NADH依赖性的氧化还原酶在制药和精细化工产品的生物合成中发挥着至关重要的作用。然而，NADH的计量性使用成本过高，这在很大程度上限制了它们在工业生产中的广泛应用。因此，开发高效的人工辅酶再生方法十分必要。

直接电化学NADH再生因其成本低、过程监控简单、产物分离容易以及利用质子和电子作为再生剂等优点而受到广泛的研究，但目前还存在1,4-NADH选择性偏低的问题。

近日，大连理工大学李福胜副研究员课题组，受天然酶催化口袋结构的启发，基于CB[8]与NAD⁺之间的主客体相互作用，在电极表面构建了电催化口袋，实现了高选择性的电催化1,4-NADH再生。

在电催化NAD⁺还原中，CB[8]-NiO复合物表现出良好的1,4-NADH再生性能，其区域选择性为97.8±0.9%，远高于NiO作为催化剂的1,4-NADH选择性（77.4±2.4%）。

经核磁共振光谱、荧光光谱、紫外可见光谱和质谱证实，NAD⁺带正电荷的烟酰胺部分作为阳离子客体可以在溶液中自发进入CB[8]空腔中，形成主客体复合物NAD⁺@CB[8]。拉曼光谱、XPS和HAADF-STEM证实，在NiO表面CB[8] 仍保持与NAD⁺主客体相互作用能力。

这种主客体相互作用为NAD⁺还原提供了独特的反应机制。在电催化过程中，NiO为NADH的再生提供表面吸附的氢原子，CB[8]可以自发锚定在NiO表面，且不影响其主客体相互作用，并为NAD⁺还原提供催化口袋。当NAD⁺接近CB[8]-NiO复合物时，NAD⁺中带正电的烟酰胺部分通过主客体相互作用进入CB[8]的腔体内，使NAD⁺处于利于生成1,4-NADH的状态，且CB[8]的腔体只能容纳一个NAD⁺分子，抑制了NAD⁺的二聚。这种催化口袋是主客体化学和电催化的结合，有效地提高了1,4-NADH区域的选择性，抑制了副产物（1,6-NADH、1,2-NADH和NAD二聚体）的形成。

CB[8]-NiO上模拟酶催化口袋的结构有助于实现高选择性的直接电化学1,4-NADH再生，为合理设计人工1,4-NADH再生和应用系统提供了新的灵感，并扩展了主客体作用在电催化反应中的应用。

Highly Selective Electrocatalytic 1,4-NADH Regeneration Based on Host–Guest Recognition Mediated by Cucurbit[8]uril on NiO

Hongxia Ning, Yizhou Wu, Chang Liu, Ziqi Zhao, Zeju Li, Jian Dai, Peili Zhang, Fei Li, Licheng Sun, Fusheng Li

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202503018