶性限制了它们在有机电子学中的实际应用。众所周知，在有机半导体中，二维层内π-π转移占主导地位。然而，由于非共价π-π相互作用极其不稳定的固有特性，通过非共价π-π相互作用直接构建鲁棒框架是一项困难的任务。为了实现这个目标，最近，美国加州大学洛杉矶分校Kendall N. Houk教授和Yang Yang教授团队合作报道了一个稳定的非共价π-π相互作用堆叠有机框架，即πOF，由一个永久的三维多孔结构组成，该结构由纯层内非共价π -π相互作用保持在一起。精细的多孔结构，具有1.69纳米的超最大微孔，由具有四个相同平台的完全共轭的刚性芳香四方-二苯型分子组成。πOF显示出优异的热稳定性和高的可回收性，并显示出自愈合性能，通过该性能，母体孔隙率在室温下的溶剂退火时得以恢复。利用长程π-π相互作用，他们证明了πOF在有机场效应晶体管中的显著输运性质，其迁移率显示出相对于传统COFs的优势。这些结果使πOF有希望朝着高性能有机电子器件的多孔导电材料的方向发展。（本文第一作者：Dong Meng）

Kendall N. Houk教授及其合作者高被引工作汇总：(仅统计被引大于1000次)
【1】Jiang, L., et al. (2008). "De Novo Computational Design of Retro-Aldol Enzymes." Science 319(5868): 1387-1391.（被引1117次）
【2】K. N. Houk, J. S., Charles R. Watts, L. J. Luskus (1973). "The Origin of Reactivity, Regioselectivity, and Periselectivity in 1,S-Dipolar Cycloadditions " J. Amer. Chem. Soc. 90(543): 553.（被引1000次）    【3】Röthlisberger, D., et al. (2008). "Kemp elimination catalysts by computational enzyme design." Nature 453(7192): 190-195. （被引1202次）
（数据来源：Google Scholar  数据截止日期：2020/09/16）

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