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催化中的位点选择性要求催化剂不仅识别底物上的目标反应基团，还识别其结构环境。这种选择性对许多生物催化反应至关重要，包括蛋白质翻译后修饰中的反应。尽管位点选择性催化剂能够实现分子、聚合物和材料的精准转化，但目前仍缺乏合理设计位点选择性催化剂的通用策略。研究人员在
催化中的位点选择性要求催化剂不仅识别底物上的目标反应基团，还识别其结构环境。这种选择性对许多生物催化反应至关重要，包括蛋白质翻译后修饰中的反应。尽管位点选择性催化剂能够实现分子、聚合物和材料的精准转化，但目前仍缺乏合理设计位点选择性催化剂的通用策略。研究人员在此报道了具有可调底物结合位点和策略性定位催化基团的纳米酶（nanozymes）。锌辅因子与邻近的酸性及碱性基团共同激活水分子，以对结合的酯或酰胺发起亲核攻击。通过分子印迹（molecular imprinting），利用模块化合成的酰基硫脲模板（acylthiourea templates），对活性位点的尺寸/形状以及催化基团的位置进行合理调节。这些纳米酶能够实现酯和酰胺的可编程位点选择性水解，且不受竞争性官能团内在反应活性的影响。
可设计纳米酶用于位点选择性酰胺/酯水解——论文解读
化学家长期追求在化学选择性、立体选择性之外的位点选择性，即在多功能分子中精确控制特定位置的官能团转化。然而，在没有导向基团的情况下实现可预测的位点选择性仍是合成化学的重大挑战。酶通过活性位点中精确排列的结合与催化基团实现这种精度，但人工系统一直缺乏通用设计策略。近年来，纳米酶（nanozymes，具有类酶催化活性的纳米材料）成为酶模拟物的重要方向，然而早期纳米酶多由无机纳米颗粒构成，缺乏明确的活性位点。针对这一问题，研究人员报道了一类可设计的纳米酶，通过分子印迹（molecular imprinting，在聚合物基质中创建与模板分子在形状、尺寸和官能团上互补的空腔的技术）精确构建活性位点，能够催化酰胺和酯的位点选择性水解，甚至克服底物固有的反应活性。该研究发表在《Small》上。
研究人员以表面活性剂胶束为纳米反应器，利用模块化合成的酰基硫脲模板（acylthiourea templates，含酰基硫脲结构的模板分子）定位功能单体，在胶束内核中构建含有锌辅因子和羧酸基团的活性位点。这些纳米酶不仅能水解活化酯和非活化酯，还能水解芳香酰胺，这是以往锌基水解酶模拟物难以实现的。更重要的是，通过更换模板，可以精确控制催化基团相对于底物反应位点的位置，从而决定分子内哪一个官能团被水解，甚至能在更活泼的酯存在下优先断裂酰胺键，逆转底物的内在化学反应性。这一策略为设计位点选择性催化剂提供了通用平台，有望用于复杂分子和聚合物的选择性转化。
主要技术方法方面，研究人员采用胶束分子印迹法制备纳米酶：首先将表面活性剂1、模板T1–T4、锌配合物功能单体（Zn-A–D）和酸性功能单体2a（4-乙烯基苯甲酸）等溶解于水形成胶束；通过铜催化叠氮–炔环化反应在胶束表面交联，并用单叠氮化合物4进行表面功能化；随后在紫外光引发下进行自由基聚合，使功能单体在模板周围共聚形成交联的胶束核心；最后通过沉淀和溶剂洗涤去除模板，得到分子印迹纳米颗粒（MINPs）。催化活性通过紫外–可见光谱监测对硝基苯酚释放测定，水解产物采用液相色谱–质谱联用（LC-MS）定性和定量分析。所有实验均为体外体系，不涉及临床样本。
在结果与讨论部分，研究人员首先通过核磁共振氢谱（
1H NMR）、动态光散射（DLS）、透射电子显微镜（TEM）和电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）对纳米酶进行了表征，确认了每个纳米颗粒平均约含一个锌原子。在酯水解活性研究中，以对硝基苯乙酸酯（PNPA）和非活化酯S1a为底物，NPT1/2a/D表现出最高的催化速率，显著高于无模板的非印迹纳米颗粒（NINPs）。移除酸性功能单体2a或将其替换为甲基丙烯酸或4-乙烯基苯磺酸，催化活性均下降，表明羧酸基团至关重要。在配方中加入水溶性交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBAm）后，得到最优催化剂NPMT1/2a/D，其k
cat/K
M值比不含MBAm的催化剂更高（8.3 M
?1 s
?1 vs 5.5 M
?1 s
?1）。
机制研究表明，NPMT1/2a/D在pH 6–10范围内的活性始终高于仅含锌的NPMT1/D和去锌的NPMT1/2a/D?Zn，且pH曲线在近中性处有明显拐点，说明锌配位水分子的去质子化生成亲核氢氧根是主要催化途径，活性位点羧酸根起协同作用。Hammett研究显示，对取代苯基酯的取代基效应ρ=2.26，表明水解过程中酚氧原子上积累了显著负电荷。同时，催化剂总转化数（TON）超过900，表现出良好的稳定性。
在酰胺水解方面，NPMT1/2a/D能水解对位取代的苯甲酰苯胺，而非印迹对照几乎无活性。对对/间/邻氯苯甲酰苯胺的水解研究表明，对位异构体产率32%，间位和邻位仅2%和3%，表明印迹空腔具有形状选择性。在分子内位点选择性实验中，研究人员设计了含两个酯基的底物S11，并用与S11尺寸/形状相似的模板T2制备催化剂NPMT2/2a/D。结果显示，该催化剂优先水解分子中部的烷基酯，生成产物6（43%），而末端芳基乙酸酯水解产物5仅<5%；对比之下，1 M NaOH水解S11主要生成5（97%）。更挑战性的实验中，含酯和酰胺的底物S12在NPMT3/2a/D催化下，酰胺键被选择性水解（63%），而酯键未水解；使用模板T4的催化剂则能在反应早期优先断裂酰胺键，逆转了NaOH条件下酯键优先的5:1化学选择性。对照实验使用S13（两个反应基团位于分子两端，与催化基团距离相近）时，反应重新遵循内在化学选择性，优先水解酯键（60% vs 酰胺16%），进一步证明位点选择性源于活性位点的空间控制。
总结讨论部分指出，该研究证明通过分子印迹在纳米酶中创建底物特异的活性位点，可以在合成体系中实现类似酶的位点选择性。锌辅因子与邻近酸性/碱性基团的协同作用促进了酰胺和酯的水解，尤其对芳香酰胺的活性超越以往锌基模拟酶。分子印迹过程将多组分催化系统在空间上预组织，使得催化基团精准定位。该策略制备简便，胶束印迹可在两天内完成，纯化只需沉淀和溶剂洗涤。尽管目前仅在小分子底物上验证，但该策略有望推广到聚合物等大分子底物的选择性转化。
翻译研究结论部分如下：这些锌纳米酶能够水解芳基酰胺，这一点值得注意，因为以往的锌水解酶模拟物通常仅限于活化酯。多种因素可能促成了这一改进：交联胶束中底物适配的活性位点预计能强有力地结合底物，并将酰胺键精确地定位在催化基团附近；精确定位的吡啶基团可能通过充当广义碱来促进锌结合氢氧根亲核试剂的生成，而活性位点的羧酸根可能作为辅助的亲核催化基团；最终，正是分子印迹过程在空间上预组织了这一多组分催化系统，使其协同作用，从而促进芳基酰胺键的水解。针对在更活泼基团存在下选择性反应较不活泼官能团的位点选择性反应，通常与酶催化相关联。这项工作表明，通过创建具有策略性定位催化基团的底物特异性活性位点，这一特性可以被合理地设计到酶的合成模拟物中。酰基硫脲模板可以模块化地轻松合成，使得两个催化基团（锌离子和羧酸根）能够被精确地放置在底物的酯键或酰胺键附近，从而提供对位点选择性的控制，并超越竞争官能团的内在反应活性。这些纳米酶的一个重要特点是制备简便：该胶束印迹程序可以在两天内将小分子反应物（即表面活性剂、模板、功能单体和交联剂）转化为最终催化剂，纯化仅涉及简单的沉淀和溶剂洗涤。这项概念验证研究阐明了胶束印迹如何能够产生具有设计位点选择性的类酶催化剂。尽管该概念是在小分子底物上得到验证的，但研究人员预计类似的策略可用于设计其他位点选择性催化剂，包括那些可能处理聚合物的催化剂。
