《Advanced Synthesis & Catalysis》：Combining Light Irradiation and Aldoxime Dehydratase for the Synthesis of Benzonitriles From Benzyl Alcohols Through Oxime Intermediates
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从醇合成肟和腈的传统方法需要高温、有毒试剂和不友好的溶剂。研究人员在此公开了一种光催化和生物催化过程的组合，首先通过光催化氧化肟化反应，在盐酸羟胺存在下将苄醇转化为苯甲醛肟（4小时后转化率为75%–99%）。随后，使用醛肟脱水酶OxdF1（L318F/F306
从醇合成肟和腈的传统方法需要高温、有毒试剂和不友好的溶剂。研究人员在此公开了一种光催化和生物催化过程的组合，首先通过光催化氧化肟化反应，在盐酸羟胺存在下将苄醇转化为苯甲醛肟（4小时后转化率为75%–99%）。随后，使用醛肟脱水酶OxdF1（L318F/F306Y）的双突变体以分步方式进行酶促脱水，从而获得苯甲腈（分离产率为50%–73%）。
**论文解读：光催化与酶促级联合成苯甲腈——从苄醇到腈类的绿色路径**
**研究背景、存在问题及研究动机**
腈类化合物（nitriles）在医药化学、材料科学和有机合成中具有广泛用途，其传统合成依赖剧毒的氢氰酸或金属氰化物，并需高温高压条件，对环境及操作人员构成严重威胁。肟（oximes）作为腈类的重要前体，通常通过醛酮与羟胺（hydroxylamine）反应制备，但传统方法常使用重金属催化剂（如钌）或氯化溶剂，不符合绿色化学原则。光催化氧化提供了一种温和的替代途径，例如利用量子点或蒽醌盐可在蓝光下将醇氧化为醛，再与羟胺缩合生成肟。然而，光催化与生物催化的级联反应面临挑战：醛肟脱水酶（aldoxime dehydratases, Oxds）对羟胺高度敏感（即使1 mM浓度也会抑制酶活性），且该酶在氧气中不稳定（Fe2?易被氧化为失活Fe3?）。因此，如何整合光氧化与酶促脱水步骤，实现从廉价易得的苄醇（benzyl alcohols）直接合成苯甲腈（benzonitriles），是一个亟待解决的合成难题。本研究旨在开发一种分步式光-生物催化级联策略，避免有毒试剂和极端条件，为腈类合成提供可持续路线。
**研究内容、结论与意义**
研究人员设计了一种两步法：首先以蒽醌-2-磺酸钠（sodium anthraquinone-2-sulfonate, SAS）为光催化剂，在蓝光照射和氧气氛围下，将苄醇氧化为苯甲醛，并与盐酸羟胺（NH?OH·HCl）原位缩合生成苯甲醛肟（aldoximes）；随后通过液液萃取（环己烷）分离肟，去除残留羟胺，再经工程化醛肟脱水酶OxdF1（L318F/F306Y）催化脱水，获得对应苯甲腈。该策略在温和条件（<30°C，常压）下实现了11种取代苯甲腈的合成，分离产率50%–73%，并成功放大至1.5 mmol规模，得到4-溴苯甲腈（5c）212.9 mg（78%产率）。论文发表在《Advanced Synthesis & Catalysis》。该研究首次将光催化氧化-肟化与醛肟脱水酶相结合，解决了酶对羟胺的抑制问题，避免了传统方法中的剧毒试剂和高温高压，为腈类化合物的绿色合成提供了新范式。
**关键的技术方法**
1. **光催化氧化-肟化**：使用蒽醌-2-磺酸钠（SAS）作为光催化剂（20 mol%），在蓝光（32W Kessil UV灯，最大强度在纯蓝光区）和氧气氛围下，于水/乙腈（2.5% v/v）混合溶剂中，将苄醇（50 mM）氧化为苯甲醛，再与盐酸羟胺（1.5 eq）缩合生成苯甲醛肟，反应4小时，转化率75%–>99%。
2. **液液萃取分离**：反应混合物用环己烷（3×10 mL）萃取，有机相经水（5×7.5 mL）和盐水洗涤，去除残留羟胺，随后蒸干溶剂得到粗肟。
3. **酶促脱水**：将粗肟溶于乙醇（10% v/v）和磷酸钾缓冲液（50 mM, pH 7.0）中，在氩气惰性氛围下，加入冻干醛肟脱水酶OxdF1（L318F/F306Y）（20 mg/mL），于30°C、300 rpm振荡14小时，催化肟脱水为腈，反应后萃取、纯化得目标产物。
**研究结果**
**2.1 Photooxidation of Benzyl Alcohols and Reaction With Hydroxylamine**
通过优化反应参数（底物浓度、SAS负载量、羟胺当量），确定最佳条件：50 mM 2-溴苄醇（1a）、20 mol% SAS、1.5 eq羟胺、4小时光照，获得94%转化率至2-溴苯甲醛肟（2a）。随后考察底物范围（1a–p），发现非取代、对位取代（Br, Cl, Me, F, NO?）的苄醇转化率较高（70%–99%），而邻位或间位取代略低（75%–95%），电子供体（4-羟基、4-甲氧基）及芳基脂肪醇（3-苯基丙醇、肉桂醇）转化率低或无效。该光催化体系在温和条件下高效合成多种苯甲醛肟。
**2.2 Synthesis of Benzonitriles Using an Aldoxime Dehydratase**
采用分步策略：将光催化获得的肟（2a–k）经环己烷萃取、水洗去除羟胺后，溶于缓冲液，加入OxdF1（L318F/F306Y）进行酶促脱水。11种底物中，8种腈的转化率>74%，分离产率50%–73%。其中，对位取代的溴苯甲腈（5c）和氯苯甲腈（5j）产率最高（73%和72%），邻位和间位类似物略低。放大实验（1.5 mmol 4-溴苄醇）在30 mL规模下，光氧化转化率93%，酶促脱水后总转化率86%，分离得到212.9 mg 4-溴苯甲腈（5c，78%产率），证明了该方法的可扩展性。
**结论与讨论**
研究人员总结道：苄醇可作为实用起始原料，通过光催化与生物催化策略合成肟和苯甲腈，为传统方法提供了更温和的替代方案。蒽醌-2-磺酸钠（SAS）在蓝光下高效催化醇氧化，与羟胺反应后4小时即可获得高产率肟（75%–99%）。结合工程化醛肟脱水酶OxdF1（L318F/F306Y）的酶促脱水，成功制备了系列苯甲腈（50%–73%），避免了剧毒氢氰酸或金属氰化物以及高温高压条件。4-溴苯甲腈（5c）的半制备级放大实验（1.5 mmol）获得良好转化率和分离产率（85%和78%），表明该分步式化学-酶催化策略在合成规模上具有可行性。
