石油碳氢化合物是目前人类的主要能源，也是化学工业的重要原料。除了燃烧，化学惰性碳氢化合物深度转化为更有价值的化学品具有重要意义。然而，其转变面临两个巨大挑战，包括惰性碳−氢（C−H）键的区域选择性活化和设计实现这一复杂转换的路径。
近日，为了应对这两个挑战，犹他大学Shelley D. Minteer开发了一种多步生物电催化系统，实现了庚烷在温和条件下一锅深度转化为N-庚基庚烷-1-亚胺。
文章要点
1）首先，在这个酶级联反应中，以烷烃羟化酶（alkB）为基础的生物电催化C−H键氧化功能化步骤被用于区域选择性地将庚烷转化为1-庚醇。通过在工程胆碱氧化酶（AcCO6）和还原氨酶（NfRedAm）的基础上将后续的醇氧化和生物电催化还原胺化步骤相结合，生成的1-庚醇被成功地转化为N-庚基庚烷-1-亚胺。
2）研究发现，该电化学结构提供了足够的电子来驱动以中性红(NR)为电子介体的生物电催化C−H键、氧化官能化和还原胺化步骤。
3）实验结果显示，N-庚基庚烷-1-亚胺的最高浓度为0.67 mM，C−H键氧化反应的法拉第效率为45%，还原胺化反应的法拉第效率为70%。此外，己烷、辛烷和乙苯也成功地转化为相应的亚胺。
这种生物电催化烃深度转化系统通过区域选择性的C−H键氧化、中间氧化和还原胺化反应，成功地实现了惰性烃向亚胺的转化，为惰性烃的综合转化和利用提供了一种新的方法。
参考文献
Hui Chen, et al, One-Pot Bioelectrocatalytic Conversion of Chemically Inert Hydrocarbons to Imines, J. Am. Chem. Soc., 2022
DOI: 10.1021/jacs.1c13063
https://doi.org/10.1021/jacs.1c13063
