酶催化剂能够通过在限域的精确优化结构的结合口袋位点内的底物进行定向活化实现较好的底物/产物选择性。虽然目前人们在构建人工催化剂的过程中能够模拟酶催化剂的基本性质，但是仍无法在酶催化剂的口袋结构中通过质子链活化底物分子。质子链能够通过相互的质子传输对亲核试剂和亲电试剂进行活化，从而在温和的反应条件中实现立体选择性。

有鉴于此，巴塞尔大学Konrad Tiefenbacher等报道成功的在间苯二酚[4]芳烃超分子胶囊内实现了这种拟酶催化反应，展示了在糖基化反应中较好的催化活性和β位点选择性。通过控制实验，给出该反应在分子容器内部进行的明确证据。这种催化反应对非常广泛的糖苷供体和亲核试剂具有较好的底物兼容性，同时反应的限制性因素只是超分子的孔尺寸。

由于该项研究的重要意义，波恩大学Larissa K. S. von Krbek、伦敦大学学院Cally J. E. Haynes对这项研究进行总结与评述。

本文要点

（1）

背景。超分子领域长期以来针对模拟酶的结构和功能进行大量工作，特别是人们从复杂催化反应的底物识别和催化转化选择性角度进行研究，成功的在底物选择性识别、反应物的纳米限域、稳定高能量中间体、发展新型的底物/产物立体选择性等方面得到重要进展。

（2）

新发展。巴塞尔大学Konrad Tiefenbacher等在超分子胶囊结构I中实现了模拟酶催化反应过程的质子链（proton wire）机理催化反应，成功的在温和反应条件中实现了具有挑战性的β-糖基化。这种超分子胶囊I的结构是间苯二酚[4]芳烃（resorcin[4]arenes），其中含有60个酚羟基与8个水分子构成的氢键网络。通过这种结构具有的氢键网络，在胶囊内实现了亲电和亲核双重活化，并且能够促进糖基化反应实现β-位点选择性。

（3）

机理研究。通过分子动力学模拟（量子力学/分子动力学，增强采样，拟经典轨迹）、质子数量分析，以及不含水的胶囊（无法构建完整的氢键网络结构）控制实验，验证该反应的质子链机理。控制实验发现，当超分子胶囊不含水分子，无法构建完整的氢键网络结构，无法催化反应的进行。通过质子轨迹研究测试不同D/H比例的动力学同位素效应，发现该反应的决速步骤中包括多个质子交换，进一步验证了质子链催化反应机理。

参考文献

Haynes, C.J.E., von Krbek, L.K.S. Hopping protons in supramolecular catalysis. Nat. Chem. 14, 969–971 (2022)

DOI: 10.1038/s41557-022-01024-w

https://www.nature.com/articles/s41557-022-01024-w

Li, TR., Huck, F., Piccini, G. et al. Mimicry of the proton wire mechanism of enzymes inside a supramolecular capsule enables β-selective O-glycosylations. Nat. Chem. 14, 985–994 (2022)

DOI: 10.1038/s41557-022-00981-6

https://www.nature.com/articles/s41557-022-00981-6