今天分享一篇发表在J. Am. Chem. Soc.上的文章，题目是Chemoselective and Site-SelectiveReductions Catalyzed by a SupramolecularHost and a Pyridine-Borane Cofactor。本文的通讯作者是加利福尼亚大学伯克利分校的Robert G. Bergman教授， Kenneth N. Raymond教授，以及F. Dean Toste教授。Bergaman教授与Raymond教授长期从事超分子笼的催化反应研究，而Toste教授则专注于经典有机方法学研究。

水溶性超分子笼具有仿酶催化功能，使其在温和条件下实现有机反应加速和精确的反应选择性。虽然基于超分子笼为催化剂主体的小分子有机催化研究已有诸多报道，但是其在化学选择性和复杂生物分子的位点选择性修饰方面仍然尚未被探索。本文报道了一个超分子催化系统，吡啶−硼烷与多种化合物（烯酮、酮、醛、肟、腙和亚胺）共包埋于笼，在碱性水溶液中可有效的实现化学选择性和位置选择性还原。受此启发，进一步将未受保护的赖氨酸置于超分子主体介导的还原性胺化条件下，观察到ε-位氨基具有极好选择性。基于此，作者将这种超分子反应应用于含赖氨酸残基的肽链和人胰岛素蛋白的位点选择性标记（图1）。

               图1.超分子笼催化的还原反应及应用于赖氨酸氨基残基的选择性标记

图2.超分子笼介导的赖氨酸位点选择性还原胺化

考虑到超分子笼1对更大的底物保持反应性的能力，作者进一步探索赖氨酸氨基位点的选择性还原胺化（α- N端或者ε末端）。在超分子笼存在且pD 为8的弱碱水溶液中，4-氟苯甲醛可快速还原苯甲醇10，但还原胺化产物的转化率非常低。作者通过增加pD以提高选择性，在pD 12下，笼1的ε-位功能化率为65%，α位功能化产物11的产率为3%(如图2a， Host-1，Borane，pD12)。加入化学计量的PEt₄I（可占据超分子笼空腔，使催化剂失活剂，从而抑制反应）到笼1，产物11、12的收率仅为15%、28%。进一步作者用甘氨酸和α- boc -赖氨酸底物进行竞争实验(图2 b)，在笼1介导的条件下同样只检测到赖氨酸功能化产物14，而用NEt₄Cl的等效物阻塞笼腔后，会得到赖氨酸(14)和甘氨酸(13) 两者混合产物。通过以上实验证明，超分子笼可以选择性还原胺化赖氨酸中ε氨基，为肽及蛋白中赖氨酸氨基残基的后续标记做好铺垫。

图3. 基于肽段的选择性标记

在上述小分子催化的基础之上，作者进一步将该反应应用于11个氨基酸的肽链17， LCMS-TOF方法(图3a) 分析表明，可以高产率（95%）得到产物18 (图3b，c)。串联质谱法对修饰肽18进行测序质谱分析，确定修饰发生在赖氨酸残基，而n端没有检测到 (图3d)。最后，作者以胰岛素作为蛋白底物，继续验证方法可行性。LCMS证明可以高转换(<90%)得到产物19， PEt₄I抑制的反应则不能进行该反应，表明催化反应发生在笼1的空腔。

图4. 蛋白的选择性位点修饰

总之，本文开发了一种基于超分子笼和吡啶-硼烷的温和还原反应，水溶液条件可催化底物（烯酮、酮、醛、肟、腙和亚胺）还原在笼1催化剂的存在下，可实现各种氟苯甲醛对赖氨酸进行ε-端选择性还原性胺化。并将该方法推广到赖氨酸选择性肽和蛋白质的烷基化。拓宽超分子笼在肽及蛋白中络氨酸氨基残基的标记应用，显示了超分子催化在未来蛋白质生物偶联交叉研究中的应用前景。