A Host–Guest Approach to Engineering Oxidase-Mimetic Assembly with Substrate Selectivity and Dynamic Catalysis

基质(水族馆) 选择性 组合化学 部分 等温滴定量热法 材料科学 超分子化学 环糊精 催化作用 化学 有机化学 聚合物 分子 海洋学 地质学 生物化学 复合材料
作者
Shan Li,Yuanyuan Xie,Baoli Zhang,Yuanxi Liu,Shichao Xu,Haifeng Wu,Ruikai Du,Zhen‐Gang Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (34): 45319-45326 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsami.4c08030
摘要

The creation of synthetic materials that emulate the complexity of natural systems, such as enzymes, remains a challenge in biomimicry. Here, we present a simple yet effective strategy to introduce substrate selectivity and dynamic responsiveness into an enzyme-mimetic supramolecular material. We achieved this by anchoring γ-cyclodextrin to a fluorene-modified Lys/Cu2+ assembly, which mimics copper-dependent oxidase. The binding affinity among the components was examined using 1H NMR, isothermal titration calorimetry (ITC), and theoretical simulation. The γ-cyclodextrin acts as a host, forming a complex with the fluorenyl moiety and aromatic substrates of specific sizes. This ensures the proximity of the substrate reactive groups to the copper center, leading to size-selective enhancement of aromatic substrate oxidation, particularly favoring biphenyl substrates. Notably, α- and β-cyclodextrins do not exhibit this effect, and the native oxidase lacks this selectivity. Additionally, the binding affinity of the aromatic substrate to the catalyst can be dynamically tuned by adding α-cyclodextrin or by irradiating with different wavelengths in the presence of competitive azo-guests, resulting in switched oxidative activities. This approach offers a new avenue for designing biomimetic materials with tailorable active site structures and catalytic properties.
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